Инплатрон Советский патент 1982 года по МПК G01P15/08 

(5) ИНПЛАТРОН

... 1

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для измерений линейных ускорений и угловых скоростей.

Среди известных устройств, предназначенных для измерения указанных параметров движения, перспективными являются газоразрядные устройства, названные в измерительной технике инплатронами и являющиеся высокочувствительными измерителями параметров движения, теоретическое разрешение которых по ускорению находится в диапазоне .

Известен инплатрон, содержащий катод, два анода с включенным между ними измерительным прибором и источником питания С1 3.

Недостатком данного прибора является довольно малое разрешение, не превышающее на практике . Это связано с относительно высоким (порядка 10 д) шумовым уровнем инплатронов, присутствующим в виде произвольно меняющегося электрического фона на измерительных электронах и заглушающего измеряемый (информативный) электрический отклик сравнимого уровня.

Наиболее близким к предлагаемому является инплатрон, содержащий катод и два анода, источник питания, резистор, включенный межд5 катодом и минусовой клеммой источника, два резистора, включенные между анодами и плюсовой клеммой источника, функциональный усилитель, корректирующее устройство, подключенное к выходу функционального усилителя и измepитeль устройство, включенное между анода ми С 2 .

Недостатком известного устройства является Td, что отрицательная обратная связь, осуществляемая по электрическому сигналу на измерительных электродах, наряду с шумовым фоном в трубке отрабатывает и измеряемый (информативный) электрический отклик.

так как их нельзя различить при измерении произвольного, не детерминированного процесса движения. Наряду с подавлением шумового фона в инплатроне происходит подавление и измеряемого (информативного) электрического отклика. При этом чувствительность инплатрона загрубляется настолько, что выигрыша не происходит, и задача практического повышения точности инплатрона остается снова не .решенной.

Цель изобретения - повышение точности измерений.

Поставленная цель достигается тем, что в инплатрон, содержащий катод и два анода, источник питания, резистор, включенный между катодом и минусОвой клеммой источника, два резистора, включенные между анодами и плюсовой клеммой источника,функциональный усилитель, корректирующее устройство, подключенное -к выходу функционального усилителя и измерительное устройство, включенное между анодами, введены два последовательно соединенные резистора, включенные параллельно источнику питания, а входы функционального усилителя подключены к катоду и к средней точке дополнительных резисторов.

На фиг. 1 приведена схема предлагаемого инплатрона с электрической обратной связью, на фиг. 2. - то же, с магнитной обратной связью.

Инплатрон с электрической обратной связью (фиг. 1) представляет собой газоразрядную трубку 1, которая содержит штыревой катод 2, два дифференциальных анода 3 и два Х-поперечных электрода k для введения в инплатрон электрической обратной связи.. Электрическая схема включения Инплатрона 1 содержит ограничивающий разрядный ток ip инплатрона резистор 5 и переменные резисторы 6 и 7, образующие два наружных плеча четырехплечевого измерительного моста (два других плеча измерительнвго моста образуют,-.газоразрядный промежуток инплатрона). Электрическая схема включения инплатрона содержит два последовательно соединенных резистора 8 и 9. Между катодом 2 и средней точкой резисторов 8 и 9 включены входы функционального усилителя 10. Для съема выходного напряжения служит измерительный прибор 11, включенный между анодами 3. Цепь из последовательно соединенных резисторов 8 и 9 включена параллельно цепи, состоящей из резистора 12 и источника 11 питания.

В случае магнитной обратной связи Х-поперечные электроды заменяются Х-поперечным электромагнитом 1 (фиг. 2).

Инплатрон с обратной связью работает следующим образом.

