RU2100779C1

RU2100779C1 - Inertial information converter

Info

Publication number: RU2100779C1
Application number: RU95122069A
Authority: RU
Inventors: В.И. Баженов; В.Л. Будкин; Г.И. Джанджгава; Е.А. Никовский; Н.И. Трапезников; В.М. Соловьев
Original assignee: Акционерное общество "Раменское приборостроительное конструкторское бюро"
Priority date: 1995-12-22
Filing date: 1995-12-22
Publication date: 1997-12-27

Abstract

FIELD: measurement technology. SUBSTANCE: converter has base, sensing element, linear and angular position pickups, moving-coil power transducers, and differential amplifiers. Sensing element is made of six hollow cylinders. Polar axes of compensation coils and permanent magnets of power transducers are shifted from axes of cylinders for distance which ensures equal-accuracy measurement of angular and linear accelerations. Provision is made for first and second summing amplifiers. Compensation coils of power transducers are connected to outputs of summing amplifiers. EFFECT: higher measurement results. 10 dwg

Description

Данное изобретение относится к измерительной технике, а именно, к компенсационным преобразователям линейных и угловых ускорений. This invention relates to measuring equipment, namely, to compensation transducers of linear and angular accelerations.

Известен преобразователь инерциальной информации, содержащий основание, чувствительный элемент с шестью степенями свободы, емкостные преобразователи линейного и углового положений, электростатические силовые преобразователи, усилители, к выходам которых подключены выходы преобразователей положения, а к выходам электростатические силовые преобразователи [1]
Недостатком такого преобразователя инерциальной информации является малый диапазон измерений вследствие ограничения величины напряжения, прилагаемого к электростатическому силовому преобразователю на верхнем пределе измерения.A known inertial information converter containing a base, a sensing element with six degrees of freedom, capacitive converters of linear and angular positions, electrostatic power converters, amplifiers, the outputs of which are connected to the outputs of position converters, and the outputs of electrostatic power converters [1]
The disadvantage of this inertial information converter is the small measurement range due to the limitation of the voltage applied to the electrostatic power converter at the upper limit of measurement.

Более высокий диапазон измерений обеспечивается в преобразователе инерциальной информации, содержащем основание, чувствительный элемент с шестью степенями свободы в системе координат ОХУZ, узлы ориентации чувствительного элемента относительно основания в системе координат ОХУZ, выполненные по мостовой схеме датчики линейного и углового положений с электродами емкостных преобразователей на чувствительном элементе и в узлах ориентации, магнитоэлектрические силовые преобразователи с постоянным магнитом, кольцевой компенсационной катушкой и магнитной системой у каждого силового преобразователя, дифференциальный усилитель для каждого датчика углового и линейного положений, причем компенсационные катушки расположены на чувствительном элементе, постоянный магнит выполнен в виде тела вращения относительно его оси, магнитная система силового преобразователя выполнена с рабочим зазором кольцевой формы, в котором размещена компенсационная катушка, а оси кольцевого рабочего зазора магнитной системы и компенсационной катушки совмещены с осью постоянного магнита [2]
Недостатком этого преобразователя инерциальной информации является громоздкость конструкции, так как по каждой оси координат необходимо устанавливать по шесть магнитоэлектрических силовых преобразователей. Размещение по каждой оси координат по шести магнитоэлектрических силовых преобразователей понижает точность измерения угловых ускорений вследствие малой разрешающей способности преобразователя инерциальной информации по угловому ускорению, так как при шести силовых преобразователях по одной оси координат невозможно обеспечить малое плечо действия силы, необходимое для компенсации динамического момента при измерении углового ускорения с точностью, соизмеримой с точностью компенсации инерционной силы при измерении линейного ускорения.A higher measurement range is provided in the inertial information converter containing a base, a sensing element with six degrees of freedom in the coordinate system OXUZ, nodes of the orientation of the sensitive element relative to the base in the coordinate system OXUZ, linear and angular position sensors with capacitive transducers electrodes on the sensitive element and orientation nodes, magnetoelectric power converters with a permanent magnet, annular compensation to a carcass and a magnetic system for each power converter, a differential amplifier for each sensor of angular and linear positions, with compensation coils located on the sensing element, a permanent magnet made in the form of a body of revolution about its axis, the magnetic system of the power converter is made with a working gap of an annular shape, which contains a compensation coil, and the axis of the annular working gap of the magnetic system and the compensation coil are aligned with the axis of the permanent magnet [2]
The disadvantage of this inertial information converter is the cumbersome design, since six magnetoelectric power converters must be installed on each coordinate axis. Placement of six magnetoelectric power transducers on each coordinate axis reduces the accuracy of measuring angular accelerations due to the low resolution of the inertial information on angular acceleration transducers, since with six power transducers along one coordinate axis it is impossible to provide a small arm of the force necessary to compensate for the dynamic moment during measurement angular acceleration with accuracy commensurate with the accuracy of inertial force compensation when measuring linear acceleration rhenium.

Целью изобретения является миниатюризация конструкции и повышение точности измерения углового и линейного ускорений. The aim of the invention is to miniaturize the structure and improve the accuracy of measuring angular and linear accelerations.

