Способ настройки струнного акселерометра



Способ настройки струнного акселерометра
Способ настройки струнного акселерометра
Способ настройки струнного акселерометра
Способ настройки струнного акселерометра
Способ настройки струнного акселерометра

 


Владельцы патента RU 2526200:

Открытое акционерное общество "Научно-производственное объединение "СПЛАВ" (RU)

Изобретение относится к измерительной технике, а точнее к струнным акселерометрам для автономного определения параметров движения летательных аппаратов и может быть использовано при производстве струнных акселерометров. Сущность изобретения достигается тем, что способ настройки струнного акселерометра, содержащего струну прямоугольного сечения и консольно-закрепленный пластинчатый подвес с грузом, включающий закрепление концов струны между двух плоскостей, предварительно механически обработанных в двух взаимно перпендикулярных направлениях поперек и вдоль струны, и отличается тем, что струну выставляют по оси симметрии подвеса перпендикулярно его плоскости, закрепляют последовательно концы струны на грузе и корпусе при совмещении поверхностей крепления в одну плоскость, сравнивают частоту автоколебаний струны с заданной и при необходимости корректируют длину струны, исходя из выражения: Δ l = ( f f 0 ) f l l 2 y + 1 , где Δl - изменение длины струны; f и f0 - фактическая и заданная частота колебаний струны; l и y - длина струны и прогиб подвеса при расположении струны в одной плоскости, при этом вновь механически обрабатывают поверхности крепления до расположения их в одной плоскости, причем длину струны уменьшают, если частота меньше заданной, и увеличивают, если больше, затем прикладывают к грузу в месте крепления струны усилие, плавно изменяющее натяжение струны в рабочем диапазоне частот, и оценивают изменение амплитуды сигнала со струны, добиваясь точной установкой струны попадания частоты и амплитуды сигнала в заданный допуск, после чего проводят термомеханическое старение акселерометра. Изобретение позволяет сократить длительность стабилизации параметров, время сборки и увеличить выход годных струнных акселерометров при изготовлении. 5 ил.

 

Изобретение относится к измерительной технике, а точнее к струнным акселерометрам для автономного определения параметров движения летательных аппаратов, и может быть использовано при производстве струнных акселерометров.

Известны струнные датчики, содержащие корпус, натянутую в нем струну и устройство для возбуждения автоколебаний. Конструкция и способ крепления струны имеют первостепенное значение для обеспечения заданной начальной частоты и ее стабильности в процессе настройки основных параметров струнных датчиков. Известны конструкции струнных датчиков физических величин с разными способами крепления струн (см. книгу Карцев Е.А., Коротков В.П. Унифицированные струнные измерительные преобразователи, М., Машиностроение, 1982, стр.34-38). Наибольшую стабильность частоты обеспечивает способ крепления струн прямоугольного сечения между двух плоскостей с предварительной их шлифовкой и притиркой в двух плоскостях -перпендикулярно струне в месте ее выхода и в плоскости вдоль струны. Однако настройка заданной частоты колебаний струны в преобразователях затруднительна и приводит к ухудшению стабильности частоты колебаний.

Известен струнный акселерометр (см. авт. св. SU №1840379, G01P 15/10), в котором используется ленточная струна с утолщенными концами, упрощающими крепление струны, с регулировочным устройством, позволяющим изменять натяжение струны, а следовательно, регулировать частоту колебаний. Несмотря на перемещение регулировочного ползуна по радиусу, не удается исключить относительного смещения заделок струны, что приводит к изгибу в заделках утоненной части струны и, следовательно, к дополнительным напряжениям, что ухудшает стабильность частоты колебаний.

Известен дифференциальный струнный акселерометр и способ его изготовления (см. патент РФ №2258230, G01P 15/10, опубл. 10.08.2005 г., принятый авторами за прототип), заключающийся в получении струны плющением из проволоки. Узлы крепления перед установкой струны шлифуются в двух взаимно перпендикулярных плоскостях - в плоскости струны и перпендикулярной ей в местах выхода струны из заделок с фиксацией элементов крепления штифтами. Натяжением струны упругим подвесом выбирают требуемую начальную частоту колебания струны, при этом поверхности узлов крепления струны могут не лежать в одной ранее отшлифованной плоскости. Это приводит к деформации струны в местах выхода из заделок. Изгибные напряжения в заделках ухудшают стабильность частоты автоколебаний и точность измерения. Кроме того, нарушается прямолинейность струны, вследствие чего в рабочем диапазоне измерения возможны побочные резонансы, уменьшающие добротность и приводящие к срыву колебаний; увеличивается длительность стабилизации параметров и уменьшается выход годных акселерометров.

