Акселерометр


 


Владельцы патента RU 2485524:

Федеральное государственное унитарное предприятие "Центр эксплуатации объектов наземной космической инфраструктуры" (RU)

Изобретение относится к области точного приборостроения, в частности к приборам измерения параметров движения летательных аппаратов, и может быть использовано при изготовлении маятниковых компенсационных акселерометров, предназначенных для измерения значительных линейных ускорений. Акселерометр содержит центральную кварцевую пластину 1 (маятник) на упругом подвесе 2. На маятнике закреплены катушки 3 магнитоэлектрического датчика момента, а на неподвижной части магниты 4. Дифференциальный емкостной датчик положения образован внутренними металлическими поверхностями 5 неподвижных пластин и наружными металлизированными поверхностями 6 подвижной кварцевой пластины. Опорная поверхность магнитопровода 9, сопрягаемого с кварцевой пластиной, выполнена из материала с коэффициентом линейного расширения (к.л.р.,) близким к к.л.р. кварца, например из сплава 32НКД(36Н), а внутренний магнитопровод 10 выполнен из материала с существенно большей индукцией насыщения, чем магнитопровод 9, например из сплава 50Н(27КХ). Такое построение магнитной системы акселерометра позволяет расширить пределы измеряемого линейного ускорения при сохранении надежности напыленного на плавленый кварц металлизированного слоя. 1 ил.

 

Изобретение относится к области точного приборостроения, в частности к приборам измерения параметров движения летательных аппаратов, и может быть использовано при изготовлении маятниковых компенсационных акселерометров, предназначенных для измерения значительных линейных ускорений. Известен маятниковый акселерометр на упругом кварцевом подвесе (1), который состоит из двух металлических пластин и одной, находящейся между ними кварцевой пластины в форме диска с незамкнутой кольцевой прорезью. Перемычки между диском и кольцевой опорой выполнены также из кварца и являются упругими элементами пружинного подвеса. Акселерометр имеет магнитоэлектрический датчик момента катушки которого расположены на подвижной части (маятнике), а магниты с магнитопроводами расположены на неподвижной части. Дифференциальный емкостной датчик образуется металлизированным напылением на поверхности центральной кварцевой пластины на той плоскости, где закреплены катушки датчика момента. Ответными частями емкостного датчика являются поверхности боковых металлических пластин чувствительного элемента, обращенные к поверхности емкостного датчика на центральной пластине. При этом центр тяжести маятника не совпадает с центром приложения силы датчика момента. При наличии ускорения вдоль измерительной оси акселерометра при работе датчика момента при упомянутом несовпадении появляется изгибающей момент, который передается на упругие перемычки подвеса, в результате чего наступает упругая деформация подвеса, приводящая к изменению величин нулевого сигнала. При больших ускорениях деформация (изгиб) упругого подвеса может привести к тому, что упругий подвес коснется одной из боковых пластин, акселерометр потеряет одну из степеней свободы и погрешность акселерометра резко возрастет.

Известен маятниковый компенсационный акселерометр на упругом подвесе (2), устройство которого аналогично устройству (1). При этом в устройстве (2) маятник выполнен таким образом, что его центр тяжести практически совпадает с центром приложения силы датчика момента (маятник выполнен симметрично относительно горизонтальной оси, параллельной оси упругого подвеса и проходящей через геометрический центр маятника). Такое решение практически исключает (во всяком случае в значительной степени уменьшает) появление изгибающего момента и уменьшает величину нулевого сигнала и его нестабильность. Однако в устройстве (1) и (2) в качестве магнитопровода используется инвар (сплав 36Н) или сплав 32 НКД, коэффициенты линейного расширения (к.л.р.) которых близки к к.л.р. плавленого кварца, из которого изготовлена центральная пластина рассмотренных акселерометров.

