Способ измерения ускорений
Владельцы патента RU 2416099:
Федеральное государственное унитарное предприятие "Российский Федеральный ядерный центр - Всероссийский научно-исследовательский институт экспериментальной физики" - ФГУП "РФЯЦ-ВНИИЭФ" (RU)
Российская Федерация, от имени которой выступает государственный заказчик - Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (RU)
Изобретение относится к области измерений механических параметров. Способ измерения ускорений основан на использовании трех пар преобразователей ускорения, размещенных в корпусе, в котором дополнительно размещают три идентичных измерительных модуля, на каждом из которых параллельно друг другу устанавливают, по крайней мере, два преобразователя ускорения, образующих дифференциальную пару. Определяют эквивалентный центр масс каждой дифференциальной пары, после чего измерительные модули ориентируют между собой в корпусе таким образом, чтобы измерительные оси дифференциальных пар преобразователей были ортогональны друг другу, а эквивалентные центры масс всех дифференциальных пар преобразователей были расположены в пространстве, ограниченном сферой заданного диаметра, и определяют полный вектор ускорений. Изобретение повышает точность определения полного вектора ускорений, позволяет упростить технологию изготовления и придать свойства ремонтопригодности измерительным датчикам полного вектора ускорения, устранить взаимное влияние дифференциальных пар друг на друга, снизить температурную и вибрационную составляющие погрешности. 4 ил.
Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерений параметров ускорений и вибраций, вызываемых естественными и искусственными источниками.
Известно устройство «Трехкомпонентный пьезоэлектрический акселерометр» (патент RU 2098830 C1, опубликован в БИ №34 от 10.12.1997), в котором реализован способ измерения ускорений, основанный на использовании трех пар пьезоэлементов, размещенных в корпусе на одном основании и попарно симметрично на трех взаимно перпендикулярных осях.
Вышеуказанный способ является наиболее близким к заявляемому способу по технической сущности и поэтому выбран в качестве прототипа.
Недостатками его является низкая точность измерения, высокая температурная составляющая погрешности и сильное взаимное влияние пьезоэлементов друг на друга, а также сложная технология изготовления и настройки.
Решаемой технической задачей является создание высокоточного способа измерения полного вектора ускорений.
Достигаемым техническим результатом является устранение взаимного влияния преобразователей, снижение температурной и вибрационной составляющих погрешности измерения.
Для достижения технического результата в способе измерения ускорений, заключающемся в использовании трех пар преобразователей ускорения, размещенных в корпусе, новым является то, что в корпусе дополнительно размещают три идентичных измерительных модуля, на каждом из которых параллельно друг другу устанавливают, по крайней мере, два преобразователя ускорения, образующих дифференциальную пару, определяют эквивалентный центр масс каждой дифференциальной пары, после чего измерительные модули ориентируют между собой в корпусе таким образом, чтобы измерительные оси дифференциальных пар преобразователей были ортогональны друг другу, а эквивалентные центры масс всех дифференциальных пар преобразователей были расположены в пространстве, ограниченном сферой заданного диаметра, после чего измеряют полный вектор ускорений.
Для измерения полного вектора ускорения с высокой точностью необходимо, чтобы эквивалентные центры масс всех дифференциальных пар были максимально приближены к точке пересечения измерительных осей этих пар и находились в пространстве, ограниченном сферой заданного диаметра. Образование дифференциальных пар и размещение их на измерительных модулях позволяет упростить технологию изготовления прибора, измеряющего полный вектор ускорений, устранить взаимное влияние преобразователей, уменьшить температурную и вибрационную составляющую погрешности измерения.
Способ реализуется устройством, представленным на фиг.1, 2, 3 и 4.
Устройство содержит три дифференциальные пары 1, 2, 3, каждая из которых расположена на соответствующем ей измерительном модуле 4, 5, 6, которые установлены в корпусе 14. В каждой дифференциальной паре преобразователи ускорения расположены параллельно друг другу.
Измерительные модули 4, 5, 6 устанавливаются на центробежную установку с целью определения положения эквивалентного центра масс дифференциальных пар 7, 8, 9. Измерительные модули 4, 5, 6 ориентируют между собой в корпусе 14 таким образом, чтобы эквивалентные центры масс 7, 8, 9 дифференциальных пар 1, 2, 3 были расположены в сфере 10, диаметром не более 1 мм, а измерительные оси 11, 12, 13 дифференциальных пар 1, 2, 3 были ортогональны по отношению друг к другу.
Способ осуществляется следующим образом.
При действии ускорения на эквивалентные центры масс 7, 8, 9 дифференциальных пар 1, 2, 3 происходит формирование электрических сигналов, пропорциональных действующим по измерительным осям 11, 12, 13 ускорениям. Значения ускорений определяются путем умножения величин электрических сигналов на коэффициенты преобразования ускорения в электрическую величину, соответствующие дифференциальным парам 1, 2, 3. Полученные значения ускорений являются координатами полного вектора ускорения в картезианской системе координат, образованной измерительными осями 11, 12, 13.
Был изготовлен действующий образец акселерометра, определено точное положение измерительных осей и эквивалентных центров масс дифференциальных пар. Расчетно-экспериментальным путем был определен диаметр сферы, величина которого не превышает значения 1 мм. Действующий образец подтвердил работоспособность заявляемого способа измерения ускорений.
Способ измерения ускорений, характеризующийся применением трех пар преобразователей ускорения, отличающийся тем, что дополнительно используют три идентичных измерительных модуля с размещенными на каждом из них параллельно друг другу, по крайней мере, двух преобразователей ускорения, образующих дифференциальную пару, определяют эквивалентные центры масс каждой дифференциальной пары, после чего располагают измерительные модули между собой таким образом, чтобы измерительные оси дифференциальных пар преобразователей были ортогональны друг другу, а центры масс всех дифференциальных пар преобразователей были расположены в пространстве, ограниченном сферой, диаметр которой не больше 1 мм, после чего к эквивалентным центрам масс каждой дифференциальной пары прикладывают инерционные силы, пропорциональные действующему на них ускорению, под воздействием которого происходит формирование электрических сигналов, полученную величину электрических сигналов с каждой дифференциальной пары умножают на коэффициенты преобразования, полученные в результате умножения значения ускорений являются координатами полного вектора ускорения в системе координат, образованной измерительными осями.