Задачей предлагаемого изобретения является сокращение длительности стабилизации параметров, времени сборки и увеличение выхода годных струнных акселерометров при изготовлении.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в известном способе настройки струнного акселерометра, содержащего струну прямоугольного сечения и консольно закрепленный пластинчатый подвес с грузом, включающий закрепление концов струны между двух плоскостей, предварительно механически обработанных в двух взаимно перпендикулярных направлениях поперек и вдоль струны, особенность заключается в том, что струну выставляют по оси симметрии подвеса перпендикулярно его плоскости, закрепляют последовательно концы струны на грузе и корпусе при совмещении поверхностей крепления в одну плоскость, сравнивают частоту автоколебаний струны с заданной и, при необходимости, корректируют длину струны, исходя из выражения:

Δ l = ( f f 0 ) f l l 2 y + 1 ,

где Δl - изменение длины струны;

f и f0 - фактическая и заданная частота колебаний струны;

1 и у - длина струны и прогиб подвеса при расположении струны в одной плоскости, при этом вновь механически обрабатывают поверхности крепления до расположения их в одной плоскости, причем длину струны уменьшают, если частота меньше заданной, и увеличивают, если больше, затем прикладывают к грузу в месте крепления струны усилие, плавно изменяющее натяжение струны в рабочем диапазоне частот, и оценивают изменение амплитуды сигнала со струны, добиваясь точной установкой струны попадания частоты и амплитуды сигнала в заданный допуск, после чего проводят термомеханическое старение акселерометра.

Сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 изображена конструктивная схема закрепления струны в акселерометре (вид сбоку), пунктиром показано начальное положение недеформированного подвеса, на фиг.2 - подвес с грузом (вид снизу), на фиг.3 показана установка струны с отклонением от перпендикулярности к плоскости подвеса; на фиг.4 представлен вариант установки струны, смещенной от оси симметрии подвеса (вид со стороны подвеса), на фиг.5 - то же, но в сечении струны.

В струнном акселерометре (фиг.1) струна 1 прямоугольного сечения одним концом закрепляется на корпусе 2, другим - на грузе 3, который жестко скреплен с упругим пластинчатым подвесом 4, изолированным от корпуса 2, к которому он крепится с помощью клея и винтов (на фиг.1 не показаны). Возбуждение автоколебаний струны 1 осуществляется магнитоэлектрическим приводом, включающим постоянный магнит и электронную схему возбуждения. Струна 1 располагается в поле постоянного магнита, а ее концы прижимаются к корпусу 2 и грузу 3 плоскими накладками 5 и 6 с помощью винтов (на фиг.1 не показаны). Для исключения неопределенности крепления струны 1 в заделках проводят механическую обработку мест выхода струны 1 перпендикулярно плоскости колебаний, исключая так называемую «ступеньку». Также проводят шлифовку поверхностей груза 3 и корпуса 2 в плоскости струны 1 для устранения скручивания и изгиба струны 1. Механическую обработку перпендикулярно струне 1 проводят в приспособлении, фиксирующем подвес 4 в напряженном распрямленном положении, причем расстояние между заделками становится равным длине l струны 1 при установке. Из-за отклонения геометрических и упругих параметров подвеса 4 и струны 1 не удается обеспечить требуемую начальную частоту f0 в допуске порядка 1%. Регулировочные устройства вызывают дополнительные напряжения в контуре натяжения струны 1 и поэтому нежелательны. В прототипе изменяют натяжение струны 1 изменением прогиба подвеса 4, но при этом поверхности крепления концов струны 1 на грузе 3 и корпусе 2 выходят из одной плоскости. Причем абсолютные величины изменения прогиба Δy подвеса 4 и длины Δl струны 1 равны. Это видно из фиг.1: насколько увеличится прогиб подвеса 4, настолько уменьшится длина струны 1. Относительное отклонение частоты f от заданного начального значения f0 при настройке определяется выражением:

f f 0 f 0 = Δ y 2 y + Δ l l = Δ l l ( l 2 y + 1 ) ,

где l и y - длина струны 1 и прогиб подвеса 4.

Длина струны 1 обеспечивается установкой калибра в приспособлении при механической обработке с высокой точностью ~(0,1-0,2)%, а прогиб заневоленного подвеса 4 при этом колеблется в пределах (1-10)%. При настройке частоты часть акселерометров попадает в 1% допуск, обеспечив длину струны 1 при механической обработке. Другая часть требует корректировки длины струны 1 в зависимости от отклонения начальной частоты Δ l = ( f f 0 ) f l l 2 y + 1 .

