КОМПЕНСАЦИОННЫЙ АКСЕЛЕРОМЕТР Советский патент 2008 года по МПК G01P15/08 

Предлагаемое изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в системах управления современных летательных аппаратов. Известны акселерометры, состоящие из маятникового чувствительного элемента с камниевыми опорами подвижной части и формирователя сигнала обратной связи, достаточно подробно описанные в литературе (см. Е.А.Никитин, А.А.Балашова, "Проектирование дифференцирующих и интегрирующих гироскопов и акселерометров", изд-во «Машиностроение», Москва, 1969 г., стр.172-173).

Недостатком этих акселерометров является недостаточная чувствительность, определяемая моментом трения в камниевых опорах.

Наиболее близким к заявляемому является "Маятниковый компенсационный акселерометр" по авт.св. №1839858 от 06.07.78 г., включающий поплавковый маятниковый чувствительный элемент с подвесом подвижной системы на электромагнитных виброопорах, придающих цапфам подвижной системы возвратно-поступательное движение относительно камниевой опоры, и формирователь сигнала обратной связи.

Этот акселерометр, имея в целом достаточно высокие технические характеристики, обладает двумя недостатками, особенно проявляющимися в процессе измерения малых перегрузок при вертикальном положении измерительной оси чувствительного элемента:

1. Нечувствительность, определяемая пленкой, образующейся на камниевой опоре в результате использования в конструкции чувствительного элемента (ЧЭ) различных органических веществ.

2. Погрешность из-за относительно большого времени достижения установившегося значения выходной информации акселерометра при изменении ориентации измерительной оси вследствие большой вязкости из-за несмешиваемости жидкости, заполняющей ЧЭ при малых скоростях движения его подвижной системы ("выход на режим").

Целью предлагаемого изобретения является повышение точности акселерометра.

Эта цель достигается тем, что компенсационный акселерометр, состоящий из поплавкового маятникового чувствительного элемента с подвесом подвижной части на электромагнитных виброопорах и формирователя сигнала обратной связи, дополнительно снабжен двумя источниками переменного напряжения с некратными частотами, командно-временным устройством и коммутатором, причем источник переменного напряжения более высокой частоты подключен к электромагнитным виброопорам, а другой источник переменного напряжения через командно-временное устройство и коммутатор подключен к формирователю сигнала обратной связи.

Техническая сущность предлагаемого решения заключается в том, что при помощи двух источников переменного напряжения достигается создание комбинированных колебаний подвижной системы ЧЭ: возвратно-поступательных - от источника переменного напряжения более высокой частоты, возбуждаемых непрерывно в процессе работы акселерометра, и вращательных - от источника более низкой частоты, возбуждаемых в интервалах времени, предшествующих измерению ускорения в моменты, предусмотренные циклограммой предстартовой подготовки и полета. За счет этого не только очищается вся рабочая зона контакта цапфы с камниевой опорой, повышая чувствительность акселерометра, но и уменьшается погрешность от "выхода на режим" акселерометра», вследствие "перемешивания" жидкости, заполняющей ЧЭ и происходящего за счет этого уменьшения ее эквивалентной вязкости в режиме измерения при малых скоростях движения подвижной системы.

На чертеже приведен пример структурной реализации предлагаемого акселерометра, где обозначено:

1 - чувствительный элемент, включающий:

2 - маятник,

3 - подвижную систему с электромагнитными виброопорами,

4 - датчик угла,

5 - датчик момента,

6 - формирователь сигнала обратной связи,

7 - источник переменного напряжения питания виброопор,

8 - источник переменного напряжения низкой частоты,

9 - командно-временное устройство, например, типа программируемого таймера, формирующего программно-управляемые временные задержки,

10 - коммутатор, например, релейно-контактного типа.

Возникающие под действием ускорения угловые отклонения маятника 2 воспринимаются подвижной системой 3 и датчиком угла 4 преобразуются в напряжение. Выход датчика угла 4 через формирователь сигнала обратной связи 6 соединен с датчиком момента 5. Источник переменного напряжения 7 подключен к виброопорам подвижной системы 3. Источник переменного напряжения 8 через коммутатор 10 подключен к формирователю 6, а командно-временное устройство 9 соединено с коммутатором 10.

