Интегрирующий акселерометр Советский патент 1981 года по МПК G01P15/14 G01C21/16 

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к измерителям параметров движения подвижных объектов и может быть применено для отсчета пути, пройденного объектом путем двукратного интегрирования линейных ускорений. Известны интергирующие акселерометры, содержащие корпус, измерител ный орган в виде маятника, в качест ве которого служит электродвигатель с маховиком, подвешенный в корпусе в поворотных опорах, датчик угла по ворота маятника, усилитель обратной связи. Эти акселерометры имеют выходной сигнал, представленный в виде электрического сигнала (например в виде импульсов от тахогенератора ) {1}. Недостатком данных акселерометро является повышенная погрешность в случае необходимости представления выходного сигнала в виде механического угла поворота вала с моментом нагрузки, например, контактной груп пой. Указанный недостаток устранен в компенсационных интегрирующих акселерометрах, где погрешность измерения не зависит от нагрузки на вгшу двих ауеля. Известен также интегрирующий акселерометр, содержащий вращающуюся платформу с установленньпии на поворотных опорах маятником и инерционными грузами, датчик угла поворота маятника, соединенный с усилителем, на валу которого закреплена платформа и исполнительный механизм 2. Недостатком известного устройства является огра11иченный диапазон и погрешность измерения, связанные с действием центробежных сил на инерционные -грузы. Центробежные силы, действующие на инерционные грузы являются сбешансированными относительно оси маятника, но вызывают давление на опоры, пропорциональное квадрату скорости вращения платформы (а следовательно, и скорости движения объекта). Это приводит к повышенному трению в опорах маятника особенно при повышении скорости движения объекта. Кроме того, эта пара центробежных сил, приложенных к грузам, вызывает динамическую несбалансированность всей подвижной платформы в целом, что ограничивает скорость вращения платформы

вследствие резонансных явлений динамически несбалансированной подвижной системы,

Цель изобретения - повышение точности и расширение диапазона измерений .

Указанная цель достигается тем что инерционные грузы выполнены в виде маховика, кинематически связанного с поворотными опорами, при этом ось вращения маховика соосна с осью платформы.

При этом момент маятника, пропорциональный измеряемому линейному ускорению, уравновешивается моментомf маховика, пропорциональным угловому ускорению платформы с помощью кинематической связи, выполненной в виде поводка, взаимодействующего с поворотными опорами и с маховиком по его периферии,

Таким образом, центробежные силы, действующие на инерционную массу (маховик) полностью уравновешены и не вызывают дополнительного давления на опоры маховика и маятника пропорционально квадрату скорости платформы, чем устраняются моменты трения маятника и маховика, вызванные угловой скоростью вращения платформы. Отсутствуют также ограничения по скорости вращения платформы, обусловленные центробежными силами, действующими на инерционные грузы.

На фиг. 1 схематично представлен акселерометр, общий вид; на фиг.2 диаграмма сил, действующих на маятник и поводок; на фиг. 3 - диаграмма сил, действующих на маховик.

Устройство состоит из корпуса 1, маятника 2, вращающегося на поворотных опорах 3, поводка 4, датчика угла поворота маятника 5, маховика б с пазом 7, вращающегося в поворотных опорах 8, платформы 9, расположенной на оси 10 двигателя 11, усилителя 12,обратной связи, исполнительного механизма 13.

Ось подвеса маятника X, перпендикулярна измерительной оси 1, совпадающей с осью вращения платформы 9 и маховика 6. Центр масс маятника О расположен на расстоянии 6j (плеча маятника) от оси маятника X. Поводок 4, ось которого параллельна оси маховика, входит в зацепление с маховиком при помощи шарового наконечника на конце поводка и стенок паза 7 маховика 6. Платформа 9 жестко закреплена на оси 10 двигателя 11 Ось Z платформа соосна с осью вала 10 двигателя 11. Исполнительный механизм 13 представляет собой механический счетчик оборотов двигателя или кулачково-контактнуто систему, связанную через редуктор с двигателем и срабатывающую через определ нную величину угла поворота двигателя .

Устройство работает следующим образом.

При воздействии линейного ускорения а по оси Z маятник 2 под действием инерционного момента, равного MC| , стремится повернуться, датчик 5 угла поворота маятника вырабатывает сигнал рассогласования, который усиливается усилителем 12 обратной связи и подается на двигатель 11. Вал двигателя вращается с угловым ускорением 5 , таким что инерционный момент маховика 1 M уравновешивает инерционный момент Мд, развиваемый маятником от линейного ускорения.

Равновесие происходит при некотором угле рассогласования маятника J достаточно малом за счет выбора соответствующего коэффициента усиления усилителя 12. Рассмотрим уравнения равновесия системы маятник-маховик относительно системы координат, связанной с платформой. Уравнение равновесия маятника (фиг.2).

1Мо ma-ej-N.e2 О, (1) где N - реакция стенки паза 7 маховика на поводок.

Уравнение равновесия маховика (фиг.З)

2:1Л„,м-е, зе-0 сг)

Решая совместно (1) и (2) находим

с

с-5) а

3-е,

Угол поворота вала двигателя или платформы будет равен t t mC 6 t

,,()

т.е. поворота вала двигателя пропорционален двукратному интегралу от измеряемого угла ускорения. Исполнительный механизм 13 срабатывает при повороте вала двигателя на определенный заданный угол.

Скорость вращения платформыSL будет пропорциональна первому интегралу от измеряемого ускорения

.. А ;

/qc/i

-D

Положительный эффект предлагаемого изобретения состоит в том, что устранение моментов трения в опорах маятника и маховика, пропорциональных квадрату угловой скорости приводит к снижению погрешности измерения.

5 Отсутствуют также ограничения по

скорости вращения платформы, обусловленные динамическим небалансом центробежных сил, 410 приводит к расширению диапазона измерения, так как скорость вращения платформы пропорциональна первому интегралу от измеряемого линейного ускорения. Формула изобретения 1. Интегрирующий акселерометр,

5 содержащий вращающуюся платформу с

установленными на поворотных опорах маятником и инерционными грузами, датчик угла поворота маятнй ка, соединенный с усилителем, двигателем, на валу которого закреплена платформа и исполнительный механизм, отличающийся тем/ что, с целью повышения точности и расширения диапазона измерения, инерционные грузы выполнены в виде маховика, кинематически связанного с поворотными опорами, при этом ось вращения маховика соосна с осью платформы.

2, Акселерометр по п. 1, отличающийся тем, что кинематическая связь выполнена в виде связанного с поворотными опорс1ми поводка, взаимодействующего с маховиком по его периферии.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Авторское свидетельство СССР 501358, кл. G 01 Р 15/08, 1974.

2.Авторское свидетельство СССР

0 по заявке W 2561745/10,G 01 Р 15/08, 1978.