СВЕРХПРОВОДЯЩИЙ ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНЫЙ АКСЕЛЕРОМЕТР Российский патент 1995 года по МПК G01P15/08 G01P15/13 

Изобретение относится к прецизионному приборостроению и может быть использовано при создании криогенных высокочувствительных элементов, предназначенных для использования в навигационных системах и системах управления движущимися объектами.

Известен акселерометр, содержащий инерционную массу в виде постоянного магнита и систему обратной связи с датчиками перемещения и момента.

Недостатком этого акселерометра является сравнительно низкая точность измерений.

Для устранения данного недостатка в акселерометр, содержащий установленные в корпусе инерционную массу в виде цилиндрического постоянного магнита, установленного в центрирующем подвесе, систему обратной связи с датчиком положения, усилителем обратной связи и катушкой постоянного магнитного поля, дополнительно введены диск из высокотемпературного сверхпроводника, катушка переменного магнитного поля и система охлаждения. Указаны также взаимосвязи всех элементов и их взаимное расположение.

На чертеже изображена упрощенная схема сверхпроводящего высокотемпературного акселерометра с магнитом, расположенным под диском.

На чертеже показаны герметичный кожух-корпус 1; диск 2 из высокотемпературного сверхпроводника; цилиндрическая катушка 3 постоянного магнитного поля; катушка 4 переменного магнитного поля; электроды 5 электростатического центрирующего подвеса; электрод 6 датчика положения; постоянный цилиндрический магнит 7; усилитель 8 обратной связи.

Герметичный корпус 1 прибора помещен внутрь криостата системы охлаждения (не показана), обеспечивающей температуру 77 К (температура жидкого азота). Внутри прибора создан вакуум. В корпусе 1 жестко связанные с ним установлены диск 2 из высокотемпературного сверхпроводника с критической температурой выше 77 К, например YBa₂Cu₃O₇, цилиндрическая катушка 3, соосная диску, катушка 4 переменного магнитного поля, внутри которой установлен диск 2, электроды 5 центрирующего подвеса, соосного диску 2, электрод 6 емкостного датчика положения. Между электродами 5 установлен свободно перемещающийся вдоль оси чувствительности ZZ постоянный цилиндрический магнит 7 из высокоэруитивного сплава, например Sm-Co. Вне системы охлаждения установлен усилитель 8 обратной связи. Сигнал, пропорциональный действующему ускорению, снимается с сопротивления R, установленного на выходе усилителя обратной связи.

В предлагаемом акселерометре вместо изображенного на чертеже емкостного датчика положения (электрод 6) может быть установлен бесконтактный датчик другого типа, например оптический.

Усилитель 8 обратной связи может быть размещен внутри герметичного кожуха.

Герметичный кожух 1 может охватывать только магнит 7 и электроды 5 электростатического центрирующего подвеса, так как вакуум нужен только для центрирующего подвеса. В этом случае весь прибор может быть заключен в негерметичный кожух.

Система охлаждения может охлаждать только диск из высокотемпературного сверхпроводника.

Устройство работает следующим образом.

Прибор в корпусе 1 помещен в криостат системы охлаждения (не показан), заполненный жидким азотом, и охлаждается до температуры сверхпроводимости высокотемпературного диска 2. Включается усилитель 8 обратной связи. Ток, который создает усилитель 8 с помощью сигнала от датчика съема информации, протекает по цилиндрической катушке 3, взвешивает и удерживает во взвешенном состоянии постоянный магнит 7. Включается электростатический центрирующий подвес (электронные блоки подвеса не показаны). Магнит 7 центрируется в подвесе. Подается переменный ток в катушку 4 переменного магнитного поля (ток частотой 10-1000 Гц, создает слабое переменное магнитное поле, величиной примерно 5-50 Гс). Прибор готов к работе.

При известном ускорении (например 1g) ток, протекающий через сопротивление R, создает падение напряжения, которое принимается за начало отсчета. При действии на взвешенный постоянный магнит 7 ускорения, отличающегося от начального, для удержания магнита в "нулевом" положении, которое определяется чувствительностью датчика положения, изменяется с помощью усилителя 8 обратной связи ток, протекающий через цилиндрическую катушку 3, это изменение тока пропорционально отклонению ускорения от ускорения, принятого за "ноль".

Возможна другая система управления. На вход усилителя обратной связи подается эталонный сигнал (например, от батареи или стабилизатора напряжения). При этом магнит 7 должен находиться примерно в среднем положении, а сигнал с датчика положения должен отсутствовать. При перемещении магнита 7 с датчика положения подается на вход усилителя 8, который изменяет ток через цилиндрическую катушку 3.

Еще один вариант управления заключается в том, что катушка 3 имеет две обмотки. В одну из постороннего стабильного источника подается ток, взвешивающий магнит 7 в среднее положение. Другая обмотка подключается к выходу усилителя 8 обратной связи.

Работа устройства при горизонтальном положении оси ZZ не отличается от рассмотренного, когда ось ZZ направлена по ускорению силы тяжести. Единственное требование центрирующий электростатический подвес должен удерживать магнит 7 во взвешенном положении.

Таким образом, применение в сверхпроводящем высокотемпературном акселерометре системы электростатического центрирования, взвешенного постоянного магнита, катушки переменного магнитного поля, усилителя обратной связи с расположением диска из высокотемпературного сверхпроводника внутри катушки переменного магнитного поля, подключение катушки, установленной рядом с диском, соосно ему со стороны, противоположной постоянному магниту, и соединение ее с выходом усилителя обратной связи, на вход которого подается сигнал с датчика съема информации, создает положительный эффект и позволяет получить сверхпроводящий высокотемпературный акселерометр с точностью более высокой, чем в прототипе.

Использование: в системах инерциальной навигации, измерителях ускорений. Сущность изобретения: герметичный корпус 1 расположен внутри криостата системы охлаждения. Внутри корпуса 1 создан вакуум, в нем расположены диск 2 из высокотемпературного сверхпроводника, цилиндрическая катушка 3 постоянного магнитного поля, катушка 4 переменного магнитного поля, электроды 5 элекстростатического центрирующего подвеса, электрод 6 датчика положения и инерционная масса в виде постоянного магнита 7. Электроды 5 и 6 подвеса и датчика положения включены в цепь обратной связи, которая содержит усилитель 8. 1 ил.

СВЕРХПРОВОДЯЩИЙ ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНЫЙ АКСЕЛЕРОМЕТР, содержащий инерционную массу в виде цилиндрического постоянного магнита, установленного в своем центрирующем подвесе, систему обратной связи, включающую датчик положения, усилитель обратной связи и катушку постоянного магнитного поля, а также корпус, отличающийся тем, что в него введены диск из высокотемпературного сверхпроводника, диаметр которого больше диаметра постоянного магнита, катушка переменного магнитного поля и система охлаждения, причем диск из высокотемпературного сверхпроводника установлен внутри катушки переменного магнитного поля соосно с постоянным магнитом, катушка постоянного магнитного поля установлена на диске соосно с ним со стороны, противоположной постоянному магниту, а акселерометр в корпусе установлен внутри системы охлаждения.