Данная цель достигается в известном преобразователе инерциальной информации тем, что введены первый и второй суммирующие усилители по каждой из осей координат, чувствительный элемент выполнен из электропроводного материала в виде единого элемента из шести полых цилиндров, объединенных своими торцами, полые цилиндры расположены попарно по каждой из осей ОХ, ОУ, ОZ, точка пересечения которых совмещена с точкой пересечения осей полых цилиндров, узлы ориентации чувствительного элемента относительно основания размещены со стороны свободного торца каждого полого цилиндра, в основании выполнены шесть отверстий, по два относительно каждой из осей ОХ, ОУ, ОZ, каждый узел ориентации содержит цилиндрическую втулку, установленную в соответствующем отверстии основания концентрично соответствующему полому цилиндру чувствительного элемента, и электропроводную трубку с закрепленными на ее внутренней поверхности двумя парами электродов, электроизоляционная трубка установлена внутри цилиндрической втулки со стороны ее внутреннего торца и прикреплена к ее поверхности, электроды в каждой паре, первый и второй, третий и четвертый, установлены диаметрально, а электроды соседних пар, первый и третий, второй и четвертый, установлены последовательно от внутреннего торца к наружному вдоль поверхности электроизоляционной трубки, в наружном торце цилиндрической втулки выполнено цилиндрическое углубление, ось которого смещена относительно оси цилиндрической втулки на расстояние l:

где I момент инерции чувствительного элемента;
m масса чувствительного элемента;
ε_o минимальное измеряемое угловое ускорение;
а_o минимальное измеряемое линейное ускорение, в цилиндрическом углублении втулки соосно ему установлена магнитная система магнитоэлектрического силового преобразователя с постоянным магнитом, а его компенсационная катушка прикреплена к свободному торцу полого цилиндра чувствительного элемента, расстояние между поверхностью полого цилиндра чувствительного элемента и поверхностью электродов выполнено не менее суммарного максимального перемещения чувствительного элемента при угловых и линейных перемещениях, в каждой паре магнитоэлектрических силовых преобразователей, установленных по одной из осей координат ОХ, ОУ, ОZ, их оси смещены в разные стороны относительно соответствующей оси координат, в каждой паре узлов ориентации чувствительного элемента по одной оси первые электроды и вторые электроды соответственно соединены между собой и образуют неподвижные электроды первого и второго конденсаторов, включенных в плечи мостовой схемы датчика линейного положения, а третьи электроды каждого узла ориентации из пары соединены с четвертыми электродами узла ориентации этой пары и образуют неподвижные электроды третьего и четвертого конденсаторов, включенных в плечи мостовой схемы датчика углового положения, при этом подвижные электроды конденсаторов образованы поверхностями полых цилиндров чувствительного элемента, подключенного посредством токоподвода к общему проводу мостовой схемы, диагональ мостовой схемы датчика линейного положения подключена к входам первого дифференциального усилителя, а диагональ мостовой схемы датчика углового положения к входам второго дифференциального усилителя, выходы первого и второго дифференциального усилителей подключены к суммирующим входам первого суммирующего усилителя, выход одного из дифференциальных усилителей подключен к прямому входу второго суммирующего усилителя, выход другого дифференциального усилителя подключен к инверсному входу второго суммирующего усилителя, к выходу первого суммирующего усилителя подключена компенсационная катушка одного силового преобразователя, а к выходу второго суммирующего усилителя компенсационная катушка другого силового преобразователя из пары силовых преобразователей, размещенных по одной из осей координат.This goal is achieved in the known inertial information converter by the fact that the first and second summing amplifiers are introduced along each coordinate axis, the sensing element is made of electrically conductive material in the form of a single element of six hollow cylinders united by their ends, hollow cylinders are arranged in pairs along each of the axes OX, OU, OZ, the intersection point of which is aligned with the intersection point of the axes of the hollow cylinders, the orientation nodes of the sensing element relative to the base are located on the free side end face of each hollow cylinder, six holes are made in the base, two relative to each of the axes ОХ, ОУ, ОZ, each orientation node contains a cylindrical sleeve installed in the corresponding hole in the base concentrically to the corresponding hollow cylinder of the sensing element, and an electrically conductive tube fixed to it the inner surface with two pairs of electrodes, an insulating tube is installed inside the cylindrical sleeve from the side of its inner end and attached to its surface, the electrodes in each pair, the first and second, third and fourth, are installed diametrically, and the electrodes of adjacent pairs, the first and third, second and fourth, are installed sequentially from the inner end to the outer along the surface of the insulating tube, a cylindrical recess is made in the outer end of the cylindrical sleeve, axis which is offset relative to the axis of the cylindrical sleeve by a distance l:

where I is the moment of inertia of the sensing element;
m mass of the sensing element;
ε _{o the} minimum measured angular acceleration;
and _{o the} minimum measured linear acceleration, a magnetic system of a magnetoelectric power transducer with a permanent magnet is coaxially mounted in the cylindrical recess of the sleeve, and its compensation coil is attached to the free end of the hollow cylinder of the sensing element, the distance between the surface of the hollow cylinder of the sensing element and the surface of the electrodes is no less than the total maximum movement of the sensing element during angular and linear movements, in each pair of magnetically electric power converters installed along one of the coordinate axes ОХ, ОУ, ОZ, their axes are shifted in different directions relative to the corresponding coordinate axis, in each pair of sensing element orientation nodes along one axis the first electrodes and second electrodes are respectively interconnected and form fixed electrodes the first and second capacitors included in the shoulders of the bridge circuit of the linear position sensor, and the third electrodes of each orientation node of the pair are connected to the fourth electrodes of the orientation node This pair forms stationary electrodes of the third and fourth capacitors included in the shoulders of the bridge circuit of the angle sensor, while the movable electrodes of the capacitors are formed by the surfaces of the hollow cylinders of the sensing element connected by current supply to the common wire of the bridge circuit, the diagonal of the bridge circuit of the linear position sensor is connected to the inputs of the first differential amplifier, and the diagonal of the bridge circuit of the angle sensor to the inputs of the second differential amplifier i, the outputs of the first and second differential amplifiers are connected to the summing inputs of the first summing amplifier, the output of one of the differential amplifiers is connected to the direct input of the second summing amplifier, the output of the other differential amplifier is connected to the inverse input of the second summing amplifier, a compensation coil of one is connected to the output of the first summing amplifier power converter, and to the output of the second summing amplifier, a compensation coil of another power converter a pair of power converters placed along one of the coordinate axes.

Путем введения первого и второго суммирующих усилителей по каждой из трех осей координат, выполнения чувствительного элемента из шести полых цилиндров из электропроводного материала, расположения полых цилиндров попарно по каждой из осей координат, выполнения каждого узла ориентации из цилиндрической втулки и электроизоляционной трубки с двумя парами электродов на ее внутренней поверхности, расположения электроизоляционной трубки внутри цилиндрической втулки на ее поверхности, расположения в каждой паре первого и второго, третьего и четвертого электродов диаметрально, а электродов соседних пар, первого и третьего, второго и четвертого последовательно вдоль поверхности электроизоляционной трубки, разнесения осей магнитных систем и компенсационных катушек по каждой оси от этой оси координат, смещения осей в каждой паре силовых преобразователей по одной оси в разные стороны от соответствующей оси координат, соединения между собой в каждой паре узлов ориентации первых и вторых электродов в качестве неподвижных электродов первого и второго конденсаторов, включенных в плечи мостовой схемы датчика линейного положения, соединения третьих электродов каждого узла ориентации из пары с четвертыми электродами в качестве неподвижных электродов третьего и четвертого конденсаторов, включенных в плечи мостовой схемы датчика углового положения, подключения датчика линейного положения к первому дифференциальному усилителю, датчика углового положения к второму дифференциальному усилителю, подключения выходов первого и второго дифференциальных усилителей к суммирующим входам первого суммирующего усилителя и к разнополярным входам второго суммирующего усилителя, подключения к выходу первого суммирующего усилителя одной компенсационной катушки, подключения к выходу второго суммирующего усилителя другой компенсационной катушки из пары силовых преобразователей, размещенных по одной из осей координат, обеспечивается измерение с использованием двух силовых преобразователей линейного ускорения по одной оси координат и углового ускорения по перпендикулярной ей другой оси координат. В результате измерение линейных ускорений по трем осям координат и угловых ускорений относительно трех осей координат обеспечивается с помощью шести силовых преобразователей вместо восемнадцати, что позволяет уменьшить габаритные размеры и массу преобразователя инерциальной информации. By introducing the first and second summing amplifiers along each of the three coordinate axes, making a sensing element of six hollow cylinders of electrically conductive material, arranging hollow cylinders in pairs along each of the coordinate axes, and making each orientation node from a cylindrical sleeve and an insulating tube with two pairs of electrodes on its inner surface, the location of the insulating tube inside the cylindrical sleeve on its surface, the location in each pair of the first and second, third and the fourth electrodes diametrically, and the electrodes of adjacent pairs, the first and third, second and fourth sequentially along the surface of the insulating tube, the spacing of the axes of the magnetic systems and compensation coils along each axis from this coordinate axis, the displacement of the axes in each pair of power converters along one axis to different sides from the corresponding coordinate axis, interconnected in each pair of orientation nodes of the first and second electrodes as stationary electrodes of the first and second capacitors, are included x into the shoulders of the bridge circuit of the linear position sensor, connecting the third electrodes of each orientation node from a pair with the fourth electrodes as stationary electrodes of the third and fourth capacitors included in the shoulders of the bridge circuit of the angle sensor, connecting the linear position sensor to the first differential amplifier, the angle sensor to the second differential amplifier, connecting the outputs of the first and second differential amplifiers to the summing inputs of the first summing amplifier For the opposite-polarity inputs of the second summing amplifier, the connection to the output of the first summing amplifier of one compensation coil, the connection to the output of the second summing amplifier of another compensation coil from a pair of power converters located along one of the coordinate axes, measurement using two linear acceleration power converters in one coordinate axis and angular acceleration along the other coordinate axis perpendicular to it. As a result, the measurement of linear accelerations along three coordinate axes and angular accelerations relative to three coordinate axes is provided using six power converters instead of eighteen, which allows to reduce the overall dimensions and mass of the inertial information converter.

Посредством расположения осей магнитной системы и компенсационной катушки силового преобразователя на расстоянии от оси координат, определяемом расчетным соотношением из условия равноточности измерения угловых и линейных ускорений, обеспечивается выполнение минимального расстояния между полярными осями магнитных систем и компенсационных катушек по одной оси координат, что позволяет выполнить более компактную конструкцию преобразователя инерциальной информации. By arranging the axes of the magnetic system and the compensation coil of the power transducer at a distance from the coordinate axis, determined by the calculated relation from the condition that the angular and linear accelerations are measured equally, the minimum distance between the polar axes of the magnetic systems and the compensation coils is ensured along one coordinate axis, which allows a more compact inertial information converter design.

