Активный электростатический подвес Советский патент 1993 года по МПК G01C19/24 

00

о VI

Os О

Изобретение относится к области приборостроения, в частности, к чувствительным элементам (ЧЭ) с электростатическим подвесом.

Известны ЧЭ, например, электростатические гироскопы и акселерометры, в которых электроды располагаются с двух сторон подвешиваемого тела (ПТ). Емкость электрод-поверхность ПТ (Сэ1), и соответственно, емкость противоположный электрод - поверхность ПТ (Сэ2) зависят от величины относительного смещения ( д к) ПТ от центрального положения

(5х) 5х)

Г1

,-1

(D. (2).

где Со - емкость Сэ1, Сэ2 при 5 .

Как правило, в качестве измерителя смещения ПТ от положения, в котором необходимо стабилизировать ПТ, применяют дифференциальные емкостные датчики, в которых к противоположным электродам подключены входами измеритель разности токов, а источник возбуждения (напряжения .или тока) подключен к ПТ непосредственно или через электрод. Выходной сигнал UBHX схемы измерения перемещения при малых (5х пропорционален при возбуждении от источника напряжения величине Со д х.

В качестве прототипа выбран электрический подвес с одним электродом в вертикальном и диаметрально расположенными электродами в горизонтальных каналах. Аналогичные подвесы могут использоваться и в приборах поплавкового типа. При ненулевой плавучести поплавковой камеры электрод вертикального канала может в зависимости от знака плавучести размещаться снизу или сверху ПТ. В указанных приборах при использовании в схеме измерения смещения измерителя разности токов с конденсатором постоянной емкости, заменяющим один из электродов, изменение линейных размеров электродов, зазора или диэлектрической постоянной среды, например, из-за изменения температуры может приводить к смещению ПТ по вертикальному каналу, обусловленному появлением статической ошибки схемы измерения смещения ПТ.

Таким образом недостатком прототипа является сравнительно низкая точность стабилизации ПТ.

Поставленная цель достигается тем, что вход схемы измерения смещения вертикального канала соединен и с электродами других каналов, чем достигается одинаковое изменение емкости на входах схемы измерения смещения при д .

На фиг.1 показано расположение электродов в прототипе; на фиг.2 - вариант расположения электродов в ЧЭ поплавкового типа; на фиг.З - вариант блок-схемы предложенного подвеса,

На фиг,1 над ПТ 1 находится электрод 2, по горизонтальной оси подвеса расположе0 на пара электродов 3, 4, другая пара электродов не показана.

На фиг.2 ПТ1 имеет цилиндрическую форму, электрод 2 расположен над ПТ 1, пары электродов 3, 4 и 5, 6 расположёны jc

5 двух сторон тела 1, две другие пары электродов не показаны; 7 - поддерживающая жидкость между ПТ1 и корпусом 8.

Предложенный активный электрический подвес (см.фиг.З) содержит элементы

0 1:„4, как на фиг,1, источник возбуждения 9, трансформатор 10, вторичные обмотки которого подключены.к электродам 3, 4 и через конденсаторы 11, 12 и диоды 13, 14. Последние соединены с резисторами 15, 16

5 и входами дифференциального усилителя 17, выход которого соединен с входом элемента 18 (корректирующее звено и парафаз- ный высоковольтный усилитель). Выход элемента 18 через резисторы 19,20 и обмот0 ки трансформатора 10 соединены с электродами 3, 4. Электрод 2 через конденсатор 21 соединен с диодами 22 и 23. Диод 22 катодом соединен с анодами диодов 24, 25 и входом усилителя 26, в цепи обратной связи

5 которого включены элементы 27, 28. Выход элемента 26 соединен с входом элемента 29, включающего в себя корректирующее звено и высоковольтный усилитель. Выход элемента 29 соединен через резистор 30 с элек0 Тродом2.

