Акселерометр Советский патент 1975 года по МПК G01P15/08 

(54) АКСЕЛЕРОМЕТР

Изобретение отнооится к измерительной технике, может быть применено при измерении горизонтальных ускорений малой величины, например наклонов объекта.

Известны акселерометры, содержащие а.мпулу, частично за-полненную жидкостью, и датчик перемещения жидкости. Чувствительность этих приборов понижена из-за вязкого тревня жидкости о стенку ампулы.

Предлагаемый акселерометр отличается от известных тем, что, с пелью повышения чувствительности, он снабжен приводом вращения ампулы вокруг оси, перпендикулярной ее плоскости, а ампула .выполнена в виде тора.

С целью использования ферромагнитной жидкости объем жидкости равен /4 объема тор,а, а датчик перемещения выполнен в виде индуктивного датчика с Ш-образньгм сердечником, боковые стержни которого охватывают сектор тора, равный 90°.

На чертеже показана конструкция устройства.

На конце выходного вала 1 синхронного электродвигателя 2 закреплен диск 3 из немагнитного -материала. На диске 3 закрепле/н полый стеклянный тор-ампула 4 с рабочей ферромагнитной жидкостью, заполняющей его объем на V4, которая является инерционной массой.

Для снятия электрического сигнала, пропорционального измеряемому ускорению, применен Ш-образный индуктивный датчик с сердечником, на который нзвкты обмотхр. возбулсдения W, и сигнальные обмот.ки lvc и W, включенные .встречно. Боковые стержни сердечника охватывают сектор в 90°. Для выставки датчика в нулевое положение может быть предусмотрено приспособление, позволяющее перемещение его по окружности тора. Нулевым положением индуктивного датчика считается положение, при котором магнитные потоки Oi и Ф2 одинаковы.

При отсутствии на обмотках синхронного электродвигателя напряжения тор неподвижен, и рабочая жидкость занимает уровень йо-аэ.

Когда на электродвигатель подают , его выходной вал с тором начинает вращаться с постоянной угловой скоростью. Вследствие вязкого трения рабочей жидкости о внутренние стенки тора она занимает положение . Если датчик расположен так, как показано на рисунке, это соответствует его нулевому положению. В этом случае магнитные лотоки Ф и Ф2, создаваемые обмоткой возбуждения W , замыкаются по одинаковым магнитным цепям вследствие постоянности положения рабочей жидкости. Тогда э. д. с., наводимые магнитными потоками Ф Ф2 в

сигнальных обмотках IFc ; и W, одинаковы по Величине я протизаположны по направлению. В этом случае f/вьгх РНа рабочую жияк.остъ 11ри вращении полого тора действуют два момента:

1) момент вязкого трения

а. т. 2 fnilig - тЛ,

1

коэффициент вязкого трения;

масса элем-ентарной г-той частицы

жидкости;

расстояние от центра вращения тора О до i-той частицы жидкости (i 1,2,3,..., /г);

ускорение свободного падения; приведенная масса рабочей жидкости;

расстояние от центра вращения тора О до приведенного центра масс

рабочей жидкости; мент тяжения:

Mr rngl sin ф, где ф - угол, составленный отрезком прямой, соединяющим центр вращения тора О с центром масс рабочей ж)идкости О три .неподвижном состоянии тора и отрезком прямой, соединяющим центр вращения тора О с центром масс ртути Oz во время его вращения с .постоянной угловой скоростью, т. е. угол между ОО, и ООз. Никакие другие моменты, «роме противоположно направленных Мвт и М, на рабочую жидкость не действуют. В установи.вщемся состоянии MBT MT, и рабочая жидкость занимает -положение а - О, соответствующее границе устойчивости. Подставив значения обоих моментов, поmglK nig Ism ф. Считая угол ф малым, а sin ф « ф, имеем mg Iff, А, ф. Любой новый возмущающий момент выводит рабочую жидкость из состояния устойчлвости. Угловая скорость вращения электродвигателя должна обеспечивать ламинарное движение рабочей жидкости внутри полости тора, что значительно снижает ее вязкое трение о внутренние стенки тора, а также препятствует ее завихрениям и размыву торцовых концов. Пусть теперь в направлении оси X действует линейное горизонтальное ускорение Vx,

которое создает силу инерции FX, направленную в сторону, противоположную действию ускорения Vx, и приложенную к центру масс ртути Oz- Эта сила перемещает рабочую жи дкость внутри лолости тора в сторону ее действия, т. е. вы,водит ее из состояния устойчивости. Вследствие этого сопротивление магнитной цепи для магнитного потока Ф повышается, а для Фз - снижается. Э. д. с., наводимая в сигнальной обмотке, уменьшается, а в обмотке - увеличивается.

Напряжение УВЫХ О равно разности э. д. с., назодимых в сигнальных обмотках. Если ускорение Vx подействует в противоположную сторону, фаза вых изменится на 180°.

Сила FX создает момент инерции Мрх mVxlf-Os ф.

Сум1мар1ный м-0(мент сил, приложенных к центру масс рабочей жидкости относительно цеитр.а вращения тора О, ,, + ,. Раскрыв все моменты через их значения, получим mglX + mVxlCos ц mg I sin ф. Если угол ф мал настолько, что cos ф «; 1, а sinф ф, ml(gk + Vx) rnglf, откуда Ф Я+. Напряжение бвых засвнсит от угла ф, т. е. f/Bb,x /() /I + -V 1 /(0 + 1 Первое слагаемое /(X) (7о можно всегда свести к нулю путем установки индуктивного датчика в нулевое положение. Тогда f.b,x /I Т. е на1ПрЯ1жание на выходе индуктивного датчика зависит от горизонтального линейного ускорения, действующего на основание. Предмет изобретения 1. Акселерометр, содержащий ампулу, частично заполненную жидкостью, и датчик перемещения жидкости, отличающийся тем, что, с целью повыщения чувствительности, ампула выполнена в виде тора, акселерометр снабжен приводом вращения ампулы (вокруг оси, нерпендикулярной ее лло акости. 2. Акселерометр по п. 1, отличающийс я тем, что, с целью использования ферромагнитной жидкости, объем жидкости равен V4 объема тора, а датчик перемещения выполиен в в-иде илдуктивного датчика с Ш-образиым сердечникам, боковые стержни которого окватывают сектор тора, равный 90°.

Лит