RU1781618C - Акселерометр-кубик Моррисона - Google Patents

Abstract

Использование: приборостроение, измерение угловых и линейных ускорений. Сущность изобретени : акселерометр-кубик Моррисона содержит корпус 1. Внутри него в жидкости 3 расположен инерционный элемент 2. Акселерометр на каждой грани имеет датчик перемещений и исполнительный орган 9. св занные между собой через усилитель-преобразователь 8 и вычислительный блок 7. Каждый датчик перемещени  выполнен в виде фотоэлектрического преобразовател Г содержащего источник света 4 и теневую маску 5, размещенные на каждой грани инерционного элемента 2. Напротив них на соответствующей грани корпуса расположена линейка 6 приборов с зар довой св зью, сигнал с которой передаетс  в усилитель-преобразователь 8. 2 ил.

Description

сл

С

фиг. 1

-ч

00

(

00

Изобретение относитс  к измерительной технике, а более конкретно к измерител м углового и линейного ускорени .

Известен угловой акселерометр, содержащий маховик, установленный на оси, совпадающей по направлению с чувствительной осью, а также индукцион ный датчик угла и датчик момента. Недостатками известного акселерометра  вл етс  низка  точность вследствие индукционного съема информации, а также низкие функциональные возможности вследствие измерени  только углового ускорени  и относительно всего лишь одной оси.

Известен фотоэлектрической преобразователь перемещений, содержащий установленные на подвижном объекте источник света и теневую маску с двум  равновеликими окнами, а также установленный отдельно и оптически св занный с источником света фотопотенциомэтр, Недостатками известного преобразовател   вл ютс  низка  точность и сложность согласовани  с цифровыми вычислительными средствами вследствие использовани  фотоприемника с аналоговым выходом.

Известен трехкомпонентный акселерометр с кубической крестообразной инерционной массой с оптоэлектронным датчиком положени  и электромагнитным датчиком момента. Недостатком данного акселерометра  вл ютс  низкие функциональные возможности вследствие измерени  только трех параметров движени .

Наиболее близким по технической сущности к предложенному изобретению  вл етс  кубок Моррисона, содержащий корпус, инерционный элемент в нем, жидкость в зазоре между корпусом и инерционным элементом , емкостные датчики перемещени  и электромагнитные исполнительные органы, а также усилитель-преобразователь, электрически включенный между ними. Недостатком данного устройства  вл етс  низка  точность вследствие емкостного способа съема информации о положении инерционного элемента относительно корпуса .

Целью изобретени   вл етс  повышение точности.

Поставленна  цель достигаетс  тем, что е акселерометре-кубике Моррисона, содержащем корпус и расположенный в нем инерционный элемент, жидкость в зазоре между корпусом и инерционным элементом , расположенные по трем ортогональным ос м датчики перемещени  и исполнительные органы, между которыми включен усилитель-преобразователь, датчики перемещени  выполнены в виде фотоэлектрических преобразователей, состо щих из установленных на каждой грани инерционного элемента двух источников 5 света и теневой маски с двум  равновеликими окнами, а также установленной на каждой внутренней грани корпуса линейки приборов с зар довой св зью, а между выходами всех линеек и входом усилител 0 преобразовател  включен вычислительный блок. ,,;

Сущность изобретени  заключаетс  в следующем. Свет от одного источника проходит через теневые маски каждой грани

5 инерционного элемента и попадает на линейки приборов с зар довой св зью, размещенные на каждой внутренней грани корпуса. По выходному сигналу с линеек приборов с зар довой св зью каждой грани

0 вычислительный блок определ ет общее смещение инерционного элемента и необходимое воздействие дл  его возвращени  исполнительными органами в нулевое положение .

