Однокомпонентный струйный измеритель угловой скорости Российский патент 2023 года по МПК G01P3/26 

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для измерения угловой скорости подвижных объектов.

К группе аналогов заявленного технического решения относятся устройства для измерения угловой скорости, защищенные авторскими свидетельствами и патентами на изобретения №2059251, №1005560, №540213 и №888041.

Известен струйный датчик угловой скорости по патенту на изобретение РФ №2059251, G01Р 3/22, опубл. №32, 20.11.2001. - [1], содержащий герметичный корпус, нагнетатель, рабочее сопло, рабочую камеру с каналом обратного хода газа, термоанеморезисторы, систему стабилизации расхода газа в газовой цепи датчика. Система стабилизации включает в себя термоанеморезистор-излучатель и термоанеморезистор-приемник, установленные в канале обратного хода газа, генератор тепловой метки, регистратор тепловой метки, формирователь временного интервала, схему управления, генератор тактирующих импульсов, счетчик, регистр, ЦАП, задатчик эталонного сигнала, схему сравнения, интегратор, усилитель-преобразователь.

Известен струйный датчик угловой скорости по патенту SU №1005560, МПК G01Р 3/26, опубл. в бюл. №23, 20.08.2005 - [2], содержащий корпус, нагнетатель, замкнутую газовую цепь, состоящую из формирующего сопла, рабочей камеры и отверстий в корпусе, связывающих рабочую камеру с нагнетателем, чувствительные элементы, выполненные в виде двух металлических нитей, укрепленных на двух токоподводах - держателях, подключенных к электроизмерительной схеме, устройство выделения информативного сигнала и винты установки пневмонуля.

К недостаткам этих устройств следует отнести наличие погрешностей от воздействия перекрестных угловых скоростей, больших технологических погрешностей изготовления и сборки, температурные погрешности теплообмена чувствительных элементов при обдуве их струей газового потока, а также влияние температуры окружающей среды на процессы, происходящие в рабочей камере.

Известно устройство для измерения угловой скорости по авторскому свидетельству на изобретение №540213, МПК G01P 3/46, опубл. в бюл. №47, 08.02.77 - [3], содержащее герметичную рабочую камеру с источником ионов, селектирующими, фокусирующими и отклоняющими электродами, и двумя анодами и усилитель. Аноды разделены щелью и расположены на оси, перпендикулярной к плоскости электродов и проходящей через середину щели. Аноды, образуют с двумя резисторами мостовую схему, к выходу которой через усилитель подключены отклоняющие электроды. Поток ионов от источника ионов под действием электрического поля проходит через селектирующее устройство, которое выделяет ионы с определенной скоростью, а затем проходит через фокусирующие электроды, формирующие поток определенного сечения и направляющие его через отклоняющие электроды на приемное устройство. Поток ионов разряжается через резисторы, вызывая в них токи. Выход измерительной мостовой схемы подключен к усилителю, выходной сигнал которого управляет отклоняющим устройством таким образом, чтобы при отсутствии угловой скорости ω управляющий сигнал равен нулю, а при появлении угловой скорости появляется сигнал, компенсирующий отклонение потока ионов от оси симметрии приемного устройства. Величина и фаза компенсирующего сигнала на отклоняющих электродах, которые регистрируется индикатором, являются мерой величины и направления угловой скорости ω.

К недостаткам устройства для измерения угловой скорости следует отнести быстрое изнашивание электродов и малую чувствительность к воздействию угловой скорости по сравнению с газовой струёй, обусловленную тем, что скорость движения ионов в вакуумной камере, зависящая от ускоряющего напряжения под действием электростатического поля, является достаточно высокой, и как следствие, время воздействия угловой скорости на поток ионов мало.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому техническому решению, взятым за прототип, является устройство для измерения угловой скорости согласно авторскому свидетельству на изобретение №888041 МПК G01Р 3/26, опубл. в бюл. №45, 07.12.1981 - [4], содержащее корпус, рабочую камеру, нагнетатель, соединенный через ионизационную камеру с формирующим соплом, дифференциальный приемник, выполненный в виде двух плоских электродов, подключенных к электроизмерительной схеме, дополнительное сопло, установленное соосно формирующему соплу и соединенное с нагнетателем, и регулирующий дроссель, установленный между нагнетателем и ионизационной камерой, при этом диаметр дополнительного сопла больше диаметра формирующего сопла.

