[1]Изобретение относится к приборостроению , а именно к конструкциям
датчиков линейных ускорений - акселерометров - инерциальнах систем навигации.
Известна конструкция поплавкового маятникового акселерометра, состоящая из герметичного, заполненного
рабочей жидкостью корпуса и взве шейного в ней поплавкового подвижно го маятникового узла, а также датчи
ков угла и момента, соединенных через электронный усилитель flj. Помимо гидростатической разгрузк
опор подвижного узла рабочая жидкость осуществляет его эффективное демпфирование при наличии как линей
ной, так и угловой вибрации. Однако поплавковые акселерометры отличаются технологической сложное
тью изготовления, имеют большие габариты , а прецизионные приборы с си темой термостатирования обладают,
кроме того, значительным времейем готовности. Указанные недостатки устраняются
в сухих маятниковых акселерометрах состоящих из корпуса и помещенного
в нем на упругом подвесе подвижного узла, а также датчиков угла и момента
, соединенных через электронный усилитель. Упругий подвес в таких акселерометрах выполняется из металла
, его шейка имеет цилиндрическую или более сложную поверхность и формируется
тщательной механической обработкой 123 . Недостат,ком акселерометров с таки
типом упругого подвеса является весьма значительный гистерезис, приводящий
к погрешности приборов порядка . Для устранения этого явления упругий
подвес акселерометров выполняют из монокристаллов кварца или кремния, причем формирование балочки
подвеса ведется химическим путем . Так, при изготовлении упругого подвеса из монокристалла кремния
выполнение формы и размеров балочки осуществляется методом анизотрон ного травления З.
Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому эффекту является акселерометр,
содержащий корпус и помещенный в нем на упругом подвесе из монокристалла
подвижный узел, а также датчик угла, соединенный через электронный усилитель
с магнитоэлектрическим датчиком момента 4. Однако при наличии угловой вибрации
по оси маятника- подвижный узел прибора ссэвершает колебания вокруг этой оси, а степень демпфирования
колебаний, учитывая выполнение подвеса подвижного узла из монокристаллического материала, ничтожна.
Кроме того, технологически невозможно обеспечить абсолютное совпа- k
дение точек приложения компенсационных сил катушек датчика момента с осью маятника. Технологическое
несовпадение точки приложения результирующей компенсационной силы датчика момента с осью маятника
обуславливает угловые колебания подвижного узла вокруг оси маятника даже при отсутствии угловой вибрации
, а лишь при наличии проекции линейного вибровозмуцения на измери тельную ось акселерометра. Все это
приводит к возникновению вибрационной погрешности. Цель изобретения - повышение виброустойчивости
прибора. Указанная цель достигается тем, что в конструкции коютенсационного
маятникового акселерометра, состоящего из корпуса и помещенногс в нем на упругом монокристаллическом
подвесе подвижного чувствительного узла, датчика угла, выполненного
.в виде подвижного элемента, укрепленного на чувствительном узле, и
неподвижных элементов, укрепленных на корпусе, и соединенного через
электронный блок с.магнитоэлектрическим датчиком момента, две подвижные идентичные катушки которого
укреплены на подвижном узле по раз-/ ные его стороны по измерительной
Оси/датчик угла выполнен из двух одинаковых частей, разнесенных на равные расстояния от оси маятника
по оси, параллельной оси подвеса, а оси катушек датчика момента смещены
по оси, параллельной оси подвеса, в разные стороны на одинаковые расстояния от оси маятника, при этом
Выходы двух частей датчика угла сое-., динены с суммирующим и вычитгиощим
входами сумматора, выходы которого соединены с электронным блоком. На фиг. 1 показана конструктивная
схема предлагаемого акселерометра, на фиг. 2 -, то Же, электрическая
схема, на фиг. 3 и 4 - схемы работы аксе перометра. Акселерометр состоит из корпуса 1
в котором на упругом монокристаллич. ческом подвесе 2 помещена пластина
подвижного узла 3 с укрепленными на ней двумя подвижными электродами 4 двух одинаковых частей OY -и
DY емкостного датчика угла. Неподвижные электроды 5DY и DY установлены на корпусе прибора 1. На
пластине подвижного узла акселерометра расположены две катушки б магнитоэлектрического
датчика момента, укрепленные по обе стороны от пластины 3.
