Струнный акселерометр Советский патент 1979 года по МПК G01P15/08 

Изобретение относится к технике инерционной навигации и управления и может быть использовано для расширения диапазона измерения ускорений струнными акселерометрами. Известны струнные акселерометры, выходным сигналом которых является изменение частоты генерации автоген ратора 1 . Наиболее близким по технической сущности к изобретению является струнный акселерометр 2, состоящи из консольного кварцевого стержня, двух металлизированных кварцевых струн, укрепленных на стержне по ра ные стороны от его оси и помещенных в зазор магнитной системы, и усилителя автогенератора с мостовой схемой/ одна диагональ которой подключена к входу/ а вторая - к выходу усилителя. К недостаткам известного устройства следует отнести ограниченный диапазон измеряемых ускорений из-за нелинейности статической характерис тики, особенно на границах диапазон где нелинейность выносит недопустимые погрешности. Кроме того, извест ный акселерометр имеет малую крутиз ну характеристики. Целью изобретения является расширение диапазона измерений и повыи ение чувствительности в каждом диапазоне. Это достигается тем, что в предлагаемый струнный акселерометр введены две дополнительные струны, расположенные параллельно рабочим струнам в той же плоскости, дополнительный усилитель автогенератора и пороговая схема с реле, при этом дополнительные струны включены в смежные с рабочими струнами плечи мостов, которые подключены к входам усилителей автогенераторов через переключающие контакты реле, а пороговая схема подк.пючена к выходам усилителей автогенераторов . На фиг. 1 представлена конструкция предложенного устройства; на фиг. 2- электрическая схема включения элементов струнного акселерометра. На поверхности кварцевого стержня 1,консольно укрепленного в корпусе 2,укреплены своими концами рабочие струны 3 и две дополнительные струны 4, жестко прикрепленные к стойкам 5 и б, которые, в свою очередь, жестко укреплены на поверхности стержня 1, Ось У - ось чувствительности. Струны 3и 4 - металлизированы, находятся в рабочем зазоре постоянного магнита 7 и включены в смежные плечи мостовых схем 8, 9, диагонали которых подключены к ;входуI и выходу усилителей 10 11 автогенераторов. Диагонали мостовых схем 8 и 9 подключены к входам усилителей 10 и 11 соответственно через контактную группу 12 реле 13, которое управляется логическим устройством. 14, включенным на выходы усилителей 10, 11. Работа акселерометра происходит следующим образом. Металлизированные кварцевые струны 3 и 4 включены в смежные плечи моСтовых схем 8, 9 контуров струннбтх автогенераторов, в состав которых входят также усилители 10, 11, и постоянные магниты 7. Контур автогенератора обеспечивает получение поперечных колебаний либо основных струн 3, либо дополнительных 4. Частота автоколебаний струн определяется их геометрией, упругими константами и характером напряжен ного состояния струн. Тот факт, что и основная струна 3 и дополнительная 4 в каждом из двух автогенераторов включены в смежные плечи мостовых схем 8, 9 и одновременно находятся в рабочем зазоре постоянного магнита 7 свидетельствует о том,что обе стру ны .потенциально способны возбудиться в данной схеме. Однако одновременно возможно существование автоколебаний только одной из струн (3 и 4) в каждом из автогенераторов, а именно той из них, которая включена в цепь положительной обратной связи усилителя 10 или 11. При этом автоколебания второй струны возникнуть не могут, так как она, будучи включена в смежное плечо моста, оказывается включен ной в цепь отрицательной обратной связи соответств5 щего усилител.я. Струны 3, 4 можно поменять ролями, если точки диагонали моста подсоединить,, например, к другим входам дифференциального усилителя 10 или 11, что возможно осуществить с помощью контактной группы 12 реле 13. В результате будет реализован ражим авто колебаний струны, которая ранее не колебалась, и наоборот. Реле 13 управляется логическим ус ройством 14, подключенным к выходам усилителей .10.и 11. . Наличие в смежных плечах мостовых схем 8 и 9 двух электрических элемен тов струн 3 и 4 одинаковой физическо природы, находящихся в одинаковых те пературных условиях (укреплены на од ном чувствительном элементе в непосредственной близости друг от друга), позволяет стабилизировать степень баланса моста во всем диапазоне рабо чих температур акселерометра. При эт в электрическом смысле струны 3 и 4 взаимозаменяемы. Если однав данный момент является рабочей и находится состоянии автоколебаний, другая выполняет роль эквивалентного сопротивления. При срабатывании реле 13 они меняются РОЛЯМИ. В начальный момент времени, т.е. перед выполнением тактической задачи электрическая цепь (рис 16) сформирована таким образом, что обеспечен режим автоколебаний струн 4, более удаленных от оси стержня 1 и, следовательно, более чувствительных к его деформациям в поле инерционных сил. Струны 3 при этом выполняют роль эквивалентных сопротивлений. При появлении измеряемых ускорений, параллельных оси У происходит изгиб стержня 1, изменяющий характер напряженного состояния струн 3 и 4 и частоты их механических .поперечных колебаний. Разность частот поперечных автоколебаний струн 4, работающих в рассматриваемый момент, есть мера измеряемых ускорений. При увеличении разности частот струн 4 до значения, соответствующего границе диапазона измерений, установленного заразнее для этих струн, срабатывает логическое устройство 14, подключенное к выходам усилителей 10,11,.и включает реле 13, которое посредством контактов 12 коммутирует входные цепи усилителей 10, 11. Новое положение контактной группы 12 переводит в рабочее состояние струны 3, и дальнейшая информация об измеряемых ускорениях получается по разности частот этих струн. .При этом в вычислителе, схема которого не представлена, необходимо учесть изменение единицы младшего разряда кода ускорения и скорости. При уменьшении измеряемых ускорений до установленных границ происходит отключение реле 13 и повторное возбуждение струны 4. Граница переключения режимов устанавливается заранее, исходя из соображения обеспечения требуемой линейности статической характеристики на каждом из поддиапазонов. Формула изобретения Струнный акселерометр, содержащий консольный кварцевый стержень Ъ двумя рабочими металлизированными кварцевыми струнами, укрепленными на стержне по разные стороны его оси и помещенными в зазор магнитной систе1«л, и усилитель автогенератора с мостовой схемой, отлича. ющийся т.ем, что, с целью расширения диапазона измерений, он снабжен двумя дополнительными струнами, расположенными параллельно рабочим струнам в той же плоскости,, дополнительным усилителем автогенератора и пороговой схемой с

реле, при этом дополнительные струны включены в смежные с рабочими струнами плечи мостов, которые подключены к входам усилителей автогенераторов через переключающие контакты реле, а пороговая схема подключена к выходам усилителей автогенераторов.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Новицкий П. В. и др. Цифровые приборы с частотными датчиками. Л., 1970, с. 157-162.

2.Авторское Свидетельство СССР № 535513, кл. G 01 Р 15/08, 1975.