Из справочников известно, что с точки зрения магнитных свойств сплавы 36Н и 32НКД не являются оптимальными. Так, например, индукция насыщения данных материалов составляет величину (0,47÷0,57) Тл, а поскольку магнитная цепь имеет воздушный зазор, где помещается катушка датчика момента (и, кроме того, для стабилизации свойств магнитной цепи во времени магнит размагничивается на величину 5÷7%), то реальная величина индукции в рабочем зазоре составляет примерно половину от величин индукции насыщения. С другой стороны известно, что магнитное поле постоянного магнита вызывает появление силы F, действующей на катушку с током I, которая равна F=I·l·B, где I - величина тока в катушке датчика момента, l - длина провода катушки, а В - индукция в рабочем зазоре.

При использовании акселерометра для измерения больших линейных ускорений требуется создать значительную силу F для парирования инерционной силы маятника, возникающей из-за наличия ускорения, для удержания маятника в среднем положении относительно боковых пластин.

Как видно из вышеприведенной формулы, необходимо увеличивать либо l, либо I, либо В. Увеличение длины провода катушек приводит к увеличению массы маятника и увеличению инерционной силы маятника. Расчеты показывают, что выигрыш в величине F оказывается незначительным. Увеличение тока I ограничено из-за возможного перегрева токопроводящего покрытия (его толщина составляет 0,15÷0,3 мкм для обеспечения малой величиной нулевого сигнала) и выхода из строя акселерометра из-за нарушения гальванический связи между выходом усилителя обратной связи (УОС) и катушками датчика момента. Кроме того увеличение тока приводит к увеличению габаритно-массовых характеристик УОС, т.к. на его выход приходится использовать более мощные выходные транзисторы.

Увеличение В возможно при использовании других сплавов, обладающих большей величиной индукции насыщения магнитопровода, например, 50Н или 27 КХ (индукция насыщения этих материалов составляет величину 1,5 Тл или (1,75÷2,05) Тл - соответственно). Однако прямая замена материала магнитопровода невозможна из-за, того что эти материалы обладают значительными величинами к.л.р. (8,9·10-6 и (10,7÷13,9)·10-6), и при сопряжении этих материалов с плавленым кварцем возможно растрескивание последнего (разрушение) при воздействии термоперепадов.

Целью настоящего изобретения является повышение диапазона измеряемых ускорений акселерометром при сохранении его надежностных и габаритно-массовых характеристик. Указанная цель достигается тем, что магнитопровод выполняется по комбинированной конструктивной схеме таким образом, что обеспечивается сопряжение плавленого кварца с материалами, обладающими низким к.л.р., 32 НКД или 36Н, а магнитная цепь состоит из параллельно соединенных материалов 32 НКД (36Н) и 50Н(27КХ).

На фиг.1 изображен общий вид акселерометра.

Акселерометр содержит подвижную пластину (маятник) 1 на упругом подвесе 2. На маятнике закреплены катушки 3, а на неподвижной части магниты 4, образующие датчик момента. Внутренние поверхности 5 неподвижных пластин и наружные поверхности 6 подвижной пластины образуют дифференциальный емкостной датчик положения. Зазор между подвижной и неподвижной боковой пластинами образуется с помощью платиков 7. На одной из внешних боковых пластин закреплен усилитель обратной связи (на фиг.1 не показан). Упругий подвес 2 соединяет маятник с опорными кольцом 8. Магнитопровод выполнен составным. При этом опорная поверхность магнитопровода 9 выполнена из сплава 32 НКД (36Н), а внутренний магнитопровод 10 выполнен из материала 50Щ27КХ). Рабочий зазор магнитной системы 11 расположен между магнитом 4 и внутренним магнитопроводом 10.

Акселерометр работает следующим образом.

