RU1816321C

RU1816321C - Accelerometer

Info

Publication number: RU1816321C
Authority: RU
Inventors: Сергей Сергеевич Матвеев; Евгений Алексеевич Павлов; Гедиминас Ионович Виткаускас; Римантас Винцентович Статкявичус
Original assignee: Центральный научно-исследовательский институт точного машиностроения
Priority date: 1990-01-12
Filing date: 1990-01-12
Publication date: 1993-05-15

Abstract

Использование: изобретение относитс к точному приборостроению. Сущность изобретени : акселерометр содержит корпус, инерционную массу в форме шара, систему бесконтактной подвески, соединенную с цепью питани , и датчики перемещени , подключенные к электронному блоку обработки сигнала. Система бесконтактной подвески выполнена в виде набора пьезоэлектрических колец радиальной пол ризации , армированных по внутреннему диаметру износостойкими кольцами и симметрично подключенных к цепи питани , состо щей из последовательно включенных фазовращател , усилител и генератора высокой частоты. Посередине набора пьезоэлектрических колец в вертикальной плоскости расположена перва изолирующа прокладка, при этом образуютс две секции, одна из которых соединена с шиной заземлени , а в другой в двух взаимно перпендикул рных радиальных направлени х расположены втора и треть изолирующа прокладки, образу при этом четыре элемента емкостных преобразователей. 2 ил.Usage: the invention relates to precision instrumentation. SUMMARY OF THE INVENTION: An accelerometer comprises a housing, a ball-shaped inertial mass, a non-contact suspension system connected to a power circuit, and displacement sensors connected to an electronic signal processing unit. The non-contact suspension system is made in the form of a set of piezoelectric rings of radial polarization, reinforced by inner diameter with wear-resistant rings and symmetrically connected to a power circuit consisting of a phase shifter, an amplifier and a high-frequency generator connected in series. In the middle of the set of piezoelectric rings in the vertical plane there is a first insulating gasket, two sections are formed, one of which is connected to the ground bus, and the second and the third insulating gaskets are located in two mutually perpendicular radial directions, forming four capacitive elements converters. 2 ill.

Description

Изобретение относитс к точному приборостроению и может быть, в частности, использовано в качестве датчика в прецези- онных гироскопических устройствах, в системах навигации подвижных объектов, как метрологическое средство при измерении параметров механических колебаний (ускорение , скорость, смещение).The invention relates to precision instrumentation and can be, in particular, used as a sensor in precision gyroscopic devices, in navigation systems of moving objects, as a metrological tool for measuring the parameters of mechanical vibrations (acceleration, speed, displacement).

Цель изобретени - обеспечение возможное измерени величин ускорений по двум направлени м более простой конструкцией акселерометра х одновременным сохранением высоких метрологических характеристик .The purpose of the invention is to provide the possible measurement of accelerations in two directions with a simpler design of the accelerometer while maintaining high metrological characteristics.

На фиг. 1 изображена схема устройства акселерометра, на фиг. 2 - структурна схе- ма измерений.In FIG. 1 shows a diagram of an accelerometer device; FIG. 2 is a structural diagram of measurements.

Акселерометр содержит корпус 1, инерционную массу в форме шара 2, систему бесконтактного подвеса, котора состоит из вибропреобразователей, выполненных в виде набора пьезоэлектрических колец 3 радиальной пол ризации-, армированных по внутреннему диаметру износостойкими металлическими кольцами 4. Набор колец 3 симметрично подключен к цепи питани , состо щей из последовательно включенных усилителей 5, фазовращател 6 и генератора высокой частоты 7, В конструкции предусмотрены изолирующие прокладки 12 и 13, причем перва изолирующа прокладка 12 расположена посередине набора пьезоэлектрических колец 3 в вертикальной плоскости , образу две секции, одна из которых соединена с шиной заземлени . В другойThe accelerometer contains a housing 1, an inertial mass in the form of a ball 2, a non-contact suspension system, which consists of vibration transducers made in the form of a set of piezoelectric rings 3 of radial polarization - reinforced by inner diameter by wear-resistant metal rings 4. A set of rings 3 is symmetrically connected to the power circuit consisting of series-connected amplifiers 5, a phase shifter 6 and a high-frequency generator 7, the design provides insulating strips 12 and 13, the first insulating curl Adka 12 is located in the middle of a set of piezoelectric rings 3 in a vertical plane, forming two sections, one of which is connected to the ground bus. In another

плоскости, в двух взаимно перпендикул рных радиальных направлени х расположены втора и треть изолирующие прокладки 13; образу при этом четыре элемента емкостных преобразователей С1, С2, СЗ, С4. Преобразователи подключены к электронному блоку обработки сигналов, содержащему два измерительных блока 8, два усилител 9, два выпр мител 10 и генератор колебаний высокой частоты 11. Четыре выхода емкостных преобразователей Q1, С2, СЗ. С4 соединены попарно через измерительные блоки 8 и усилители 9 к входам выпр мителей 10. Генератор колебаний высокой частоты 11 подключен к входам измерительных блоков 8.planes, in two mutually perpendicular radial directions, second and third insulating spacers 13 are arranged; in this case, four elements of capacitive converters C1, C2, C3, C4. The converters are connected to an electronic signal processing unit containing two measuring units 8, two amplifiers 9, two rectifiers 10, and a high-frequency oscillation generator 11. Four outputs of capacitive converters Q1, C2, C3. C4 are connected in pairs through the measuring units 8 and amplifiers 9 to the inputs of the rectifiers 10. A high-frequency oscillation generator 11 is connected to the inputs of the measuring units 8.

