Инерционный датчик ускорения и скорости "идус Советский патент 1979 года по МПК G01P15/02 

шенной в двух совмещенных газодинамических опорах, образованных неподвижным 3 и подвижным 4 стаканами, и напрессованных на ось подвижного стакана ротора электродвигателя 5 и диска б с прорезями, а также устройства съема и обработки выходиого сигнала, имеющего в своем составе источник 7 света, фотоприемники 8, 9, призмы 10, 11, 12 и схему 13 сравнения количества импульсов с вычислителем 14.

Чувствительная масса 2, выполненная в данном варианте в виде сплошного диска с центральной цилиндрической втулкой, имеет на внешних цилиндрических поверхностях втулки спиральные микроканавкн (элементы профилированиой радиальной газодинамической опоры), обозначенные пунктиром, а на ободе диска сквозные прорези (радиальные щели) - элементы оптического (в данном варианте) датчика угловой скорости вращения чувствительной массы 2 вокруг оси (чувствительности) X-XL

Подвес чувствительной массы 2, образованный двумя совмещенными газодинамическими опорами, выполненными в виде неподвижного и подвижного (вращающегося) стаканов 3 и 4, на торцовых опорных поверхностях которых также нанесены спиральные микроканавки - элементы торцовой газодинамической опоры. Он служит для выиолнения функций собственно подвеса чувствительной массы 2 с минимальным трением (вязкостиым, так как сухое трение в опорах с газовой смазкой отсутствует полностью) в направлении оси чувствительности А-Xi и центрирования ее в исходном (нулевом) положении; для приведения чувствительной массы 2 во вращение вокруг оси X-Xi со скоростью, зависящей от смещения чувствительной массы от ее нулевого (исходного) положения в направлении этой оси; для создания восстанавливающей (компенсирующей) силы, действующей на чувствительную массу в отклоненном положении (например, при ускоренном движении прибора вместе с объектом, на котором он установлен, в направлении оси чувствительности X-Xi и стремящейся вернуть ее в исходное (нулевое) положение.

Диск 6 с прорезями - элементами оптического датчика угловой скорости вращения подвижного стакана 4 - такими же, как и на ободе диска чувствительной массы 2, напрессован на ось иодвилшого стакана 4, приводом которого служит электродвигатель 5.

При подаче питания на электродвигатель 5 приводится во вращение подвижной стакан 4, увлекая за собой чувствительную массу 2, тормозящуюся с другой стороны неподвижным стаканом 3 и имеющую поэтому скорость вращения, меньшую скорости вращения подвилсного стакаиа 4. Возникающие при этом реакции в смазочных (газовых) слоях совмещенных газодинамических опор со спиральными канавками иодвижного и неподвижного стаканов обуслонливают всплытие и центрирование в иодвесе чувствительной массы 2 и дальнейшее вращение ее под действием силы вязкого трения вокруг оси чувствительности со скоростью, которая при отсутствии кажущегося ускореиия прибора вдоль этой оси

теоретически равна половине номинальной

скорости вращения электродвигателя 5,

поддерл иваемой в дальнейшем постоянной.

В этом исходном состоянии прибора поток света источника 7, сфокусированный и направленный призмой 11 через прорези на ободе диска чувствительной массы 2 и далее призмой 10 в фотоприемиик 8,,вызывает появление на выходе последнего электрических импульсов, частота которых соответствует номинальной скорости вращения чувствительной массы.

При действии кажущегося ускорения в направлении оси чувствительности X-Xi

(ускоренное движение прибора или наклон его относительно плоскости горизонта в поле тяготения) смещается чувствительная масса 2, изменяя толщины смазочных слоев в области торцовых участков несущих

поверхностей опор подвеса. Возникающее при этом нарушение соотношения сил вязкого трения на торцовых поверхностях чувствительной массы (с увеличением толщины смазочного слоя трения уменьшается и,

наоборот) приводит к изменению ее скорости вращения, а следовательио и частоты электрических импульсов на выходе токонриемника 8, свидетельствуя о величине и направлении действующего ускорения.

(Так, иапример, при действии вдоль оси X-Xi вправо, чувствительная масса отклоняется влево; тормозящий момент, действующий на нее со стороны неподвижного стакана увеличивается, а вращающий

уменьшается, снижая скорость ее вращения и частоту импульсов на выходе фотоприемника 8).

Действие кал ущегося ускорения в направлении, перпендикулярном к оси чувствительности, ие вызывает измеиения частоты выходных импульсов, так как смещение чувствительной массы в радиальном направлении в равной степени изменяет тормозящие н вращающие силы вязкого трения на цилиндрических поверхностях газодинамических опор подвил ного и неподвил ного стаканов, и следовательно, не приводит к изменению скорости вращения чувствительной массы. Таким образом, важным свойством предлагаемого прибора является нечувствительность его к поперечным (перекрестным) ускорениям.

Однако нестабильность скорости вращения подвижного стакана 4 (вследствие, например, изменения частоты напряжения

питания электродвигателя 5) непосредственно вносит ошибку в его показания. Для устранения этого явления необходимо ностоянно корректировать ио.тучаемую с фотоириемника 8 информацию в зависимости от дрейфа скорости вращения электродвигателя 5, что и осуществляется вторым каналом устройства съема выходного сигнала. iioTOK света источника 7 направляется, кроме того, призмой И через прорези диска б и призму 12 в фотоприемник 9, частота импульсов иа выходе которого соответствует скорости вращепия электродвигателя 5. Сигнал на выходе схемы 13 сравнения, подключенной к фотоириемникам 8 и 9, несет ииформацию о кажущемся ускорении прибора в направлении его оси чувствительности, свободную от погрешности, обусловленной нестабильностью скорости вращения приводного двигателя.

Изменение скорости движения объекта за определенный нромежуток времени определяют путем регистрации разности количества имиульсов, поступивших на вход схемы сравнения за этот промежуток времени. В том случае для упрощения схемы сравнения число прорезей па ободах диска 6 и диска чувствительной массы 2

следует выполнять различным и таким, чтобы а исходном состоянии прибора число импульсов на выходах фотоприемников 8 и 9 (при различных скоростях вращения дисков, соответствующих исходному состоянию) было одинаковым.

Формула изобретения

Инерциальный датчик ускорения и скорости, содержащий чувствительный элемент, газодинамические опоры его подвеса, приводпой двигатель и датчик положения чувствительного элемента, отличающийс я тем, что, с целью повышения точности, газодинамические опоры выполнены в виде неподвилсного стакана и подвижного, соедипенного с ротором двигателя, а в качестве датчика положения чувствительного элемента использован датчик параметров его вращения.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. iикитин Е. А., Балашова А. А. Проектирование дифференцирующих и интегрирующих гироскопов и акселерометров. М., «Машиностроение, 1969.

2.Патент США №. 3068704, кл. 73-516, заявл. 1960.

ю

(риг. 2