DE1125690B

DE1125690B - Temperature insensitive accelerometer

Info

Publication number: DE1125690B
Application number: DEL37387A
Authority: DE
Inventors: Bruce A Sawyer
Original assignee: Litton Industries Inc
Current assignee: Litton Industries Inc
Priority date: 1960-10-29
Filing date: 1960-10-29
Publication date: 1962-03-15

Description

Die Erfindung betrifft einen temperaturunempfind- lichen Beschleunigungsmesser kleinster Abmessungen, dessen Betrieb von durch Temperaturschwankungen verursachten Änderungen der Feldstärke der das rücktreibende Drehmoment erzeugenden Magnete nicht beeinflußt wird.The invention relates to a temperature- insensitive accelerometer of the smallest dimensions, the operation of which is not influenced by changes in the field strength of the magnets generating the return torque caused by temperature fluctuations.

In letzter Zeit wurden erhebliche Anstrengungen zur Entwicklung von automatischen Navigationssystemen unternommen, insbesondere zwecks Steuerung von Flugzeugen und Raketen. Hierbei werden meist zwei oder mehr Beschleunigungsmesser verwendet, die auf einer stabilisierten Plattform angebracht sind. Die Orientierung dieser Plattform gegenüber der Erde oder gegenüber dem Weltraum wird durch Kreisel oder Instrumente zur Himmelsbeobachtung gesteuert, während die Beschleunigungsmesser zur Erzeugung von Signalen dienen, die den Beschleunigungskomponenten in zwei oder mehr zueinander senkrechten Achsen der Plattform entsprechen.Significant efforts have recently been made to develop automatic navigation systems, particularly for control purposes of planes and missiles. Usually two or more accelerometers are used here, which are mounted on a stabilized platform. The orientation of this platform towards the Earth or in relation to space is represented by gyroscopes or instruments for observing the sky controlled, while the accelerometers are used to generate signals representing the acceleration components correspond in two or more mutually perpendicular axes of the platform.

Die anfangs für diese Zwecke entwickelten Beschleunigungsmesser enthalten ein Pendel, das in einer Ebene in Lagern frei drehbar ist, und eine Vorrichtung zur Feststellung der Abweichungen des Pendels aus der Nullage in dieser Ebene infolge von Beschleunigungen in der Bewegungsebene senkrecht zum Pendelarm. Dieser Beschleunigungsmessertyp ist zwar grundsätzlich verhältnismäßig einfach, hat aber die Nachteile, daß die Lagerreibung die Empfindlichkeit der Anordnung begrenzt und daß für starke Beschleunigungen das Pendel einen so großen Ausschlag zeigt, daß das Ausgangssignal des Beschleunigungsmessers unerwünschte Komponenten senkrecht zur Anzeigeachse, z. B. die Erdbeschleunigung, erfaßt.The accelerometers initially developed for this purpose contain a pendulum that moves in a plane is freely rotatable in bearings, and a device for determining the deviations of the pendulum from the zero position in this plane as a result of accelerations in the plane of movement perpendicular to the pendulum arm. While this type of accelerometer is relatively simple in principle, it has the disadvantages that the bearing friction limits the sensitivity of the arrangement and that for strong accelerations the pendulum swings so large that the accelerometer output unwanted components perpendicular to the display axis, e.g. B. the acceleration due to gravity detected.

Der letztere Nachteil wurde dadurch überwunden, daß man das Prinzip des Drehmomentausgleichs auf Pendelbeschleunigungsmesser anwandte. Hierbei wird auf das Pendel immer dann ein Gegendrehmoment ausgeübt, wenn eine Beschleunigung das Pendel aus seiner Ruhelage zu entfernen sucht. Dadurch wird der Pendelausschlag in der Ebene seines Freiheitsgrades beschränkt. Hierbei muß aber ein Drehmomenterzeuger vorgesehen werden, der einen Dauermagnet enthält. Der Drehmomenterzeuger wird durch eine Meßgröße beeinflußt, die vom Fühlglied erzeugt wird. Hierbei werden die Gesamtabmessungen des Beschleunigungsmessers vergrößert, und außerdem wird der Meßwert des Beschleunigungsmessers außerordentlich temperaturempfindlich. Die Vergrößerung der Abmessungen rührt nicht nur von den Abmessungen des eigentlichen Drehmomenterzeugers her, sondem ist auch dadurch bedingt, daß der Drehmomenterzeuger einen Magnet enthält, der ein magnetisches Temperaturunempfindlicher
BeschleunigungsmesserThe latter disadvantage was overcome by applying the principle of torque compensation to pendulum accelerometers. In this case, a counter-torque is always exerted on the pendulum when an acceleration tries to remove the pendulum from its rest position. This limits the swing of the pendulum in the plane of its degree of freedom. In this case, however, a torque generator must be provided which contains a permanent magnet. The torque generator is influenced by a measured variable that is generated by the sensing element. This increases the overall size of the accelerometer and also makes the measured value of the accelerometer extremely sensitive to temperature. The increase in dimensions is not only due to the dimensions of the actual torque generator, but is also due to the fact that the torque generator contains a magnet that is insensitive to magnetic temperature
Accelerometer

Anmelder:Applicant:

Litton Industries, Inc., Beverly Hills,
Calif. (V. St. A.)Litton Industries, Inc., Beverly Hills,
Calif. (V. St. A.)