При действии ускорения вдоль оси Х-Х маятник 1 отклоняется от своего среднего положения. Это отклонение фиксируется дифференциальным емкостным датчиком положения, образованным поверхностями 6 с металлическим напылением с двух сторон, расположенными на маятнике 1, и ответными поверхностями 5, обращенными к маятнику 1 и расположенными на магнитопроводах 9. Сигнал с датчика положения подается на усилитель обратной связи (на фиг.1 не показан), который усиливает и преобразует данный сигнал и подает его в катушки 3. Ток, протекая по катушкам 3, образует магнитное поле, которое взаимодействует с магнитным полем постоянных магнитов 4. Возникающая при этом сила компенсирует инерционную силу маятника 1 и последний возвращается в среднее положение. По величине тока, протекающего по катушкам 4, судят о величине ускорения, действующего на акселерометр. Предлагаемое выполнение магнитной системы позволяет существенно увеличить величину индукции магнитного поля, создаваемого постоянным магнитом в рабочем зазоре, где помещается катушка датчика момента. Реализация такого решения позволит существенно расширить пределы измеряемого ускорения при сохранении надежности акселерометра.

Источник информации

1. Патент США 3702073, кл.73-512, 1972 г. - аналог.

2. Патент RU 2046345 С1, 20.10.1995.

Акселерометр, содержащий подвижную часть из плавленого кварца, на которой расположены катушки датчика момента, подвес подвижной части, расположенные на неподвижной части магниты и магнитопроводы, и дифференциальный датчик положения, образованный поверхностями с металлическим напылением с двух сторон, расположенными на подвижной части, и ответными поверхностями, обращенными к подвижной части и расположенными на магнитопроводах, отличающийся тем, что магнитопроводы выполнены составными, при этом та часть магнитопроводов, которая сопрягается с плавленым кварцем, выполнена из материала с коэффициентом линейного расширения, близким к коэффициенту линейного расширения плавленого кварца, например из сплава 36Н или 32НКД, а та часть магнитопроводов, которая формирует вместе с постоянными магнитами рабочий зазор, в котором помещаются катушки датчика момента, выполнена из материала, например 50Н или 27КХ, обладающего существенно большей величиной индукции насыщения, чем сплавы 36Н или 32НКД.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для использования в приборах компенсационного типа в системах стабилизации и навигации. .

Изобретение относится к области измерительной техники, а именно к компенсационным преобразователям линейного ускорения. .

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к средствам корректировки коэффициента усиления емкостного элемента. .

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в интегральных акселерометрах и микрогироскопах с силовой компенсацией. .

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в качестве элемента в системах стабилизации и навигации. .

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в качестве элемента в системах стабилизации и навигации. .

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в приборах измерения механических величин. .

Изобретение относится к измерительной технике и может применяться в микромеханических компенсационных акселерометрах. Чувствительный элемент содержит инерционную массу, упругие элементы, катушку обратной связи, проводящие дорожки для электрической связи катушек обратной связи со схемой управления, стеклянные обкладки, внешнюю рамку, с расположенными на ней площадками крепления к стеклянным обкладкам. Упругие элементы расположены по оси симметрии инерционной массы. Один конец которых закреплен с внешней рамкой, другой - с инерционной массой. На одной стороне инерционной массы закреплена катушка обратной связи, другая сторона инерционной массы является пластиной емкостного датчика угла. Магнитопровод с постоянными магнитами и катушками обратной связи образуют магнитную систему акселерометра. Соединение катушек обратной связи со схемой управления осуществляется проводящими дорожками, раположенными над упругими элементами, вдоль оси симметрии инерционной массы и оси крутильных колебаний упругих элементов. Изобретение позволяет повысить точность измерений. 3 ил.

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для использования в приборах компенсационного типа с дискретным выходом в системах стабилизации, навигации и наведения. Компенсационный акселерометр содержит чувствительный элемент, датчик угла, усилитель, фазовый детектор отрицательной обратной связи, интегрирующую отрицательную обратную связь с выхода компаратора на вход датчика момента через последовательно соединенные по информационным входам компаратор, преобразователь уровня, пару ждущих синхронных генераторов, реверсивный двоичный счетчик, схему сравнения, триггер, электронный ключ. Кроме того, введены фильтр с выхода схемы сравнения на вход триггера и аналого-цифровой преобразователь, пороговый элемент и интегратор с выхода фазового детектора отрицательной обратной связи на вход компаратора. Выход реверсивного двоичного счетчика является цифровым выходом компенсационного акселерометра. Введение в компенсационный акселерометр фильтра, интегратора, аналого-цифрового преобразователя, порогового элемента, и интегрирующей отрицательной обратной связи позволяет стабилизировать параметры компенсационного акселерометра, повысить точность измерения и расширить полосу пропускания за счет реализации в устройстве автоколебательного режима. 1 ил.

