АКСЕЛЕРОМЕТР Российский патент 1998 года по МПК G01P15/08 

Изобретение относится к приборостроению, а именно к компенсационным маятниковым акселерометрам с упругим подвесом и может найти применение для измерения ускорений летательных аппаратов.

Известен маятниковый акселерометр, чувствительный элемент (ЧЭ) которого состоит из двух неподвижных пластин с упорными выступами (пластиками), между которыми закреплена третья пластина с незамкнутой кольцевой прорезью, образующей маятник. Перемычки между маятником и кольцевой опорой являются упругими элементами подвеса.

Для создания зазора (порядка 30 мкм) между подвижной и неподвижными частями чувствительного элемента высота упомянутых выступов выбрана соответственно равной 30 мкм.

Конструктивно чувствительный элемент представляет собой пакет их трех упомянутых пластин, жестко закрепленный в расточке корпуса ЧЭ с помощью запорного кольца, установленного на клее.

В такой конструкции после полимеризации клея усилия, прикладываемые к центральной пластине со стороны каждого выступа боковых пластин, оказываются неодинаковыми из-за различных технологических факторов процесса склейки (подготовка поверхности под склейку, неравномерность толщины клеевого слоя, неравномерность распределения усилия поджатия и т.д.).

Корпус чувствительного элемента и запорное кольцо выполнены из материала (например сплав 36H с α₁ = (0,9-1,1)•10^-61/^oC), коэффициент линейного расширения (КЛР) которого согласуется с КЛР материала пластин (α₂₌ 0,5•10^-6 1/^oC). Однако даже при имеющейся небольшой разнице в КЛР этих материалов, при изменениях температуры, имеющих место в процессе испытаний, хранении и эксплуатации приборов возможны изменения усилий сжатия пакета пластин или микросмещения центральной кварцевой пластины относительно первоначального ее положения.

Указанные обстоятельства определяют существенный недостаток конструкции и приводят к тому, что распределение усилий, действующих на наружное (базовое) кольцо центральной пластины, оказывается неравномерным. Это приводит к деформации наружного кольца центральной пластины и появлению дополнительных усилий на упругих перемычках подвеса, сто, в свою очередь, увеличивает величину систематической составляющей тяжения, являющейся одним из основных параметров прибора и, следовательно, ее нестабильность.

Целью изобретения является повышение точности акселерометра, т. е. уменьшение погрешности тяжения за счет выравнивания усилий, действующих на наружное (базовое) кольцо центральной пластины.

Цель достигается тем, что в корпус чувствительного элемента акселерометра введен размещенный между запорным кольцом и пакетом пластин плоский упругий элемент в виде пружины, соотношение осевой жесткости которой к осевой жесткости корпуса чувствительного элемента лежит в пределах 1,5•10^-3 - 5•10^-3.

При этом практически исключается возможность изменения усилия стяжки центральной пластины после полимеризации клея, так как упомянутая плоская пружина, обеспечивая постоянный поджим пакета пластин, выравнивает эти усилия и предотвращает возникающую ранее деформацию наружного кольца центральной пластины. Такое конструктивное решение обеспечивает повышение точности параметров акселерометра и их высокую стабильность.

На фиг. 1 изображен чувствительный элемент акселерометра, общий вид; на фиг. 2 - плоская пружина, вводимая в конструкцию чувствительного элемента.

Чувствительный элемент акселерометра содержит корпус 1, в который установлены боковые пластины 2 и 3. Между боковыми пластинами установлена центральная пластина 4 из кварцевого стекла. Зазор между центральной и боковыми пластинами образуется с помощью выступов (платиков) 5. Запорное кольцо 6 запирает в корпусе пакет пластин, поджим которых обеспечивается плоской пружиной 7. Кольцо 6 устанавливается в корпус ЧЭ на клее.

Устройство работает таким образом, что в случае появления неравномерных усилий в зонах соприкосновения выступов боковых пластин и центральной пластины плоская пружина 7 выравнивает эти усилия и обеспечивает постоянное усилие поджима пакета пластин.

Так, например, в акселерометре по авт. св. N 154727 из-за разницы (Δα = 1,2•10^-6 1/^oC) коэффициентов линейного расширения пластин 2-4 из кварцевого стекла и корпуса 1 из сплава 36H при изменении температуры возникает температурное рассогласование, равное
Δ_т = H•Δα = 0,004 мкм/c,
где
H = 3,5 мм - суммарная толщина пакета пластин 2-4.

Произведение температурного рассогласования на заданное температурное отклонение от номинала ΔT = ± 50^oC и на жесткость C_ЧЭ=10 кгс/мкм чувствительного элемента дает разброс ΔF усилия поджима пластин, равный
ΔF = Δ_т•ΔT•C_чэ = ∓ 2кгс
Т. е. без плоской пружины усилие поджима может отличаться от номинального, задаваемого равным F = 3 кгс, приблизительно в 2-3 раза. Под жесткостью C_ЧЭ чувствительного элемента понимается суммарная жесткость растяжения - сжатия цилиндрической части корпуса 1, пластин 2-4 и пленки клея между пластинами и корпусом 1.

В предлагаемой конструкции акселерометра параметры плоской пружины выбраны такими, чтобы жесткость пружины C_пр была равной 2•10^-2 кгс/мкм, т.е. много меньше жесткости C_ЧЭ чувствительного элемента. Тогда разброс усилия поджатия пластин составляет всего
ΔF = Δ_т•C_пр•ΔT = ∓ 0,004 кгс,
то есть около 0,2% от прежней величины разброса усилий поджатия.

Таким образом, видно, что введение плоской пружины 7 обеспечивает равенство усилий на каждый выступ и постоянство усилия поджима пакета пластин с отклонением от номинала не более 0,2% (в то время как без пружины усилие поджима может изменяться в 2-3 раза), что приводит к уменьшению деформаций базового кольца центральной пластины, а следовательно, и упругих перемычек подвеса маятника.

Использование изобретения позволяет исключить появление дополнительной составляющей погрешности тяжения и таким образом повышает точность акселерометра примерно на 30-40% по сравнению с параметрами акселерометров, используемых на предприятии, практически без усложнения конструкции и увеличения стоимости прибора и позволит уменьшить стоимость приборов за счет увеличения выхода количества годных по параметрам приборов.

Использование: приборы инерциальной навигации, акселерометрия. Сущность изобретения: в корпус чувствительного элемента введен размещенный между запорным кольцом и пакетом пластин плоский упругий элемент в виде пружины, соотношение осевой жесткости которой к осевой жесткости корпуса лежит в пределах 1,5•10^-3 - 5•10^-3. 2 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-преобразовательный 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 повышения точности прибора за счет обеспечения высокой стабильности параметров конструкции, в корпус чувствительного элемента введен размещенный между запорным кольцом и пакетом пластин плоский упругий элемент в виде пружины, отношение осевой жесткости которой к осевой жесткости корпуса чувствительного элемента лежит в пределах 1,5•10^-3 - 5•10^-3.