Трехкомпонентный струйный датчик угловой скорости


 


Владельцы патента RU 2527529:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева-КАИ" (RU)

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для определения величины угловой скорости подвижных объектов. Датчик содержит герметичный корпус 3, в котором расположены нагнетатель 1, первая рабочая камера 4, на входе которой размещен блок 2 формирования ламинарной струи, связанный с выходом нагнетателя 1, а на выходе анемочувствительный блок, и вторая рабочая камера 16, расположенная своей осью "z" ортогонально оси первой рабочей камеры 4 в плоскости "xoy" и соединенная своим входом с выходом первой рабочей камеры 4 с образованием замкнутой газовой цепи, при этом во второй рабочей камере 16 также на входе размещен блок 15 формирования второй ламинарной струи, а на выходе - второй анемочувствительный блок. Изобретение обеспечивает возможность измерения угловой скорости в трех плоскостях "xoz", "yoz" и "хоу", а последовательная замкнутая пневматическая цепь повышает точность измерения за счет одинакового расхода газа в обеих рабочих камерах. 1 ил.

 

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для определения величины угловой скорости подвижных объектов в трех плоскостях вращения.

Известен струйный датчик угловой скорости по патенту SU №1005560, G01P 3/26, опубл. 20.08.2005, содержащий нагнетатель, замкнутую газовую цепь, состоящую из формирующего сопла, рабочей камеры, чувствительных элементов, выполненных в виде двух металлических нитей, укрепленных на двух токоподводах-держателях, и электроизмерительную схему.

Струйный датчик угловой скорости по патенту РФ №2059251, G01P 3/22, опубл. 27.04.1996 г. содержит герметичный корпус, нагнетатель, рабочее сопло, рабочую камеру с каналом обратного хода газа, термоанеморезисторы, систему стабилизации расхода газа в газовой цепи датчика. Система стабилизации включает в себя термоанеморезистор-излучатель и термоанеморезистор-приемник, установленные в канале обратного хода газа, генератор тепловой метки, регистратор тепловой метки, формирователь временного интервала, схему управления, генератор тактирующих импульсов, счетчик, регистр, ЦАП, задатчик эталонного сигнала, схему сравнения, интегратор, усилитель-преобразователь.

К недостаткам этих устройств следует отнести наличие погрешностей от воздействия перекрестных угловых скоростей, больших технологических погрешностей изготовления и сборки, их однокомпонентность, температурные погрешности теплообмена чувствительных элементов при обдуве струей, недостаточную чувствительность.

Струйный измеритель угловой скорости (Экспресс-информация, КИТ, 1966, №37, реф. №264, с.34-42), содержит внешний источник пневмопитания, сопло, формирующие струи газа из общей для них питающей камеры для двух рабочих камер, в каждой из которых установлены дифференциальные приемники пневматических сигналов от давления струй по каналам после рассекателей, расположенных симметрично относительно осей струй в плоскостях вращения, анемочувствительные элементы, электроизмерительную схему.

Недостатки этого устройства связаны с низкой точностью измерения угловой скорости из-за неидентичности геометрических размеров анемочувствительных элементов, сопел, каналов и рассекателей, наличием погрешности при действии угловой скорости, определяемой разностью динамического напора по каналам при действии перекрестных угловых скоростей объекта, с температурными погрешности теплообмена, отсутствием коррекции по чувствительности; неоднозначностью измерения угловой скорости вследствие ее ограниченного диапазона измерения, отсутствием замкнутости пневматической цепи и корпуса.

Двухкомпонентный струйный датчик угловой скорости по патенту RU №110493 от 20.11.2011 г. Бюл. №32 на полезную модель содержит герметичный корпус, рабочую камеру, нагнетатель, формирующее сопло, измерительную схему, проволочные анемочувствительные элементы, закрепленные на электропроводящих изолированных стойках одинаковой высоты.