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для использования в приборах компенсационного типа с дискретным выходом в системах стабилизации, навигации и наведения. Компенсационный акселерометр содержит чувствительный элемент, датчик угла, усилитель, фазовый детектор отрицательной обратной связи, интегрирующую отрицательную обратную связь с выхода компаратора на вход датчика момента через последовательно соединенные по информационным входам компаратор, преобразователь уровня, пару ждущих синхронных генераторов, реверсивный двоичный счетчик, схему сравнения, триггер, электронный ключ. Кроме того, введена местная отрицательная обратная связь с выхода усилителя на вход фазового детектора отрицательной обратной связи через последовательно соединенные по информационным входам сумматор, пороговый элемент, интегродифференцирующее звено и звено запаздывания. Выход фазового детектора отрицательной обратной связи соединен с входом компаратором через дифференцирующее звено. Выход реверсивного двоичного счетчика является цифровым выходом компенсационного акселерометра. Введение в компенсационный акселерометр местной отрицательной обратной связи позволяет стабилизировать параметры компенсационного акселерометра, а реализация в интегрирующей отрицательной обратной связи интегродифференцирующего и дифференцирующего звена позволяет повысить точность измерения и расширить полосу пропускания за счет реализации автоколебательного режима. 4 ил.

Изобретение относится к области измерительной техники, а именно к измерительным преобразователям линейного ускорения. Компенсационный акселерометр содержит корпус со стойкой, первую пластину из монокристаллического кремния, вторую пластину с двумя неподвижными электродами дифференциального емкостного преобразователя положения, третью пластину, магнитоэлектрический силовой преобразователь с постоянным магнитом, усилитель, причем последовательно по длине стойки от основания стойки установлены постоянный магнит, вторая пластина, первая пластина и третья пластина. В соответствии с изобретением на стойку установлена втулка из инвара, на которой расположены вторая пластина, первая пластина и третья пластина. Вторая и третья пластины выполнены из пирекса. Технический результат - повышение точности измерения ускорения. 3 ил.

Изобретение относится к системам навигации и может применяться в приборах измерения механических величин компенсационного типа. Техническим результатом изобретения является повышение точности измерения. Акселерометр содержит чувствительный элемент, датчик момента, включенный в отрицательную обратную связь. В акселерометр введены две отрицательные интегрирующие обратные связи, одна с выхода датчика угла на один из входов датчика момента одновременно через усилитель обратной связи и первый интегратор, другая, отрицательная интегрирующая обратная связь, реализована с выхода датчика угла на другой вход датчика момента последовательно по информационным входам через усилитель, фильтр, компаратор, преобразователь уровня, пару ждущих синхронных генераторов, реверсивный двоичный счетчик, схему сравнения, второй интегратор, триггер, электронный ключ. Дополнительные входы компаратора соединены с выходом генератора вспомогательной частоты. Вход электронного ключа соединен с выходом генератора тока, и вход схемы сравнения соединен с выходом генератора вспомогательной частоты через суммирующий двоичный счетчик, и выход реверсивного двоичного счетчика является цифровым кодом устройства. 3 ил.

