RU2017159C1

RU2017159C1 - Device for measuring acceleration

Info

Publication number: RU2017159C1
Authority: RU
Inventors: А.У. Верятин; Д.Я. Шевченко
Original assignee: Верятин Андрей Урьевич; Шевченко Дмитрий Янович
Priority date: 1989-11-13
Filing date: 1989-11-13
Publication date: 1994-07-30

Abstract

FIELD: measurement technology. SUBSTANCE: device has case, made in form of hollow cube, which has slots in centers of its faces. Membranes with light-absorbing layers are erected in the slots. Membranes spring-load the sluggish mass, made in form of a sphere, inscribed into internal cubic cavity of the case. Input-output prisms are mounted in slots of the faces from outside the case. Value of space between light-absorbing layers of the membrane and bases of prisms is determined by value of working stroke of the membrane and by static characteristic of the conversion. EFFECT: improved precision of measurement. 1 dwg

Description

Изобретение относится к измерительной технике и может найти применение в виброметрии, сейсмологии, а также в навигационных приборах. The invention relates to measuring equipment and can find application in vibrometry, seismology, as well as in navigation instruments.

Известны устройства измерения ускорений, содержащие корпус, инерционную массу, преобразователь перемещения инерционной массы (а.с. N 1107061, кл. G 01 P 15/09; а.с. N 1163274, кл. G 01 P 15/08). Known devices for measuring acceleration containing a housing, inertial mass, a transducer for moving inertial mass (A.S. N 1107061, class G 01 P 15/09; A.S. N 1163274, class G 01 P 15/08).

Недостатками известных устройств являются низкая чувствительность и невозможность измерения полного вектора ускорения одним прибором. The disadvantages of the known devices are low sensitivity and the inability to measure the full acceleration vector with one device.

Наиболее близким к заявляемому устройству является акселерометр, содержащий корпус, инерционную массу в форме шара, бесконтактную электромагнитную подвеску инерционной массы и датчики перемещения инерционной массы на основе индуктивных преобразователей с переменным воздушным зазором и дифференциальной схемой обработки информации (а.с. N 298894, кл. G 01 P 15/08). Closest to the claimed device is an accelerometer containing a housing, an inertial mass in the form of a ball, a non-contact electromagnetic suspension of an inertial mass and inertial mass displacement sensors based on inductive transducers with a variable air gap and a differential information processing circuit (A.S. N 298894, class. G 01 P 15/08).

Недостатками указанного устройства являются высокая энергоемкость, погрешности измерения, обусловленные нелинейностью преобразования и низким быстродействием, а также сравнительно узкий динамический диапазон. The disadvantages of this device are the high energy intensity, measurement errors due to the nonlinearity of the conversion and low speed, as well as a relatively narrow dynamic range.

Цель изобретения - снижение энергоемкости и погрешности измерения, расширение динамического диапазона измерений при сохранении высокой линейности преобразования. The purpose of the invention is the reduction of energy intensity and measurement error, the expansion of the dynamic range of measurements while maintaining high linearity of conversion.

Цель достигается тем, что в устройстве для измерения ускорения, содержащем корпус, инерционную массу в форме шара, подвеску инерционной массы и датчики ее перемещения, корпус выполнен в виде куба, подвеска инерционной массы выполнена в виде шести упругих мембран со светопоглощающим слоем, установленных с внутренней стороны корпуса в прорезях на его гранях, а датчики перемещения инерционной массы выполнены в виде призм ввода-вывода, источника и шести приемников излучения, причем приемники оптически связаны с источником излучения через призмы ввода-вывода, которые установлены с наружной стороны корпуса в прорезях на его гранях напротив светопоглащающих слоев мембран. The goal is achieved in that in the device for measuring acceleration containing a body, inertial mass in the form of a ball, suspension of inertial mass and sensors for its displacement, the body is made in the form of a cube, the suspension of inertial mass is made in the form of six elastic membranes with a light-absorbing layer installed from the inside the sides of the body are in the slots on its faces, and the inertial mass displacement sensors are made in the form of input-output prisms, a source and six radiation detectors, the receivers being optically coupled to the radiation source through isms of input-output, which are installed on the outside of the housing in the slots on its faces opposite to the light-absorbing layers of the membranes.

На чертеже изображено центральное сечение устройства для измерения ускорения, на котором не показаны элементы преобразователя перемещения инерционной массы, расположенные по оси, перпендикулярной плоскости чертежа, а также не показаны источник и приемники излучения. The drawing shows the Central section of the device for measuring acceleration, which does not show the elements of the transducer of inertial mass displacement, located on an axis perpendicular to the plane of the drawing, and also does not show the source and receivers of radiation.