К недостаткам следует отнести сложность технологической задачи получения после сборки датчика пневматического нуля, заниженный диапазон измерения угловой скорости и недостаточную чувствительность к угловой скорости.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому техническому решению, взятым за прототип, является двухкомпонентный струйный датчик угловой скорости согласно патенту RU №120233 от 10.09.2012 г. Бюл. №25 на полезную модель, содержащий корпус, рабочую камеру, в которой установлены нагнетатель и термоанеморезисторный узел, содержащий основание, установленное перпендикулярно направлению протекания струи газа и проницаемое для его протекания в рабочей камере, на котором перпендикулярно ему установлены изолированные стойки, расположенные относительно друг друга ортогонально в плоскостях "xoz" и "yoz" вращения объекта, на концах которых закреплены проволочные анемочувствительные элементы, причем первые концы всех анемочувствительных элементов электрически соединены между собой и закреплены на центральной стойке, высота которой больше высоты внешних стоек, а вторые концы каждого из анемочувствительных элементов закреплены на своих внешних стойках, расположенных симметрично относительно центральной стойки в плоскостях "xoz" и "yoz" вращения объекта, и включены в измерительную схему, которая образует каналы измерения угловых скоростей в плоскостях "xoz" и "yoz" вращения объекта, в рабочей камере введен блок формирования струи, включающий регулировочный блок, где выполнены каналы формирования струи, в каждом из которых установлены регулируемые заслонки, блок сопл, каждое сопло которого соединено со своим каналом формирования струи регулировочного блока, и оси которых расположены попарно под малым углом к оси симметрии рабочей камеры в плоскостях "xoz" и "yoz" измерения угловых скоростей, при этом в корпусе блока формирования струи перед регулировочным блоком образован переходной объем, который с каналами формирования струи регулировочного блока и соплами блока сопл образуют пневматические цепи формирования струи в рабочей камере.

К недостаткам прототипа следует отнести отсутствие возможности измерения третьей составляющей угловой скорости ωz.

Технический результат, на достижение которого направлено заявляемое изобретение, заключается в повышении эффективности датчика за счет измерения трех составляющих угловой скорости ωx, ωy и ωz в трех плоскостях "xoz", "yoz" и "xoу" вращения объекта.

Технический результат достигается тем, что в трехкомпонентном струйном датчике угловой скорости, содержащем герметичный корпус, в котором последовательно расположены нагнетатель и рабочая камера, в которой на входе размещен блок формирования ламинарной струи, связанный с выходом нагнетателя, а на выходе - анемочувствительный блок, содержащий плоское основание, проницаемое для протекания струи и установленное перпендикулярно направлению ее течения, на котором установлены перпендикулярно ему центральная стойка и электропроводящие изолированные стойки, расположенные относительно друг друга попарно-ортогонально и симметрично относительно центральной стойки в плоскостях "xoz" и "yoz" вращения объекта, анемочувствительные элементы, расположенные перпендикулярно течению струи, первые концы которых электрически соединены между собой и закреплены на центральной стойке, а вторые концы каждого из анемочувствительных элементов закреплены на своих стойках и включены в измерительные схемы каналов измерения составляющих угловой скорости ωx, ωy измерительного блока, новым является то, что в него введены вторая рабочая камера, расположенная своей осью "z" ортогонально оси первой рабочей камеры в плоскости "xoy" и соединенная своим входом с выходом первой рабочей камеры с образованием замкнутой газовой цепи, при этом во второй рабочей камере на входе размещен блок формирования второй ламинарной струи, а на выходе - второй анемочувствительный блок, содержащий плоское основание, проницаемое для протекания струи и установленное перпендикулярно направлению ее течения, на котором установлены перпендикулярно центральная стойка и электропроводящие изолированные стойки, расположенные относительно друг друга ортогонально и симметрично относительно центральной стойки в плоскости "хоу" вращения объекта, анемочувствительные элементы, расположенные перпендикулярно течению струи, первые концы которых электрически соединены между собой и закреплены на центральной стойке, а вторые концы этих анемочувствительных элементов закреплены на своих стойках, причем в измерительный блок введена измерительная схема канала измерения составляющей угловой скорости ωz, при этом в каждом из каналов входы элекроизмерительных схем подключены к соответствующим анемочувствительным элементам, а выходы связаны с блоком преобразования информативного сигнала, выходом которого являются информативные сигналы по составляющим угловой скорости ωz, ωy и ωz.