При выполнении в цилиндрической втулке узла ориентации цилиндрического углубления на торце свободного конца второго цилиндра втулки, расположении электродов на внутренней поверхности втулки, установки узла электродов по внешней поверхности трубки в отверстие первого цилиндра, расположения каждой полуоси в образованное свободной поверхностью электродов отверстие достигается дальнейшая миниатюризация конструкции преобразователя инерциальной информации. When the assembly of the orientation of the cylindrical recess on the end face of the free end of the second cylinder of the sleeve in the cylindrical sleeve, the arrangement of the electrodes on the inner surface of the sleeve, the installation of the electrode assembly on the outer surface of the tube in the hole of the first cylinder, the location of each axis on the hole formed by the free surface of the electrodes, further miniaturization of the converter design is achieved inertial information.

Путем выполнения чувствительного элемента единым элементом из шести полых цилиндров, соединенных торцами, обеспечивается повышение точности измерения угловых и линейных ускорений за счет уменьшения погрешности от перекрестных связей вследствие повышения точности изготовления чувствительного элемента, а также за счет снижения температурной погрешности вследствие увеличения жесткости конструкции чувствительного элемента. By performing the sensitive element as a single element of six hollow cylinders connected by the ends, it is possible to increase the accuracy of measuring angular and linear accelerations by reducing the error from cross-connections due to an increase in the accuracy of manufacturing the sensitive element, as well as by reducing the temperature error due to the increased rigidity of the design of the sensitive element.

Посредством выполнения минимального расстояния оси магнитной системы и компенсационной катушки силового преобразователя в соответствии с расчетным соотношением обеспечивается наибольшая разрешающая способность измерения углового ускорения, в результате чего повышается точность измерения углового ускорения при помощи преобразователя инерциальной информации. By fulfilling the minimum distance of the axis of the magnetic system and the compensation coil of the power converter in accordance with the calculated ratio, the highest resolution of measuring angular acceleration is ensured, which increases the accuracy of measuring angular acceleration using an inertial information converter.

На фиг. 1 дан фронтальный вид предпочтительной конструкции выполнения преобразователя инерциальной информации; на фиг.2 профильный вид преобразователя инерциальной информации; на фиг.3 горизонтальный вид преобразователя инерциальной информации; на фиг. 4 вид узла электродов со стороны точки О системы координат; на фиг.5 вид узла электродов с противоположной стороны от точки О системы координат; на фиг.6 фронтальный вид одной части основания; на фиг. 7 профильный вид этой части основания; на фиг.8 схема измерения линейного ускорения по оси координат ОZ и углового ускорения относительно оси координат ОУ; на фиг.9 схема измерения линейного по оси координат ОУ и углового ускорения относительно оси координат ОХ; на фиг.10 схема измерения линейного ускорения по оси координат ОХ и углового ускорения относительно оси координат ОZ. In FIG. 1 is a front view of a preferred embodiment of an inertial information converter; figure 2 is a profile view of the inertial information converter; figure 3 is a horizontal view of the inertial information converter; in FIG. 4 is a view of the electrode assembly from the point O of the coordinate system; figure 5 is a view of the site of the electrodes on the opposite side from point O of the coordinate system; Fig.6 is a front view of one part of the base; in FIG. 7 profile view of this part of the base; on Fig scheme of measuring linear acceleration along the coordinate axis OZ and angular acceleration relative to the coordinate axis of the OS; Fig.9 is a diagram of a measurement of the OA linear in the coordinate axis and angular acceleration relative to the OX coordinate axis; figure 10 diagram of the measurement of linear acceleration along the coordinate axis OX and angular acceleration relative to the coordinate axis OZ.