При включении в разрядном промежуке инплатрона возникает слабоконтрагированный разряд. Разряд чувствителен к силам инерции и гравитации и при ускоренном перемещении инплатрна в Х-направлении квазиупруго смещается относительно его дифференциальных анодов 3. Смещение разряда приводит к перераспределению разрядных анодов 3. Смещение разряда приводит к перераспределению разрядных токов и i 2 на дифференциальных анодах 3 и в наружных плечах 6 и 7 измерительной мостовой схемы. При этом в измерительной диагонали мостовой схемы между дифференциальными анодами 3 возникает электрический отклик и ,пропорциональный ускорению W инплатрона. Величина этого отклика регистрируется гальванометром 11 и пpинимaetcя в качестве меры измеряемого ускорения.

При измерении малых линейных ускоренцй W электрический отклик ДУ заглушается неупорядоченным электрическим фоном, постоянно присутствующим на дифференциальных анодах 3 инплатрона, которые дополнительно выполняют функцию измерительных электродов. Этот же фон присутствует и в измерительной диагонали моста, где снимается измеряемый (информативный) отклик.

Шумовой фон, присутствующий на анодах 3, можно существенно подавить, не ослабляя при этом в значительной мере измеряемый информативный электрический откли|.

Дело в том, что шумовой фон в инплатроне во многом связан с неучитываемыми изменениями его разрядного тока, возникающими вследствие самых разных причин: из-за изменения температурного режима работы инплатрона, если изменяется окружающая температура или влажность, изза нестабильности горения разряда в катодном пятне, из-за различных 59 токов неустойчивостей в разряде и , многих других причин а Непосредственное изменение разрядного тока ip в цепи инплатрона приводит к разбалансу его мостовой измерительной схемы и к появлению в измерительной диагонали моста между дифференциальными анодами 3 ложного электрического отклика. Вместе с тем, дебаланс измерительной схемы ли, достигнутый принудительным смещением разряда под действием сил инерции или действия сил электрического или магнитного происхождения, приводит к изменению разрядного тока ip в цепи инплатрона. Изменение разрядного тока ip во всех случаях при водит к синфазным изменениям напряжения ли, падающего на газоразрядной трубке 1 инплатрона. Относительное изменение обоих случаев изменения разрядного тока ip (непосредственным или прину дительным смещением разряда) неодинаково, оно больше в первом случае и меньше во втором, т.е. ot , СЧ ) Мр где f (i р) - относительное изменение л Up на газоразрядной труб ке 1 инплатрона и элек-крического отклика ли в измерительной диагонали мостовой схемы, вызванное непосредственным изменением разрядного тока IP в цепи инплатрона, . ci ---y- f (w)- относительное измен ние этих же величин, но вызванное принудительным смещением разряда под действием сил инерции при уск ренном движении инплатрона (или силами электрического или магнитного происхождения). Полученный результат ( 1 ) жестко связан с особенностями работы газора рядного промежутка в инплатроне. Газоразрядный промежуток в инплатроне, образующий два внутренних пле ча его мостовой измерительной схемы представляет собой два постоянно неуравновешенных токовых канала, прово димость которых нелинейным образом зависит от разрядных токов Ц и 12 в них. Эти каналы совместно с резис торами 6 и 7 образуют четырехплечий мост, равновесное состояние которого определяется следующими двумя ус ловиями : TV fs а 7 ip t + i,2 где (iT) и (i7) внутренние плечи моста, сопротивление которых зависит от разрядных токов Ц и 12 в них . Г4 наружные плечи моста, определяющиеся величиной резисто ров 6 и 7. i р - полный разрядный ток в газоразрядном промежутке инплатрона. Из условия (2) и (3) следует, что равновесие мостовой измерительной схемы инплатрона зависит от постоянства полного разрядного тока ip в его разрядном промежутке и от локального перераспределения i и ig этого тока между каналами в разрядном промежутке. Оба условия (2) и (3) взаимосвязаны и изменение одного из них вызывает изменение другого. Изменение ра зрядного тока i р в инплатроне приводит к неравновесному перераспределению токов i., и i в каналах разрядного промежутка и к появлению в измерительной диагонали моста между дифференциальными анодами 3 ложного электрического отклика 4U. Одновременно с этим происходит синфазное изменение падения напряжения дУр на разрядном промежутке инплатрона„ Разрядный промежуток инплатрона в случае принудительного смещения разряда 1 относительно диференциальных анодов 3 под действием сил инерции, а также электрических .