Линейный акселерометр Советский патент 1992 года по МПК G01P15/08 

Линейный акселерометр относится к измерительной технике и предназначен для измерения кажущегося ускорения летательного аппарата (ЛА), вызванного действием на его центр масс всех сил, кроме гравитационных, он может также найти широкое применение при решении навигационных задач

Известны акселерометры, которые делятся на измерители кажущихся линейных ускорений, линейные акселерометры и измерители абсолютных угловых ус корений - угловые акселерометры, в зависимости от вида измеряемого ускорения Для управления движением центра масс ЛА как правило, используются только линейные акселерометры, причем каждый прибор измеряет лишь одну составляющую кажущегося ускорения на ось выбранной системы координат.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому акселерометру явля1 ется линейный акселерометр (прототип), содержащий два электромагнитных возбудителя, возбуждающих механические колебания в двух струнах, связанных между собой через инерционную массу и туго натянутых между стенками корпуса Струны, по которым протекает переменный электрический ток, являются чувствительными элементами и соединены с дифференциальным вхо.дом усилителя.

Недостатком этого акселерометра также является сложность конструкции, заключающаяся в необходимости использования двух электромагнитных возбудителей, что связано с последовательным соединением

Х|

чувствительных элементов (струн) друг с другом. Кроме того, величина протекающего по струне переменного тока зависит от электрического сопротивления струны, которая претерпевает изменение под воздействием рабочих деформаций. Последнее снижает стабильность измерения линейного ускорения.

Целью изобретения является упрощение и повышение стабильности,

Это достигается тем, что в линейный акселерометр, содержащий корпус, инерционную массу, электромагнитный возбудитель механических колебаний и чувствительные элементы, соединенные с дифферециальным входом усилителя, введены вторая идентичная инерционная масса и две параллельные плоские металлические пружины, закрепленные каждая обоими концами к корпусу, в центре которого установлен возбудитель, к которому оппозитно с воздушным зазором и с совпадающими с его продольной осью осями симметрии обращены первая и вторая инерционная масса, прикрепленные соответственно к первой и второй параллельным металлическим пружинам, выполненным с расположенными симметрично относительно продольной оси возбудителя пустотелыми цилиндрическими частями, причем, чувствительные элементы выполнены из пьезокерамики и сопряжены с широкой гранью каждой пружины между ее цилиндрической частью и корпусом.

Ожидаемый эффект заключается в упрощении и повышении стабильности.

Доказательства возможности достижения положительного эффекта при осуществлении изобретения основаны на ниже проведенном анализе.

Известные плоские пружины обладают либо радиусом кривизны сферической плоскости, либо изгибом. Такие конструкции плоских пружин позволяют получить периодические механические колебания,близкие к пилообразной форме, а эти колебания по своей природе являются неустойчивыми к внешним воздействиям, т.к. при вибрациях, ударах и других воздействиях, форма механических колебаний может иметь произвольный характер, т.е. нарушится гармоничность колебаний пластинчатых пружин, которые закреплены по краям либо по обоим концам. Известно, что чувствительность и точность в вибрационных маятниковых акселерометрах и гироскопах максимальны только при гармонических механических колебаниях пружин.

Кроме того, всякие известные пластинчатые пружины, закрепленные по краям или

по концам, обладают различными жестко- стями во взаимовстречных направлениях, перпендикулярных к их плоскостям.

Поэтому чувствительность известных

устройств, в которых такие пружины используются, будет различной в указанных направлениях,Следовательно, если известные пружины использовать в вибрационных реверсивных измерительных устройствах, то

0 при перемещении объекта в противоположном направлении с одинаковыми линейными ускорениями чувствительность будет различной, что приведет к неточности и нестабильности измерения.

5 В предложенном форма выполнения пластинчатых пружин, которая неизвестна вообще, обеспечивает одинаковую жесткость широких граней пружин в противоположных направлениях.

0 Тем самым повышается точность и стабильность измерения, а также чувствительность.

Форма выполнения пластинчатых пружин в предложенном при прочих равных

5 условиях обеспечивает получение устойчивых гармонических механических колебаний со значительно болниими амплитудами.

Благодаря этому, чувствительность в

0 предложенном к внешним воздействиям будет значительно больше, чем в известных устройствах аналогичного назначения.