К недостаткам прототипа следует отнести возникновение нестабильности плотности ионного потока из-за изменения параметров ионизатора в ионизационной камере части ионизируемого потока рабочего газа в герметичном объеме рабочей камеры устройства для измерения угловой скорости.

Технический результат, на достижение которого направлено изобретение, заключается в повышении его эффективности, за счет повышения точности измерения угловой скорости подвижного устройства, реализуемого путем обеспечения стабильности ионного тока к плоским электродам от дестабилизирующих внешних климатических и временных факторов.

Технический результат достигается тем, что в однокомпонентном струйном измерителе угловой скорости, содержащем корпус, рабочую камеру, нагнетатель, соединенный через ионизационную камеру с формирующим соплом, сопло с диаметром большим диаметра формирующего сопла, установленное соосно ему и соединенное с нагнетателем, регулирующий дроссель, установленный между нагнетателем и ионизационной камерой, и дифференциальный приемник, выполненный в виде двух плоских электродов, подключенных к электроизмерительной схеме, новым является то, что в структуру измерителя дополнительно введены сумматор ионного тока, состоящий из первого и второго резисторов сумматора тока, и стабилизатор ионного тока, при этом первые выводы резисторов подключены, соответственно, к паре электродов дифференциального приемника ионов и входам электроизмерительной схемы, а вторые соединены вместе и подключены к управляющему входу стабилизатора ионного тока, выход которого связан со входом ионизационной камеры, при этом пара электродов выполнены в форме двух изолированных плоских секторов окружности с профилем контура, обеспечивающим линейность преобразования отклонения ионного потока в электрический сигнал пропорциональный угловой скорости ω.

Сущность изобретения поясняется на фиг. 1, на которой представлена структурно-функциональная схема однокомпонентного струйного измерителя угловой скорости.

На фиг. 1 используются следующие обозначения:

1 - корпус;

2 - рабочая камера;

3 - нагнетатель;

4 - ионизационная камера;

5 - формирующее сопло;

6 - сопло;

7 - регулирующий дроссель;

8, 9 - пара электродов дифференциального приемника ионов;

10 - электроизмерительная схема;

11, 12 - первый и второй резисторы сумматора тока;

13 - сумматор ионного тока;

14 - стабилизатор ионного тока;

ω - угловая скорость движения объекта.

Однокомпонентный измеритель угловой скорости подвижных объектов, содержит корпус 1, в котором размещены рабочая камера 2, нагнетатель 3, ионизационная камера 4, формирующее сопло 5 и сопло 6. Между нагнетателем 3 и ионизационной камерой 4 установлен регулирующий дроссель 7. Нагнетатель 3 соединен с соплом 6 и через ионизационную камеру 4 с формирующим соплом 5. Формирующее сопло 5 установлено соосно соплу 6 и имеет меньший диаметр. Дифференциальный приемник ионов состоит пары электродов 8 и 9, выполненные в виде двух изолированных плоских, например, полуокружностей, расположенных симметрично и перпендикулярно оси рабочей камеры 2 и подключены к первому и второму входам электроизмерительной схемы 10.

Выход электроизмерительной схеме 10 являются выходным сигналом однокомпонентного измерителя угловой скорости по сигналу угловой скорости ω.

В структуру измерителя дополнительно введены сумматор ионного тока 13, включающий первый и второй резисторы 11 и 12, стабилизатор ионного тока 14, при этом первые выводы резисторов подключены, соответственно, к паре электродов дифференциального приемника ионов и входам электроизмерительной схемы 10, а вторые соединены вместе и подключены к управляющему входу стабилизатора 13 ионного тока, выход которого связан с управляющим входом ионизационной камеры 4.

Профиль контура электродов позволяет обеспечить линейность преобразования отклонения ионного потока в электрический сигнал, пропорциональный угловой скорости ω в зависимости от площади перекрытия их ионизированным потоком.