В преобразователе инерциальной информации (фиг.1-3) между первой частью 1 и второй частью 2 основания установлен чувствительный элемент 3, выполненный из электропроводного материала и имеющий три степени свободы линейного перемещения по осям ОХ, ОУ, ОZ системы координат ОХУZ, а также три степени свободы углового перемещения относительно осей ОХ, ОУ, ОZ. Чувствительный элемент 3 выполнен единым элементом из шести полых цилиндров 4^I, 4^II4^VI, соединенных одними своими торцами. Пара полых цилиндров 4^I, 4^II расположена по оси ОХ, причем первый полый цилиндр 4^I из пары расположен по одну сторону от точки о, а второй полый цилиндр 4^II расположен симметрично относительно полого цилиндра 4¹ по другую сторону от точки 0. Пара полых цилиндров 4^III, 4^IV расположена по оси OZ, при этом первый полый цилиндр 4^III из пары расположен по одну сторону от точки О, а второй полый цилиндр 4^IV расположен симметрично по сравнению с полым цилиндром 4^III по другую сторону от точки О. Пара полых цилиндров 4^V, 4^VI расположена по оси координат ОУ, причем полый цилиндр 4^V, расположен по одну сторону от точки О, а полый цилиндр 4^VI по другую сторону от точки О симметрично с полым цилиндром 4^V. В полых цилиндрах 4^I, 4^II 4^VI выполнены цилиндрические центральные отверстия 5^I, 5^II 5^VI, концентричные с внешними цилиндрическими поверхностями 6^I, 6^II 6^VI. Оси отверстий 5^I, 5^I совмещены с осью координат ОХ, оси отверстий 5^III, 5^IV с осью координат ОZ, оси отверстий 5^V, 5^VI с осью координат ОУ. Узлы ориентации 7^I, 7^II 7^VI расположены со стороны свободных концов полых цилиндров 4^I, 4^II 4^VI соответственно и содержат цилиндрические втулки 8^I, 8^II 8^VI, а также узлы электродов 9^I, 9^II 9^VI. Цилиндрические втулки 8^I, 8^II 8^VI выполнены в виде первых 10^I, 10^II 10^VI и вторых ступеней 11^I, 11^II 11^VI. Цилиндрические втулки 8^I, 8^II 8^VI имеют центральные отверстия 12^I, 12^II 12^VI, в которых установлены узлы электродов 9^I, 9^II 9^VI, имеющие электроизоляционные трубки 13^I, 13^II 13^VI и по четыре электрода емкостных преобразователей положения: первые электроды 14^I, 14^II 14^VI, вторые электроды 15^I, 15^II 15^VI, третьи электроды 16^I, 16^II 16^VI и четвертые электроды 17^I, 17^II 17^VI. Первые электроды 14^I, 14^II 14^VI и вторые электроды 15^I, 15^II 15^VI расположены со стороны свободных концов первых степеней 10^I, 10^II 10^VI. Третьи электроды 16^I, 16^II 16^VI и четвертые электроды 17^I, 17^II 17^VI расположены на стороне частей первых ступеней 10^I, 10^II 10^VI, удаленных от их свободных концов.In the inertial information converter (Figs. 1-3), a sensing element 3 is made between the first part 1 and the second part 2 of the base, made of an electrically conductive material and having three degrees of freedom of linear movement along the axes ОХ, ОУ, ОZ of the coordinate system ОХУЗ, as well as three degrees of freedom of angular displacement relative to the axes ОХ, ОУ, ОZ. The sensing element 3 is made by a single element of six hollow cylinders 4 ^I , 4 ^II 4 ^VI , connected by their own ends. A pair of hollow cylinders 4 ^I , 4 ^II is located along the OX axis, the first hollow cylinder 4 ^I of the pair being located on one side of point o, and the second hollow cylinder 4 ^II is located symmetrically with respect to the hollow cylinder 4 ¹ on the other side of point 0. Pair hollow cylinders 4 ^III , 4 ^IV is located on the OZ axis, while the first hollow cylinder 4 ^III of the pair is located on one side of the point O, and the second hollow cylinder 4 ^IV is located symmetrically compared to the hollow cylinder 4 ^III on the other side of the point O . A pair of hollow cylinders 4 ^V, ^VI 4 located OS coordinate axis, wherein oly cylinder 4 ^V, it is located on one side of the point O, and the hollow cylinder 4 ^VI on the other side from the point O symmetrical hollow cylinder 4 ^V. In the hollow cylinders 4 ^I , 4 ^II 4 ^VI , cylindrical central holes 5 ^I , 5 ^II 5 ^VI are made concentric with the outer cylindrical surfaces 6 ^I , 6 ^II 6 ^VI . The axis of the holes 5 ^I , 5 ^{I are} aligned with the coordinate axis OX, the axis of the holes 5 ^III , 5 ^IV with the coordinate axis OZ, the axis of the holes 5 ^V , 5 ^VI with the coordinate axis of the OS. Orientation nodes 7 ^I , 7 ^II 7 ^VI are located on the side of the free ends of the hollow cylinders 4 ^I , 4 ^II 4 ^VI, respectively, and contain cylindrical bushings 8 ^I , 8 ^II 8 ^VI , as well as electrode nodes 9 ^I , 9 ^II 9 ^VI . The cylindrical bushings 8 ^I , 8 ^II 8 ^{VI are} made in the form of the first 10 ^I , 10 ^II 10 ^VI and second stages 11 ^I , 11 ^II 11 ^VI . The cylindrical bushings 8 ^I , 8 ^II 8 ^VI have central holes 12 ^I , 12 ^II 12 ^VI , in which the electrode assemblies 9 ^I , 9 ^II 9 ^VI are installed, having electrical insulating tubes 13 ^I , 13 ^II 13 ^VI and four electrodes of capacitive position transducers : first electrodes 14 ^I , 14 ^II 14 ^VI , second electrodes 15 ^I , 15 ^II 15 ^VI , third electrodes 16 ^I , 16 ^II 16 ^VI and fourth electrodes 17 ^I , 17 ^II 17 ^VI . The first electrodes 14 ^I , 14 ^II 14 ^VI and the second electrodes 15 ^I , 15 ^II 15 ^VI are located on the side of the free ends of the first degrees 10 ^I , 10 ^II 10 ^VI . The third electrodes 16 ^I , 16 ^II 16 ^VI and the fourth electrodes 17 ^I , 17 ^II 17 ^VI are located on the side of the parts of the first steps 10 ^I , 10 ^II 10 ^VI , remote from their free ends.

Внутренние поверхности всех электродов 14, 15, 16, 17 расположены на цилиндрических поверхностях, находящихся напротив внешних цилиндрических поверхностях всех полых цилиндров 4 и расположенных симметрично с ними. The inner surfaces of all electrodes 14, 15, 16, 17 are located on cylindrical surfaces opposite the outer cylindrical surfaces of all hollow cylinders 4 and located symmetrically with them.

