Акселерометр Советский патент 1981 года по МПК G01P15/11 

(54) АКСЕЛЕРОМЕТР

1

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использоваио, например, при измерении линейных параметров движения подвижных объектов.

Известны акселерометры, содержащие чувствительный элемент в виде капли жидкости, например ртути, и датчик перемещения 1.

Известны также различные варигшты построения датчиков перемещения для акселерометров с чувствительным элементом в виде жидкой массы 2.

Недостатком указанных акселерометров является их сравнительно низкая точность, которая во многом опреде- ляется степенью смачиваемости жидко- , стью стенок канала и поверхностного натяжения в зоне менисков.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является акс елерометр, содержащий сосуд-, частичио заполненный жидкостью, приводной двигатель и датчик положения жидкости 31.

Однако в известном акселерометре имеет место погрешность, обусловленная капиллярными силами, под воздействием которых происходит деформация свободной поверхности жидкости

вблизи твердой границы,т.е. отклонение свободной поверхности жидкости от параболоида вращения. Указанная деформация наблюдается в тех местах,

где непосредственно измеряется площадь сечеаия жидкости.

Цель изобретения повьшение точности измерения.

Указанная цель достигается тем,что

в известном акс ерометре-сосуд с ферромагнитной жидкостью охвачен сердечником с Н-образным окном, на средней части сердечника по обе стороны от сосуда размечены обмоткн возбуждения,

15 подключенные к источникам питания различной частоты, а со стороны каждого торца сосуда размещены по две измерительные обмотки, причем каждые две обмотки, размещенные в

20 разных торцах сосуда, соединены встречно и включены параллельно на общую нагрузку.

На фиг. 1 представлена схема предлагаемого акселерометра; ,на фиг. 2 25 схема соединения обмоток датчика положения жидкости.

Акселерометр содержит цилиндрический сосуд 1 из диамагнитного материала, ферромагнитную жидкость 2, частично заполняющую сосуд 1, центральный стержень 3, проходящий через сосуд 1, жестко связанный с ним и выполненный из ферромагнитно о материсша, обмотки возбуждения 4 и 5 датчика положения, сердечник 6 датчика положения, измерительные обмотки 7 - 10 и приводной двигатель 11, ротор которого жестко связан со стержнем 3. Сердечник б датчика положения жидкости выполнен с профилированной .средней частью, охватывающей сосуд Г с жидкостью 2. На этих средних частях установлены обмотки всЗзбуждения 4 и 5 (фиг. 2). К обмотке 4 подводится напряжение U частоты f , а к обмотке 5 - напряжение U частоты f2.

В торцах сосуда 1 на сердечнике б установлены по две измерительные обмотки 7,8 и 9,10, включенные на общую нагрузку. При этом имеют место

соотношения . . индуктивности обмоток 7-10.

Акселерометр работает следующим образом.

Сосуд 1 с жидкостью 2 с помощью двигателя 11 через стержень 3 приводится в равномерное вращение. Жидкость 2 при этом занимает по отношению к сосуду 1 периферийную часть полости, что обусловливается наличием центробежного с11лового поля. Наличие линейного ускорения приводит к тому, что граница раздела жидкость-газ принимает форму усеченного параболоида вращения. При этом параметры акселерометра выбраны таким образом, что вершина этого параболоида лежит вне сосуда 1. Изменение величины ускорения ведет к тому, что параметр параболоида изменяется т.е. изменяется радиус границы раздела жидкость-газ.

Для изменения радиуса границы раздела жидкость-газ, несущего информацию о величине линейного ускорения, служит датчик положения жидкости. При подаче в обмотку возбуждения 4 напряжения U с частотой ff по сердечнику б, жидкости 2 и стержню 3 замыкаются магнитные потоки ф. и ф, которые возбуждают в измерительных обмотках 7 и 10 ЭДС. Аналогично при подаче в обмотку 5 напряжения и частоты f 2 потоки ф и ф в измерительных обмотках 8 и 9 индуцируют соответствующие ЭДС.

В том случае, когда ускорение отсутствует, граница раздела жидкость-газ в сосуде 1 представляет собой форму прямого кругового цилиндра, причем зазор между жидкостью 2 и стержнем 3 везде одинаковый. В таком случае ЭДС, индуцируемые в обмотках 7 и 10, равны по величине, а так как эти обмотки включены встре но (фиг. 2), то падение напряжения на нагрузке равно нулю. Аналогичная

картина имеет место и в обмотках В и 9.

Таким образом, выходной сигнал акселерометра равен нулю.

При наличии ускорения зазор межJ ду поверхностью раздела жидкостьгаз и стержнем 3 различный, вследствие чего потоки ф и Ф2 отличаются друг от друга, а следовательно, и величины ЭДС, индуцируемые в обмотп .ках 10 И 7, различные. Выходной

сигнал частоты f в виде падения нап-ряжения на нагрузке по величине равен разности ЭДС, наводимых в обмотках 10 и 7, и пропорционален величине ускорения, а его фаза определяет 5 знак ускорения. Сигнал частоты .f2 в виде напряжения, равного разности ЭДС, наводимых потоками Ф и ф соответственно в обмотках 9 и 8, также пропорционален величине ускорения, а его фаза определяет знак ускорения.

В результате использования предлагаемого трансформаторного датчика положения жидкости удается снизить 5 влияние поверхностных волн на процесс измерения.

С выхода одного канала датчика снимается сигнал

U asinUJjt, СО

где а - амплитуда, несущая информацию о величине ускорения; 5 - частота, а с выхода второго канала - сигнал

()5iHtWit, (2

где Д- погрешность, обусловленная

наличием поверхностных волн, пропорциональная произведению функции Бесселя и тригонометрической функции. Вычитая из формулы (1) выражение (2), получают

Ц-и2--аС51ии)-Ь-51М102 1-А)1иц;21и)1+шг

/

О)

2acos(Используя частотный метод .селекции, можно вьщелить, например, со-г ставляющую вида

иОл -nije acos , t,

которая несет информацию о величине ускорения и свободна от составляющей Д, вследствие чего и обеспечивается повышение точности измерения ускорения. Выражение (3) получают на

основании выражений (1) и (2), что продиктовано методическими соображениями. Однако и в действительности, несмотря на более сложный характер зависимостей (1) и (2), обусловлеиных наличием поверхностных волн, в

общем случае смысл выражения (3) сохраняется.

Таким образом, работа трансформаторного 71атчик а на двух различных частотах обеспечивает снижение влияния поверхностных волн, обусловленных действием капиллярных сил.

Формула изобретения

Акселерометр, содержащий частично заполненный ферромагнитной жидкостью сосуд/ связанный с приводным двигателем, и датчик положения жидкости, отличающийс я тем, что, с целью повышения точности измерения, сосуд с ферромагнитной жидкостью охвачен сердечником с Н-образным окном, на средней части сердечника по обе стороны от сосуда размещены рбмотки возбуждения, пбдключенные к источникам питания различной частоты, а со кгикдого торца сосуда размещены по две измерительные обмотки, причем каждые две обмотгки, размещенные в разных торцах сосуда, соединены встречно и включены паргиллельно на общую нагрузку.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

№ 241799, кл. G 01 Р 15/11, 08.1969.

5

с. 435-437,

(put. 1