5 Использование источника света, теневых масок и фотопотенциометров известно, например в фотоэлектрическом преобразователе перемещений 2. Использование линеек приборов с зар довой св зью также

0 известно. Однако их совокупное использование в кубике Моррисона не известно, что подтверждает проведенный патентный поиск . Таким образом, использование в предложенном кубике Моррисона совокупности

5 известных в отдельности признаков приводит к новому качеству, про вившемус  в положительном эффекте - повышении точности - в св зи с чем изобретение обладает существенными отличи ми.

0 На фиг.1 изображена функциональна  схема предложенного акселерометра-кубика Моррисона; на фиг. 2 - схема взаимного расположени  источника света, теневых масок и линеек приборов с зар довой св зью.

5 Акселерометр-кубик Моррисона содержит корпус 1, инерционный элемент 2 в нем, жидкость 3 в зазоре между ними, источники света 4, теневые маски 5, линейки 6 приборов с зар довой св зью, вычислительный

0 блок 7, усилитель-преобразователь 8 и электромагнитные исполнительные органы 9.

Акселерометр - кубик Моррисона работает следующим образом.

Инерционный элемент 2, св занный с

5 корпусом 1 только в зким трением жидкости 3, стремитс  сохранить свое положение неизменным винерциальном пространстве. Поэтому при движении корпуса 1 инерционный элемент 2 смещаетс  относител ьно ну- левого положени , за которое принимаетс 

положение инерционного элемента 2, когда его геометрический центр совпадает с геометрическим центром корпуса 1, а кажда  грань инерционного элемента 2 параллельна соответствующей грани корпуса 1. При смещении инерционного элемента 2 относительно нулевого положени  датчики перемещени  измер ют это смещение, передают его на вычислительный блок 7, который определ ет три ортогональные проекции смещени  центра масс инерционного элемента 2 относительно трех взаимно ортогональных осей координат и его угловое смещение относительно этих осей. Сигнал с вычислительного блока,7 через усилитель-преобразователь 8 передаетс  на электромагнитные исполнительные органы 9, которые прикладывают к инерционному элементу 2 усили , необходимые дл  его возвращени  в нулевое положение, Таким образом, под действием внешних сил, изме- р емых датчиками перемещени  и компенсируемых исполнительными органами 9, инерционный элемент совершает колебательные движени  с небольшой амплитудой возле нулевого положени , т.е. предложенное устройство работает в нуль-индикаторном режиме. Информаци  о линейных и угловых ускорени х, величины которых пропорциональны смещени м инерционного элемента 2, снимаютс  с вычислительного блока 8.

Измерение положени  инерционного элемента 2 осуществл етс  следующим образом . Излучение от источника света, размещенного внутри инерционного элемента 2, проходит сквозь равновеликие окна (см. рис. 2) теневых масок 4, размещенных на гран х инерционного элемента 2. В качестве источника 4 света могут использоватьс  один или несколько полупроводниковых светодиодов. При попадании света, прошедшего через теневые маски 5, на линейки приборов с зар довой св зью осуществл етс  засветка отдельных участков линеек 6 приборов с зар довой св зью Каждому положению инерционного элемента 2 корпуса 1 соответствует строго определенна  засветка линеек приборов с зар довой св зью и строго определенный сигнал на выходе линеек б приборов с зар довой св зью. При движении инерционного элемента 2 с теневой маской 5 относительно линеек б приборов с зар довой св зью (см. рис. 2) одной грани корпуса 1 вдоль оси Ох засвеченные области линеек 6 приборов с зар довой св зью перемещаютс  по ним, не мен   своей ширины. При движении инерционного элемента 2 вдоль оси Оу засвеченные области не сдвигаютс  вдоль линеек 6 приборов с зар довой св зью, ширина одной области увеличиваетс , ширина другой - уменьшаетс  на столько же. При повороте инерционного элемента относительно оси,

