ЖИДКОСТНОЙ АКСЕЛЕРОМЕТР Российский патент 2004 года по МПК G01P15/93 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в системах инерциальной навигации.

Известен жидкостной акселерометр [1] с жидкостным подвесом инерционной массы. В качестве рабочей жидкости в аналоге [1] используется магнитная жидкость, в которой находится поплавок, смещаемый действующим на акселерометр ускорением. Величина смещения поплавка измеряется с помощью электромагнитного датчика.

Известен жидкостной акселерометр [2], принятый за прототип, содержащий перевернутый П-образный сосуд с рабочей жидкостью и датчик разности уровней рабочей жидкости в вертикальных частях П-образного сосуда, усилитель и регистратор.

В качестве рабочей жидкости в прототипе используется токопроводящая жидкость, например ртуть. В качестве датчика разности уровней рабочей жидкости в вертикальных частях П-образного сосуда используется электрический датчик, выполненный на проволочных резисторах, сопротивление которых определяется уровнем жидкости. Таким образом, разность сопротивлений резисторов определяет разность уровней жидкости в вертикальных сосудах, получаемой за счет воздействующего на акселерометр ускорения.

Недостатками аналога и прототипа является их подверженность влиянию электрических и магнитных помех, а также отсутствие на выходе датчика оптического выходного сигнала.

Техническим результатом, получаемым от внедрения изобретения, является получение на выходе акселерометра оптического сигнала, пропорционального ускорению, что позволяет устранить влияние электрических и магнитных полей на результаты измерений ускорения, а также влияние различных амплитудных факторов.

Данный технический результат получают за счет того, что известный жидкостной акселерометр, содержащий перевернутый П-образный сосуд с рабочей жидкостью и датчик разности уровней рабочей жидкости в вертикальных частях П-образного сосуда, усилитель и регистратор, дополнительно содержит инерционную массу, выполненную в виде свободно перемещающегося под действием измеряемого ускорения вдоль горизонтальной части сосуда поршня, а датчик разности уровней рабочей жидкости в вертикальных частях П-образного сосуда выполнен в виде двух волоконных катушек, расположенных на дне сосуда, оптически согласованных в интерферометр с источником когерентного света и фотоприемником, выход которого подключен ко входам усилителя, соединенного выходом с регистратором.

В поршне может быть выполнено отверстие, параллельное горизонтальной оси П-образного сосуда, регулируемого диаметра.

В одной из волоконных катушек может быть установлено фазосдвигающее устройство, при этом между усилителем и регистратором дополнительно устанавливают аналого-цифровой преобразователь (АЦП).

В качестве рабочей жидкости можно использовать дистиллированную воду.

Волоконные катушки располагают заподлицо с дном перевернутого П-образного сосуда.

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 представлена конструктивная схема акселерометра; на фиг.2 - его оптико-электронная схема.

Жидкостной акселерометр содержит (фиг.1) П-образный перевернутый сосуд 1 с рабочей жидкостью 2, инерционную массу, выполненную в виде поршня 3 с отверстием 4, параллельным оси горизонтального канала сосуда 1. Отверстие 4 выполнено с возможностью изменения своего диаметра, например, в виде ирисовой диафрагмы.

Имеется также датчик разности уровней (h₂-h₁) рабочей жидкости (дистиллированной воды) в вертикальных частях П-образного сосуда. Датчик выполнен в виде двух волоконных катушек 5, 6 из серийно выпускаемого оптического волокна, расположенных на дне перевернутого П-образного сосуда 1 заподлицо с ним (не показано). Катушки 5, 6 оптически согласованы с источником 7 когерентного света и фотоприемником 8 в интерферометр (фиг.2). Одна из волоконных катушек, например 6, включает в себя фазосдвигающее устройство 9.

Выход фотоприемника 8 подключен через последовательно соединенные усилитель 10 и АЦП 11 к регистратору, выполненному в виде частотомера 12, и к соответствующим блокам исполнительного механизма (не показаны) изделия, на котором установлен акселерометр (торпеда, ракета, подводное плавсредство и т.п.).

В зависимости от реализуемого на практике пункта формулы изобретения жидкостной акселерометр работает в двух режимах: малых и больших величин воздействуемого ускорения W.

На чертежах представлен акселерометр, работающий в режиме измерения малых величин ускорения (пп.1, 3 формулы изобретения).

Чувствительность акселерометра можно также регулировать путем изменения диаметра отверстия 4 в поршне 3 перед началом проводимых измерений.

Жидкостной акселерометр перед эксплуатацией проходит метрологическую аттестацию для различных величин воздействующего ускорения W и различных режимов работы прибора.

