Шаровой трехстепенный электростатический подвес Советский патент 1992 года по МПК G01C19/24 

Изобретение относится к точному приборостроению, более конкретно к приборам с бесконтактным шаровым подвесом, и предназначено для использования в электростатических гироскопах и акселерометрах.

Основным узлом названных приборов является электростатический подвес, состоящий из корпуса, обычно керамического, в полости которого установлены изолированные между собой металлические электроды, охватывающие ротор, создающие электрическое поле и осуществляющие непосредст- венное взвешивание ротора. В ряде конструкций применяются дополнительно упоры-огрлничители поступательных перемещений ротора, исключающие его контакт с электродами и предотвращающие тем самым появление электрического заряда на поверхности ротора в момент его взвешивания.

Известны два типа конструкции шарового трехстепенного электростатического подвеса:

с корпусом, выполненным в виде двух керамических полусферических чашек, скрепляемых по фланцам, на внутренней полости которых изготовлены электроды, например, методами металлизации керамики;

с корпусом-каркасом, в отверстия которого вставлены крышки-пробки, имеющие на торцах электроды.

В известных разработках фирмы Rockwell Int Corp США, используются электростатические гироскопы, корпус

3

ю

ND Os

веса ротора которых выполнен в виде двух полусферических керамических чашек, На внутренней сфере каждой из чашек нанесены по четыре электрода треугольной формы (подвес ротора - четырехосный). Доводка сферы электродов производится раздельно для каждой чашки с последующей выставкой чашек по эталонному шару с использованием специального зажимного кольца,

Недостаток конструкции: сложность изготовления электродов на полусфере, трудности обеспечения сферичности рабочей поверхности электродов при раздельной доводке полусфер и выставки их без сдвига.

Аналогична конструкция подвеса шарового ротора трехстепенных электростатических гироскопов, используемых фирмой Honeywell Inc США. Здесь те же трудности изготовления подвесов, они несколько уменьшаются при наличии окон в корпусе под оптические датчики, через которые возможно осуществить доводку одновременно всей сферы электродов шаровым притиром.

Известна конструкция трехстепенного подвеса шаровой инерционной массы мик- роакселерометрэ с корпусом-каркасом в виде полусферических чашек, сопрягаемых по фланцу, каждая из которых имеет по три отверстия, в которые вставлены цилиндрические крышки-пробки, на заглубленных торцах которых изготовлены электроды в форме сферических сегментов, схваченных сферическими кольцами. Оси противоположных пар электродов взаимно ортогональны. Рабочие поверхности кольцевых (силовых) электродов расположены ближе к центру подвеса по сравнению с поверхностями электродов-секторов (индикаторных) электродов, то есть электроды-секторы заглублены по отношению к электродам- кольцам.

Недостатки конструкции те же, что и у названных выше, трудности доводки и сборки (выставки элементов) подвеса. Кроме того, данная конструкция не позволяет максимально использовать внутреннюю полость корпуса под электроды, что может оказаться существенным в приборах иного назначения (акселерометры типа Cactus предназначены для работы на космических объектах в условиях малых перегрузок).

В качестве прототипа настоящего изобретения выбран другой вариант конструкции подвеса электростатического микроакселерометра, в котором корпус выполнен в виде каркаса-куба со сквозными цилиндрическими отверстиями в центрах граней, со вставными крышками-пробками, на торцах которых имеются электроды круглой формы (сферические секторы, охваченные сферическими кольцами). Данная конструкция в отличие от упоминавшейся выше позволяет максимально использовать внутреннюю полость корпуса под электроды.

К недостаткам прототипа следует отнести консольное крепление электродов, при котором обеспечение достаточной жесткости и прочности подвеса связано с увеличе0 нием габаритов каркаса-куба- и фланцев электродных блоков-пробок, а также трудности точной выставки электродов при сборке подвеса (посадочными местами являются цилиндрические отверстия каркаса5 дуба и цилиндрические поверхности пробок-электродов). Эти трудности резко возрастают при использовании конструкции подвеса в приборах с малыми зазорами при роторах малого диаметра.

0Цель изобретения - повышение точности и технологичности изготовления подвеса.

