АКСЕЛЕРОМЕТР Российский патент 1998 года по МПК G01P15/08 

Изобретение относится к области приборостроения, в частности к приборам измерения параметров движения летательных аппаратов, и является усовершенствованием известного устройства.

Известен акселерометр, состоящий из двух неподвижных пластин и одной, находящейся между ними, подвижной пластины, выполненной в форме диска с незамкнутой кольцевой прорезью.

Перемычки между диском и кольцевой опорой являются упругими элементами пружинного подвеса. Упругие перемычки являются одновременно токоподводами к катушкам датчика момента, расположенным на подвижной пластине (маятнике) с обеих сторон.

Таким образом, конструкция чувствительного элемента такого акселерометра выполнена симметричной.

Однако усилительно-преобразующее устройство, образующее отрицательную обратную связь, расположено с одной стороны чувствительного элемента, такое крепление присуще и другим конструкциям акселерометров.

При подаче питания на акселерометр тепло, выделяемое усилительно-преобразующим устройством, передается на чувствительный элемент (ЧЭ) со стороны крепления усилительно-преобразующего устройства. При этом происходит неравномерное изменение температуры с левой и правой части чувствительного элемента. Появляющийся градиент температур влияет на перемычки упругого подвеса слева и справа неодинаково и вызывает изменение уводящего момента упругих перемычек (момент тяжения) до тех пор, пока температура внутри ЧЭ не выравняется.

Процесс выравнивания температур у акселерометров, имеющих воздушное демпфирование, составляет, как показывает практика, 15 - 20 мин, у акселерометров с жидкостным демпфированием до 30 мин.

Таким образом, во время переходного процесса возникает так называемый "дрейф нуля", который характеризуется изменением выходного газа акселерометра, замеряемого на эталонном сопротивлении при замкнутой обратной связи. При этом, если на данном отрезке времени производить калибровку, т.е. определять уходы гироблоков по показанию акселерометров, то возникающий уход нуля акселерометров будет добавляться к уходу гироблоков, т.е. в этом случае систематическая составляющая ухода каждого из гироблоков, которая учитывается в полетном задании, будет определена с ошибкой. Поэтому для исключения указанной ошибки операция калибровки должна проводиться после окончания теплового переходного процесса, что увеличивает время готовности гиростабилизированной платформы, на которой установлены гироблоки и акселерометры, а это, в свою очередь, увеличивает время готовности изделия к пуску, что не всегда допустимо.

Применение различного рода термокомпенсаторов в акселерометрах не исключает дрейфа нуля акселерометра. Введение термокомпенсаторов преследует цель стабилизации масштабного коэффициента в широком диапазоне температур, а не стабилизации моментов тяжения, которые влияют на дрейф нуля.

Целью настоящего дополнительного изобретения является уменьшение времени готовности акселерометра при сохранении необходимой стабильности его дрейфа нуля.

Указанная цель достигается тем, что в состав акселерометра (в состав его чувствительного элемента) вводят дополнительную обмотку сопротивления, закрепляют ее на неподвижной пластине ЧЭ со стороны, противоположной усилительно-преобразующему устройству, и подключают последовательно через регулировочный резистор к источнику постоянного тока, от которого запитывается акселерометр. Посредством регулировочного резистора можно регулировать величину тока, протекающего через обмотку сопротивления, а следовательно, и количество тепла, выделяющегося в упомянутой дополнительной обмотке. Упомянутую регулировку производят один раз на заводе-изготовителе, выбирая и устанавливая то значение резистора, при котором дрейф минимален. Регулировкой добиваются создания компенсирующего потока тепла со стороны чувствительного элемента, противоположной стороне крепления усилительно-преобразующего устройства.

На фиг. 1 схематически изображена конструкция акселерометра с предлагаемыми изменениями, а на фиг. 2 - схема включения акселерометра. На фиг. 3 представлены экспериментальные кривые дрейфа нуля акселерометра.