Отношение l l 2 y + 1 для конкретной конструкции акселерометра величина постоянная и составляет, например, при l=6 мм и y=1 мм величину 1,5. Если при закреплении второго конца получили частоту f автоколебаний больше заданной начальной частоты f0, например, на 4%, то длину струны 1 надо увеличить на 0,06 мм, а если меньше f, чем f0 на 4%, то укоротить струну 1 на 0,06 мм. Чтобы струна 1 с измененной длиной осталась прямолинейной, необходимо вновь провести механическую обработку мест крепления струны 1, обеспечив при новом калибре в приспособлении (в нашем примере калибр изменен на 0,06 мм) расположение струны 1 в одной плоскости. Далее закрепляют струну 1 с измененной длиной и проверяют начальную частоту автоколебаний, при непопадании в допуск повторяют операции с изменением длины и механической обработкой плоскости крепления струны 1. Для точных акселерометров нестабильность частоты автоколебаний струны 1 должна составлять величину не хуже 1·10-6-1·10-7. Наибольшее влияние на стабильность частоты оказывают величина, вид и неравномерность напряжений в сечении и по длине струны 1, а также отклонение от прямолинейной формы струны 1. Обычно напряжения в струне 1 составляют 0,1-0,2 предела прочности порядка 400 Н/мм2. Максимальная стабильность частоты будет, если струна 1 установлена таким образом, что испытывает только равномерные растягивающие напряжения в сечении по всей длине колеблющейся части струны 1. Струна 1, растягиваемая подвесом 4 прямоугольного сечения (фиг.2) с осью симметрии 7, устанавливается перпендикулярно плоскости подвеса 4 по его оси симметрии 7 и в таком положении закрепляется на грузе 3. Если струна 1 имеет отклонение от перпендикуляра на угол α (фиг.3), т.е. смещение верхнего конца от нижнего - центра приложения растягивающей силы подвеса 4 приводит к появлению поперечных изгибающих напряжений в плоскости струны 1, причем максимальные напряжения у верхней заделки. В частности, при отклонении на угол α=30' (смещение ~0,05 мм) и растягивающим струну 1 усилием 4 Н максимально изгибающие напряжения составят ~500 Н/мм2. При смещении центра сечения струны 1 от оси симметрии подвеса 4 (фиг.4 и 5) на величину Δ возникает поперечный изгибающий момент по ширине струны 1, приводящий к изгибающим напряжениям по всей длине струны 1 в ее плоскости. Струна 1 испытывает сложное напряженное состояние -внецентренное растяжение. Изгибающие напряжения при Δ=0,1 мм составят ~900 Н/мм2 и в сочетании с растягивающими напряжениями делают напряжения неравномерными по сечению и длине струны 1, что ухудшает стабильность частоты колебаний. Изгибающие напряжения в заделках по толщине струны 1 возникают, если поверхности мест крепления струны 1 не лежат в одной плоскости. При неплоскостности ~0,03 мм эти напряжения составят около 700 Н/мм2, причем струна 1 у выхода из заделок имеет перегибы по радиусу, равному 1-2 толщины струны 1. О недостаточной точности установки струны 1 относительно подвеса 4 и повышенной неплоскостности заделок свидетельствует нестабильность частоты хуже 2·10-6. Окончательно о качестве закрепления струны 1 судят по величине изменения сигнала со струны 1 при приложении к грузу 3 в месте крепления струны 1 плавно изменяющего усилия, вызывающего увеличение и уменьшение частоты колебаний. Усилие прикладывается по оси струны 1 (на фиг.1 показано стрелками) и составляет величину не менее ±mng, где m - масса груза 3, n - перегрузка, g - ускорение свободного падения. Это соответствует изменению начальной частоты f0 на величину ±kng (где k - коэффициент преобразования). Сигнал со струны 1 контролируется, например, по осциллографу и не должен изменяться более чем на 10%. Это говорит о возможности обеспечения заданных точностных характеристик акселерометра и его работоспособности во всем диапазоне измеряемых ускорений. Если изменение сигнала превысит указанный допуск, следует более точно выставлять струну 1. После обеспечения заданной начальной частоты колебаний струны 1 и допустимого изменения сигнала со струны 1 проводят термомеханическое старение акселерометра, стабилизирующее напряжения в цепи натяжения струны 1. При этом повышается стабильность частоты до 1·10-7, а это в свою очередь повышает точность выставки измерительной оси и уменьшает погрешность определения коэффициента преобразования.

Благодаря предложенному способу настройки акселерометра сокращается длительность стабилизации параметров, время сборки и увеличивается выход годных струнных акселерометров при изготовлении.

