СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ЛИНЕЙНОГО ДВИЖЕНИЯ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО РЕАЛИЗАЦИИ Российский патент 1997 года по МПК G01P15/08 G01P3/42 

Известен способ определения линейного ускорения, реализованный в устройстве, в соответствии с которым величину ускорения преобразуют последовательно в изменении угла, тока, напряжения, временного интервала и цифровой код.

Устройство для реализации данного способа содержит датчик угла в виде маятникового элемента, интегратор, выполненный на основе конденсатора, стабилизатор тока с переключателем, модулятор, преобразующий выходное напряжение усилителя во временной интервал, тактовый генератор, схему совпадения, на выходе которой создается группа импульсов, формируемых генератором высокой частоты, количество которых пропорционально напряжению на интегрирующем конденсаторе и действующему ускорению. Группы этих импульсов подаются на входные счетчики вычислителя для последующего преобразования в цифровой код и определения параметров линейного движения [1]
Так как метрологические возможности данного способа реализуются в процессе пятиступенчатого преобразования по схеме: ускорение угол ток - напряжение временной интервал цифровой код, то этот способ сопровождается потерями информации в каждом преобразующем звене, снижает точность ее оценки и требует двукратного интегрирования для определения конечного результата в виде величины перемещения объекта.

Более высокими показателями точности характеризуется баллистический способ измерения линейного ускорения, принятый авторами за прототип, заключающийся в создании поступательно-возвратного движения одиночного инерционного тела и регистрации интервалов времени его перемещения в пределах двух мерных соосных участков, при этом величину ускорения определяют на основе умножения длины одного участка и разности обратных квадратов времени движения тела на каждом участке после его задержки и успокоения в крайних положениях.

Устройство, реализующее данный способ, содержит инерционное тело в виде шарика, размещенного в камере, мерные участки которой ограничены детекторами крайних положений в виде пьезокварцевых пластин и среднем детектором прохождения шарика, два соосных соленоида на внешней поверхности камеры, при этом средний детектор прохождения состоит из катушки индуктивности, трех усилителей формирователей, двух триггеров с инверсными входами, двух линий задержки, двух электронных ключей, входы которых соединены с источником опорного напряжения, двух одновибраторов, одной логической схемы 2И-НЕ, четырех схем 2И, элемента импликации, счетчика, одного резистора сдвига, двух резисторов памяти, генератора тактовых импульсов и вычислителя [2]
Поскольку метрологический цикл известного способа сопровождается обязательным наличием интервала времени задержки с целью успокоения шарика в крайних положениях, а работоспособность технической реализации способа возможна только при вертикальной ориентации оси чувствительности без определения величины перемещения объекта, то это приводит к потере информации, снижению точности и ограничению функциональных возможностей.

Целью изобретения является повышение точности при расширении метрологических возможностей для определения линейной скорости и перемещения объекта без операции интегрирования его ускорения.

Поставленная цель достигается тем, что создают два непрерывных потока инерционной массы в виде электронов от водного источника, модулируют их общим напряжением высокой частоты синусоидальной формулы и инжектируют через мерные участки вакуумной камеры в ортогональных направлениях, одно из которых совпадает с осью чувствительности устройства, реализующего способ, и с продольной осью ЛА, а другое ориентируют в плоскости горизонта перпендикулярно плоскости траектории движения объекта, измеряют разность фаз между сигналами от электронных потоков сначала при неподвижном объекте (режим калибровки, начальной выставки), а затем в условиях ускоренного по траектории, при этом величину перемещения ΔY и скорости ν определяют на основе соотношений

свидетельствующих о возможности получения численной оценки ΔY и ν без операции интегрирования ускорения, где
t_o калиброванный интервал времени, определяющий фазовый сдвиг между сигналами от двух потоков в режиме начальной выставки (калибровки),
L_o характеризует протяженность мерного участка (конструктивный размер),
Dv₁ текущее значение разности фаз при движении объекта,
ΔΦ_o начальное значение разности фаз при неподвижном объекте,
f частота модуляции потока электронов.

Данный способ реализован в устройстве, структурный состав и функциональные связи в котором приведены на чертеже.

Оно содержит 1 источник электронов (электронная пушка, изотопный элемент), 2 вакуумную камеру (экранированную), 3,7 модулирующие электроды, 4,8 электронные потоки (инерционные массы), 5,9 первый и второй анод соответственно, 6 модулирующий генератор, 10 измеритель разности фаз, 11 - вычислитель R1, R2 резисторы нагрузки, а также даны следующие обозначения: L₀ длина мерного участка, вектор гравитационного ускорения, вектор скорости движения объекта, OY направление оси чувствительности (и координатной оси).

В статическом режиме источник электронов 1 функционально связан их потоками 4,8 через модулирующие электроды 3,7 и мерные участки L₀ с первым и вторым анодом 5,9 соответственно, при этом модулирующие электроды 3,7 соединены с выходом модулирующего генератора 6, а первый и второй аноды 5,9 подключены к положительной клемме источника постоянного напряжения E_a через резисторы нагрузки R1, R2 и непосредственно к первому и второму входу измерителя разности фаз 10, выходом соединенного с вычислителем 11.

