Акселерометр Советский патент 1993 года по МПК G01P15/09 

Изобретение относится к точному приборостроению и может быть, в частности, использовано в качестве датчика в прецези- онных гироскопических устройствах, в системах навигации подвижных объектов, как метрологическое средство при измерении параметров механических колебаний (ускорение, скорость, смещение).

Цель изобретения - обеспечение возможное измерения величин ускорений по двум направлениям более простой конструкцией акселерометра х одновременным сохранением высоких метрологических характеристик.

На фиг. 1 изображена схема устройства акселерометра, на фиг. 2 - структурная схе- ма измерений.

Акселерометр содержит корпус 1, инерционную массу в форме шара 2, систему бесконтактного подвеса, которая состоит из вибропреобразователей, выполненных в виде набора пьезоэлектрических колец 3 радиальной поляризации-, армированных по внутреннему диаметру износостойкими металлическими кольцами 4. Набор колец 3 симметрично подключен к цепи питания, состоящей из последовательно включенных усилителей 5, фазовращателя 6 и генератора высокой частоты 7, В конструкции предусмотрены изолирующие прокладки 12 и 13, причем первая изолирующая прокладка 12 расположена посередине набора пьезоэлектрических колец 3 в вертикальной плоскости, образуя две секции, одна из которых соединена с шиной заземления. В другой

плоскости, в двух взаимно перпендикулярных радиальных направлениях расположены вторая и третья изолирующие прокладки 13; образуя при этом четыре элемента емкостных преобразователей С1, С2, СЗ, С4. Преобразователи подключены к электронному блоку обработки сигналов, содержащему два измерительных блока 8, два усилителя 9, два выпрямителя 10 и генератор колебаний высокой частоты 11. Четыре выхода емкостных преобразователей Q1, С2, СЗ. С4 соединены попарно через измерительные блоки 8 и усилители 9 к входам выпрямителей 10. Генератор колебаний высокой частоты 11 подключен к входам измерительных блоков 8.

Устройство работает следующим образом.

От генератора колебаний высокой частоты 7 через фазовращатель 6 подается усиленное усилителем 5 напряжение на электроды пьезоэлектрических колец 3. Фазовращатель б смещает фазу напряжения питания каждого пьезоэлектрического кольца 3 относительно соседнего на 2П/п, где п

- число пьезоэлектрических колец в одном вибропрербразователе. При достаточно большом числе пьезоэлектрических колец (не менее 6) и фаз питающего напряжения картина деформации в радиальном направлении пьезоэлектрических колец 3 и запрессованных по их внутреннему диаметру износостойких колец имеет форму синусоидальной бегущей волны.. Так как соответствующие пьезоэлектрические кольца 3 вибропреобразователя питаются параллельно, направления движения бегущих волн противоположны и направлены снаружи во внутрь. Это способствует нагнетанию газа (в нормальных условиях эксплуатации

- воздуха), из окружающей среды в зазор ho между сферической поверхностью инерционной массы 2 и износостойкими кольцами 4, что приводит к созданию между ними слоя газа повышенного давления.

В целях измерения пространственного смещения инерционной массы 2 в пределах величины бокового зазора h0, используется набор правых колец-{бтносительно экваториальной плоскости конструкции), который разделен изолирующей прокладкой 12. Кроме того, этот набор колец дополнительно разделен в двух взаимно перпендикулярных радиальных направлениях- изолирующими прокладками 13. Образованные таким образом четыре сферические поверхности применяются в качестве пластин емкостного преобразователя С1, С2, СЗ, С4 (фиг.2),

подключенных к входам измерительных блоков 8.

Такое конструктивное решение емкостного преобразователя позволяет функционально Использовать рабочую поверхность вибронесущего газового подвеса инерционной массы 2 акселерометра без дополнительных конструктивных изменений для формирования емкостной системы съема

информации.

При наличии действующего ускорения происходит смещение инерционной массы в форме шара 2 (чувствительного элемента) в противоположную ему сторону. С изменением зазора между инерционной массой 2

и наружной сферической поверхностью линейно изменяются величины сигналов Ux.

Uy,- которые пропорциональные величинам

емкостей, т.е. С f(X), (Y), а, соответственно,, величинам действующих ускорений Пх и Пу.

Формула изобретения Акселерометр, содержащий корпус, инерционную массу в форме шара, систему

бесконтактной подвески, соединенной с цепью питания, и датчики перемещения, подключенные к электронному блоку обработки сигнала, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерений, в него введены изолирующие прокладки, а система бесконтактной подвески выполнена в виде набора пьезоэлектрических колец радиальной поляризации, армированных по внутреннему диаметру

износостойкими кольцами-и симметрично подключенных к цепи питания, состоящей из последовательно включенных фазовра- щателя, усилителя и генератора высокой частоты, причем первая изолирующая

прокладка расположена посередине набора пьезоэлектрических колец .в вертикальной плоскости, образуя две секции, одна из которых соединена с шиной заземления, а в другой в двух взаимно перпендикулярных

радиальных направлениях расположены вторая и третья изолирующие прокладки, образуй при этом четыре элемента емкостных преобразователей,-которые подключены к электронному блоку обработки

сигналов, содержащему два измерительных блока, два выпрямителя, -два усилителя и генератор колебаний высокой частоты, при этом четыре выхода емкостных преобразователей соединены попарно через измерительные блоки и усилители с входами выпрямителей, а генератор колебаний высокой частоты подключен к входам измери-. тельных блоков.

фиг. 2

Использование: изобретение относится к точному приборостроению. Сущность изобретения: акселерометр содержит корпус, инерционную массу в форме шара, систему бесконтактной подвески, соединенную с цепью питания, и датчики перемещения, подключенные к электронному блоку обработки сигнала. Система бесконтактной подвески выполнена в виде набора пьезоэлектрических колец радиальной поляризации, армированных по внутреннему диаметру износостойкими кольцами и симметрично подключенных к цепи питания, состоящей из последовательно включенных фазовращателя, усилителя и генератора высокой частоты. Посередине набора пьезоэлектрических колец в вертикальной плоскости расположена первая изолирующая прокладка, при этом образуются две секции, одна из которых соединена с шиной заземления, а в другой в двух взаимно перпендикулярных радиальных направлениях расположены вторая и третья изолирующая прокладки, образуя при этом четыре элемента емкостных преобразователей. 2 ил.