УГЛОВОЙ АКСЕЛЕРОМЕТР Советский патент 1996 года по МПК G01P15/08 

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для изменения угловых ускорений.

Известен угловой акселерометр, содержащий кольцевую трубку в виде тороида или спирали, заполненную жидкостью, и два датчика давления.

Недостатками известного устройства являются наличие механически деформируемых упругих элементов и малые пределы измерения ускорения.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является угловой акселерометр, содержащий кольцевую трубку в виде тороида или спирали с соединенными концами и перегородкой, заполненную жидким ферромагнетиком, и узел съема информации, выполненный в виде силовой обмотки, расположенной в месте соединения концов трубки и соединенной с источником тока, и двух измерительных обмоток, расположенных по обе стороны перегородки.

Недостатками известного устройства являются невозможность измерения постоянных угловых ускорений, обусловленная постоянным градиентом плотности жидкого ферромагнетика при наличии постоянного ускорения, вследствие чего в измерительных обмотках не возбуждаются ЭДС, и низкая, чувствительность, обусловленная сравнительно низкой сжимаемостью жидкого ферромагнетика.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей, проявляющееся в возможности измерения постоянных угловых ускорений, и повышение чувствительности.

Цель достигается тем, что в устройстве перегородка выполнена в виде двух пьезоэлектрических преобразователей, разделенных прокладкой, каждый из которых соединен с входами двух усилителей, выходы которых соединены с соответствующими измерительными обмотками и с входами смесителя, выход которого связан с измерителем частоты.

На чертеже изображен вариант углового акселерометра, который содержит кольцевую трубу 1 в виде спирали с соединенными концами, заполненную жидким ферромагнетиком 2. В месте соединения концов трубки расположены перегородки в виде двух пьезоэлектрических пьезопреобразователей 3, 4, разделенных демпфирующей прокладкой 5, и силовая обмотка 6, соединенная с источником 7 тока. По обе стороны перегородки располагаются измерительные обмотки 8, 9, соединенные с выходами двух усилителей 10, 11, входы которых связаны с пьезоэлектрическими пьезопреобразователями 3, 4. Выходы усилителей 10, 11 соединены с входами смесителя 12, выход которого связан с измерителем 13 частоты.

Пьезоэлектрический преобразователь, соединенный с входом усилителя, усилитель, связанный с измерительной обмоткой, магнитная жидкость образуют автогенератор с целью положительной обратной связи, в качестве которой выступает магнитная жидкость. Резонансные частоты столба магнитной жидкости определяются соотношением f C/λ n C/l, где f частота колебаний; λ длина волны ультразвуковых колебаний; n целое число длин волн; l длина столба магнитной жидкости. Обычно в подобных автогенераторах в качестве входного и выходного преобразователей используются пьезопреобразователи (авт.св. N 606127, кл. G 01 Р 29/00, 1978). В предлагаемом устройстве в качестве выходного преобразователя используется измерительная катушка, в которую помещена магнитная жидкость, находящаяся в постоянном магнитном поле. Возникновение акустических колебаний в таком генераторе возможно благодаря электромагнитоакустическому эффекту, заключающемуся в возникновении акустических колебаний в магнитной жидкости, помещенной в постоянное магнитное поле и располагающейся внутри обмотки по которой пропускается переменный электрический ток (Лукьянов А.Е. Соколов В.В. Шустров Б.А. Возбуждение волн намагниченности в ферромагнитной жидкости. Тезисы докладов 16 Всесоюзной конференции по физике магнитных явлений. 8 сентября 1983 г. Тула, с. 256; Соколов В.В. Трегубкин Э.А. Электромагнитоакустические преобразования в магнитной жидкости. Магнитная гидродинамика. N 1, 1987, с. 132-135. Соколов В.В. Трегубкин Э.А. Индукционные явления при распространении ультразвуковых волн в магнитной жидкости. Тезисы докладов II Рижского совещания по магнитной гидродинамике. Саласпилс. Ин-т ЛатвССР, 1984, с.51-54).