Vertreter: Dipl.-Ing. G. Weinhausen, Patentanwalt, München 22, Widenmayerstr. 46Representative: Dipl.-Ing. G. Weinhausen, patent attorney, Munich 22, Widenmayerstr. 46

Bruce A. Sawyer, Sherman Oaks,Bruce A. Sawyer, Sherman Oaks,

Calif. (V. St. Α.),
ist als Erfinder genannt wordenCalif. (V. St. Α.),
has been named as the inventor

Feld erzeugt, so daß bei Anbringung des Drehmomenterzeugers in unmittelbarer Nachbarschaft des Fühlgliedes der Betrieb dieses induktiven Fühlgliedes gestört wird. Die Vergrößerung der Abmessungen des Beschleunigungsmessers ist nicht nur deshalb unerwünscht, weil meist nur wenig Platz zur Verfügung steht, sondern auch weil das nutzbare Frequenzband, innerhalb dessen der Beschleunigungsmesser anspricht, sich verringert, wenn Abmessungen und Gewicht des Pendels zunehmen. Ferner ist die Genauigkeit des Beschleunigungsmessers mit Drehmomentausgleich dadurch begrenzt, daß die bekannten Drehmomenterzeuger eine gewisse Nichtlinearität zeigen. Weiter wurde gefunden, daß der Maßstabsfaktor des Beschleunigungsmessers, d. h. die Proportionalitätskonstante zwischen dem Wert der jeweiligen Beschleunigung und dem Wert des angelegten Gegendrehmoments, sich mit der Temperatur stark ändert, weil die magnetische Feldstärke des Dauermagnets im Drehmomenterzeuger temperaturabhängig ist. Infolgedessen ändert sich auch die jeweilige Stromstärke, die zur Erzeugung eines gegebenen Drehmoments erforderlich ist. Schließlich wurde gefunden, daß die verhältnismäßig hohen, von den Beschleunigungsmesserlagern erzeugten Reibungsmomente die Empfindlichkeit und damit die Anwendbarkeit des Beschleunigungsmessers wesentlich beschränken.Field generated so that when the torque generator is attached in the immediate vicinity of the Sensing element the operation of this inductive sensing element is disturbed. The increase in the dimensions of the Accelerometer is not only undesirable because there is usually little space available but also because the usable frequency band within which the accelerometer responds, decreases as the size and weight of the pendulum increase. Furthermore, the accuracy of the accelerometer with torque compensation is limited by the fact that the known torque generators show some non-linearity. It was also found that the scale factor of the Accelerometer, d. H. the constant of proportionality between the value of the respective acceleration and the value of the applied counter-torque, which changes sharply with temperature, because the magnetic field strength of the permanent magnet in the torque generator is temperature-dependent. Consequently the current intensity required to generate a given torque also changes is required. Eventually it was found that the relatively tall, accelerometer bearings Frictional torques generated significantly limit the sensitivity and thus the applicability of the accelerometer.

Um die Lagerschwierigkeiten zu überwinden, sind Beschleunigungsmesser entwickelt worden, bei denen das Pendel in einer Flüssigkeit schwebt, so daß die Belastung der Pendellager verringert und damit die Empfindlichkeit des Beschleunigungsmessers erhöhtIn order to overcome the bearing difficulties, accelerometers have been developed in which the pendulum floats in a liquid, so that the load on the self-aligning bearings is reduced and thus the Accelerometer sensitivity increased

209 519/147209 519/147

befestigte Spuie enthalten, daß sie zu den Induktionsspulen senkrecht steht, und außerdem einen zylindrischen Dauermagnet aufweisen, der mit der zugehörigen Spule fluchtend im Gehäuse angebracht ist. Den Spulen werden die von den Fühlgliedern erzeugten Signale derart zugeführt, daß das Pendel in die Ruhelage zurückgebracht wird.attached coil that they contain to the induction coils is perpendicular, and also have a cylindrical permanent magnet that is associated with the Coil is flush mounted in the housing. The coils are those generated by the sensing elements Signals fed in such a way that the pendulum is returned to the rest position.

Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausfüh-Further details of the invention emerge from the following description of an embodiment

wird.Auch diese schwebenden Beschleunigungsmesser leiden aber noch unter dem Nachteil, daß sie große Abmessungen haben und daß die magnetische Feldstärke durch die Temperatur beeinflußt wird.Also those floating accelerometers but still suffer from the disadvantage that they have large dimensions and that the magnetic field strength is influenced by temperature.

Die mit der Erfindung gelöste Aufgabe besieht
demgemäß darin, einen Beschleunigungsmesser kleinster Abmessungen zur Verfügung zu stellen, der gegen
durch Temperaturschwankungen verursachte Feldstärkeänderungen des Dauermagnets im Drehmomenterzeuger unempfindlich ist. Dies wird erfindungs- io rungsbeispiels an Hand der Zeichnung. Hierin ist
gemäß dadurch erreicht, daß Massenmittelpunkt, Fig. 1 eine isometrische Darstellung des erfindungs-The object achieved by the invention is considered
accordingly, to provide an accelerometer of the smallest dimensions available, which against
Changes in the field strength of the permanent magnet in the torque generator caused by temperature fluctuations are insensitive. This is an example of the invention on the basis of the drawing. Is in here
achieved in that the center of mass, Fig. 1 is an isometric representation of the invention

Auftriebsmittelpunkt und Drehachse des Pendels so gemäßen Beschleunigungsmessers im zerlegten Zurelativ zueinander angeordnet sind, daß die von Tem- stand,Center of lift and axis of rotation of the pendulum according to the accelerometer in the disassembled Z-relative are arranged in relation to one another, that those of Tem-

peraturschwankungen hervorgerufenen Änderungen Fig. 2 eine teilweise geschnittene Seitenansicht destemperature fluctuations caused changes Fig. 2 is a partially sectioned side view of the

der magnetischen Feldstärke des Magnets durch die 15 Beschleunigungsmessers nach Fig. 1,
Änderung der Auftriebskraft infolge von temperatur- Fig. 3 eine isometrische Darstellung des erfindungsthe magnetic field strength of the magnet by the 15 accelerometers according to FIG. 1,
Change in the lift force as a result of temperature Fig. 3 is an isometric view of the invention

bedingten Schwankungen der Dichte der Tragflüssigkeit gerade ausgeglichen werden.caused fluctuations in the density of the carrying fluid are just compensated.

