Способ измерения ускорений и устройство для его реализации в.м.юровицкого

 

1. Способ измерения ускорений, включающий определение смещения подпружиненной инерционной массы по оси чувствительности, отличающийс я тем, что, с целью повыщения точности и помехоустойчивости, подпружиненную массу вращают относительно оси, не совпадающей с осью чувстви тельности и направлением измеряемого iускорения. ч/ Ч Р. Ц 5t ч| vj сд

СОЮЗ СО8ЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТ8ЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕ О

09) O!)

g(5g G О1 Р 15/02 (21) 2730045/18-10 (22) 26,02.79 (46) 07.06.84. Бюл. М- 21 (75) В.М. Юровицкий (53) 531.768(088.8) (56) 1. Браславский Д.А., Логунов С.С. и Пельпор Д..С. Авиационные приборы и автоматы. M., "Машиностроение", 1978, с. 358.

2. Инерционная навигация. Анализ и проектирование. Под редакц-.; и

К.Ф.О Донелла. M., Наука 19о9, с. 34.

3. Селезнев В.П. Навигационные устройства. М., Машиностроение, 1974, с. 348, рис. 12.7 (прототип). (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ УСКОРЕНИЙ

И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО РЕАЛИЗАЦИИ

В.М. ЮРОВИЦКОГО (57) 1. Способ измерения ускорений, включающий определение смещения подпружиненной инерционной массы по оси чувствительности, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения точности и помехоустойчивости, подпружиненную массу вращают относительно оси, не совпадающей с осью чувстви.тельности и направлением измеряемого ускорения.

9671 75

2. Способ по п. 1, о т л и ч аю шийся тем, что вращение производят с частотой, равной собственной резонансной частоте подпружиненной инерционной массы.

3. Устройство для измерения ускорений, содержащее акселерометр с подпружиненной инерционной массой, подключенной к регистрирующеи схеме, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что в него введены двухстепенный подвес с внутренней и внешней рамками, двигатель вращения и датчик углового перемещения внутренней рамки, а инерционная масса установлена с возмажИзобретение относится к области ,механики и может быть использовано в гравиметрии, разведочной и промысловой геофизике и в области навигации

Известны способы измерения ускорений и устройства для их реализации, измеряющие ускорения с помощью инерционных тел, соединенных с движущимся объектом при помощи пружины Г1, 2 3.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является способ измерения ускорений, включающий определение смещения подпружиненной инерционной массы по оси чувствительности, и устройство для реализации способа, содержащее акселерометр с подпружиненной инерционной массой, подключенной к регистрирующей схеме (3 3.

Однако такой способ обеспечивает измерение ускорения порядка 10 м/с", что недостаточно с точки зрения потребностей сегодняшнего дня.

Помехоустойчивость способа изме рений низка, так как он очень чувствителен к толчкам, сотрясениям, вибра;иям, микросеймам и т.п. Кроме то: >, таким способом невозможно замерить повторное кориолисово ускорение.

Эта цель изобретения — повышение точности и помехоустойчивости способа

Цель достигается тем, что определение смещения подпружиненной инерI ционной массы по оси чувствительнос- ностью перемещения по касательной к радиусу. вращения внутренней рамки.

4. Устройство по п. 3, о т л ич а ю щ е е с я тем, что инерцион.ная масса установлена с возможностью радиального перемещения относительно подвеса внутренней рамки.

5. Устройство по пп. 3, ч, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью обеспечения возможности определения кориолисова ускорения, инерционная масса установлена с возможностью перемещения параллельно подвесу внутренней рамки. ти производят при вращении подпружиненной массы относительно оси, не совпадающей с осью чувствительности и направлением измеряемого ускорения, вращение производят с частотой, равной собственной резонансной частоте подпружиненной инерционной массы.

Устройство, реализующее способ, содержит акселерометр с подпружиненной инерционной массой, подключенной к регистрирующей схеме, двухстепенный подвес с внутренней и внешней рамками, двигатель вращения и датчик углового перемещения внутренней рамки. Инерционная масса установлена с возможностью перемещения по касательной к радиусу вращения внутрен-. ней рамки.

Инерционная масса может быть установлена с возможностью радиального перемещения относительно подвеса внутренней рамки.

Для определения кориолисова ускорения инерционная масса может быть установлена с возможностью перемещения параллельно подвесу внутренней рамки.

На фиг. 1 показано устройство для осуществления предлагаемого способа, общий вид; на фиг, 2 — то же, вид сверху; на фиг. 3 — схема измерения кориолисова ускорения.

Устройство содержит внутреннюю

35 рамку ;, выполненную в виде диска, Ф

3 967 двигатель 2 вращения рамки .1, внешнюю рамку 3, акселерометр 4 с инерционной массой 5, пружиной 6 и датчиком 7 перемещения инерционной массы 5. Датчик 7 соединен с регистриру- ющей схемой 8, которая также соединена с конструктивно" разделенным на две части 9 и 10 датчиком угловых перемещений рамки 1. Часть 9 датчика прикреплена к рамке 1, а часть 10 — 10 к некоторой базисной системе 11 отсчета. Регистрирующая схема 8 предназначена для .измерения амплитуды, фазы, .пибо того и другого вместе.