Устройство работает следующим образом .The device operates as follows.

От генератора колебаний высокой частоты 7 через фазовращатель 6 подаетс усиленное усилителем 5 напр жение на электроды пьезоэлектрических колец 3. Фазовращатель б смещает фазу напр жени питани каждого пьезоэлектрического кольца 3 относительно соседнего на 2П/п, где пThe voltage amplified by the amplifier 5 is supplied from the high-frequency oscillation generator 7 through the phase shifter 6 to the electrodes of the piezoelectric rings 3. The phase shifter b shifts the supply voltage phase of each piezoelectric ring 3 relative to the neighboring one by 2P / p, where p

- число пьезоэлектрических колец в одном вибропрербразователе. При достаточно большом числе пьезоэлектрических колец (не менее 6) и фаз питающего напр жени картина деформации в радиальном направлении пьезоэлектрических колец 3 и запрессованных по их внутреннему диаметру износостойких колец имеет форму синусоидальной бегущей волны.. Так как соответствующие пьезоэлектрические кольца 3 вибропреобразовател питаютс параллельно , направлени движени бегущих волн противоположны и направлены снаружи во внутрь. Это способствует нагнетанию газа (в нормальных услови х эксплуатации- the number of piezoelectric rings in one vibrator. With a sufficiently large number of piezoelectric rings (at least 6) and phases of the supply voltage, the radial deformation pattern of the piezoelectric rings 3 and wear-resistant rings pressed along their inner diameter has the form of a sinusoidal traveling wave. Since the corresponding piezoelectric rings 3 of the transducer are fed in parallel, the directions the motions of the traveling waves are opposite and directed from the outside to the inside. This contributes to gas injection (under normal operating conditions).

- воздуха), из окружающей среды в зазор ho между сферической поверхностью инерционной массы 2 и износостойкими кольцами 4, что приводит к созданию между ними сло газа повышенного давлени .- air) from the environment into the gap ho between the spherical surface of the inertial mass 2 and wear-resistant rings 4, which leads to the creation of an increased pressure gas layer between them.

В цел х измерени пространственного смещени инерционной массы 2 в пределах величины бокового зазора h0, используетс набор правых колец-{бтносительно экваториальной плоскости конструкции), который разделен изолирующей прокладкой 12. Кроме того, этот набор колец дополнительно разделен в двух взаимно перпендикул рных радиальных направлени х- изолирующими прокладками 13. Образованные таким образом четыре сферические поверхности примен ютс в качестве пластин емкостного преобразовател С1, С2, СЗ, С4 (фиг.2),In order to measure the spatial displacement of the inertial mass 2 within the lateral clearance h0, a set of right rings is used ({relative to the equatorial plane of the structure), which is separated by an insulating spacer 12. In addition, this set of rings is additionally divided in two mutually perpendicular radial directions - insulating spacers 13. The four spherical surfaces thus formed are used as plates of the capacitive transducer C1, C2, C3, C4 (Fig. 2);

подключенных к входам измерительных блоков 8.connected to the inputs of the measuring units 8.

Такое конструктивное решение емкостного преобразовател позвол ет функционально Использовать рабочую поверхность вибронесущего газового подвеса инерционной массы 2 акселерометра без дополнительных конструктивных изменений дл формировани емкостной системы съемаSuch a constructive solution of the capacitive transducer allows the functional use of the working surface of the vibration-bearing gas suspension of the inertial mass 2 of the accelerometer without additional design changes to form a capacitive removal system

информации.information.

При наличии действующего ускорени происходит смещение инерционной массы в форме шара 2 (чувствительного элемента) в противоположную ему сторону. С изменением зазора между инерционной массой 2In the presence of effective acceleration, the inertial mass displaces in the form of a ball 2 (sensing element) in the opposite direction. With a change in the gap between the inertial mass 2

и наружной сферической поверхностью линейно измен ютс величины сигналов Ux.and the outer spherical surface linearly varies the magnitude of the signals Ux.

Uy,- которые пропорциональные величинамUy, - which are proportional to

емкостей, т.е. С f(X), (Y), а, соответственно ,, величинам действующих ускорений Пх и Пу.capacities, i.e. With f (X), (Y), and, accordingly, the values of the effective accelerations Px and Pu.

Claims

SUMMARY OF THE INVENTION An accelerometer comprising a housing, a spherical inertial mass, a system

non-contact suspension connected to the power circuit and displacement sensors connected to the electronic signal processing unit, characterized in that, in order to increase the accuracy of measurements, insulating spacers are inserted into it and the non-contact suspension system is made in the form of a set of piezoelectric rings of radial polarization, reinforced by inner diameter

wear-resistant rings — and symmetrically connected to a power circuit consisting of a phase shifter, an amplifier and a high-frequency generator connected in series, the first isolating

the gasket is located in the middle of a set of piezoelectric rings. in a vertical plane, two sections are formed, one of which is connected to the ground bus, and the other in two mutually perpendicular

radial directions are the second and third insulating gaskets, thus forming four elements of capacitive converters, which are connected to the electronic processing unit

a signal containing two measuring units, two rectifiers, two amplifiers and a high-frequency oscillation generator, while the four outputs of capacitive transducers are connected in pairs through measuring units and amplifiers with rectifier inputs, and a high-frequency oscillation generator is connected to the measured inputs. solid blocks.

FIG. 2