Однокомпонентный струйный измеритель угловой скорости работает следующим образом. При измерении угловой скорости используется принцип принудительного движения ионов в попутном течении ламинарной затопленной струи рабочего газа. Перед началом измерения (при отсутствии угловой скорости ω) с помощью регулирующего дросселя 7 устанавливается интенсивность продувки частью потока от нагнетателя 3 к ионизационной камере 4, которая обеспечивает необходимую степень ионизации потока и, соответственно, суммарный ток потока ионов в общей струе потока, воспринимаемый электродами 8 и 9. При этом падение напряжение на первом 11 и втором 12 резисторах сумматора ионного тока 13 и на входе электроизмерительной схемы 10 одинаково, и выходной сигнал датчика U_вых будет равен нулю. При появлении угловой скорости ω пропорционально ей центр ионного потока, испускаемого из формирующего сопла 5 от ионизационной камеры 4, отклоняется, и тем самым изменяются ионные токи, воспринимаемые электродами 8 и 9 соответственно. При этом на выходе электроизмерительной схемы 10 появляется напряжение пропорциональное значению угловой скорости ω подвижного объекта. Для стабилизации суммарного тока ионов в общем потоке токи через электроды 8 и 9, вызывающие падение напряжения на резисторах 11 и 12 сумматора ионного тока 13, подаются на стабилизатор 14 ионного тока. Выходной сигнал стабилизатора 14 обеспечивает постоянство степени ионизации и стабильность ионного тока от ионизационной камеры 4 в потоке струи рабочего газа от нагнетателя 3, тем самым повышается точность измерения угловой скорости при появлении дестабилизирующих факторов степени ионизации.

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для измерения угловой скорости подвижных объектов. Однокомпонентный струйный измеритель угловой скорости содержит корпус 1, рабочую камеру 2, нагнетатель 3, соединенный через ионизационную камеру 4 с формирующим соплом 5, сопло 6 с диаметром, большим диаметра формирующего сопла 5, установленное соосно ему и соединенное с нагнетателем 3, регулирующий дроссель 7, установленный между нагнетателем 3 и ионизационной камерой 4, и дифференциальный приемник ионов, выполненный в виде двух плоских электродов 8 и 9, подключенных к электроизмерительной схеме 10. В структуру измерителя дополнительно введены сумматор ионного тока 13, состоящий из первого и второго резисторов 11 и 12, стабилизатор ионного тока 14, при этом первые выводы резисторов подключены, соответственно, к паре электродов дифференциального приемника ионов и входам электроизмерительной схемы 10, а вторые соединены вместе и подключены к управляющему входу стабилизатора 14 ионного тока, выход которого связан со входом ионизационной камеры 4. Технический результат, достигаемый изобретением, заключается в повышении точности измерения угловой скорости при появлении дестабилизирующих факторов степени ионизации. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Однокомпонентный струйный измеритель угловой скорости, содержащий корпус, рабочую камеру, нагнетатель, соединенный через ионизационную камеру с формирующим соплом, сопло с диаметром, большим диаметра формирующего сопла, установленное соосно ему и соединенное с нагнетателем, регулирующий дроссель, установленный между нагнетателем и ионизационной камерой, и дифференциальный приемник ионов, выполненный в виде двух плоских электродов, подключенных к электроизмерительной схеме, отличающийся тем, что в структуру измерителя дополнительно введены сумматор ионного тока, состоящий из первого и второго резисторов, стабилизатор ионного тока, при этом первые выводы резисторов подключены, соответственно, к паре электродов дифференциального приемника ионов и входам электроизмерительной схемы, а вторые соединены вместе и подключены к управляющему входу стабилизатора ионного тока, выход которого связан со входом ионизационной камеры.

2. Однокомпонентный струйный измеритель угловой скорости по п. 1, отличающийся тем, что пара электродов выполнена в форме двух изолированных плоских секторов окружности.

3. Однокомпонентный струйный измеритель угловой скорости по п. 1, отличающийся тем, что пара электродов выполнена с профилем контура, обеспечивающим линейность преобразования отклонения ионного потока в электрический сигнал пропорциональный угловой скорости ω.