Предложенное устройство позволяет повысить точность сборки (прилегание

5 элементов корпуса по плоскостям и применение точной штифтовой фиксации их как в процессе проведения доводочных операций, так и при окончательной сборке подвеса);

0 сделать конструкцию подвеса более технологичной (простота конфигурации элементов, образующих корпус, и соответственно легкость их изготовления, возможность доступа внутрь подвеса, например,

5 путем поочередного удаления любого из элементов (крышки или сектора) и вращения через образовавшееся отверстие притира- шара при одновременной обработке всей сферы электродов.

0Наряду с этим достигается снижение

габаритов и повышение прочности конструкции (опорные плоскости электродов и плоскости прилегания крепежных элементов (винтов и гаек) разделены практически

5 только стенкой корпуса, фланцы же непосредственно примыкают к стенкам корпуса и играют одновременно роль ребер жесткости).

Следует отметить также, что повышение

0 прочности конструкции дает возможность использовать при доводке поверхности электродов вибрационные и инерционные методы изготовления закрытых шаровых поверхностей.

5 Указанная цель достигается тем, что корпус подвеса выполнен сборным, состоящим из четырех секторов, образующих замкнутую боковую поверхность, несущих на внутренних сторонах электроды и имеющих наружные продольные и торцовые фланцы

примыкающие друг к другу по боковым плоскостям, выставляемые друг относительно друга посредством штифтов и стягиваемые по продольным фланцам болтами, и двух торцовых крышек, несущих торцовые электроды и упоры-ограничители, имеющих фланцы и прилегающих установочными плоскостями фланцев к торцовым плоскостям, образованным -торцовыми участками секторов, выставляемых относительно секторов посредством штифтов и стягиваемых болтами по фланцам с торцовыми фланцами секторов.

В процессе сборки и доводки подвеса последовательно по плоскостям сопрягаются, выставляются посредством штифтов и стягиваются болтами только две детали, два сектора (по смежной продольной плоскости), две противоположные пэры секторов (с доводкой плоскости прилегания), крышки и собранные в виде монолитного блока боковые секторы (с притиркой торцовых плоскостей собранных воедино секторов).

Предлагаемое устройство и его работа поясняются фиг. 1 и 2.

На фиг,1 показан возможные вариант шарового трехстепенного электростатического подвеса. Шаровой ротор 1 чувствительного элемент помещен в керамический корпус подвеса. Корпуса состоит из четырех секторов 2, образующих его боковую поверхность, и двух торцовых крышек 3. Секторы сопрягаются по боковым плоскостям В-В и Г-Г. Торцы секторов в сборке образуют плоскости Д-Д и Е-Е, к которым прилегают плоскости фланцев крышек. На каждом элементе корпуса (секторе, крышке) механически закреплена пара металлических электродов 4 (сферический сегмент, схваченный сферическим кольцом), На крышках 3 помимо электродов 4 установлены упоры-ограничители 5 (на каждой крышке по четыре упора), проходящие внутрь подвеса в промежутках между электродами. Для крепления секторов между собой и крепления крышек к секторам крышки секторы имеют наружные фланцы. Относительное положение секторов и крышек фиксируется в процессе изготовления (сборки подвеса и доводки сферы электродов, выставки упоров) штифтами 6 Фланцы крышек и секторов стягивают между собой болтами 7.

На фиг.2 показана работа подвеса в составе чувствительного элемента. Подвес с находящимся внутри него ротором установлен в вакуумируемом кожухе и подключен к регулятору потенциалов (показан один канал регулятора - оси OZ) Цифрами 1-7

обозначены те же элементы подвеса, что и на фиг.1,

Подвес (поз.2-7) с ротором 1 закреплен на металлическом приборном кольце 8.

5 Электроды 4 при помощи проводников 9 подсоединены к гермовводам 10, установленным в боковой стенке кольца 8, Помимо гемовводов в кольце имеется отверстие, в которое впаян штенгель с присоединенным

0 к нему вакуумным насосом 12. Само кольцо по фланцу закреплено на приборной плате

13.Со стороны торцов на кольце установлены металлические крышки 11, места соединений герметизированы (пропаяны).