перпендикул рной плоскости соответствующей грани, засвеченные области не сдвигаютс  вдоль 6 приборов с зар довой св зью, а ширина обеих областей в зависимости от направлени  поворота ли0 бо одинаково увеличиваетс , либо одинаково уменьшаетс . Каждой засвеченной области линейки б приборов с зар довой св зью соответствует строго определенный сигнал на ее выходе. Система будет чувстви5 тельна к одновременному движению инерционного элемента 2 относительно всех степеней свободы, перекрестные св зи не внос т ошибок. По выходному сигналу с линеек б приборов с зар довой св зью каж0 дои грани вычислительный блок 7 определ ет линейные смещени  инерционного элемента в двух взаимно ортогональных направлени х , параллельных соответствующей грани корпуса 1 и угловое смещение

5 инерционного элемента 2 вокруг оси, перпендикул рной этой грани корпуса 1. Если от источников 4 будут распростран тьс  не параллельные, а расход щиес  пучки света, то это позволит измер ть четвертый пара0 метр положени  инерционного элемента 2 относительно корпуса 1. При этом засвеченные области при движении инерционного элемента 2 к корпусу 1 будут одинаково уменьшатьс  без движени  вдоль линейки,

5 при удалении - одинаково увеличиватьс . Чтобы отличить данное движение от углового поворота инерционного элемента 2 отно- сительно оси, перпендикул рной соответствующей грани корпуса (см. рис.2)

0 необходимо параллельно линейки б приборов с зар довой св зью на этой же грани разместить еще одну линейку б приборов с зар довой св зью, идентичную первой. Тогда при линейном движении (приближении,

5 удалении) центры засвеченных областей будут неподвижны, а при угловом смещении - центры засвеченных областей будут поворачиватьс  вокруг оси поворота инерционного элемента 2 относительно корпуса 1.

0 Данное усложнение позволит измер ть угловое смещение инерционного элемента 2 относительно корпуса 1 вокруг двух взаимно ортогональных осей Ох и Оу, параллельных соответствующей грани корпуса 1 (см.

5 рис.2). При повороте инерционного элемента 2 вокруг оси Ох засвеченые области будут вести себ  так же, как при линейном смещении инерционного элемента 2 относительно корпуса 1 вдоль оси Оу, но только одновременно с этим они будут расшир тьс . При

повороте инерционного элемента 2 вокруг оси Оу засвеченные области будут вести себ  так, как при линейном смещении инерционного элемента 2 относительно корпуса 1 вдоль оси Ох, но только одновременно с этим они будут расшир тьс . Таким образом , с помощью одного датчика положени  можно будет измерить все шесть параметров положени  инерционного элемента 2 относительно корпуса 1. Остальные фотоэлектрические преобразователи положени  позвол т повысить точность за счет осреднени  полученных результатов и повысить надежность за счет резервировани .

Конструктивно вычислительный блок 7 представл ет собой шесть параллельных микропроцессоров, преобразующих информацию датчиков положени  инерционного элемента 2 относительно корпуса 1 и передающих эту информацию в седьмой микро- процессор, который на основании полученных кодов опредеп ет шесть кодов параметров положени  инерционного элемента 2 относительно корпуса 1, которые далее передаютс  в усилитель-преобразователь 8, предварительно подверга сь необходимойтрансформациив цифроаналоговом преобразователе (вход щем при необходимости в состав вычислительного блока 7) или без нее. В состав вычислительного блока 7 может входить посто нное запоминающее устройство, в котором записаны программы работы микропроцессоров , и тактирующее устройство.

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   0 Акселерометр-кубик Моррисона, содержащий корпус и расположенный в нем инерционный элемент, жидкость в зазоре между корпусом и инерционным элементом, расположенные по трем ортогональным ос м

   5 датчики перемещени  и исполнительные органы, между которыми включен усили- тель-преобра зователь, отличающийс  тем, что, с целью повышени  точности измерений , датчики перемещени  выполнены в

   0 виде фотоэлектрических преобразователей, состо щих из установленных на каждой грани инерционного элемента источника света и теневой маски с двум  равновеликими окнами , а также установленной на каждой

   5 внутренней грани корпуса линейки приборов с зар довой св зью, а между выходами всех линеек и входом усилител -преобразовател  включен вычислительный блок.