Сущность изобретения поясняется на фиг.1, на которой представлена структурно-функциональная схема трехкомпонентного струйного датчика угловой скорости.

Здесь:

1 - нагнетатель (источник пневмопитания);

2 - блок формирования струи в первой рабочей камере;

3 - корпус;

4 - первая рабочая камера;

5, 6 - анемочувствительные элементы в плоскости вращения "xoz";

7, 8 - анемочувствительные элементы в плоскости вращения "yoz";

9, 10, 11, 12 - изолированные стойки первого анемочувствительного блока;

13 - центральная стойка первого анемочувствительного блока;

14 - основание первого анемочувствительного блока;

15 - блок формирования струи во второй рабочей камере;

16 - вторая рабочая камера;

17, 18 - изолированные стойки второго анемочувствительного блока;

19 - центральная стойка второго анемочувствительного блока;

20, 21 - анемочувствительные элементы в плоскости вращения "хоу";

22 - основание второго анемочувствительного блока;

23, 24, 25 - измерительные схемы;

26 - блок преобразования информативного сигнала;

27 - измерительный блок.

Трехкомпонентный струйный датчик угловой скорости содержит герметичный корпус 3, в котором последовательно расположены нагнетатель 1, первая рабочая камера 4 и вторая рабочая камера 16, в которых на входе размещены блоки 2, 15 формирования ламинарной струи. Причем блок 2 формирования ламинарной струи связан с выходом нагнетателя 1. На выходах рабочих камер 4, 16 расположены анемочувствительные блоки, содержащие плоские основания 14, 22, проницаемые для протекания струи и установленные перпендикулярно направлению ее течения, на которых установлены перпендикулярно им центральные стойки 13, 19 и электропроводящие изолированные стойки 9, 10, 11, 12, 17, 18, расположенные относительно друг друга попарно-ортогонально и симметрично относительно центральных стоек 13, 19 в плоскостях "xoz", "yoz" и "хоу" вращения объекта, анемочувствительные элементы 5, 6, 7, 8, 20, 21, расположенные перпендикулярно течению струи, первые концы которых электрически соединены между собой и закреплены на центральных стойках 13, 19 соответственно, а вторые концы каждого из анемочувствительных элементов 5, 6, 7, 8, 20, 21 закреплены на своих стойках 9, 10, 11, 12, 17, 18 и включены в измерительные схемы 23, 24, 25 каналов измерения составляющих угловой скорости ωx, ωy, ωz измерительного блока 27. При этом в каждом из каналов входы элекроизмерительных схем 23, 24, 25 подключены к соответствующим анемочувствительным элементам 5, 6, 7, 8, 20, 21, а выходы связаны с блоком 26 преобразования информативного сигнала, выходом которого являются информативные сигналы по составляющим угловой скорости ωx, ωy и ωz.

Трехкомпонентный струйный датчик угловой скорости работает следующим образом.

При отсутствии угловой скорости нагнетатель (источник пневмопитания) 1 создает в герметичном корпусе 3 устройства поток газа, который с помощью блока формирования струи газа 2 преобразуется в струю газа в первой рабочей камере 4 и одновременно с помощью блока 15 формирования струи во второй рабочей камере 16 во вторую струю газа, оси симметрии распределения скоростей в поперечном сечении которых должны совпадать с центрами в точках О, O1, являющимися общими точками соединения на центральных стойках 13, 19 попарно-ортогонально расположенных анемочувствительных элементов 5, 6, 7, 8, 20, 21, закрепленных на изолированных стойках 9, 10, 11, 12, 17, 18 и центральных стойках 13, 19 на основаниях 14, 22, которые размещены в первой и во второй рабочих камерах 4, 16 соответственно. Средние скорости параболического распределения скоростей в поперечном сечении струи, обдувающие каждый анемочувствительный элемент 5, 6 в плоскости вращения "xoz", 7, 8 в плоскости вращения "yoz", 20, 21 в плоскости вращения "хоу", должны быть одинаковы при отсутствии угловой скорости. Выполнение этого условия обеспечивается блоками 2, 15 формирования струи, то есть установкой пневматического нуля сигнала по составляющим угловой скорости ωx, ωy и ωz.