или магнитных (лоренцовских) сил ведет себя иначе. , В последнем случае также происходит локальное перераспределение разрядных Токов i и i между каналами газоразрядного промежутка, которое приводит к электрическому разбалансу мостовой измерительной схемы инплатрона и к появлению электричесkoro отклика 2lU на анодах 3. Однако при этом локальное перераспределение токов 1 и ,.в разрядном про межутке тока ,j и, вследстви этого, на падении напряжения на га зоразрядном промежутке инплатрона. Таким образом, во всех случаях, связанных с непосредственным изменением разрядного тока 1р инплатрона, существует взаимосвязь между колебаниями напряжения на газоразрядном промежутке и ложным электрическим 7 разбалансом aU на измерительных эле тродах инплатрона, В тоже время эта связь в значительной мере ослабляется, если разряд смещается относительно анодов 3 под действием инерционных, электрических или магнитных (лоренцовских) сил, Это дает возможность охватить газоразрядный промежуток в инплатроне отрицательной электрической или магнитной обратной связью по изменению падения напряжения лир на разрядном промежутке и осуществить за счет этого разделения шумового и измеряемого (информативного) откликов ли. Для этого в случае электрической обратной связи Х-поперечнце электроды 4 через функциональный усилитель 10 подключаются к средней точке резисторов 8 и 9 и катоду 2. При магнитной обратной связи так подключается электромагнитная катушка И.(фиг. 2). При электрической обратной связи возникающая разность потенциалов лир подается через функциональный усилитель 10 на Х-поперечные электро ды Ч инплатрона. Под воздействием электрического поля Х-поперечных электродов 4 разряд 1А смещается относительно дифференциальных анодов 3 и баланс измерительного моста, нарушенный изменением разрядного тока ip из-за внешних негативных причин, восстанавливается. При магнитной обратной связи принудительное смещение разряда осуществляется полем Х-поперечного элек тромагнита 15 (фиг. 2). Обратная связь работает следующим образом. Если в измерительной диагонали моста появляется электрический отклик ли за счет принудительного смещения разряда под действием сил инерции, обратная связь отрабатывает его , но с меньшим усилением, чем ложный (шумовой) отклик, свя;занный с непосредственным изменением разрядного тока ip из-за действия внешних негативных причин. 7 , В результате, если глубина (коэффициент усиления) обратной связи KOC-IST соответствует полному (оптимальному) подавлению шумового отклика не превосходит величину ЛУо-ди -Ти где лОо измеряемый (информативный) электрический отклик в измерительной диагонали моста, неослабленный обратной связью, дЦ измеряемый (информативный) отклик ослабленный обратной связью. Применение изобретения позволяет повысить точность измерения малых величин ускорений за счет повышенной разрешающей способности прибора. формула изобретения Инплатрон, содержащий кЬтод и два анода, источник питания, резистор, включенный между катодом и минусовой клеммой источника, два резистора, включенные между анодами и плюсовой клеммой источника, функциональный усилитель, корректирующее устройст во, подключенное к выходу функционального усилителя, и измерительное устройство, включенное между анодами, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерений, в него введены два-последовательно соединенных резистора, включенных параллельно источнику питания, а входы функционального усилителя подключены к катоду и к средней точке дополнительных резисторов. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1,Лившиц М.А. К определению порога чувствительности и разрешающей способности инплатронов. Журнал технической физики, 1976, т, 46, W i, с. , рис. 1. 2,Иориш Ю.И. Инфранизкочастотные колебания в газовом разряде. Журнал технической физики. 1980, т. 50, № 5 с. 1002, рис, 5 (прототип).

Pub.l