Акселерометр Советский патент 1985 года по МПК G01P15/13 

Изобретение относится к информаци онно-измерительной технике и модет найти применение для точных измерений параметров движения объектов. . Известны точные линейные и угловы акселерометры с силовой компенсацией D3 и f2L Однако данные акселерометры харак теризуются ограниченным диапазоном измерения ускорений: линейных до десятков д. Компенсационные акселеро метры из-заподатливой упругой подвески имеют низкие помехоустойчивост и механическую прочность и, как след ствие, недостаточн5гю точность измерения больших ускорений. Наиболее близким к изобретению по технической сущности является акселерометр, содержащий два чувствительных элемента в виде обмоток, подвешенных на упругом подвесе и расположенных в зазоре магнитной системы, датчик перемещения включенный в цепь обратной связи f3j. Недостатком известного акселерометра является низкая точность измерения при больших значениях ускорений, вызванная, в свою очередь, огра ниченностью мощности силовой компенсации. Цель изобретения - повьш1ение точности измерения больших ускорений, на порядок и более превосходящих значения компенсирукщей величины. Указанная цель достигается тем, - что в акселерометре, содержащем два чувствительных элемента в ввде подвижных обмоток, размещенных на упругом подвесе и расположенных в зазоре магнитной системы, датчик переме- щения включенный в цепь обратной связи, подвижные обмотки, распояожен ны- соосно и соединены встречно, а и массы выбраны из соотношения . 2Гл 1 В предлагаемом акселерометре зада ющим масштабно-разностным устройством является двухмассовая система с высокостабильными малоотличающимися .значениями масс. Кроме того, наличие в зазоре двух сросных катушек с один ковым числом витков и одним и тем же током во встречно включенных кату ках позволяет скомпенсировать размагничивающее значение МДС витков ка тушек и построить более простую одинарную магнитную систему компенсатора. На фиг.1 приведена схематически конструкция предлагаемого акселерометра; на фиг.2 - структурная схема. Акселерометр содержит две чувствительные к ускорениям подвижные силовые катушки 1 й2, закрепленные с корпусом на тонких упругих пластинах 3 и 4. На катушках I и 2 закреплены элементы, например светодиод 5 и фотоприемник 6, фотоэлектрического датчика взаимного перемещения катушек . Катушки соосны и расположены в одном рабочем зазоре магнитной системы с постоянным магнитом 7 и магнитопроводом 8. Фотоэлектрический датчик 9 перемещения включен на вход усилителя 10 (фиг.2). На выход усилителя подключены катушки I1 и 12 магнитоэлектрического компенсатора. Акселерометр работает следуннцим образом. Измеряемое ускорение X в равной степени воздействует на обе чувствительные массы катушек т и mj и преобразуется в усилия F;y m,X и m2X. Полагая, что m(0,9-0,95)m2 .Усилия F,(2 FX воздействуют на упругие подвесы 3 и 4 одинаковой жесткости и вызывают соответствующие перемещения )(2 Датчик взаимного п-еремещения осуществляет преобразование разности перемещений 4Х X;, в электрическое напряжение , которое усиливается Ку и преобразуется в ток 1). Ток 7)( создает в катушках силовой компенсации усилия F, B-W-I ., где В - магнитная индукция в зазоре; W - число витков катушек; Е -. длина витка. Усилие Fjj катушки 1 складывается с входным усилием FX,а усилие F катушки 2 вычитается с входным усилием F, сводя разность перемещен1й Х и нулю в автокомпенсационной системе уравновешивания, т.е. . )h(/) Решая это уравнение относительно 1 к учитьшая, 4ToF :I F j ni2xP,lfl,)i, найдем выражение для -коэффициента чувствительности акселерометра с достаточной точностью. 1Г ( Л ч -vii---L. -у. mj или jjll.. Таким образом, измеряемое ускор ние не зависит от коэффициентов пр образования датчика перемещения,, жесткости упругкк подвесов, коэффи циент усилениям определяется коэффи циентами, магнитоэлектрического ком пенсатора и масштабно-р прербразования костного 2 Последнее позволяет в 1-m-,/m2 Р згвеличить верхний предел измерения ускорения по сравнению с обычным компенсационным акселерометром. . Погрешность чувствительности предлагаемого акселерометра определяется выражением ж/I 1 (у .,, 1 (mim2)i.m . V Шл I I „ Погрешность масштабно-разностно го звена возрастает в 2 1-mJrn. Однако масштаб преобразования в предлагаемом акселерометре задан с существенно более высокой точностью по сравнению с базовым образцом, та как значение масс т и т практически не меняются,т.е. -у Тт что позволяет обеспечить точность предлагаемого акселерометра соизмер мую с точностью компенсационного акселерометра. В известных акселерометрах для снижения погрешности линейности от размагничивающего действия МДС силовой катушки строят дифференциаль464ные магнитные системы, вводят специальные корректирующие катушки или снижают ампер-витки катушки, снижая тем самым величину измеряемых ускорений. В предлагаемом акселерометре за счет двух одинаковых соосных катушек в одном зазоре, которые включены последовательно и встречно, jipoHcxoдит полная взаимная компенсация МДС катушек, что позволяет упростить датчик акселерометра за счет исполь.зования одинарной конструкции магнитной системы с внешним рабочим зазором. Более жесткая подвеска чувствительной массы - тонкие пластинки (2 X 0,2 мм)вместо растяжек (0,5 х X 0,03 мм)позволяет существенно повысить поперечную жесткость, снизить боковую чувствительность акселерометра и повысить таким образом его помехоустойчивость по сравнению с компенсационным. Экономический эффект от использования предлагаемого акселерометра по сравнению с компенсационным составляет не менее 120 руб. в год прибор, что обусловлено экономией на эксплуатационных расходах за счет более широких возможностей по пределу измерения, большей надежностью и устойчивостью. Стоимости предлагаемого акселерометра 3 и базового компеисационного 32 практически |И составляют около ,800 руб. Повышение производительности экспериментальных исследований движущихся объектов за счет более высокрй надежности, помехоустойчивости и более широкого предела измерений ускорений составляет не менее 15%, что и обуславливает экономический эффект. 800,1,15-800 f20 руб. . 2 . /V,

АКСЕЛЕРОМЕТР, содержащий два чувствительных элемента в виде подвижных обмоток, размещенных на гом подвесе и расположенных в I зазоре магнитной-системы, датчик перемещения включенный в цепь обратной связи, п отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения, подвижные обмотки расположены соосно и соединены встречно, а их массы выбраны из соотношения )Д.1 . 10 mj 20 оо 00 4ii О