Разность между диаметром внутренней цилиндрической поверхности всех электродов 14, 15, 16, 17 и диаметром всех внешних цилиндрических поверхностей 6 и всех полых цилиндров 4 составляет не менее удвоенного суммарного перемещения чувствительного элемента 3 по оси ОZ при угловом и линейном ускорениях. The difference between the diameter of the inner cylindrical surface of all electrodes 14, 15, 16, 17 and the diameter of all outer cylindrical surfaces 6 and all hollow cylinders 4 is at least twice the total displacement of the sensing element 3 along the OZ axis during angular and linear accelerations.

В центральные цилиндрические отверстия 5^I, 5^II 5^VI полых цилиндров 4^I, 4^II 4^VI с их свободных концов вставлены оправы 18^I, 18^II 18^VI, на поверхностях площадок 19^I, 19^II 19^VI которых, перпендикулярных осям координат ОХ, ОZ и ОУ соответственно, установлены кольцевые компенсационные катушки 20^I, 20^II 20^VI магнитоэлектрических силовых преобразователей.Frames 18 ^I , 18 ^II 18 ^{VI are} inserted into the central cylindrical holes 5 ^I , 5 ^II 5 ^{VI of the} hollow cylinders 4 ^I , 4 ^II 4 ^VI from their free ends, on the surfaces of the platforms 19 ^I , 19 ^II 19 ^{VI of} which are perpendicular to the coordinate axes OX , ОZ and ОУ respectively, ring compensation coils 20 ^I , 20 ^II 20 ^{VI of} magnetoelectric power converters are installed.

На торцах вторых ступеней 11^I, 11^II 11^VI, расположенных на наибольшем удалении от точки О, образованы цилиндрические углубления 21^I, 21^II 21^VI, оси 22^I, 22^II 22^VI которых отстоят от осей координат ОХ, ОZ, ОУ соответственно на расстоянии l, определяемом соотношением

где I момент инерции чувствительного элемента;
m масса чувствительного элемента;
ε_o минимальное измеряемое угловое ускорение;
а_o минимальное измеряемое линейное ускорение.At the ends of the second steps 11 ^I , 11 ^II 11 ^VI , located at the greatest distance from point O,

cylindrical recesses

21 ^I , 21 ^II 21 ^{VI are formed} , the

axes

22 ^I , 22 ^II 22 ^{VI of} which are separated from the coordinate axes ОХ, ОZ, ОУ, respectively at a distance l defined by the relation

where I is the moment of inertia of the sensing element;
m mass of the sensing element;
ε _{o the} minimum measured angular acceleration;
and _o minimum measurable linear acceleration.

Оси 22^I, 22^II направлены вдоль оси координат ОХ, оси 22^III, 22^IV направлены вдоль оси координат ОZ, оси 22^V, 22^VI вдоль оси координат ОУ.Axes 22 ^I , 22 ^{II are} directed along the coordinate axis OX, axis 22 ^III , 22 ^{IV are} directed along the coordinate axis OZ, axis 22 ^V , 22 ^VI along the coordinate axis of the OS.

Магнитоэлектрические силовые преобразователи содержат магнитные системы 23^I, 23^II 23^VI, постоянные магниты 24^I, 24^II 24^VI цилиндрической формы как тела вращения и установлены своими магнитными системами 23^I, 23^II 23^VI в цилиндрические углубления 21^I, 21^II 21^VI. Между постоянными магнитами 24^I, 24^II 24^VI и магнитными системами 23^I, 23^II 23^VI образованы кольцевые рабочие зазоры 25^I, 25^II 25^VI, в которые входят компенсационные катушки 20^I, 20^II 20^VI.Magnetoelectric power converters contain magnetic systems 23 ^I , 23 ^II 23 ^VI , permanent magnets 24 ^I , 24 ^II 24 ^{VI of} cylindrical shape as bodies of revolution and are installed by their magnetic systems 23 ^I , 23 ^II 23 ^VI in cylindrical recesses 21 ^I , 21 ^II 21 ^VI . Between the permanent magnets 24 ^I , 24 ^II 24 ^VI and the magnetic systems 23 ^I , 23 ^II 23 ^VI , annular working gaps 25 ^I , 25 ^II 25 ^{VI are formed} , which include compensation coils 20 ^I , 20 ^II 20 ^VI .