Акселерометр предназначен для применения в качестве чувствительного элемента в системах стабилизации и навигации. Изобретение может найти применение в приборах измерения механических величин компенсационного типа. Акселерометр содержит чувствительный элемент, отклонение которого фиксируется датчиком угла, выходы которого соединены с входами сумматора через пороговый элемент и интегрирующий усилитель, и датчик момента, включенный в отрицательную обратную связь. Выход сумматора является аналоговым выходом устройства. Для повышения точности и расширения полосы пропускания в акселерометр введены две отрицательные обратные связи: одна - с выхода датчика угла на один из входов датчика момента через дифференцирующий фильтр, другая - отрицательная интегрирующая обратная связь, реализована с выхода сумматора на другой вход датчика момента последовательно по информационным входам через компаратор, преобразователь уровня, пару ждущих синхронных генераторов, реверсивный двоичный счетчик, схему сравнения, триггер, электронный ключ. Дополнительные входы компаратора, реверсивного двоичного счетчика, ждущих синхронных генераторов соединены с генератором вспомогательной частоты. Кроме того, вход электронного ключа соединен с выходом генератора тока. Вход схемы сравнения соединен с выходом генератора вспомогательной частоты через суммирующий двоичный счетчик. Выход реверсивного двоичного счетчика является цифровым выходом устройства. Отрицательная обратная связь, реализованная с выхода датчика угла на вход датчика момента, через дифференцирующий фильтр, осуществляет стабилизацию параметров акселерометра. Введение в акселерометр интегрирующей отрицательной обратной связи позволяет создать устройство с астатизмом по отклонению, работающее в автоколебательном режиме, с расширенной полосой пропускания и значительным быстродействием. 2 ил.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для высокоточного измерения ускорений в системах коррекции дальности полета реактивных снарядов. Целью предлагаемого изобретения является уменьшение температурной нестабильности коэффициента преобразования акселерометра. Компенсационный акселерометр содержит инерционный элемент (1), колебательную систему (2), преобразователь перемещения (3), усилитель цепи уравновешивания (4), обратный преобразователь (5), узел подключения масштабирующего резистора (6), термокомпенсирующий усилитель (7). В цепь отрицательной обратной связи термокомпенсирующего усилителя между его инвертирующим входом и резистором обратной связи включена цепь, состоящая из датчика температуры R01, зашунтированного резистором RШ1, значение электрического сопротивления которого выбирается из условия: где где K∑(t) - скомпенсированное значение температурной нестабильности коэффициента преобразования акселерометра; Kt0(t0), Kt0(Δt1), Kt0(Δt2) - температурная характеристика усилителя термокомпенсации при отключенных датчиках температуры в условиях воздействия номинальной, пониженной и повышенной рабочих температур акселерометра соответственно; KA(t0), KA(Δt1), KA(Δt2) - температурная характеристика акселерометра при отключенных датчиках температуры в условиях воздействия номинальной, пониженной и повышенной рабочих температур акселерометра соответственно; Kt(t0), Kt(Δt1), Kt(Δt2) - температурная характеристика выбранной конфигурации термокомпенсирующего усилителя в условиях воздействия номинальной, пониженной и повышенной рабочих температур акселерометра соответственно; R0, R01 - электрическое сопротивление медных катушек, подключенных ко входу термокомпенсирующего усилителя и в цепь его отрицательной обратной связи соответственно, при номинальном значении окружающей среды; αR, αM - температурные коэффициенты сопротивления резисторов RП, RП1 и медных катушек R0, R01 соответственно; Δt - приращение значения температуры окружающей среды акселерометра относительно ее номинального значения. Подключение двух датчиков температуры в схему термокомпенсирующего усилителя позволяет линеаризовать скомпенсированную температурную характеристику акселерометра, что обеспечивает уменьшение температурной нестабильности его коэффициента преобразования и снижение трудоемкости процесса его температурной отладки. 3 ил.

