Молекулярно-электронный угловой акселерометр Советский патент 1983 года по МПК G01P15/08 

(Sk) МОЛЕКУЛЯРНО-ЭЛЕКТРОННЫЙ УГЛОВОЙ

Изобретение относится к измериттельной технике, в частности к моле-. кулярно-электронным преобразователям механических сигналов в электрический сигнал, предназначенных для регистрации угловых ускорений, скоростей, углов наклона движущихся объектов, а также угловых смещений земной коры и др.

Известен молекулярно-электронный угловой акселерометр электрокинетического типа, представляющий собой полый контур, имеющий форму тора, заполненный полярной жидкостью, например ацетоном, с расположенным в нем электрокинетическим преобразователем потока в электрический сигнал Ci

Недостатком электрокинетического углового акселерометра является большое внутреннее сопротивление (порядка 1 МОм ), невозможность регистрировать воздействия инфранизкочастотного диапазона (например, меньше АКСЕЛЕРОМЕТР

0,1 Гц, а также изменение чувствительжэсти во времени.

Известен также молекулярно-электг ронный угловой акселерометр диффузионного типа, представляющий собой полую спираль, заполненную электролитом, например типа йод-йодид, и содеркащую диффузионный преобразователь потока в электрический сигнал, электроды которого образуют совместно с электролитом обратимую окислительно-восстановительную систе-«У t2.

Недостатком этого акселерометра является его способность реагировать на угловые ускорения, направленные перпендикулярно оси чувствительности, что существенно снижает точность регистрации сигналов. Кроме того, чувствительность акселерометра со време-: нем уменьшается, что требует периодической проверки и калибровки датчика. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является молекулярно-электронный угловой акселерометр диффузионного типа, содержащий корпус с установленным в нем на опоре замкнутым контуром, заполненным электролитом и снабженным преобразователями потока электролита в электрический сигнал Г3J. Недостатком известного датчика также является падение его чувствительности со временем, что при выполнении томных измерений требует периодической проверки и калибровки прибора. Цель изобретения - повышение точ ности измерения. Указанная цель достигается тем, что внутри корпуса дополнительно установлен жестко связанный с ним пьезопреобразователь с подвижным штоком, на котором х естко смонтирован замкнутый контур и которое посредством пружин связано с опорой при этом ось вращения коромысла ори ентирована перпендикулярно плоскости замкнутого контура. На чертеже представлена схема предлагаемого устройства. Устройство содержит корпус 1 с установленным в нем на опоре 2 полым контуром 3, заполненным электро литом, например йод - йодид, и соде жащим преобразователи потока в элек рический сигнал диффузионного типа электроды которых образуют совместн

с электролитом обратимую окислительно-восстановительную систему. Опора

2связана с коромыслом 5, концы которого жестко соединены с контуром

3посредством крестовых пружин 6. При этом внутри корпуса 1 располагается пьезообразователь 7, жестко связанный с корпусом 1. Причем шток 8 пьезопреобразователя 7 соединен с коромыслом 5 в точке коромысла, расположенный между опорой и контуром.

Предлагаемый акселерометр работает следующим образом.

При воздействии углового, ускорения, вектор которого направлен вдоль оси чувствительности акселерометра (перпендикулярно плоскости контура 3 ), на преобразователях потока в электрический сигнал k возникает перепад давления, величина которого пропорциональна угловому ускорению. Перепад давления/вызывает через преобразователи пропорциональный угловоопределяемая по паспортным данным, становится невысокой, поскольку истинная чувствительность акселерометра в данный момент времени неизвестна, а периодическая проверка чувствительности акселерометра невозможна из-за отсутствия тарировочного стенда. Однако и при наличии тарировочного стенда для определе ния чувствительности необходимы отключение акселерометра от измерительной системы, снятие акселерометра с объекта, установка на тарировочный стенд, что связано с большой потерей

° рабочего времени. Поэтому основное достоинство предлагаемого акселерометра в том, что появляется возможность определить его чувствительность в любой данный момент времени (в те5 чение всего срока эксплуатации, не снимая акселерометра с объекта.