Оси компенсационной катушки 20^I, магнитной системы 23^I, постоянного магнита 24^I и рабочего зазора 25^I совмещены с осью 22^I и расположены в плоскости координат ХОZ на расстоянии l от оси координат ОХ по одну ее сторону в направлении оси ОZ. Оси компенсационной катушки 20^II, магнитной системы 23^II, постоянного магнит 24^II и рабочего зазора 25^II совмещены с осью 22^II и расположены в плоскости координат ХОZ на расстоянии l от оси координат ОХ по другую ее сторону в направлении оси ОZ. Оси компенсационной катушки 20^III, магнитной системы 23^III, постоянного магнита 24^IIII и рабочего зазора 25^III совмещены с осью 22^III и расположены в плоскости координат УОZ на расстоянии l от оси координат ОZ по одну ее сторону в направлении оси ОУ. Оси компенсационной катушки 20^IV, магнитной системы 23^IV, постоянного магнита 24^IV и рабочего зазора 25^IV совмещены с осью 22^IV и расположены в плоскости координат УОZ на расстоянии l от оси координат ОZ по другую ее сторону в направлении оси ОУ. Оси компенсационной катушки 20^V, магнитной системы 23^V, постоянного магнита 24^V и рабочего зазора 25^V совмещены с осью 22^V и расположены в плоскости координат ХОУ на расстоянии l от оси координат ОУ по одну ее сторону в направлении оси ОХ. Оси компенсационной катушки 20^VI, магнитной системы 23^VI, постоянного магнита 24^VI и рабочего зазора 25^VI совмещены с осью 22^VI и расположены в плоскости координат ХОУ на расстоянии l от оси координат ОУ по другую ее сторону в направлении оси ОХ. Таким образом, в в совокупности всех силовых преобразователей оси постоянных магнитов, компенсационных катушек и магнитных систем расположены во всех трех плоскостях координат.The axis of the compensation coil 20 ^I , the magnetic system 23 ^I , the permanent magnet 24 ^I and the working gap 25 ^{I are} aligned with the axis 22 ^I and are located in the XOZ coordinate plane at a distance l from the OX coordinate axis on one side of it in the OZ axis direction. The axis of the compensation coil 20 ^II , the magnetic system 23 ^II , the permanent magnet 24 ^II and the working gap 25 ^{II are} aligned with the axis 22 ^II and are located in the XOZ coordinate plane at a distance l from the OX coordinate axis on its other side in the OZ axis direction. The axis of the compensation coil 20 ^III , the magnetic system 23 ^III , the permanent magnet 24 ^IIII and the working gap 25 ^{III are} aligned with the axis 22 ^III and are located in the coordinate plane UOZ at a distance l from the coordinate axis OZ on one side of the axis OU. The axis of the compensation coil 20 ^IV , the magnetic system 23 ^IV , the permanent magnet 24 ^IV and the working gap 25 ^{IV are} aligned with the axis 22 ^IV and are located in the coordinate plane UOZ at a distance l from the coordinate axis OZ on its other side in the direction of the axis of the OS. The axis of the compensation coil 20 ^V , the magnetic system 23 ^V , the permanent magnet 24 ^V and the working gap 25 ^{V are} aligned with the axis 22 ^V and are located in the coordinate plane of the HOU at a distance l from the coordinate axis of the OS on one side of it in the direction of the axis OX. The axis of the compensation coil 20 ^VI , the magnetic system 23 ^VI , the permanent magnet 24 ^VI and the working gap 25 ^{VI are} aligned with the axis 22 ^VI and are located in the coordinate plane of the HOU at a distance l from the coordinate axis of the OS on its other side in the direction of the axis OX. Thus, in the aggregate of all power converters, the axes of permanent magnets, compensation coils and magnetic systems are located in all three coordinate planes.

Первый электрод 14^I и третий электрод 16^I расположены симметрично относительно плоскости симметрии, совпадающей с плоскостью координат ХОУ, по сравнению со вторым электродом 15^I и четвертым электродом 17^I (фиг. 4,5). Внутренние свободные поверхности 26 электродов 14^I, 15^I, 16^I, 17^I расположены по цилиндрической поверхности, концентричной с цилиндрической поверхностью отверстия 12^I в цилиндрической втулке 8^I, напротив внешней цилиндрической поверхности 6^I полого цилиндра 4^I.The first electrode 14 ^I and the third electrode 16 ^I are located symmetrically with respect to the plane of symmetry coinciding with the coordinate plane of the COW, compared with the second electrode 15 ^I and the fourth electrode 17 ^I (Fig. 4,5). The inner free surfaces of the 26 electrodes 14 ^I , 15 ^I , 16 ^I , 17 ^I are located on a cylindrical surface concentric with the cylindrical surface of the hole 12 ^I in the cylindrical sleeve 8 ^I , opposite the outer cylindrical surface 6 ^{I of the} hollow cylinder 4 ^I.

Первый электрод 14^II и третий электрод 16^II симметричны второму электроду 15^II и четвертому электроду 17^II относительно плоскости координат ОХУ. Аналогично электроды 14^III, 14^IV, 16^III, 16^IV расположены симметрично электродам 15^III, 15^IV, 17^III, 17^IV относительно плоскости координат ХОZ, электроды 14^V, 14^VI, 16^V, 16^VI симметрично электродам 15^V, 15^VI, 17^V, 17^VI относительно плоскости координат УОZ.The first electrode 14 ^II and the third electrode 16 ^{II are} symmetrical to the second electrode 15 ^II and the fourth electrode 17 ^II relative to the coordinate plane of the DCS. Similarly, the electrodes 14 ^III , 14 ^IV , 16 ^III , 16 ^IV are located symmetrically to the electrodes 15 ^III , 15 ^IV , 17 ^III , 17 ^IV relative to the XOZ coordinate plane, the electrodes 14 ^V , 14 ^VI , 16 ^V , 16 ^{VI are} symmetrical to the electrodes 15 ^V , 15 ^VI , 17 ^V , 17 ^VI with respect to the coordinate plane УОZ.