При появлении угловой скорости в измерительных плоскостях "xoz", "yoz" струя газа смещается от исходного положения в первой рабочей камере 4, что приводит к изменению величины средней скорости потока газа, обдувающего анемочувствительные элементы 5, 6, 7, 8, и в конечном счете к пропорциональному изменению выходных сигналов Ux, Uy на выходе измерительных схем 23, 24 по составляющим ωx, ωy угловой скорости в плоскостях "xoz", "yoz". При этом струя газа во второй рабочей камере 16 не смещается вдоль "хоу" и не выделяется информативный сигнала Uz, то есть информация по составляющей ωz.

При появлении угловой скорости в измерительной плоскости "хоу" струя газа не смещается от исходного положения в первой рабочей камере 4, так как движение струи будет совпадать с осью симметрии чувствительных элементов 5, 6, 7, 8, а на выходе измерительной схемы 25 появится выходной сигнал Uz, то есть информация по составляющей ωz.

Таким образом, заявляемый трехкомпонентный струйный датчик угловой скорости позволяет измерять угловую скорость в трех плоскостях "xoz", "yoz" и "xoy", то есть составляющие ωx, ωy и ωz, которая может быть в других диапазонах, зависящих от длины второй рабочей камеры 16, а последовательная замкнутая пневматическая цепь повышает точность измерения за счет одинакового расхода газа в обеих рабочих камерах.

Трехкомпонентный струйный датчик угловой скорости, содержащий герметичный корпус, в котором последовательно расположены нагнетатель и рабочая камера, в которой на входе размещен блок формирования ламинарной струи, связанный с выходом нагнетателя, а на выходе - анемочувствительный блок, содержащий плоское основание, проницаемое для протекания струи и установленное перпендикулярно направлению ее течения, на котором установлены перпендикулярно ему центральная стойка и электропроводящие изолированные стойки, расположенные относительно друг друга попарно-ортогонально и симметрично относительно центральной стойки в плоскостях "xoz" и "yoz" вращения объекта, анемочувствительные элементы, расположенные перпендикулярно течению струи, первые концы которых электрически соединены между собой и закреплены на центральной стойке, а вторые концы каждого из анемочувствительных элементов закреплены на своих стойках и включены в измерительные схемы каналов измерения составляющих угловой скорости ωx, ωy измерительного блока, отличающийся тем, что в него введены вторая рабочая камера, расположенная своей осью "z" ортогонально оси первой рабочей камеры в плоскости "хоy" и соединенная своим входом с выходом первой рабочей камеры с образованием замкнутой газовой цепи, при этом во второй рабочей камере на входе размещен блок формирования второй ламинарной струи, а на выходе - второй анемочувствительный блок, содержащий плоское основание, проницаемое для протекания струи и установленное перпендикулярно направлению ее течения, на котором установлены перпендикулярно центральная стойка и электропроводящие изолированные стойки, расположенные относительно друг друга ортогонально и симметрично относительно центральной стойки в плоскости "xoy" вращения объекта, анемочувствительные элементы, расположенные перпендикулярно течению струи, первые концы которых электрически соединены между собой и закреплены на центральной стойке, а вторые концы этих анемочувствительных элементов закреплены на своих стойках, причем в измерительный блок введена измерительная схема канала измерения составляющей угловой скорости ωz, при этом в каждом из каналов входы элекроизмерительных схем подключены к соответствующим анемочувствительным элементам, а выходы связаны с блоком преобразования информативного сигнала, выходом которого являются информативные сигналы по составляющим угловой скорости ωx, ωy и ωz.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для определения величины угловой скорости подвижных объектов в двух плоскостях вращения.

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для определения величины угловой скорости подвижных объектов в двух плоскостях вращения.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения угловой скорости вращения объекта. .

Изобретение относится к устройствам пневмоавтоматики ,в частности, к бесконтактным датчикам угловой скорости. .

Изобретение относится к тахометрии. .
Наверх