Подвес работает следующим образом. Напряжение источника 9 через трансформатор 10 поступает к электродам 3,4. Ток возбуждения протекает через конденсато5 ры 11, 12. диоды 13, 14 и резисторы 15, 16, и диоды 24, 25. Токи электродов 3. 4 протекают через ПТ1, электрод 2, конденсатор 21 и диоды 22, 23. Элементы 13И7 и 24, 25 представляют собой измеритель разности

0 токов и в совокупности с элементами 11,12, 10 образуют схему измерения смещения ПТ1 по горизонтальной оси. Сигнал этой схемы преобразуется в дифференциально изменяющиеся силовые напряжения, кото5 рые формируют силы, центрирующие ПТ1 по горизонтальной оси, Измеритель разности токов, протекающих через диоды 22л 24 и 25, выполнен на элементах 26-28. Он выделяет сигнал, пропорциональный смещению ПТ1 по вертикальной оси от

задаваемого положения. Выходной сигнал усилителя 26 преобразуется элементом 29 в силовое напряжение постоянного тока, стабилизирующее положение ПТ1 по вертикальной оси.5

Средняя величина напряжения на выходе элемента 26 (Ucp) может быть найдена из выражения

KTpfB(C3+C4-C2)R27 (3) 10

где КТр - коэффициент трансформации элемента 10;

UBfe - частота и напряжение возбуждения источника 9;15

R27 - сопротивление резистора 27;

Ci - соответственно, емкости между ПТ1 и i-м электродом.

С учетом (1), (2), найдем выражение для скобки в (3):20

Как видно из (5), изменение диэлектрической постоянной, площади электродов при не приводит к появлению сигнала на выходе элемента 26.

Таким образом электродные емкости электродов 3,4 по отношению к схеме измерения смещения вертикального канала выполняют функцию конденсатора, емкость которого изменяется также, как и электродная емкость вертикального канала при стабильном положении ПТ1, т.е. фактически функцию противоположного электрода.

Таким образом в предложен ном устройстве достигается повышение точности стабилизации положения ПТ по вертикальному каналу за счет исключения влияния изменения параметров электродных емкостей на величину выходного сигнала схемы измерения смещения вертикального канала.

СЗ+С4-С2 2 е

5з

„., о

S2

Х02

хоз(1 -их2)

где Зз площадь электродов 3,4;

S2 - площадь электрода 2;

хо2, хоз зазор между ПТ1 и соответствующими электродами.

При д х 0,

СЗ+С4-С2 Ј S о Х °2 Х 03

X 02 X 03

Формула изобретения Активный электростатический подвес, содержащий подвешиваемое тело, электроды горизонтальных осей подвеса, электрод

(4) 25 вертикальной оси подвеса, управляемые источники напряжения, выходы которых соединены с электродами, и схемы измерения смещения по горизонтальным и вертикальной осям, соединенные входами с соответ- 30 ствующими электродами, отличающий- с я тем, что, с целью повышения точности подвеса, вход схемы измерения смещения по вертикальной оси дополнительно соеди(5)нен с электродами горизонтальной оси.

Как видно из (5), изменение диэлектрической постоянной, площади электродов при не приводит к появлению сигнала на выходе элемента 26.

Таким образом электродные емкости электродов 3,4 по отношению к схеме измерения смещения вертикального канала выполняют функцию конденсатора, емкость которого изменяется также, как и электродная емкость вертикального канала при стабильном положении ПТ1, т.е. фактически функцию противоположного электрода.

Таким образом в предложен ном устройстве достигается повышение точности стабилизации положения ПТ по вертикальному каналу за счет исключения влияния изменения параметров электродных емкостей на величину выходного сигнала схемы измерения смещения вертикального канала.

Изобретение относится к приборостроению. Цель изобретения - повышение точности активного электрического подвеса с одним электродом по нагруженной оси (вертикальный канал) за счет уменьшения влия- ния изменений линейных размеров электродов, диэлектрической постоянной среды. Это достигается тем, что вход схемы измерения смещения вертикального канала соединен с электродом, вертикального канала и с электродами других каналов. Электрод 2 находится над подвешиваемым телом 1. по горизонтальной оси расположены электроды, источник возбуждения 9 через трансформатор 10 подключен к электродам 3.4. Электрод 2 через конденсатор 21 и диод 22 подключен к входу усилителя 26, к которому так же подключены выводы вторичных обмоток трансформатора 10 через конденсаторы 11,12 и диоды 24, 25. Выход усилителя 26 через высоковольтный усилитель 29 и резистор 30 соединен с электродом 2. 3 ил. С/У с

ч ОФиг.1

Фиг. 2