Статор магнитоэлектрического датчика момента для каждой из его
катушек состоит из постоянного цилиндрического магнита 7 и магнитопровода
8. Подвижный электрод 4 и неподвижные 5 одной из частей ОУ емкостного
датчика угла образуют переменные емкости и GZ , аналогично в электрод 4 и два электрода 5 образуют
емкости C,j и С. . На чертежах показаны измерительная ось акселерометра 1 ось маят
ника 2: , ось подвеса подвижного узла , центр масс подвижного узла 1Щ точка приложения компенсационной
силы DH о ,точка приложёНД1Я компенсационной силы DN Q f расстояние от О (или ДО осц 2,,
Емкости Of и С ЬУ -включены дифференциально/ например, в измеритель ные плечи моста, образованного также
сопротивлениями Zi и Z (фиг, 2), Емкости С и С4 также включены дифференциально (мост С,, С, 2, .
На диагонали обоих мостов подается напряжение возбуждения Ug, а снимае
мое с измерительных диагоналей напр жение поступает на фазочувствительные
выпрямители ФЧВ и ФЧВ . Сигналы с выходов ФЧВ подаются каждый на суммирующий + и вычитакнций -
входы сумматора Т , Суммирующий выход + еумматора связан с корректирующим звеном w| , а вычи ающий
- с корректиругацим звеном Сигнал с Wj подается на инвертирую щие входы усилителей Y и Y, а
сигнал с чД - на инвертирукяцнй вход у и на неинвертирукадий вход Y Выход У через мсяаный выходной
каскад МВК и эталонное сопротивление связан с катушкой Кд/ц одной из половин ом магнитоэлектриче
кого датчика момента. Аналозтично выход у через МВК и R связан с второй катушкой R, Датчика -момента
. Падения напряжения на эталон ных сопротивлениях RgT и су мируются на сумматоре ii , выходная
величина Которого пропорциональ на измеряемому акселерометром ускорению .
Акселерометр работает следующим образом. При наличии ускорения a по изме
рительной оси (} прибора воз ник.ает инерционная сила F , равная шац
(где m - масса подвижного узла при . бора) и создающая момент Fj, I (где f
расстояние от центра масс ЦМ подвиж ного узла до оси подвеса ), Откл
няющий подвижный узел акселерометра от исходного положения. Это откл нение измеряется обоими половина- .
ми ОУ и ОУ датчика уг-ла, складыва ётся на суммирукяаем входе Z и с его
суммирукадего выхода через корректирующее : звено W подается на инвертирующие
входы промежуточных усилителей у и У, а далее через МВК и в .„и через R. а К соответственно. Обе половины ДМ и дм датчика момента развивают момент
, компенсирующий момент инерционной силы. Падения напряжения на эталонных сопротивлениях R.yj. и т .
суммируются 2 и его выходная Ug пропорциональна ускорению а. При наличии колебаний подвижного
узла 3 акселерометра вокруг оси , воэникшощих из-за круговой вибрации по этой оси или наличия переменной
составляющей в су. , сигналы с ОУ и ОУ не равны между собой, -поэтому на вычитающем выходе сумматора
Z появляется сигнал, величина которого пропорциональна углу отклонения подвижного узла акселерометра
вокруг I, а полярность - напряжению отклонения. Этот сигнал, соответству вЗЬШй
угловому отклонению подвижного узла относительно оси маятника 5 , проходя через корректирующее звено
wj , подается на инвертирующий вход усилителя У и на неинвёртирующий вход усилителя У , а далее
через мсэдные выходные каскады и эталонные сопротивления в катушки датчика момента.
При наличии ускорения а и при отсутствии угловых колебаний подвижного
узла вокруг оси (фиг. 3) момент Мц инерционной силы FM отйосйтельно
оси подвеса f. MK V уравновешивается моментами компен сещионных сил FJ и , создаваемых DM
и DM, т.е. MK (Fk. + F,)- е. При этом, поскольку конструктивно к. к. приложены к подвижному
узлу на одинаковых расстояниях I, суммарный момент относительно оси -Z равен нулю. При
наличии ускорения -а и угловых колебаний подвижного узла вокруг оси (фиг. 4) момент инерциоНный
силы Mj, « FH I уравновешивается моментами компенсационных сил F| и моментами демпфирующих сил Fa.
и Fi (имеющих взаимно противоположные направления) М ( (FK + Ff + FQ, F
)cosot -t (F,4 Ч- F,-cos oil , V Однако демпфирующие силы создают момент + F I, демпфирующий
колебания подвижного узла относительно оси г, т.е. эффективно уменьшающий
их амплитуду , а следовательно , и вибрационную погрешность акселерометра .
Таким образом, предлагаемая конструкция акселерометра имеет технические
преимущества в сравнении с известным объектом, так как в ней осуществляется
электрическое демпфирование угловых колебаний подвижного узла относительно оси маятника, что
уменьшает инструментальную вибрационную погрешность-: в работе акселерометра
, т.е. повышает его виброустойчивость . Причем это достигается без
введения в.конструкцию электромеханического блок «rllJWedpa дополнительных узлов, а лишь благодаря определенной специальной компановке имевдихся в нем узлов