Для измерения углового ускорения ось кольцевой трубки 1, выполненной в виде тороида или спирали, располагают вдоль оси вращения. При вращении углового акселерометра с ускорением возникают перепады давления в магнитной жидкости 2, которые оказываются максимальными у перегородки, причем давление в магнитной жидкости с одной стороны перегородки максимально, а с другой минимально. Эти изменения давления приводят к соответствующему изменению скорости распространения ультразвуковых колебаний. Изменение скорости ультразвука вызывают противоположные изменения частоты колебаний двух автогенераторов, состоящих из пьезопреобразователей 3, 4, усилителей 10, 11, измерительных обмоток 8, 9 и магнитной жидкости 2. Колебания, возбуждаемые в автогенераторах поступают на входы смесителя 12, на выходе которого возникает сигнал разностной частоты фиксируемый измерителем 13 частоты. Для устранения взаимного воздействия колебаний, создаваемых автогенераторами, между пьезопреобразователями 3, 4 располагается демпфирующая прокладка 5.

Использование изменения скорости ультразвуковых колебаний от давления у жесткой перегородки позволяет повысить точность измерений по сравнению с прототипом, так как изменение скорости от давления на несколько порядков превышает эффект изменения плотности от давления. Повышению точности способствует также и использование столбов магнитной жидкости в качестве элемента цепи положительной обратной связи, что позволяет использовать цифровые обработки информации и достичь погрешности измерения разностной частоты автогенераторов порядка 10^-6.

Для создания постоянного магнитного поля, необходимого для возникновения электромагнитоакустического эффекта, используется силовая обмотка 6, связанная с источником 7 постоянного тока.

Угловой акселерометр состоит из стеклянной трубки 1, содержащей десять витков в виде спирали с внешним диаметром 200 мм и заполненной магнитной жидкостью 2. В месте соединения концов трубки 1 расположена жесткая перегородка, представляющая собой два пьезоэлектрических преобразователя 3, 4 ЦТС-23, разделенных демпфирующей прокладкой 5 из эпоксидной смолы ЭД-6. Пьезопреобразователи соединены с входами транзисторных усилителей 10, 11, выходы которых связаны с двумя измерительными катушками 8, 9 по 200 сит. Силовая обмотка 6, имеющая 750 витков, соединена с регулируемым источником 7 тока.

К преимуществам углового акселерометра можно отнести высокую температурную стабильность, обусловленную дифференциальным способом обработки информации.

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для измерения угловых ускорений. Сущность изобретения: акселерометр состоит из кольцевой трубки в виде тороида или кольца с соединенными концами и перегородкой, выполненной в виде двух пьезопреобразователей, разделенных демпфирующей прокладкой. Кольцевая трубка заполнена жидким ферромагнетиком. По обе стороны перегородки расположена силовая обмотка, соединенная с источником тока, и две измерительные обмотки. Пьезоэлектрические преобразователи связаны с входами двух усилителей, выходы которых соединены с измерительными обмотками и с входами смесителя, выход которого связан с измерителем частоты. Под действием измеряемого углового ускорения происходит изменение плотности, а следовательно, и скорости распределения ультразвуковых колебаний в магнитной жидкости, что приводит к изменению частоты генерации автоколебаний, подаваемых на входы смесителя и регистрируемых усилителем частоты. 1 ил.

УГЛОВОЙ АКСЕЛЕРОМЕТР, содержащий кольцевую трубку в виде тороида или спирали, концы которой соединены жесткой перегородкой, заполненную жидким ферромагнетиком, и дифференциальный блок съема информации, выполненный в виде силовой обмотки, расположенной в месте соединения концов трубки и соединенной с источником тока, и двух измерительных обмоток, расположенных по обе стороны от перегородки, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей за счет измерения постоянных угловых ускорений и повышения точности, в него введены два усилителя, смеситель и измеритель частоты, а жесткая перегородка выполнена в виде двух пьезоэлектрических преобразователей, разделенных демпфирующей прокладкой, каждый из которых соединен с соответствующей измерительной обмоткой и с входом смесителя, выход которого подключен к измерителю частоты.