Nach einer Ausgestaltung der Erfindung wird ein Übergreifen des Magnetfeldes von den Drehmomentmagneten in die Feldspulen des Fühlgliedes dadurch verhindert, daß eine magnetische Abschirmung die Feldspule vom Magnetfeld isoliert. Ferner ist die Induktionsspule des Fühlgliedes so angeordnet, daßAccording to one embodiment of the invention, the magnetic field is overlapped by the torque magnets in the field coils of the sensing element prevented that a magnetic shield Field coil isolated from the magnetic field. Furthermore, the induction coil of the sensing member is arranged so that

ihre Windungen parallel zum vom Drehmoment- 25 Pendel 15 befestigten Induktionsspule 25 und einer magnet erzeugten Magnetfeld verlaufen. Hierdurch am Gehäuse befestigten Feldspule 28 bestehen. Das wird jede Wechselwirkung zwischen dem Dreh- rückdrehende Drehmoment wird von zwei Magnetmomenterzeuger und der Induktionsspule ausgeschal- anordnungen 29 und 31 erzeugt, die je einen Dauertet, die durch die geringen magnetischen Eigenschaften magnet 33 im Deckel 13 und eine Spule 35 am Pendel jedes zur Halterung der Spule verwendeten Materials 30 15 umfassen, derart, daß diese beiden Teile fluchten, hervorgerufen werden könnte. Hierdurch wird es wenn der Beschleunigungsmesser geschlossen ist.
möglich, den Drehmomenterzeuger und das Fühlglied Das Pendel 15 spricht auf Beschleunigungen längsits turns run parallel to the induction coil 25 fixed by the torque pendulum 15 and a magnetic field generated by a magnet. As a result, there are field coil 28 attached to the housing. Every interaction between the turning-back torque is generated by two magnetic torque generators and the induction coil disengagement arrangements 29 and 31, each of which evaluates a duration, the magnet 33 in the cover 13 and a coil 35 on the pendulum for holding each due to the low magnetic properties The coil material used 30 15 include such that these two parts are aligned, could be caused. This will do it when the accelerometer is closed.
possible, the torque generator and the sensing element The pendulum 15 speaks to accelerations longitudinally

gemäßen Fühlgliedes undappropriate feeler and

Fig. 4 ein schematisches Schaltbild der erfindungsgemäßen Kompensationseinrichtung.Fig. 4 is a schematic circuit diagram of the invention Compensation device.

Gemäß Fig. 1 besitzt das Beschleunigungsmeßgerät ein Gehäuse 11 mit einem Deckel 13. Im Gehäuse 11 schwebt ein drehbares Pendel 15. Es ist in Steinlagern 17 und 19 gelagert. Ferner befinden sich im Gehäuse zwei Fühlglieder 21 und 23, die je aus einer amAccording to FIG. 1, the accelerometer has a housing 11 with a cover 13. In the housing 11 a rotating pendulum 15 floats. It is supported in stone bearings 17 and 19. There are also in the housing two sensing elements 21 and 23, each consisting of an am

unmittelbar nebeneinanderzusetzen, so daß die Gesamtabmessungen des Beschleunigungsmessers sich wesentlich verringern.placed next to each other so that the overall dimensions of the accelerometer are reduce significantly.

Um die gewünschte Abhängigkeit der Auftriebskraft von der Temperatur zu erreichen, ist das Pendel erfindungsgemäß so gestaltet, daß die Drehachse des Pendels die Verbindungslinie des MassenmittelpunktesIn order to achieve the desired dependence of the buoyancy force on the temperature, the pendulum is designed according to the invention so that the axis of rotation of the pendulum is the line connecting the center of mass

seiner empfindlichen Achse A-A an, d. h., es dreht sich aus seiner Ruhelage um die durch die Lager 17 und 19 bestimmte Drehachse, wodurch die Fühlglieder 21 und 23 ein Fehlersignal abgeben. Wie weiter unten noch beschrieben wird, gelangt dieses Fehlersignal nach Verstärkung und Demodulation auf die Rückdrehspulen 29 und 31, die auf das Pen-its sensitive axis AA , that is, it rotates from its rest position about the axis of rotation determined by the bearings 17 and 19, whereby the sensing elements 21 and 23 emit an error signal. As will be described further below, after amplification and demodulation, this error signal reaches the reversing coils 29 and 31, which are sent to the pen

mit dem Auftriebsmittelpunkt in einem bestimmten 40 del ein rückdrehendes Moment derart ausüben, daßwith the center of lift in a certain 40 del exert a backward turning moment in such a way that

Abstand vom Auftriebsmittelpunkt schneidet. Dieser es im wesentlichen in der Ruhelage verbleibt.Distance from the center of lift intersects. This it essentially remains in the rest position.

a.. ,, .. . .,. , ,., η ,, , ,, Aus Fig. 2 ist ersichtlich, daß das Pendel so gebauta .. ,, ... .,. ,,., η ,,, ,, From Fig. 2 it can be seen that the pendulum is built in this way

Abstand Z₂ ist im wesentlichen gleich ~ (Z₁ ~ T₂), ^ _daß ^ _{die Drehachse schne}idende und zwischenDistance Z ₂ is essentially equal to ~ (Z ₁ ~ T ₂ ), ^ _that ^ _{the axis of rotation} intersecting and between