Корпус 1 представляет собой полый куб, в центрах граней которого выполнены прорези. В прорези установлены мембраны 2-5 со светопоглощающими слоями 6-9. Мембраны подпружинивают инерционную массу 10, выполненную в виде шара, вписанного во внутреннюю кубическую полость корпуса 1. С внешней стороны корпуса 1 в прорезях граней установлены прокладки 11-14 и призмы ввода-вывода 15-18. Величина зазора между основаниями призм и светопоглощающими слоями мембран определяется величиной рабочего хода мембраны и статической характеристикой преобразования (см.Бусурин В.М., Носов Ю.Р. Волоконно-оптические датчики: физические основы, вопросы расчета и применения. М.: Энергоатомиздат, 1990). Case 1 is a hollow cube, in the centers of the faces of which slots are made. Membranes 2-5 with light-absorbing layers 6-9 are installed in the slot. The membranes spring the inertial mass 10, made in the form of a ball inscribed in the inner cubic cavity of the housing 1. On the outside of the housing 1, gaskets 11-14 and input / output prisms 15-18 are installed in the slots of the faces. The gap between the bases of the prisms and the light-absorbing layers of the membranes is determined by the magnitude of the working stroke of the membrane and the static conversion characteristic (see Busurin V.M., Nosov Yu.R. Fiber-optic sensors: physical principles, calculation and application issues. M: Energoatomizdat, 1990).

Устройство для измерения ускорения работает следующим образом. A device for measuring acceleration operates as follows.

Под действием измеряемого ускорения инерционная масса 10 приходит в движение, что приводит к соответствующему изменению деформации мембран 2-5. Изменение деформации мембран приводит к изменению зазоров между основаниями призм и светопоглощающими слоями 6-9. Изменение зазоров влечет за собой изменение интенсивности светового потока, отраженного от оснований призм 15-18. При этом относительные перемещения мембран, расположенных в прорезях противоположных граней корпуса 1 (2 и 4 или 3 и 5, например) будут иметь разные знаки. Так, при воздействии на корпус 1 ускорения

, как показано на чертеже, поверхности мембран 2 и 3 с соответствующими поглощающими слоями 6 и 7 будут приближаться к основаниям призм 15 и 16, а поверхности мембран 4 и 5 - удаляться от оснований призм 17 и 18. Это обусловит соответствующие изменения интенсивности отраженного от оснований призм 15-18 света, что позволяет применить для каждой пары противоположных мембран (2 и 4, 3 и 5, например) дифференциальный преобразователь перемещения инерционной массы 10, в котором в качестве приемников отраженного от оснований призм излучения могут применяться фотосопротивления, включенные в противоположные плечи мостовой схемы. Таким образом, выполнение акселерометра в виде куба с прорезями в центрах граней для установки в них с внутренней стороны мембраны со светопоглощающим слоем, подпружинивающим инерционную массу, которая таким образом оказывается вписанной во внутреннюю полость корпуса, а с внешней стороны - напротив светопоглощающих слоев мембран - прием ввода-вывода, которые оптически связывают источник и приемники излучения, обеспечивает снижение энерогоемкости и погрешности измерения, а также расширение динамического диапазона при сохранении высокой линейности преобразования.Under the influence of the measured acceleration, the inertial mass 10 begins to move, which leads to a corresponding change in the deformation of the membranes 2-5. A change in the deformation of the membranes leads to a change in the gaps between the bases of the prisms and the light-absorbing layers 6-9. A change in the gaps entails a change in the intensity of the light flux reflected from the bases of prisms 15-18. In this case, the relative displacements of the membranes located in the slots of the opposite faces of the housing 1 (2 and 4 or 3 and 5, for example) will have different signs. So, when exposed to the housing 1 acceleration

as shown in the drawing, the surfaces of the

membranes

2 and 3 with the corresponding

absorbing layers

6 and 7 will approach the bases of the

prisms

15 and 16, and the surfaces of the membranes 4 and 5 will move away from the bases of the

prisms

17 and 18. This will cause corresponding changes in the intensity of the reflected from the bases prisms 15-18 of light, which makes it possible to apply for each pair of opposite membranes (2 and 4, 3 and 5, for example) a differential transducer of displacement of the inertial mass 10, in which tosoprotivleniya included in the opposite arms of the bridge circuit. Thus, the implementation of the accelerometer in the form of a cube with slots in the centers of the faces for installation in them from the inner side of the membrane with a light-absorbing layer, spring-loaded inertial mass, which thus appears inscribed in the inner cavity of the housing, and from the outside, opposite the light-absorbing layers of the membranes - reception input-output, which optically connect the radiation source and receivers, provides a reduction in energy consumption and measurement error, as well as the expansion of the dynamic range while maintaining high th linear transformation.

Предлагаемое устройство, кроме того, выгодно отличается от известного простотой конструкции и меньшими массой и габаритами. The proposed device, in addition, compares favorably with the known simplicity of design and lower weight and dimensions.

Claims

DEVICE FOR MEASURING ACCELERATION, comprising a body, inertial mass in the form of a ball, suspension of inertial mass and inertial mass displacement sensors with a differential information processing scheme, characterized in that, in order to reduce energy consumption and measurement error, expand the dynamic range of measurements while maintaining high linearity of conversion , the suspension of inertial mass is made in the form of six elastic membranes with a light-absorbing layer mounted on the inside of the body, made in the form of a cube , in the slots on its faces, and the inertial mass displacement sensors are made in the form of input-output prisms, a source and six radiation detectors, the receivers being optically connected to the measurement source through input-output prisms, which are installed on the outside of the housing in the slots on its faces opposite the light-absorbing layers of the membranes.