Способ измерения ускорений и устройство для его реализации В.М.Юровицкого Советский патент 1984 года по МПК G01P15/02 

2.Способ по п. 1, о т л и ч аю щ и и с я тем, что вращение производят с частотой, равной собственной резонансной частоте подпружиненной инерционной массы,

3.Устройство для измерения ускорений, содержащее акселерометр с подпружиненной инерционной массой, подключенной к регистрирующей схеме, отличающееся тем, что

в него введены двухстепенный подвес с внутренней и внешней рамками, двигатель вращения и датчик углового перемещения внутренней рамки, а инерционная масса установлена с возможностью перемещения по касательной к радиусу, вращения внутренней рамки.

4. Устройство по п. 3, отличающееся тем, что инерцион-ная масса установлена с возможностью радиального перемещения относительно подвеса внутренней рамки.

5 о Устройство по пп, 3, 4, отличающееся тем, что, с целью обеспечения возможности определения кориолисова ускорения, инерционная масса уст-ановлена с возможностью перемещения параллельно подвесу внутренней рамки.

1. Способ измерения ускорений, включающий определение смещения подпружиненной инерционной массы по оси чувствительности, отличающийс я тем, что, с целью повыщения точности и помехоустойчивости, подпружиненную массу вращают относительно оси, не совпадающей с осью чувстви тельности и направлением измеряемого iускорения. ч/ Ч Р. Ц 5t ч| vj сд