wobei γ der räumliche Ausdehnungskoeffizient der dem Massenmittelpunkt CM und dem Auftriebs-Tragflüssigkeit, α der Änderungskoeffizient der 45 mittelpunkt CB gezogene Linie sowohl zur empfindmagnetischen Feldstärke des Magnets mit der Tem- lichen Achse als auch zur Drehachse, die durch die peratur und (Z₁ + Z₂) die Entfernung zwischen dem Lager 17 und 19 definiert ist, senkrecht ist. Infolge-Massenmittelpunkt und dem Auftriebsmittelpunkt ist. dessen spricht der Beschleunigungsmesser auf gegen-Der Drehmomenterzeuger besteht vorzugsweise seitige Kopplungen nicht an, die normalerweise durch aus zwei im Gegentakt arbeitenden Einheiten, um 50 Änderungen der Tragflüssigkeitsdichte wegen Tempehierdurch die sonst unvermeidlichen Nichtlinearitäten raturschwankungen der Flüssigkeit entstehen. Wenn auszugleichen. z. B. die Temperatur der Tragflüssigkeit sich auf demwhere γ is the spatial expansion coefficient of the center of mass CM and the buoyancy fluid, α is the coefficient of change of the line drawn from the center CB both to the sensitive magnetic field strength of the magnet with the Temporary axis and to the axis of rotation, which is determined by the temperature and (Z ₁ + Z ₂ ) the distance between bearings 17 and 19 is defined, is perpendicular. As a result, the center of mass and the center of lift is. the accelerometer responds to the opposite. The torque generator preferably does not respond to lateral couplings, which normally arise from two units operating in push-pull, by 50 changes in the density of the carrying fluid due to temperature fluctuations due to the otherwise unavoidable nonlinearities of the fluid. When to equalize. z. B. the temperature of the carrying liquid is on the

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist vorgeschriebenen Normalwert befindet, ist die Masse das Pendel in einem Außengehäuse mittels in Steinen des Pendels im wesentlichen gleich der Masse der laufender Zapfen gelagert, so daß das Pendel sich 55 verdrängten Flüssigkeit, d. h., das Pendel schwebt, beim Eintreffen von Beschleunigungen längs seiner Wenn nun die Dichte der Tragflüssigkeit sich infolgeAccording to one embodiment of the invention, the prescribed normal value is located is the mass the pendulum in an outer casing means in stones the pendulum is substantially equal to the mass of the running pin supported so that the pendulum is 55 displaced liquid, i. i.e. the pendulum is floating, when accelerations occur along its If now the density of the carrying fluid changes as a result

einer Temperaturabweichung vom vorgeschriebenen Wert ändert, so tritt eine kleine Differenz zwischen der Pendelmasse und der Masse der verdrängten Flüssigkeit auf. Wenn die Drehachse die Verbindungslinie zwischen dem Massenmittelpunkt und dem Auftriebsmittelpunkt nicht schneiden würde, so würde die bei senkrecht zur empfindlichen Achse verlaufenden Beschleunigungen auftretende Kraft die empfindliehe Achse des Beschleunigungsmessers zu drehen suchen, was zu Fehlanzeigen führen kann.a temperature deviation from the prescribed value changes, there is a small difference between the pendulum mass and the mass of the displaced liquid. If the axis of rotation is the connecting line would not intersect between the center of mass and the center of lift, so would the force occurring with accelerations perpendicular to the sensitive axis is the sensitive Try to rotate the axis of the accelerometer, which can lead to incorrect readings.

Um zu gewährleisten, daß die Drehachse nicht von der Verbindungslinie des Massenmittelpunktes undTo ensure that the axis of rotation is not from the line connecting the center of mass and

empfindlichen Achse um die Drehachse drehen kann. An den beiden Enden des Pendels sind Induktionsspulen angebracht, die mit feststehenden Feldspulen am Außengehäuse zusammenwirken, so daß in der Ruhelage die Induktionsspulen jeweils einer Feldspule gegenüberstehen. Die Induktionsspulen geben also ein Signal ab, das die Winkelstellung des Pendels um die Drehachse bezüglich seiner Ruhelage kennzeichnet. sensitive axis can rotate around the axis of rotation. There are induction coils at either end of the pendulum attached, which cooperate with fixed field coils on the outer housing, so that in the In rest position, the induction coils are each facing a field coil. Give the induction coils thus a signal that characterizes the angular position of the pendulum around the axis of rotation with respect to its rest position.

Der Drehmomenterzeuger besteht aus zwei im Gegentakt geschalteten Einheiten mit weitem dynamischem Bereich, die je eine derart am PendelThe torque generator consists of two push-pull units with a wide dynamic range Area each one like that on the pendulum

des Auftriebsmittelpunktes abweicht, und den Schnittpunkt dieser Linie mit der Drehachse an eine ganz bestimmte Stelle legen zu können, sind gemäß Fig. 1 vier Trimmschrauben 37 im Pendel vorgesehen. Der Massenmittelpunkt des Pendels kann also um einen kleinen Betrag längs der Verbindungslinie zwischen Massenmittelpunkt und Auftriebsmittelpunkt verlagert werden, indem eine oder mehrere dieser Schrauben um geringe Beträge erschwert oder erleichtert werden. Ferner kann jede Schraube mehr oder weniger verstellt werden, wodurch Massenmittelpunkt und Auftriebsmittelpunkt parallel zur empfindlichen Achse verschoben werden. Hierdurch können kleinere Herstellungsungenauigkeiten in der Massenverteilung und Gestaltung des Pendels beim Zusammenbau leicht ausgeglichen werden.of the center of lift deviates, and the point of intersection to be able to place this line with the axis of rotation at a very specific point, are shown in FIG. 1 four trim screws 37 provided in the pendulum. The center of mass of the pendulum can therefore be around one shifted a small amount along the connecting line between the center of mass and the center of lift be made more difficult or difficult by removing one or more of these screws by small amounts be relieved. Furthermore, each screw can be adjusted to a greater or lesser extent, creating a center of mass and the center of lift are shifted parallel to the sensitive axis. Through this can cause minor manufacturing inaccuracies in the mass distribution and design of the pendulum Assembly can be easily compensated.