Акселерометр 4 может быть установ- 15 лен в трех положениях: — инерционная масса 5 акселерометра 4 имеет возможность перемещения по касательной к радиусу вращения внутренней рамки 1 (фиг. 1); щ — инерционная масса 5 устанавливается с возможностью радиального перемещения относительно подвеса внутренней рамки 1 (на черт. не показано); 25 — инерционная масса 5 устанавливается с возможностью перемещения параллельно подвесу рамки 1 (фиг.3).

На фиг. 1 вектор Д показывает ориентацию силы земного притяжения (Х вЂ” ось чувствительного акселерометра 4).

На фиг. 3 вектор Я показывает ориентацию вращения Земли. Вектор Яд являются проекцией вектора Я на ось

35 собственного вращения внутренней рамки 1, которая находится в плоскости горизонта и совпадает с меридианом..

Вектор Я,- также является проекцией вектора на ось, перпендикулярную к плоскости горизонта в месте наблюдения. Угол 8 равен широте наблюдения, мз — угловая скорость вращения вйутренней рамки 1; и — вектор угловой скорости вращения F — направ"

К 45 ление действия силы Кориолиса.

Устройство работает следующим образом.

При установке инерционной массы 5 с возможностью перемещения по каса50 тельной к радиусу вращения внутренней рамки 1, т.е. так, как показано на фиг. 1, и при вращении рамки 1 с угловой скоростью w на массу 5 воздействует сила земного притяжения (вектор Д ).

Прн подъеме акселерометра 4 вверх инерционная масса 5 сжимает пружину б.

175 4

Наибольшая величина сжатия будет тогда, когда инерционная масса 5 будет находиться в плоскости горизонта.

Затем после охлаждения плоскости го ризонта пружина 6 начнет разжиматься и достигает нейтрального положения в тот момент, когда центр тяжести массы 5 совпадает с вертикальной плоскостью. При дальнейшем повороте рамки 1 акселерометр 4 начнет двигаться вниз, в результате чего масса

5 начнет, растягивать пружину 6. Максимальное растяжение пружины 6 наблюдается в тот момент, когда центр тяжести массы 5 совпадает с плоскостью горизонта. При дальнейшем движении пружина 6 начнет сжиматься и достигнет нейтрального положения в тот момент, когда центр массы 5 снова совпадет с вертикальной плоскостью. Таким образом, с датчика 7 будет сниматься движение массы 5 относительно акселерометра 4 в виде синусоидальной кривой. Если рамку 1 расположить в плоскости горизонта и разместить предлагаемое устройство на объекте, движущемся с ускорением, то с датчика 7 будет сниматься аналогичная синусоидальная кривая если в первом слу7 чае реализуется первый закон Ньютона, то во втором случае реализуется второй закон Ньютона.

Учитывая характер синусоидальной кривой, можно определять ускорение и силу, действующую на акселерометр

4, с гораздо большей точностью, чем акселерометром, имеющим жесткую ориентацию относительно связанных с объектом систем координат.

Описанный способ также имеет низкую ". омехоустойчивость.

Если вращать акселерометр 4 с частотой, равной собственной резонансной частоте подпружиненной пружиной б инерционной массы 5, то в силу того, что при резонансе сдвиг фаз между приложенной силой и колебанием равен нулю и резонансные системы имеют высокую степень помехоустойчивости, предложенный способ измерения имеет высокую точность и помехоустойчивость к толчкам, сотрясениям, вибрациям и тому подобным помехам, вносящим ошибки при обычных способах измеренМ с помощью акселерометра.

Аналогичные измерения можно производить и при установке инерционной

967175 кФиз..

ВЯИИПИ Заказ 3953/1 Тираж 823 Подписное

Филиаи ППП "Патент", г. Ужгород,ул.Проехтная, 4 массы 5 с возможностью радиального перемещения относительно подвеса рамки 1, только -при этом учитывать действие центробежной силы на инерционную массу,и пружину 6. 5

При установке инерционной массы с возможностью перемещения параллельно подвесу рамки 1 и при вращении акселерометра 4 с частотой, равной собственной резонансной частоте подпружиненной пружиной 6 инерционной массы, с помощью предлагаемого устройства (фиг. 3) можно определять величину поворотного кориолисова ускорения.

На фиг. 3 видно, что вектор Я

C показывает угловую скорость вращения плоскости горизонта. Ось собственного вращения .рамки 1 также вращается 20 в пространстве с этой угловой скоростью, так как она расположена в плоскости горизонта.

Тогда акселерометр 4 при своем вращательном движении вокруг оси 25 подвеса рамки 1 также совершает одновременно два вращательных движения.

В результате первого вращательного движения акселерометр 4 будет оказываться то справа, то слева относительно вектора Я,. Но так как существует и второе вращательное движение, корпус акселерометра 4 будет перемещаться относительно инерционной массы 5, при этом в правой части в одну сторону, а в левой части— в другую. Но из-за того,что перемещение корпуса акселерометра 4 относительно инерционной массы 5 происходит с резонансной частотой пружины

6 и массы 5 (передается массе 5 че рез пружину 6), зта система будет совершать резонансные колебания.

В результате будет измеряться поворотное кориолисово ускорение. По величине амплитуды акселерометра 4 можно измерять широту места, а также использовать предлагаемое устройство для стабилизации движения аппарата по рысканью.