Способ термостабилизации чувствительного элемента инерциальной системы Российский патент 2018 года по МПК G01C25/00 

Изобретение относится к области прецизионного приборостроения и может быть использовано при разработке и производстве прецизионных чувствительных элементов для инерциальных систем (прецизионных акселерометров, интегрирующих, дифференцирующих гироскопов и т.д.).

Известен способ термостабилизации чувствительного элемента (поплавкового интегрирующего гироскопа) [Никитин Е.А., Балашова А.Л. Проектирование дифференцирующих и интегрирующих гироскопов и акселерометров // Машиностроение, М.: 1968, с. 115-120], согласно которому на цилиндрической поверхности корпуса гироскопа размещают обмотки обогревателя и термодатчика. Обмотку термодатчика включают в мостовую схему. Обмотку обогревателя подключают к выходу фазочувствительного усилителя. Выход мостовой схемы соединяют с входом фазочувствительного усилителя, имеющего релейный выход. Через контакты реле усилителя обмотка обогревателя подключается к источнику питания. При температуре меньше заданной источник питания через контакты реле подключается к обмотке нагревателя, при превышении температурой заданного значения - отключается.

Недостатками способа являются:

- Малая точность поддержания (стабилизации) температуры гироскопа, обусловленная релейным характером работы системы термостабилизации.

- Низкая точность гироскопа, обусловленная появлением помех в его выходном сигнале, появляющихся при прерывистом протекании тока в обмотке нагревателя.

Известен способ термостабилизации чувствительного элемента с непрерывным (пропорциональным) регулированием [У. Ригли, У. Холлистер, У. Денхард. Теория, проектирование и испытания гироскопов // М.: Мир, 1972, с. 348, 349]. Согласно способу на поверхности корпуса гироскопа размещают обмотки обогревателя и термодатчика. Обмотку термодатчика подключают в мостовую схему. Обмотку обогревателя подключают к выходу усилителя мощности. Сигнал разбалансировки мостовой схемы, пропорциональный разности измеренной и заданной температуры, подают на вход усилителя мощности, регулируют величину его выходного сигнала. В результате регулирование температуры осуществляется непрерывно и без образования импульсных помех.

Недостатком способа является малый КПД (не более 50%) системы термостабилизации [М.И. Ингберман и др. Термостатирование в технике связи // М.: Связь, 1979, с. 30].

Известен также способ термостабилизации [М.И. Ингберман и др. Термостатирование в технике связи // М.: Связь, 1979, с. 30, 31], который принимаем за прототип. Согласно способу, принятому за прототип, на корпусе чувствительного элемента располагают обмотки обогревателя и термодатчика. Обмотку термодатчика подключают к мостовой схеме, обмотку обогревателя - к выходу ШИМ-генератора. Сигнал разбалансировки мостовой схемы, пропорциональный разности измеренной и заданной температуры, подают на вход ШИМ-генератора; управляют скважностью его переменного (импульсного) выходного сигнала (управляют током, протекающим в обмотке обогревателя). Скважность выходного сигнала - отношение длительности периода переменного сигнала ШИМ-генератора к длительности его части, в течение которой протекает ток через обмотку обогревателя. С помощью термодатчика измеряют температуру чувствительного элемента.

Недостатком способа является низкая точность чувствительного элемента. Указанный недостаток обусловлен появлением помех в его выходном сигнале, появляющихся при прерывистом протекании тока в обмотке нагревателя.

Задачей настоящего изобретения является совершенствование способа термостабилизации чувствительного элемента.

Достигаемый технический результат - повышение точности чувствительного элемента.

Поставленная задача решается тем, что в известном способе термостабилизации чувствительного элемента, согласно которому на его корпусе располагают обмотки обогревателя и термодатчика, с помощью термодатчика измеряют температуру чувствительного элемента; полученный результат вычитают из заданного значения температуры, сигналом, пропорциональным разнице температур, управляют скважностью выходного сигнала ШИМ-генератора; выходной сигнал ШИМ-генератора подают на вход интегратора, постоянный сигнал с выхода интегратора, пропорциональный разнице температур, подают в обмотку обогревателя.

Предлагаемый способ реализуется при выполнении следующих технологических операций:

1. На наружной поверхности чувствительного элемента, например поплавкового акселерометра, размещают обмотки обогревателя и термодатчика.

2. Обмотку термодатчика включают в мостовую схему измерений с эталонным резистором, определяющим заданное значение температуры чувствительного элемента.

3. Измеряют сигнал разбалансировки мостовой схемы, пропорциональный разнице измеренного и заданного значения температуры.

4. Сигнал разбалансировки мостовой схемы подают на вход ШИМ-генератора. Управляют скважностью переменного (импульсного) сигнала на выходе.

5. Переменный сигнал с выхода ШИМ-генератора подают на интегратор, который преобразует импульсное напряжение в постоянное, величина которого пропорциональна сигналу разбалансировки мостовой схемы.

6. Полученный результат с выхода интегратора подают в обмотку обогревателя; управляют током, протекающим в обмотке обогревателя.

При реализации предлагаемого способа точность чувствительного элемента, по сравнению со способом, принятым за прототип, повышается. Повышение происходит за счет исключения из его выходного сигнала составляющей погрешности, обусловленной появлением помех от прерывистого протекания тока в обмотке нагревателя.

На предприятии предлагаемый способ проверен. Получены положительные результаты. В настоящее время разрабатывается техническая документация для использования предлагаемого технического решения при производстве и эксплуатации прецизионных поплавковых акселерометров.

Изобретение относится к области прецизионного приборостроения и может быть использовано при разработке и производстве прецизионных чувствительных элементов для инерциальных систем (прецизионных акселерометров, интегрирующих, дифференцирующих гироскопов и т.д.). Технический результат - повышение точности чувствительного элемента. Для этого в известном способе термостабилизации чувствительного элемента, согласно которому на его корпусе располагают обмотки обогревателя и термодатчика, с помощью термодатчика измеряют температуру чувствительного элемента, полученный результат вычитают из заданного значения температуры; сигналом, пропорциональным разнице температур, управляют скважностью выходного сигнала ШИМ-генератора, выходной сигнал ШИМ-генератора подают на вход интегратора; постоянный сигнал с выхода интегратора, пропорциональный разнице температур, подают в обмотку обогревателя.

Способ термостабилизации чувствительного элемента инерциальной системы, согласно которому на корпусе чувствительного элемента располагают обмотки обогревателя и термодатчика, с помощью термодатчика измеряют температуру чувствительного элемента, полученный результат вычитают из заданного значения температуры, сигналом, пропорциональным разнице температур, управляют скважностью выходного сигнала ШИМ-генератора, отличающийся тем, что выходной сигнал ШИМ-генератора подают на вход интегратора, постоянный сигнал с выхода интегратора, пропорциональный разнице температур, подают в обмотку обогревателя.