Um nun die erfindungsgemäße Temperaturkompensation der Magnetfeldschwankungen durch Änderungen der Auftriebskraft zu erreichen, muß der Schnittpunkt der Drehachse mit der Verbindungslinie des Massenmittelpunktes und des Auftriebmittelpunktes, wie gesagt, so gewählt werden, daß die folgende Gleichung gilt:To now the inventive temperature compensation of the magnetic field fluctuations through changes The point of intersection of the axis of rotation with the line connecting the The center of mass and the center of lift, as said, are chosen so that the following Equation applies:

Das Pendel 15 besteht vorzugsweise aus nichtmagnetischem Werkstoff, wobei der geringe magnetische Widerstand für die Fühlglieder und Drehmomenterzeuger durch entsprechende am Gehäuse 11 und Deckel 13 befestigte Teile bereitgestellt wird. Demgemäß ist das Pendel unempfindlich gegen äußere Magnetfelder, die sonst die Empfindlichkeit und Genauigkeit des Beschleunigungsmessers beeinflussen könnten. Das Gehäuse besteht vorzugsweise aus magnetischem Werkstoff, z. B. kaltgewalztem Stahl, wodurch die inneren Teile von äußeren Streufeldern abgeschirmt werden, während sich gleichzeitig ein magnetischer Kreis geringen magnetischen Widerstandes für die von den Dauermagneten 33 erzeugten Magnetfelder ergibt. Auch hierdurch läßt sich die Größe des Beschleunigungsmessers wesentlich verringern. The pendulum 15 is preferably made of non-magnetic material, with the low magnetic Resistance for the sensing elements and torque generators through corresponding ones on the housing 11 and lid 13 attached parts is provided. Accordingly, the pendulum is insensitive to external factors Magnetic fields that otherwise affect the sensitivity and accuracy of the accelerometer could. The housing is preferably made of magnetic material, e.g. B. cold rolled steel, whereby the inner parts are shielded from external stray fields, while at the same time a Magnetic circuit of low reluctance for those generated by the permanent magnets 33 Magnetic fields results. This also allows the accelerometer to be significantly reduced in size.

Die Fühlglieder bestehen, wie gesagt, jeweils aus einer am Gehäuse 11 befestigten Feldspulenanordnung 28 und einer am Pendel 15 derart befestigten Induktionsspule 25, daß sie mit den Feldspulen fluchtet, wenn das Pendel sich in der Ruhelage befindet. Die Konstruktion der Feldspulenanordnung 28 geht im einzelnen aus Fig. 3 hervor. Sie weist ein Joch 39 auf, das zwei Ausnehmungen besitzt, in denen sich U-förmige Kerne 41 bzw. 43 befinden. Auf den beiden Schenkeln des Kernes 41 sitzen Spulen 45 und 47, während auf den beiden Schenkeln des Kerns 43 Spulen 49 und 51 sitzen.As mentioned, the sensing elements each consist of a field coil arrangement fastened to the housing 11 28 and an induction coil 25 fastened to the pendulum 15 in such a way that it is aligned with the field coils, when the pendulum is at rest. The construction of the field coil arrangement 28 goes in individual from Fig. 3. It has a yoke 39 which has two recesses in which U-shaped cores 41 and 43 are located. Coils 45 and 47 sit on the two legs of the core 41, while on the two legs of the core 43 coils 49 and 51 sit.

Zwischen den Stirnseiten der Spulen 45 und 49 bzw. 47 und 51 bleibt, wie aus Fig. 1 und 3 hervorgeht, ein Spalt frei, in dem die Induktionsspule 25 in allen Richtungen frei beweglich ist. Die Wicklungsenden der Spulen 45 bis 51 sind an Klemmen 53 herausgeführt, die auf dem Joch 39 angebracht sind. Die Schaltung der vier Feldspulen sowie der Induktionsspule 25 und der Rückstellspulen 35 geht im einzelnen aus Fig. 4 hervor.Between the end faces of the coils 45 and 49 or 47 and 51 remains, as can be seen from FIGS. 1 and 3, a gap is free in which the induction coil 25 is freely movable in all directions. The winding ends of the coils 45 to 51 are led out at clamps 53 which are attached to the yoke 39. The circuit of the four field coils as well as the induction coil 25 and the reset coils 35 goes in detail from FIG. 4.

Die Spulen 51, 49, 45 und 47 jedes Fühlgliedes sind in der angegebenen Reihenfolge in Reihe geschaltet, wobei eine Klemme der Spule 51 mit Erde und die freie Klemme der Spule 47 mit einer Wechselstromquelle verbunden ist. Die Spulen sind so geschaltet, daß die Spulen 51 und 47 des Fühlgliedes 21 sowie die Spulen 49 und 45 des Fühlgliedes 23 Magnetfelder der gleichen Richtung erzeugen, wenn sie von der Induktionsspule aus gesehen werden, während die Spulen 45 und 49 des Fühlgliedes 21 und die Spulen 47 und 51 des Fühlgliedes 23 ein entgegengesetzt gerichtetes Magnetfeld erzeugen. Wie weiter aus Fig. 4 hervorgeht, ist die eine Klemme der Induktionsspule 25 des Fühlgliedes 21 mit Erde verbunden, während die andere Klemme dieser Spule mit der Spule 25 des Fühlgliedes 23 verbunden ist und die noch freie Klemme der Spule 25 zu einem Demodulator und Verstärker 55 führt. Dieser verwandelt das von den Induktionsspulen 25 erzeugte Fehlersignal in eine Gleichspannung, deren Größe näherungsweise proportional zur Größe der Wickelabweichung des Pendels von der Ruhelage ist, während ihre Polarität die Richtung dieser Abweichung angibt. Der Demodulator und Verstärker 55 enthält natürlich wie üblich eine Gegenkopplung, um Schwingungen in der Regelschleife zu verhindern. Die von ihm abgegebene Gleichspannung wird dann den Rückstellspulen 35 zugeführt und bewirkt die Rückdrehung des Pendels in die Ruhelage.The coils 51, 49, 45 and 47 of each sensing element are connected in series in the order given, one terminal of the coil 51 to ground and the free terminal of the coil 47 to an AC power source connected is. The coils are connected so that the coils 51 and 47 of the sensing element 21 and the coils 49 and 45 of the sensing member 23 generate magnetic fields in the same direction when they can be seen from the induction coil, while the coils 45 and 49 of the sensing element 21 and the coils 47 and 51 of the sensing member 23 generate an oppositely directed magnetic field. As 4, one terminal of the induction coil 25 of the sensing element 21 is connected to earth, while the other terminal of this coil is connected to the coil 25 of the sensing element 23 and the still free terminal of the coil 25 leads to a demodulator and amplifier 55. This transforms the error signal generated by the induction coils 25 into a DC voltage, the size of which is approximately proportional to the size of the winding deviation of the pendulum from the rest position, while their polarity indicates the direction of this deviation. The demodulator and amplifier 55 includes of course, as usual, a negative feedback to prevent oscillations in the control loop. The from DC voltage delivered to it is then fed to the reset coils 35 and causes the reverse rotation of the pendulum in the rest position.