,1 Изобретение относится к области .механики и может быть использовано в гравиметрии, разведочной и промысловой геофизике и в области навигаци Известны способы измерения ускоре НИИ и устройства для их реализации, измеряющие ускорения с помощью инерционных тел, соединенных с движущимся объектом при помощи С 1, 23 Наиболее близким к изобретению по технической сущности является способ измерения ускорений, включающий определение смещения подпружиненной инерционной массы по оси., чувствитель ности, и устройство для реализации способа, содержащее акселерометр с подпружиненной инерционной массой, подключенной к регистрирующей схеме 3. Однако такой способ обеспечивает измерение ускорения порядка 10 м/с что недостаточно с точки зрения потребностей сегодняшнего дня. Помехоустойчивость способа измерений низка, так как он очень чувствителен к толчкам, сотрясениям, вибраттиям, микросеймам и т.п. Кроме то.; о, таким способом невозможно замерить повторное кориолисово ускорение. Эта цель изобретения - повышение точности и помехоустойчивости способ Цель достигается тем, что определение смещения подпружиненной инерционной массы по оси чувствительноети производят при вращении подпружиненной массы относительно оси, не совпадающей с осью чувствительности и направлением измеряемого ускорения, вращение производят с частотой, равной собственной резонансной частоте подпрз жиненной инерционной массы. Устройство, реализующее способ, содержит акселерометр с подпружиненной инерционной массой, подключенной к регистрирующей схеме, двухстепенньй подвес с внутренней и внешней рамками, двигатель вращения и датчик углового перемещения внутренней рамки. Инерционная масса установлена с возможностью перемещения по касательной к радиусу врзженйя внутренней рамки. Инерционная масса может быть установлена с возможностью радиального перемещения относительно подвеса внутренней рамки. Для определения кориолисова ускорения инерционная масса может быть установлена с возможность перемещения параллельно подвесу внутренней рамки. На фиг. 1 показано устройство для осуществления предлагаемого способа, общий вид; на фиг. 2 - то же, вид свер.ху: на фиг. 3 - схема измерения кориолисова ускорения. Устройство содержит внутреннюю рамку t,, выполненную в виде диска. 3 двигатель 2 вращения рамки .1 внешнюю рамку 3, акселерометр 4 с инерционной массой 5, пружиной 6 и датчи ком 7 перемещения инерционной массы 5, Датчик 7 соединен с регистриру ющей схемой 8, которая также соединена с конструктивно разделенным на две части 9 и 10 датчиком угловых пе ремещений рамки 1. Часть 9 датчика прикреплена к рамке 1, а часть 10 к некоторой базисной системе 11 отсч та. Регистрирующая схема 8 предназна чена для .измерения амплитуды, фазы, либо того и другого вместе. Акселерометр 4 може.т быть установ лен в трех положениях: -инерционная масса 5 акселероме ра 4 имеет возможность перемещения по касательной к радиусу вращения внутренней рамки 1 (фиг. 1); -инерционная масса 5 устанавливается с возможностью радиального перемещения относительно подвеса внутренней рамки 1 (на черт, не показано); . -инерционная масса 5 устанавливается с возможностью перемещения параллельно подвесу рамки 1 (фиг.З) На фиг. 1 вектор Д показывает ориентацию силы земного притяжения ( X - ось чувствительного акселерометра 4) . На фиго 3 вектор S показывает ориентацию вращения Земли. Вектор 5 являются проекцией вектора 51 на ось собственного вращения внутренней рам ки 1, которая находится в плоскости горизонта и совпадает с меридианом. Вектор 51г также является проекцией вектора 51 на ось, перпендикулярную к плоскости горизонта в месте наблюдения. Угол 8 равен широте наблюдения, UJ - угловая скорость вращения ) внутренней рамки 1; u5 - вектор угловой скорости вращения; F - направ ление действия силы Кориолиса. Устройство работает следующим образом. При установке инерционной массы 5 с возможностью перемещения по каса, тельной к радиусу вращения внутренней рамки 1, т.е. так, как показано на фиг. 1, и при вращении рамки 1 с угловой скоростью ixi на массу 5 воздействует сила земного притяжения (вектор А ). При подъеме акселерометра 4 ввер инерционная масса 5 сжимает пружину 754. Наибольшая величина сжатия будет тогда, когда инерционная масса 5 будет находиться в плоскости горизонта. Затем после охлаждения плоскости горизонта пружина 6 начнет разжиматься и достигает нейтрального положения в тот момент, когда центр тяжести массы 5 совпадает с вертикальной плоскостью. При дальнейшем повороте рамки 1 акселерометр 4 начнет двигаться вниз, в результате чего масса 5 начнет.растягивать пружину 6. Максимальное растяжение пружины 6 наблюдается в тот момент, когда центр тяжести массы 5 совпадает с плоскостью горизонта. При дальнейшем движении пружина 6 начнет сжиматься и достигнет нейтрального положения в тот момент, когда центр массы 5 снова совпадет с вертикальной плоскостью. Таким образом, с датчика 7 будет сниматься движение массы 5 относительно акселерометра А в виде синусоидальной кривой. Если рамку 1 расположить в плоскости горизонта и разместить предлагаемое устройство на объекте, движущемся с ускорением, то с датчика 7 будет сниматься аналогичная синусоидальная кривая если в первом случае реализуется первый закон Ньютона, то во втором случае реализуется второй закон Ньютона. Учитывая характер синусоидальной кривой,можно определять ускорение и силу, действующую на акселерометр 4, с гораздо большей точностью, чем акселерометром, имеющим жесткую ориентацию относительно связанных с объектом систем координат. Описанный способ также имеет низкую гомехоустойчивость. Если вращать акселерометр 4 с частотой, равной собственной резонансной частоте дюдпружиненной пружиной 6 инерционной массы 5, то в силу того, что при резонансе сдвиг фаз между приложенной силой и колебанием равен нулю и резонансные системы имеют высокую степень помехоустойчивости, предложенный способ измерения имеет высокую точность и помехоустойчивость к толчкам, сотрясениям, вибрациям и тому подобным омехам, вносящим ошибки при обычных способах измерен с помощью акселеометра . Аналогичные измерения можно производить и при установке инерционной массы 5 с возможностью радиального перемещения относительно подвеса рам ки 1, только -при этом учитывать действие центробежной силы на инерционную массу ,и пружину 6. При установке инерционной массы с возможностью перемещения параллель но подвесу рамки 1 и при вращении ак селерометра 4 с частотой, равной собственной резонансной частоте подпружиненной пружиной 6 инерционной массы, с помощью предлагаемого устройства (фиг. 3) можно определять величину поворотного кориолисова ускорения. . На фиг. 3 видно, что вектор Я показывает угловую скорость вращения плоскости горизонта. Ось собственного вращения .рамки 1 также вращается в пространстве с этойугловой скоростью, так как она расположена в плоскости горизонта. Тогда акселерометр 4 при своем подвеса рамки 1 также совершает одновременно два вращательных движения, В результате первого вращательного движения акселерометр 4 будет оказываться то справа, то слева относительно вектора Й . Но так как существует и второе вращательное движение, корпус акселерометра 4 будет перемещаться относительно инерционной массы 5, при этом в правой части в одну сторону, а в левой части в другую. Но из-за того,что перемещение корпуса акселерометра 4 относительно инерционной массы 5 происходит с резонансной частотой пружины 6 и массы 5 (передается массе 5 через пружину 6), эта система будет совершать резонансные колебания. В результате будет измеряться поворотное кориолисово ускорение. По величине амплитуды акселерометра 4 можно измерять щироту места, а также использовать предлагаемое устройство для стабилизации движения аппа -Л

Фиг.1