Предлагаемый акселерометр работает следующим образом.

Под действием источника 7 переменного напряжения виброопоры придают цапфе подвижной системы 3 возвратно-поступательное движение, уменьшающее момент трения в камниевой опоре. Частота источника 7 напряжения питания виброопор выбирается достаточно высокой, чтобы не увеличить мгновенную нестабильность, но и достаточно низкой, чтобы обеспечить необходимую для требуемого уменьшения трения амплитуду колебаний виброопор. Обычно она лежит в диапазоне частот от 200 до 1000 Гц. Частота и амплитуда напряжения источника 8 выбирается из условия обеспечения амплитуды колебаний подвижной системы 3, перекрывающую зону нестабильности датчика угла 4, определяемую различными его параметрами, и за счет сложного колебательно-вращательного движения подвижной системы 3 обеспечивает механическую очистку поверхности камниевой опоры в этой зоне, являющейся зоной возможного нахождения цапфы подвижной системы 3 во время работы акселерометра. Кроме того, амплитуда колебаний подвижной системы 3 должна обеспечить необходимое перемешивание жидкости, заполняющей ЧЭ, для уменьшения погрешности из-за "вхождения в режим". Обычно для используемых в современных системах управления акселерометров, имеющих полосу пропускания до 300 Гц, частота источника 8 должна быть в пределах до 10 Гц, а амплитуда выбираться, исходя из конкретных параметров системы акселерометра.

Частоты источников 7 и 8 должны быть не кратны между собой, т.к., в противном случае, невозможно создать сложное движение подвижной системы 3, перекрывающее все возможные точки касания ее цапфой камниевой опоры.

В процессе работы акселерометра виброопоры постоянно запитаны от источника 7 в то время, как источник 8 подключается к коммутатору 10, а через него и к формирователю 6 на интервалы времени, задаваемые командно-временным устройством 9, исходя из циклограммы работы, системы управления, предшествующие отдельным измерениям как при подготовке, так и на отдельных участках полета. Отключение источника 8 должно осуществляться за время, обеспечивающее полное завершение переходных процессов, вызванных колебаниями подвижной системы 3, до начала измерения.

За базовый объект можно принять акселерометр, состоящий из приборов типа ЦЕ199-4А, ЦЕ3301М или УТ311 и имеющий в числе прочих технических характеристик:

1. Чувствительность - 5·10^-6 g.

2. Погрешность из-за "выхода на режим" - 8·10^-4%.

Как показали проведенные испытания, реализация предлагаемого устройства позволила существенно улучшить данные параметры:

1. Чувствительность - 5·10^-7 g.

2. Погрешность из-за "выхода на режим" - 2·10^-4%.

При этом остальные основные технические характеристики базового объекта не ухудшились.

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано в системах управления современных летательных аппаратов. Сущность: компенсационный акселерометр содержит поплавковый маятниковый чувствительный элемент 1 с маятником 2 и подвижной системой с электромагнитными виброопорами 3. Источник 7 переменного напряжения высокой частоты соединен с виброопорами подвижной системы 3 чувствительного элемента, а источник 8 переменного напряжения низкой частоты через командно-временное устройство 9 и коммутатор 10 подключен к формирователю сигнала обратной связи. При помощи двух источников переменного напряжения достигается создание комбинированных колебаний подвижной системы чувствительного элемента. Источник 7 создает возвратно-поступательные движения, а источник 8 - вращательные. Технический результат: повышение точности акселерометра. 1 ил.

Компенсационный акселерометр, содержащий поплавковый маятниковый чувствительный элемент с подвесом подвижной системы на электромагнитных виброопорах и формирователь сигнала обратной связи, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, он дополнительно снабжен двумя источниками переменного напряжения с некратными частотами, командно-временным устройством и коммутатором, причем источник переменного напряжения более высокой частоты соединен с виброопорами подвижной системы чувствительного элемента, а второй источник через командно-временное устройство и коммутатор подключен к формирователю сигнала обратной связи.