Wenn das Pendel 15 sich in der Ruhelage befindet, stehen die Induktionsspulen 25 symmetrisch zu den Feldspulen, so daß die sie durchsetzenden Magnetfelder sich gerade aufheben. Die Induktionsspulen geben also keine Spannung ab. Wenn dagegen eine Beschleunigung auf den Beschleunigungsmesser längs seiner empfindlichen Achse trifft, sucht sich das Pendel um seine Drehachse zu drehen und hebt dadurch eine der Induktionsspulen in Fig. 4 an, während die andere abgesenkt wird. Hierdurch fließt durch jede Induktionsspule ein resultierender Fluß von bestimmter Größe. Dieser Magnetfluß induziert in den Spulen eine Spannung, die in beiden Spulen die gleiche Phase hat. Am Ausgang ergibt sich also ein Fehlersignal mit der doppelten Größe der von den beiden Induktionsspulen erzeugten Spannungen. Amplitude und Phase des Fehlersignals bezüglich der Phase des die Feldspulen erregenden Wechselstromes sind somit kennzeichnend für Größe und Richtung der Winkelabweichungen des Pendels aus der Ruhelage. Der erregende Wechselstrom wird als Bezugsphase auch dem Demodulator und Verstärker zugeführt.When the pendulum 15 is in the rest position, the induction coils 25 are symmetrical to the Field coils, so that the magnetic fields penetrating them just cancel each other out. The induction coils so do not give off any tension. Conversely, if there is an acceleration on the accelerometer longitudinally hits its sensitive axis, the pendulum tries to turn around its axis of rotation and thereby lifts one of the induction coils in Fig. 4 while the other is lowered. This flows through each Induction coil a resulting flux of a certain magnitude. This magnetic flux induces in the coils a voltage that has the same phase in both coils. So there is an error signal at the output twice the size of the voltages generated by the two induction coils. Amplitude and phase of the error signal with respect to the phase of the alternating current exciting the field coils are thus characteristic for the size and direction of the angular deviations of the pendulum from the rest position. Of the Exciting alternating current is also fed to the demodulator and amplifier as a reference phase.

In Wirklichkeit macht das Pendel nur ganz kleine Ausschläge aus der Ruhelage, da es wegen der kräftigen Verstärkung im Verstärker 55 sofort wieder zurückgestellt wird. Es ist sehr wesentlich, daß eine verhältnismäßig kräftige Rückführung des Beschleunigungsmessers stattfindet, da andernfalls das Auftriebszentrum und der Massenmittelpunkt nicht mehr in der gleichen Vertikalebene liegen würden und demgemäß eine gegenseitige Kopplung infolge der Schwerebeschleunigung oder einer sonstigen senkrecht zur empfindlichen Achse wirkenden Kraft auftreten könnte, die zu Fehlweisungen führen würde.In reality, the pendulum only makes very small swings from its rest position, because it is because of the powerful Gain in amplifier 55 is immediately reset. It is very important that one relatively strong return of the accelerometer takes place, otherwise the center of lift and the center of mass would no longer lie in the same vertical plane and accordingly a mutual coupling as a result of the gravitational acceleration or some other perpendicular force acting on the sensitive axis could occur, which would lead to misdirection.

Die elektrischen Verbindungsleitungen der Feldspulen mit der äußeren Wechselstromquelle können unmittelbar durch das Gehäuse durchgeführt werden, z. B. mittels der in Fig. 1 gezeigten Klemmen am Gehäuse 11. Die Verbindungen der Induktionsspulen 25 mit dem Eingang des Verstärkers 55 dürfen dagegen das Pendel nicht mit dem Gehäuse koppeln, es muß also darauf geachtet werden, daß sie keinerlei Feder- oder Reibungskräfte auf das Pendel ausüben.The electrical connection lines of the field coils with the external alternating current source can be carried out directly through the housing, e.g. B. by means of the terminals shown in Fig. 1 on Housing 11. The connections of the induction coils 25 to the input of the amplifier 55 are allowed on the other hand, do not couple the pendulum with the housing, so care must be taken that they do not have any Apply spring or frictional forces to the pendulum.

Wirkungen des vom Magnet 33 erzeugten Feldes abgeschirmt.Effects of the field generated by the magnet 33 is shielded.

Bei der vorliegenden Ausführungsform der Erfindung besteht die Scheibe 60 aus einem Werkstoff mit 5 außerordentlich hoher Koerzitivkraft, der magnetisch so stark polarisiert ist, daß das von der Scheibe 60 erzeugte Magnetfeld etwa die gleiche Größe wie das aus der Stirnseite des Magnets 33 austretende Magnetfeld hat. Die Polarität des von der Scheibe er-In the present embodiment of the invention, the disk 60 is made of a material with 5 extremely high coercive force, which is magnetically polarized so strongly that the from the disk 60 generated magnetic field about the same size as the emerging from the end face of the magnet 33 magnetic field Has. The polarity of the

Vorzugsweise geschieht die Verbindung durch verhältnismäßig dünne und lange Drähte in bekannter
Weise derart, daß keine Drehmomente übertragen
werden können.The connection is preferably made by means of relatively thin and long wires in a known manner
Way in such a way that no torque is transmitted
can be.