Способ настройки струнного акселерометра, содержащего струну прямоугольного сечения и консольно закрепленный пластинчатый подвес с грузом, включающий закрепление концов струны между двух плоскостей, предварительно механически обработанных в двух взаимно перпендикулярных направлениях поперек и вдоль струны, отличающийся тем, что струну выставляют по оси симметрии подвеса перпендикулярно его плоскости, закрепляют последовательно концы струны на грузе и корпусе при совмещении поверхностей крепления в одну плоскость, сравнивают частоту автоколебаний струны с заданной и при необходимости корректируют длину струны, исходя из выражения:
,
где Δl - изменение длины струны;
f и f0 - фактическая и заданная частота колебаний струны;
l и y - длина струны и прогиб подвеса при расположении струны в одной плоскости, при этом вновь механически обрабатывают поверхности крепления до расположения их в одной плоскости, причем длину струны уменьшают, если частота меньше заданной, и увеличивают, если больше, затем прикладывают к грузу в месте крепления струны усилие, плавно изменяющее натяжение струны в рабочем диапазоне частот, и оценивают изменение амплитуды сигнала со струны, добиваясь точной установкой струны попадания частоты и амплитуды сигнала в заданный допуск, после чего проводят термомеханическое старение акселерометра.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к испытательной технике и предназначено для испытаний и градуировок акселерометрических датчиков и другой навигационной аппаратуры, определяющей параметры движения различных по назначению объектов.

Изобретение относится к области измерительной техники, в частности к способам и устройствам для определения чувствительности пьезоэлектрических акселерометров на низких частотах.

Изобретение относится к коррекции систематических ошибок в сенсорном устройстве. Сущность изобретения заключается в том, что производится коррекция систематической ошибки сенсорного устройства, имеющего множества акселерометров, сконфигурированных для измерения ускорения силы тяжести.

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к устройствам, предназначенным для установки и предварительной оценки заявленных технических характеристик приборов для измерения угловой скорости и углового положения.

Изобретение относится к области приборостроения бесплатформенных инерциальных систем ориентации и навигации летательных аппаратов, морских и наземных подвижных объектов, внутритрубных инспектирующих снарядов магистральных трубопроводов и других подвижных объектов.

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для калибровки термоанемометрических датчиков скорости потока жидкости и может быть использовано для повышения информативности геофизических исследований скважин, проводимых с применением термоанемометрических датчиков.

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может применяться для поверки класса измерителей скорости (ИС) движения транспортных средств (ТС), использующих видеокамеру.

Изобретение относится к способу и устройству для возбуждения волн в стержнях с целью калибровки датчиков ускорения и датчиков силы, в частности, с большими амплитудами.

Изобретение относится к малогабаритным вибрационным датчикам угловой скорости (ДУС), в частности к производству и технологии балансировки пьезоэлектрического балочного биморфного чувствительного элемента ДУС.

Изобретение относится к способу калибровки масштабного коэффициента осесимметричного вибрационного гиродатчика угловой скорости, работающего при подаче сигнала (СА) управления амплитудой и сигнала (СР) управления прецессией на вибратор (1), совершающий колебания с заданной частотой.

Изобретение относится к измерительной технике, представляет собой преобразователь пути и линейной скорости движения объекта в код и может использоваться при контроле положения и скорости при малых (0,1 мкм÷10 мкм) и больших (до 10 см) перемещениях.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерений ускорения и других параметров. .

Изобретение относится к области космической техники и может быть использовано для определения ускорения поступательного движения космического аппарата. .

Изобретение относится к измерительной технике. .

Изобретение относится к измерениям механических параметров, в частности силы или ускорения. .

Изобретение относится к области измерений механических параметров. .

Изобретение относится к области измерений механических параметров. .

Изобретение относится к области измерений механической силы и производных от нее величин, момента силы, давления, массы, деформаций, линейных и угловых ускорений. .

Изобретение относится к области измерений механических параметров. .

Изобретение относится к области измерительной техники. .

Предлагаемое изобретение относится к области приборостроения и предназначено для автономного измерения ускорения летательных аппаратов. Струнный акселерометр содержит на своем основании чувствительные элементы, включающие струну, закрепленную одним концом на корпусе, другим на грузе, размещенном на упругом пластинчатом подвесе, и магнитоэлектрические приводы для поддержания автоколебаний струн. Для достижения технического результата чувствительный элемент выполнен в виде замкнутого прямоугольного камертона с внутренним креплением, расположенным на одной из сторон корпуса на геометрической оси, проходящей перпендикулярно струне через ее середину, причем каждая пара параллельных сторон чувствительного элемента состоит из нескольких жестко скрепленных участков из материалов с разными температурными коэффициентами линейного расширения. При этом суммы произведений их длин на температурный коэффициент линейного расширения равны соответственно для сторон вдоль и поперек струны, а температурный коэффициент модуля упругости подвеса равен разности температурных коэффициентов линейного расширения подвеса и струны. Изобретение позволяет повысить точность измерения ускорения за счет увеличения добротности струнного резонатора и снижения температурной погрешности и чувствительности к внешним и внутренним механическим воздействиям на напряжения в струне, а также упростить конструкцию и требования к выбору физико-механических свойств к материалам и форме деталей силовой цепи натяжения струны. 4 ил.
Наверх