Акселерометр (фиг. 1) включает в себя центральную подвижную кварцевую пластину 1 с перемычками 2, создающими упругий подвес. Центральная пластина заключена между двумя неподвижными пластинами 3. катушки 4 датчика момента укреплены на подвижной пластине (маятнике), а магниты 5 - на неподвижной пластине 3. Позиции 1. ..5 представляют собой чувствительный элемент (ЧЭ) акселерометра.

На внешней стороне одной из неподвижных пластин 3 закреплена дополнительная обмотка сопротивления 6. Чувствительный элемент акселерометра крепится к корпусу 7, к которому с другой стороны крепится усилительно-преобразующее устройство 8. В состав данного усилительно-преобразующего устройства введено дополнительное регулировочное сопротивление 9, которое последовательно с дополнительной обмоткой сопротивления 6 подключают к источнику постоянного тока, питающего усилительно-преобразующее устройство (см. фиг. 2).

Работа акселерометра с предлагаемым изменением заключается в следующем. При подаче питания на акселерометр усилитель обратной связи, как и в прототипе, начинает выделять тепло (путь теплового потока от усилительно-преобразующего устройства 8 показан стрелками на фиг. 1). Однако тепло выделяет и дополнительная обмотка сопротивления 6, т.к. она, как было указано выше, также подключена к источнику постоянного тока. При этом происходит выравнивание температур с левой и правой стороны чувствительного элемента, а это, в свою очередь, существенно уменьшает изменение величин уводящего момента упругого подвеса перемычек подвеса.

На фиг. 3 показаны экспериментальные кривые дрейфа акселерометра во времени, начиная с момента подачи питания на прибор. При этом кривая а) характеризует дрейф нуля δ_n при отсутствии предлагаемой дополнительной обмотки (прототип), а кривая б) - при ее наличии.

Из сравнения экспериментальных кривых видно, что примерно до 8 мин с момента подачи питания на прибор в базовом объеме дрейф нуля превышает максимально допустимый дрейф для него - 6•10^-5 м/с²•мин. При этом далее процесс носит колебательный характер со слабым затуханием.

В случае применения предлагаемого устройства практически с момента подачи питания на акселерометр, последний имеет дрейф меньше вышеуказанного допуска (лишь в начальный период - 1,5-2 мин - наблюдается некоторое увеличение дрейфа в пределах допуска, а далее процесс носит периодический характер).

Таким образом, использование прелагаемого устройства позволяет существенно уменьшить время готовности акселерометра к работе, а при одном и том же времени 2-2,5 мин начала использования прибора погрешность его будет значительно меньше, чем в прототипе, примерно в 3 раза.

Поскольку готовность акселерометра определяет готовность основного прибора - гиростабилизированной платформы (ГСП) и самого изделия, на котором используется ГСП, то снижение времени готовности акселерометра при сохранении его точностных параметров по существу снижает время готовности изделия в целом.

Использование: приборы инерциальной навигации, акселерометрия. Сущность изобретения: в акселерометр вводится дополнительная отметка сопротивления - нагреватель 6 закрепляется на неподвижной пластине 3 чувствительного элемента и подключается последовательно через регулировочный резистор 9 к источнику постоянного тока. Резистором 9 регулируется величина тока, проходящего через нагреватель 6, и, следовательно, регулируется нагрев. 3 ил.

Акселерометр, содержащий корпус, подвижную часть, подвес подвижной части, дифференциальный емкостной датчик смещения, неподвижные пластины которого размещены на корпусе по обеим сторонам подвижной части, а подвижные пластины закреплены на подвижной части на обращенных к неподвижным пластинам сторонах, токоподводы, усилительно-преобразующий блок, выходы которого соединены с неподвижными пластинами емкостного датчика, блок питания емкостного датчика, две дополнительные электрически соединенные друг с другом неподвижные пластины, расположенные по обеим сторонам подвижной части и подключенные к блоку питания емкостного датчика, при этом подвижные пластины электрически соединены друг с другом, отличающийся тем, что, с целью уменьшения времени готовности акселерометра к измерению, на внешней стороне неподвижной пластины, дальней от электронного блока, установлен нагревательный элемент.