Es wird noch besonders darauf hingewiesen, daß
die Induktionsspulen sowohl gegen Translationsbewegungen des Pendels als auch gegen Drehbewegungen
des Pendels um andere Achsen als die Hauptdrehachse unempfindlich sind. Die Induktionsspulen 25It is particularly pointed out that
the induction coils against both translational movements of the pendulum and rotational movements
of the pendulum around axes other than the main axis of rotation are insensitive. The induction coils 25

erzeugen also ein Fehlersignal, dessen Größe und io zeugten Magnetfeldes ist aber derjenigen des vomthus generate an error signal whose size and io generated magnetic field is that of the vom

Phase nur von der Winkelabweichung des Pendels 15 Magnet 33 erzeugten Magnetfeldes entgegengesetzt,Phase only opposite to the magnetic field generated by the angular deviation of the pendulum 15 magnet 33,

von der Ruhelage um die Drehachse abhängt, so daß so daß die beiden Magnetfelder sich außerhalb desdepends on the rest position about the axis of rotation, so that so that the two magnetic fields are outside the

das rücktreibende Moment das Pendel genau in die Magnets im wesentlichen aufheben und der Raumthe repulsive moment that essentially lifts the pendulum exactly into the magnet and the space

Nullage zurückbringt. Auch zeigt natürlich das Feh- unterhalb der Scheibe 60 von den Einflüssen des vomBrings back zero position. Also, of course, shows the failure below the disk 60 of the influences of the from

lersignal genau die Größe und Phase der zu messen- 15 Magnet 33 erzeugten Magnetfeldes abgeschirmt ist.lersignal exactly the size and phase of the 15 magnet 33 generated magnetic field to be measured is shielded.

den Beschleunigung an. Die Scheibe 60 verringert in keiner Weise den Ma-the acceleration. The disc 60 in no way reduces the dimensions

Der Drehmomenterzeuger besteht nicht nur deshalb gnetfluß durch den Spalt zwischen dem Ring 61 undThe torque generator is not only therefore gnetfluß through the gap between the ring 61 and

aus zwei im Gegentakt geschalteten Einheiten, um ein der Außenseite der Kappe 57. Es wurde sogar gefun-of two units connected in push-pull, around one of the outside of the cap 57. It was even found

reines Drehmoment zu erzeugen, sondern auch um den, daß die Feldstärke in diesem Spalt bei Verwen-to generate pure torque, but also to ensure that the field strength in this gap when using

jede Nichtlinearität der einzelnen Einheiten auszu- 20 dung der Abschirmscheibe noch etwas zunimmt,every non-linearity of the individual units increases somewhat,

schalten. Dies geschieht auch in gleicher Weise wie Die Abschirmscheibe 60 gestattet die Anbringungswitch. This also happens in the same way as the shielding disk 60 allows the attachment

bei den bekannten Gegentaktverstärkern in Rund- der Fühlglieder in unmittelbarer Nachbarschaft mitwith the known push-pull amplifiers in round the sensing elements in the immediate vicinity

funkempfängern u. dgl. den Drehmomenterzeugern, so daß die Gesamtab-radio receivers and the like the torque generators, so that the total

Der Aufbau der Drehmomenterzeuger ist im ein- messungen des Beschleunigungsmessers ganz wesentzelnen in Fig. 2 im Schnitt dargestellt. Der zylin- 25 lieh verringert werden können. Um weiter jede Wechdrische Dauermagnet 33 befindet sich im Deckel 13, selwirkung zwischen den Induktionsspulen 25 und wobei seine eine Stirnseite nach innen weist und et- den Drehmomentmagneten 33 infolge geringer parawas zurückgesetzt ist. Eine Polkappe 57 hoher magnetischer Eigenschaften der Spulenträger zu verPermeabilität ist über die innere Stirnseite des Ma- hindern, sind die Induktionsspulen 25 so am Pendel gnets gestülpt, während ein Ring 61 hoher Permeabi- 30 15 angeordnet, daß ihre Achsen senkrecht zu dem lität den Magnet 33 umgibt und mit den hochperme- von den Magneten erzeugten Magnetfeld verlaufen, ablen Teilen des Deckels 13 in Berührung steht. Zwi- Die Ebene der Spulen 25 ist also im vorliegenden sehen den Seitenflächen der Kappe 57 und des Rin- Falle senkrecht zu den Stirnflächen der Magnete 33. ges 61 befindet sich ein Ringspalt von ausreichender Wie bereits früher erwähnt wurde, ist das ganze Breite, um die Rückstellspule 35 aufzunehmen. Der 35 Pendel einschließlich der Induktionsspule 25 und der magnetische Kreis des vom zylindrischen Magnet 33 Rückstellspulen 35 von der Tragflüssigkeit umspült, erzeugten Feldes wird also über die Seitenfläche des die das Pendel schwebend erhält, so daß die Zapfen-Deckels 13, den Ring 61 und die Kappe 57 ge- lager nur zur Führung dienen und durch die Masse schlossen, wobei die Kraftlinien radial durch den des Pendels nicht belastet werden. Die Tragflüssigkeit Spalt zwischen dem Ring 61 und der Kappe 57 hin- 40 muß so gewählt werden, daß sie verhältnismäßig inert durchgehen. ist und eine ausreichende Dichte aufweist. Eine hier-The structure of the torque generator is very important when calibrating the accelerometer shown in Fig. 2 in section. The cylin- 25 borrowed can be reduced. To continue every alternation Permanent magnet 33 is located in cover 13, interaction between induction coils 25 and one end face of which faces inwards and the torque magnet 33 is due to less parawas is reset. A pole cap 57 high magnetic properties of the coil carrier to verPermeability is over the inner face of the meter, the induction coils 25 are so on the pendulum gnets everted, while a ring 61 high permeability 30 15 arranged that their axes are perpendicular to the lity surrounds the magnet 33 and run with the high-permeability magnetic field generated by the magnets, ablen parts of the cover 13 is in contact. The plane of the coils 25 is therefore in the present case see the side surfaces of the cap 57 and the ring trap perpendicular to the end surfaces of the magnets 33. ges 61 there is an annular gap of sufficient size. As mentioned earlier, the whole is Width to accommodate the reset spool 35. The 35 pendulum including the induction coil 25 and the magnetic circuit of the reset coils 35 from the cylindrical magnet 33 washed by the carrying fluid, The generated field is thus over the side surface of the which the pendulum receives floating, so that the pin cover 13, the ring 61 and the cap 57 only serve for guidance and through the mass closed, whereby the lines of force are not loaded radially by that of the pendulum. The carrying fluid The gap between the ring 61 and the cap 57 must be chosen so that it is relatively inert go through. and has a sufficient density. One here-