Сосредоточенные инерционные массы создают сосредоточенные силы взаимодей5 ствия и обеспечивают возможность сосредоточенной силой воздействовать на колебательную систему (пружины с чувствительными элементами). В результате повышается амплитуда механических колебаний

0 и тем самым увеличивается чувствительность к внешним воздействиям (в частности линейным ускорениям). Однако, при воздействии распределенными силами на колебательную систему, как это имеет место в

5 известных решениях, при прочих равныхус- ловиях, амплитуда механических колебаний будет незначительна с одной стороны, а с другой вызывать в ней гармонические колебания будет практически невозможно из-за

0 неравномерного распределения нагрузки по всей длине пластинчатых пружин.

На фиг. 1 и 2 изображены конструктивные элементы линейного акселерометра (в двух проекциях).

5

Линейный акселерометр содержит корпус 1, в центре которого установлен возбудитель 2, к которому с воздушным зазором оппозитно обращены первая 3 и вторая 4 идентичные инерционные массы, оси симметрии которых совпадают с продольной осью возбудителя 2.

Указанные инерционные массы прикреплены соответственно к первой 5 и второй 6, жестко закрепленным каждая обоими концами к корпусу 1. плоским металлическим пружинам, выполненным с пустотель- ными цилиндрическими частями 7, 8, 9, 10, расположенными симметрично относительно продольной оси возбудителя, причем высота каждой цилиндрической части пружины равна ширине плоской металлической пружины, а пьезоэлектрические элементы 11-18 (17 и 18 не показаны) сопряжены каждый с широкой верхней гранью соответствующей пружины между ее цилиндрической частью и концом. Возбудитель имеет сердечник 19.

Линейный акселерометр работает следующим образом.

При подаче переменного напряжения на возбудитель 2, на обе инерционные массы 3,4 воздействуют силы, приводящие в колебательное движение плоские металлические пружины 5,6, амплитуда которого оп- ределяется деформацией их цилиндрических частей 7-10, периодически придающей им эллипсоидность в поперечном сечении.

Вибрационные перемещения инерционных масс совместно с пружинами и закрепленными на них пьезопластинами приводят к появлению переменного сигнала на электродах пьезоэлементов. Этот сигнал затем детектируется и подается на дифференциальный вход операционного усилителя (не показан).

При наличии кажущегося линейного ускорения, воздействующего вдоль продольной оси возбудителя, одна из этих инерционных масс отдаляется от возбудителя, уве- личивая при этом первоначальный воздушный зазор, а другая приближается,

соответственно уменьшая его. Последнего одновременно создает совместный дополнительный прогиб каждой металлической пружины с пьезоэлементами, изменяя амплитуду переменного сигнала на их электродах, пропорционально кажущемуся ускорению.

Формула изобретения Линейный акселерометр, содержащий

корпус, первую инерционную массу, электромагнитный возбудитель механических ко- лебаний и чувствительные элементы, соединенные с дифференциальным входом усилителя, отличающийся тем, что, с

целью упрощения и повышения стабильности, в него введены вторая идентичная инерционная масса и две параллельные плоские металлические пружины, прикрепленные каждая обоими концами к корпусу.

в центре которого установлен возбудитель, к которому оппозитно с воздушным зазором и с совпадающими с его продольной осью осями симметрии обращены первая и вторая инерционные массы, прикрепленные1

0 соответственно к первой и второй параллельным плоским металлическим пружинам, выполненным с расположенными симметрично относительно продольной оси возбудителя пустотелыми цилиндрически5 ми частями, причем чувствительные элементы выполнены из пьезокерамики и сопряжены с широкой гранью каждой пружины между ее цилиндрической частью и корпусом.

Использование: изобретение относится к измерительной технике и предназначено для измерения кажущегося ускорения летательных аппаратов. Сущность изобретения: линейный акселерометр содержит корпус, в центре которого установлен возбудитель, к которому с воздушным зазором оппозитно обращены первая и вторая идентичные инерционные массы, оси симметрии которых совпадают с продольной осью возбудителя. Инерционные массы прикреплены соответственно к первой и второй, жестко закрепленным каждая обоими концами к корпусу плоским металлическим пружинам, выполненным с пустотелыми цилиндриче- ски Ми частями, расположенными симметрично относительно продольной оси. возбудителя. Высота каждой цилиндрической части пружины равна ширине плоской металлической пружины, а пьезоэлектрические элементы сопряжены каждый с широкой верхней гранью соответствующей пружины между ее цилиндрической частью и концом. Возбудитель имеет сердечник. 2 ил.

11 .9 S JЮ К

„СЖПXM UWMXA .. ..-....... .Г)-П л

I iix XiiyxV iXiiSSSSy(

/

n ;;

Фаг. 2

/

/

i77

/j /z