В динамическом режиме измерения параметров движения объекта создают от общего источника 1 в вакуумной камере 2 два непрерывных потока инерционных масс-электронов 4,8, модулируют их общим напряжением высокой частоты f синусоидальной формы с выхода модулирующего генератора 6 и инжектируют через модулирующие электроды 3,7 и мерные участки L₀ к анодам 5,9 во взаимно ортогональных направлениях OY и OX, один из которых совпадает с осью чувствительности устройства OY, реализующего способ, и с продольной осью объекта, а другое ориентируют в плоскости горизонта перпендикулярно плоскости траектории движения, определяют с помощью измерителя разности фаз 10 сначала величину ΔΦ_o между сигналами U₁ и U₂ в нагрузках R₁ и R₂ от электронных потоков 4,8 при неподвижном объекте а затем текущее значение ΔΦ₁ между сигналами U₁₁ и U₂₂ от этих же потоков при его ускоренном движении в направлении оси чувствительности OY и определяют величину перемещения ΔY и скорости v на основе соотношений (1( и (2).

Таким образом предлагаемый способ и его техническая реализация позволяет определять не только величину перемещения объекта, но и скорость его движения, что подтверждает более широкие его метрологические возможности в сравнении с прототипом.

При условии реально достижимых конструктивных и эксплуатационных показателях на уровне значений L₀=0,1 м; t₀=10^-5 с; f=10⁴ Гц; ΔΦ_p= ΔΦ₁-ΔΦ_o= 2•10^-3град порог чувствительности ΔY_мин составляет величину -5•10^-6 м, а регистрируемая скорость объекта не превышает 0,5 м/с, сто свидетельствует о высоких метрологических характеристиках данного способа устройства для его осуществления.

Использование: в области навигационного приборостроения для разработки и создания измерительных преобразователей инерциальных систем высокой точности. Сущность изобретения: создают два непрерывных потока электронов от общего источника 1, моделируют их общим напряжением высокой частоты f с выхода генератора 6, подключенного к модулирующим электродам 3,7 и инжектируют через мерные участки протяженностью L₀ вакуумной камеры 2 во взаимно ортогональных направлениях к первому источнику и второму аноду 5,9, одно из которых совпадает с направлением движения и с продольной осью объекта, а другое ориентируют в плоскости горизонта. При этом с резистора нагрузки R1 первого анода 5 сигнал подается на первый вход измерителя разности фаз 10, а с резистора нагрузки R2 второго анода 9 сигнал поступает на второй вход этого же измерителя для определения разности фаз между этими сигналами сначала при неподвижном объекте, а затем при его ускоренном движении в направлении оси чувствительности OY. Измеренные значения разностей фаз для стационарного и подвижного объекта подаются на вычислитель 11, на выходе которого реализуется алгоритм обработки поступающей информации в виде численной оценки линейной скорости и перемещения объекта. 2 с.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ определения параметров линейного движения, основанный на создании поступательного движения инерционного тела в пределах двух мерных участков и измерении параметров выходного сигнала системой съема информации, отличающийся тем, что создают два непрерывных потока инерционного тела в виде заряженных частиц от одного источника, модулируют их общим напряжением высокой частоты и инжектируют через мерные участки вакуумной камеры во взаимно ортогональных направлениях, одно из которых совпадает с направлением движения и с продольной осью подвижного объекта, а другое ориентируют в плоскости горизонта перпендикулярно плоскости траектории движения объекта, измеряют разность фаз между сигналами от потоков заряженных частиц сначала при неподвижном объекте, а затем в условиях ускоренного движения по траектории, при этом величину перемещения ΔY и скорости v определяют на основе соотношений

v₁= L_o(ΔΦ₁- ΔΦ_o)/t_oΔΦ₁,
где t_o калиброванный интервал времени, определяющий фазовый сдвиг между сигналами от двух потоков в режиме начальной выставки (калибровки);
L_o протяженность мерного участка (конструктивный размер);
ΔΦ₁- текущее значение разности фаз при движении объекта;
ΔΦ_o- начальное значение разности фаз при неподвижном объекте;
f частота модуляции потока электронов. 2. Устройство для определения параметров линейного движения, содержащее размещенное в камере инерционное тело, два мерных участка, ограниченных детекторами крайних положений и детекторами прохождения, и вычислитель, отличающееся тем, что введены источник электронов, модулирующий генератор, измеритель разности фаз и резисторы нагрузки, при этом детекторы прохождения выполнены в виде кольцевых электродов с центральным отверстием для прохождения потока электронов и соединены с выходом модулирующего генератора, детекторы крайних положений выполнены в виде дисковых анодов, подключенных к положительной клемме источника постоянного напряжения через резисторы нагрузки и непосредственно к первому и второму входам измерителя разности фаз, выход которого соединен с вычислителем, мерные участки взаимно ортогональны, камера выполнена вакуумной, а инерционное тело в виде двух непрерывных потоков электронов.