Принцип калибровки заключается в следующем. му ускорению поток электроактивных ионов, который на электродах преобразователя преобразуется в электрический сигнал. С течением времени вследствие процессов старения электролита, загрязнения активной поверхности измерительного канала гелями (это уменьшает эффективную площадь измерительного электрода преобразователя ) чувствительность акселерометра понижается. Поэтому для проведения точных измерений необходимо знание . чувствительности акселеро метра в любой данный момент времени. Однако в настоящее время определение чувствительности углового акселерометра является довольно сложной задачей, поскольку для этого требуется установка акселерометра на специальный тарировочный стенд (довольно громоздкий по своим габаритам и, главное, требующий сложной и трудоемкой наладки и юстировки). Поэтому, как правило, определение чувствительности углового акселерометра проводят один раз сразу после его изготовления (значение чувствительности указывают в паспорте акселерометра ). Затем, после установки акселерометра на объекте, указанное значение чувствительности (по паспорту используется при обработке результатов измерений. В случае снижения чувствительности акселерометра со временем точность регистрации. 5 С помощью пьезопреобразователя 7 на вход « ojoporo подается синусоида ный сиРнал напряжения с амплитудой 100-150 В, и коромысла котором закреплен замкнутый контур 3, один конец которого соединен со штоком 8 пьезопреобразователя, а другой - с несущей опорой, крестовыми пружинами 6 осуществляется преобразование поступательного движения штока 8 во вращательное перемещение коромысла, т.е. замкнутого контура 3. При этом амплитуда задаваемых угловых ускорений определяется из соотношения п 2 43F ГК .po.A.cf (Я где f - частота синусоидального сиг нала, Гц; длина плеча коромысла; коэффициент преобразования пьезокалибратора, м амплитуда синусоидального напряжения генератора, пода ваемого на вход пьезопреобр зователя, В. Если учесть, что относительная погрешность величин, входящих в со отношение (l ), не превышает -2% (например, пьезокалибратор аттестуется с помощью лазерного интерферометра }, то погрешность задания угло вого ускорения с помощью встроенног калибратора имеет величину порядка 5-7 (на тарировочном стенде точность задания углового ускорения по рядка 1,5-3 ) Используя соотношение (1 ), можно определить чувствительность предлаг емого акселерометра: ли „ А В-с род выходной сигнал акселеро метра, В; задаваемое угловое ускорение, определяемое по. формуле (1 ). Например, при значениях параметров акселерометра Ку, , мВ, А 2, чувствительность аксе лерометра в соответствии с (эмулой ( 2 ) определяется из выражения К,.1. e-cVA- ( ) --Ur 1 Точность определения чувствительности К в соответствии с формулой (3) на верхней границе динамического диапазона имеет величину порядка 10% (при условии,если регистрация выходного сигнала осуществляется с помощьЮ) цифропечати, например 1Ц68000К) Таким образом предлагаемьй акселерометр позволяет определять входное воздействие в течение всего времени эксплуатации с постоянной точностью порядка 10. Предлагаемый акселерометр, обеспечивающий градуировку и прюверку в любой момент времени, позволяет не только повысить точность регистрации измеряемого воздействия и тем самым повысить достоверность получаемой информации, но и продлить срок службы акселерометра например с 1,5 года до 3-5 лет. При этом в любой момент эксплуатации точность регистрации входного сигнала остается постоянной, не хуже чем 10%. Формула изобретения Молекулярно-электронный угловой акселерометр, содержащий корпус с установленным в нем на опоре замкнутым контуром, заполненным электролитом и снабженным преобразователями потока электролита в электрический сигнал, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения, внутри корпуса дополнительно установлен жестко связанный с ним пьезопреобразователь с подвижным штоком, соединенным с коромыслом, на котором жестко смонтирован контур и которое посредством пружин связано с опорой, при этом ось вращения коромысла ориентирована перпендикулярно плоскости контура. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Патент США К 26kk3G, кл. ЗТО-2, 1953. 2.Воронков Г.Я.,Федорин В.А. Хемотронные устройства. М,, ВНИИЭМ, 1965, с.86. 3.Исследование электрохимического преобразователя угловых ускорений с прямоугольным контуром. - Труды метрологических институ;гов СССР Измерение угловых ускорений. Вып. 1 3/203, М-Л., Изд-во стандартов, 1973, с.107-113 (прототип).