Die Kraftlinien verlaufen also auch radial durch für geeignete Tragflüssigkeit hat eine Dichte von die Windungen der Rückstellspule 35. Wenn sie von 1,86 g/ccm. Wie aus Fig. 1 ferner hervorgeht, sind einem Strom durchflossen wird, wirkt sie in gleicher zwei Bälge 62 am Gehäuse 11 angebracht, die sich Weise wie eine Lautsprecherspule. Sie sucht sich 45 ausdehnen oder zusammenziehen können, um die längs der Achse des zylindrischen Magnets zu ver- Volumenänderung der Tragflüssigkeit infolge von schieben. Die Bewegungsrichtung längs dieser Achse Temperaturschwankungen auszugleichen, hängt von der Stromrichtung, d. h. von der Polarität Zur Erzeugung des die Beschleunigung darstellendes Fehlersignals, ab. Wie aus Fig. 4 hervorgeht, sind den Signals sind zahlreiche Möglichkeiten bekannt, die Rückstellspulen 35 entgegengesetzt gewickelt, so 50 Wenn z. B. ein Analogsignal erzeugt werden soll, daß die beiden Einheiten stets eine entgegengesetzt dessen Spannung proportional zur Beschleunigung ist, gerichtete, aber gleiche Kraft erzeugen und somit so kann ein Präzisionswiderstand in Reihe mit den dem Pendel ein reines Drehmoment zuführen. Rückstellspulen geschaltet werden, an dem das be-The lines of force also run radially for a suitable carrying fluid has a density of the turns of the reset coil 35. When they are of 1.86 g / cc. As can also be seen from Fig. 1, are a current is flowing through it, it acts in the same two bellows 62 attached to the housing 11, which are Way like a speaker coil. She seeks to be able to expand or contract to the 45 along the axis of the cylindrical magnet to change in volume of the carrier fluid as a result of push. The direction of movement along this axis to compensate for temperature fluctuations, depends on the direction of the current, i.e. H. from the polarity to the generation of the acceleration Error signal, from. As can be seen from Fig. 4, the signals are known to have numerous possibilities the reset coils 35 wound in opposite directions, so 50 If z. B. an analog signal is to be generated, that the two units always have an opposite voltage whose voltage is proportional to the acceleration, directed but equal force and thus a precision resistor can be in series with the Apply pure torque to the pendulum. Reset coils can be switched at which the

Wie bereits erwähnt, ist der erfindungsgemäße Be- treffende Signal abgenommen wird. Wenn ein digischleunigungsmesser in weiterer Ausgestaltung so 55 tales Ausgangssignal erwünscht ist, so macht man ausgeführt, daß die von den Magneten 33 erzeugten Gebrauch von einem bekannten Umsetzer von Ana-Magnetfelder den Betrieb der Fühlglieder nicht logwerten in Digitalwerte.As already mentioned, the relevant signal according to the invention is picked up. If a digital accelerometer in a further embodiment, if 55 valley output signal is desired, this is how you do it stated that the generated by the magnets 33 use a known converter of ana magnetic fields Do not log the operation of the sensing elements into digital values.

stören können. Dies ist bei dem vorliegenden Be- Für die Auslegung des Demodulators und Ver-can disturb. This is important for the design of the demodulator and

schleunigungsmesser besonders wesentlich, da der stärkers 55 sind verschiedene Größen maßgebend.Accelerometer is particularly important, since the strength of the 55 different sizes are decisive.

Magnet 33 unter Umständen weniger als 1 cm vom 60 z. B. die Masse des Pendels, der Dämpfungskoeffi-Magnet 33 may be less than 1 cm from the 60 z. B. the mass of the pendulum, the damping coefficient

Fühlglied entfernt sein kann. Daher ist zwecks Ab- zient, die gewünschte Nullempfindlichkeit und An-Feeler link can be removed. Therefore, for the purpose of absenteeism, the desired zero sensitivity and

schirmung eine Scheibe 60 auf der Vorderseite der Sprechgeschwindigkeit, die maximale zu messendeshielding a disc 60 on the face of the speech rate, the maximum to be measured

Kappe 57 angebracht. Die Scheibe 60 stellt eine Ab- Beschleunigung und die größte zulässige AbweichungCap 57 attached. The disk 60 represents a deceleration and the largest allowable deviation

schirmung dar, die verhindert, daß das vom Magnet von der Ruhelage bei plötzlicher Anlegung einershielding that prevents the magnet from moving from its rest position in the event of a sudden application of a

33 erzeugte Magnetfeld aus der inneren Stirnseite des 65 vollen Beschleunigung. Der Verstärker kann mit Va-33 generated magnetic field from the inner face of the 65 full acceleration. The amplifier can be operated with

Magnets austreten kann. Dadurch werden die Kerne kuumröhren oder Transistoren bestückt sein, wobeiMagnet can leak. As a result, the cores will be equipped with kuumröhren or transistors, whereby

geringen magnetischen Widerstandes, auf welche die letzteren die Erzielung besonders kleiner Ab-low magnetic resistance, on which the latter enables particularly small dis-

die Feldspulen aufgewickelt sind, von den Ein- messungen erlauben.the field coils are wound, allow the measurements.