5 Крышки 11 и кольцо 8 образуют вакуумиру- емый кожух.

Каждый из трех каналов регулятора потенциалов электродов подвеса состоит из последовательно соединенных дифферен0 циального усилителя переменного тока (ДУ)

14,синхронного детектора (СД) 15. фильтра низких частот (ФНЧ«) 16, корректирующего контура (КК) 17 и регулятора высокого напряжения (РВН) 18 Высокое напряжение,

5 преобразуемое РВН подается на него от высоковольтного источника питания (ВИП) 20. Имеется генератор переменного тока (ГС) 19, соединенный через разделительные емкости СР2 и гермовводы с кольцевыми.

0 электродами. Центральные электроды через гермовводы и разделительные емкости СР1 соединены с входами ДУ (RH - нагрузочные сопротивления). Сигнал ГС поступает также на СД.°

5РВН вырабатывает две пары сигналов

равной величины и противоположной полярности. Амплитуды сигналов каждой пары меняются в противофазе в зависимости от величины и полярности сигнала на входе

0 РВН.

В исходном положении ротор находится на нижних упорах. Перед запуском производится включение насоса 12 и осуществляется откачка кожуха. После этого

5 следует включение регулятора потенциалов. ГС и происходит взвешивание ротора ГС 19 создает слабый сигнал возбуждения частоты fB, поступающий на кольцевые электроды, и через центральные электроды

0 пар вызывает появление сигналов на входах ДУ 14, амплитуды которых зависят от значения емкостей, а следовательно, и от величин зазор ов ротор - электроды. Разностный сигнал с выхода ДУ 14, пропорциональный ве5 личине смещения ротора от центра подвеса, фаза которого зависит от направления смещения, проходит через СД 15, ФНЧ 16, КК 17 и подается на РВН 18, вырабатывающий сигналы обратной связи, удерживающие ротор в центральном положении

Сигнал, на выходе ФНЧ 16 пропорционален смещению ротора AZ от центра подвеса и при линейной характеристике регулятора прямо пропорционален ускорению, действующему на прибор вдоль оси OZ.

Формула изобретения Шаровой трехстепенный электростатический подвес, содержащий корпус с полостью, электрически изолированные металлические электроды и упоры, закрепленные в корпусе, причем металлические упоры размещены между металлическими электродами, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и технологич0

5

ности изготовления, корпус выполнен в виде четырех секторов с наружными продольными и торцевыми фланцами и с внутренней профилированной поверхностью каждый и двух торцевых крышек с кольцевым фланцем и профилированной поверхностью каждая, а полость подвеса образована скрепленными между собой разъемными соединениями четырех секторов по продольным фланцам и двух торцевых крышек, причем две торцевые крышки соединены своими кольцевыми фланцами с торцевыми фланцами четырех секторов посредствен разъемного соединения, а металлически упоры закреплены на крышках.

Изобретение относится к точному приборостроению, более конкретно к приборам с бесконтактным шаровым подвесом, и предназначено для использования в электростатических гироскопах и акселерометрах. Целью изобретения является повышение точности и технологичности изготовления подвеса Указанная цель достигается тем, что корпус подвеса выполнен сборным, состоящим из четырех секторов, образующих замкнутую боковую поверхность, несущих на внутренних сторонах электроды и имеющих наружные продольные и торцовые фланцы, примыкающих друг к другу по боковым плоскостям, выставляемых друг относительно друга посредством штифтов и стягиваемых по продольным фланцам болтам, и двух торцовых крышек, несущих торцовые электроды и упоры-ограничители, имеющих фланцы и прилегающих установочными плоскостями фланцев к торцовым плоскостям, образованным торцовыми участками секторов, выставляемых относительно секторов посредством штифтов и стягиваемых болтами по фланцам с торцовыми фланцами секторов. 2 ил, w f ё

123

Фиг. а

-Пир

- СР i9

ЙЦ-Д

§1 ЧШ

15

1

СД

J

6

Г

18

AZ

: РВН

ик

вип

20VII

мм

РЕГУЛЯТОР I

тПОТЕНЦИАЛОВ