Изобретение относится к устройствам для измерения ускорений и может быть использовано в системах стабилизации и навигации. Сущность: устройство содержит чувствительный элемент (1), датчик положения (2), выход которого соединен с входом усилителя (4) со стабильным коэффициентом усиления, магнитоэлектрический силовой преобразователь (15), включенный в отрицательную обратную связь. При этом в него введены аналоговая, интегрирующая и дискретная отрицательные обратные связи. Аналоговая отрицательная обратная связь реализована с выхода датчика (2) положения на один из входов магнитоэлектрического силового преобразователя (15) через последовательно соединенные по информационным входам усилитель (4) переменного тока, первый логический элемент (5), схему (8) исключающее ИЛИ, фильтр (9), первый преобразователь (10) напряжение-ток и сумматор (11). Интегрирующая отрицательная обратная связь реализована с выхода схемы (8) исключающее ИЛИ на вход магнитоэлектрического силового преобразователя (15) через последовательно соединенные по информационным входам первый интегратор (12), второй преобразователь (13) напряжение-ток и сумматор (11). Дискретная отрицательная обратная связь введена с выхода схемы (8) исключающее ИЛИ на вход магнитоэлектрического силового преобразователя (15) через последовательно соединенные по информационным входам триггер (14) и сумматор (11). Кроме того, генератор (3) опорного напряжения соединен как с датчиком (2) положения, так и с фазовым сдвигателем (6). Выход фазового сдвигателя (6) соединен с одним из входов схемы (8) исключающее ИЛИ через второй логический элемент (7). Один из выходов триггера (14) соединен с входом реверсивного двоичного счетчика (16), выход которого является дискретным выходом акселерометра. Технический результат: расширение полосы пропускания и увеличение точности измерения ускорений. 6 ил.

Компенсационный акселерометр предназначен для применения в системах стабилизации и навигации. Устройство содержит чувствительный элемент, датчик положения, выход которого соединен с входом усилителя со стабильным коэффициентом усиления, магнитоэлектрический силовой преобразователь, включенный в отрицательную обратную связь. При этом в него дополнительно введены аналоговая, интегрирующая и дискретная интегрирующая отрицательные обратные связи. Аналоговая отрицательная обратная связь реализована с выхода датчика положения на один из входов магнитоэлектрического силового преобразователя через последовательно соединенные по информационным входам усилитель переменного тока, первый логический элемент, схему исключающее ИЛИ, фильтр, первый преобразователь напряжение-ток и сумматор. Интегрирующая отрицательная обратная связь реализована с выхода схемы исключающее ИЛИ, на вход магнитоэлектрического силового преобразователя через последовательно соединенные по информационным входам первый интегратор, второй преобразователь напряжение-ток и сумматор. Дискретная интегрирующая отрицательная обратная связь введена с выхода схемы исключающее ИЛИ на вход магнитоэлектрического силового преобразователя через последовательно соединенные по информационным входам второй интегратор, триггер и сумматор. Кроме того, генератор опорного напряжения соединен как с датчиком положения, так и с фазовым сдвигателем, выход которого соединен с одним из входов схемы исключающее ИЛИ через второй логический элемент, а один из выходов триггера соединен с входом реверсивного двоичного счетчика, выход которого является дискретным выходом компенсационного акселерометра. Технический результат заключается в расширении полосы пропускания и увеличении точности измерения ускорений. 3 ил.

Изобретение относится к датчикам первичной информации (приборам) для измерения линейного ускорения. Сущность изобретения заключается в том, что в компенсационном маятниковом акселерометре, в котором магнитоэлектрический датчик момента представляет собой две магнитные системы, состоящие из постоянных магнитов, закрепленных с торцевой части в магнитопроводы в виде обода, катушка датчика момента напылена на верхней и нижней поверхностях единой пластины монокристаллического кремния маятникового чувствительного элемента, измерительный узел выполнен в виде компактного пакета, склеенного в не менее чем в четырех местах контакта пазов на плоских изолирующих платах и платиках единой пластины монокристаллического кремния маятникового чувствительного элемента, подача и вывод электрического сигнала на элементы измерительного узла от элементов электроники осуществляется с помощью токопроводящих контактов, выполненных в виде штырей, крепление элементов магнитных систем, измерительного узла и элементов электроники осуществляется с помощью направленных навстречу друг другу пар винтов, закрепленных в общей трубке с внутренней резьбой, при этом в основаниях головок которых расположены уплотняющие прокладки, элементы электроники и термодатчик расположены в отдельном отсеке, который изолируется крышкой, а в месте контакта элементов магнитной системы и платы электроники расположена изолирующая прокладка, кроме того, в защитном кожухе предусмотрено отверстие для осуществления вакуумирования внутреннего пространства прибора. Технический результат - повышение точности измерения. 3 ил.
Наверх