Акселерометр работает следующим образом.

Закрепляют прибор на исследуемом изделии (не показано).

В отсутствии ускорения (W=0) поршень 3 будет находиться в середине горизонтального участка П-образного сосуда 1 (нулевое положение). В этом случае высоты столбов жидкости в вертикальных сосудах будут одинаковыми и равны h (фиг.1, слева).

При появлении ускорения W поршень 3 будет смещаться в направлении его воздействия (фиг.1, справа). При этом высоты столбов жидкости в вертикальных частях сосуда 1 изменятся и будут соответственно h₁ и h₂.

Выполнение волоконных катушек 5, 6 заподлицо с дном П-образного сосуда 1 избавляет катушки интерферометра от воздействия динамического давления, и они будут чувствовать только гидростатическое давление, равное высоте столбов жидкости.

На выходе интерферометра появится сигнал, пропорциональный разности высот столбов жидкости (h₂-h₁).

Если предварительно с помощью фазосдвигающего устройства 9 начальную разность фаз интерферирующих лучей установить равной 90°, то на выходе интерферометра будет квазилинейный сигнал, когда появившаяся разность фаз не превышает 45°.

Аналоговый сигнал усиливается усилителем 10 и преобразуется в цифровой - в АЦП 11, затем регистрируется частотомером 12.

Кроме того, выходной сигнал с АЦП 11 может подаваться на соответствующие блоки исполнительного механизма изделия для корректировки направления или скорости его движения (не показаны).

При отсутствии АЦП 11 и фазосдвигающего устройства 9 в составе акселерометра (основной пункт формулы изобретения) на выходе фотоприемника 8 интерферометра имеет место цифровой сигнал в виде интерференционных полос, если величина воздействующего на прибор ускорения W достаточно велика. При этом количество интерференционных полос дает информацию о величине ускорения, а частота - о скорости его изменения.

Поскольку выходной сигнал акселерометра - оптический, то на показания прибора не будет воздействовать электрические и магнитные помехи.

Поскольку информацию об измеряемом ускорении несет фаза оптического сигнала, то на показания прибора не будут оказывать влияние различные амплитудные факторы, например температура рабочей жидкости.

Этим достигается поставленный выше технический результат.

Источники информации

1. Авторское свидетельство СССР №1508173, кл. G 01 P 15/08, 1989.

2. Патент США №3969944, кл. 73-516 (G 01 P 15/12), 1976 - прототип.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в системах инерциальной навигации. Существо изобретения заключается в том, что в горизонтальной части перевернутого П-образного сосуда с рабочей жидкостью устанавливают поршень, выполняющий роль инерционной массы. Заподлицо с дном сосуда устанавливают волоконные катушки интерферометра. Воздействующее ускорение смещает поршень, при этом появляется разность высот жидкости в вертикальных частях сосуда, пропорциональная величине ускорения. Волоконно-оптический интерферометр измеряет разность гидростатических давлений, воздействующих на его волоконные катушки, пропорциональную воздействующему ускорению. Техническим результатом является устранение влияния электрических и магнитных полей, а также различных амплитудных факторов на результаты измерений. 4 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Жидкостный акселерометр, содержащий перевернутый П-образный сосуд с рабочей жидкостью и датчик разности уровней рабочей жидкости в вертикальных частях П-образного сосуда, усилитель и регистратор, отличающийся тем, что дополнительно содержит инерционную массу, выполненную в виде свободно перемещающегося вдоль горизонтальной части сосуда под действием измеряемого ускорения поршня, а датчик разности уровней рабочей жидкости в вертикальных частях П-образного сосуда выполнен в виде двух волоконных катушек, расположенных на дне сосуда, оптически согласованных в интерферометр с источником когерентного света и фотоприемником, выход которого подключен ко входу усилителя, соединенного выходом с регистратором, выполненным в виде частотомера.2. Жидкостный акселерометр по п.1, отличающийся тем, что в поршне выполнено отверстие регулируемого диаметра, параллельное горизонтальной оси П-образного сосуда.3. Жидкостный акселерометр по п.1, отличающийся тем, что дополнительно содержит фазосдвигающее устройство, расположенное в одной из волоконных катушек, а усилитель соединяется с регистратором через аналого-цифровой преобразователь.4. Жидкостный акселерометр по п.1, отличающийся тем, что в качестве рабочей жидкости используется дистиллированная вода.5. Жидкостный акселерометр по п.1, отличающийся тем, что волоконные катушки расположены заподлицо с дном перевернутого П-образного сосуда.