Свободная цилиндрическая поверхность электродов 14^II, 15^II, 16^II, 17^II расположена напротив внешней цилиндрической поверхности 6^II полого цилиндра 4^II. Свободные цилиндрические поверхности электродов 14^III 14^IV, 15^III 15^IV, 16^III 16^IV 17^III 17^IV расположены напротив внешних цилиндрических поверхностей 6^III 6^IV полых цилиндров 4^III 4^IV соответственно.The free cylindrical surface of the electrodes 14 ^II , 15 ^II , 16 ^II , 17 ^II is located opposite the outer cylindrical surface 6 ^{II of the} hollow cylinder 4 ^II . The free cylindrical surfaces of the electrodes 14 ^III 14 ^IV , 15 ^III 15 ^IV , 16 ^III 16 ^IV 17 ^III 17 ^IV are located opposite the outer cylindrical surfaces 6 ^III 6 ^{IV of the} hollow cylinders 4 ^III 4 ^IV, respectively.

Первая часть основания 1 (фиг. 6,7) и вторая часть 2 выполнены аналогично и соприкасаются друг с другом по плоскости координат ХОУ. Ось отверстия 28 направлена по оси координат ОZ, симметрично с ней относительно точки О во второй части 2 основания образовано аналогичное отверстие, в которых установлены узлы ориентации 7^III, 7^I. В первой части 1 основания по оси координат ОХ образованы выемки 29^I, 29^II, по оси координат ОУ выемки 30^I, 30^II. Аналогичные выемки образованы во второй части 2 основания. Выемки 29^I, 29^II, 30^I, 30^II в части 2 основания образуют цилиндрические отверстия, в которых установлены узлы ориентации 7^I, 7^II, 7^V, 7^VI.The first part of the base 1 (Fig. 6,7) and the second part 2 are made similarly and are in contact with each other along the coordinate plane of the HOU. The axis of the hole 28 is directed along the coordinate axis OZ, symmetrically with it relative to the point O in the second part 2 of the base a similar hole is formed in which the orientation nodes 7 ^III , 7 ^I are installed. In the first part 1 of the base, recesses 29 ^I , 29 ^{II are} formed along the coordinate axis ОХ, along the coordinate axis ОУ recesses 30 ^I , 30 ^II . Similar recesses are formed in the second part 2 of the base. The recesses 29 ^I , 29 ^II , 30 ^I , 30 ^II in part 2 of the base form cylindrical holes in which the orientation nodes 7 ^I , 7 ^II , 7 ^V , 7 ^VI are installed.

В датчике линейного положения (фиг.8) по оси координат ОZ в одно плечо его мостовой схемы включен первый конденсатор С^I 1, неподвижный электрод которого образован соединенными вместе первыми электродами 14^I, 14^II узлов ориентации 7^I, 7^II по оси координат ОХ, а подвижный электрод электропроводной поверхностью полых цилиндров 4^I, 4^II чувствительного элемента 3, подключенного с помощью токоподвода к общему проводу. Во второе плечо включен второй конденсатор С^I2, неподвижный электрод которого образован соединенными вместе вторыми электродами 15^I, 15^II, а подвижный электрод - поверхностью полых цилиндров 4^I, 4^II. В два других плеча включены резисторы R^I1, R^II2. Питание датчика линейного положения осуществляется от генератора 31 переменной ЭДС. Выходная диагональ мостовой схемы соединена с входами первого дифференциального усилителя 32^I.In the linear position sensor (Fig. 8) along the coordinate axis OZ, a first capacitor C ^I 1 is included in one shoulder of its bridge circuit, the fixed electrode of which is formed by the first electrodes 14 ^I , 14 ^II of the orientation nodes 7 ^I , 7 ^II connected along the coordinate axis OX and the movable electrode is the electrically conductive surface of the hollow cylinders 4 ^I , 4 ^{II of the} sensing element 3 connected by a current lead to a common wire. A second capacitor C ^I 2 is included in the second arm, the fixed electrode of which is formed by the second electrodes 15 ^I , 15 ^II connected together and the movable electrode by the surface of the hollow cylinders 4 ^I , 4 ^II . The resistors R ^I 1, R ^II 2 are included in the other two arms. The linear position sensor is powered by a variable emf generator 31. The output diagonal of the bridge circuit is connected to the inputs of the first differential amplifier 32 ^I.

В датчике углового положения относительно оси координат ОУ в одно плечо мостовой схемы включен третий конденсатор С^I3, неподвижный электрод которого выполнен в виде соединенных вместе третьего 16^I и четвертого 17^II электродов, расположенных по разные стороны от точки О по оси координат ОХ. Подвижный электрод конденсатора С^I3 образован поверхностями полых цилиндров 4^I, 4^II чувствительного элемента 3. Во второе плечо включен четвертый конденсатор С^I4, неподвижный электрод которого образован соединенными вместе с третьим 16^II и четвертым 17^I электродами, а подвижный электрод полыми цилиндрами 4^I, 4^II. В два других плеча включены резисторы R^I3, R^I4. Выходная диагональ датчика углового положения включена на входы второго дифференциального усилителя 33^I. Выходы первого дифференциального усилителя 32^I и второго дифференциального усилителя 33^I включена на суммирующие входы первого суммирующего усилителя 34^I. Выход одного из дифференциальных усилителей 32^I, 33^I подключен к прямому входу второго суммирующего усилителя 35^I, выход второго дифференциального усилителя к инверсному входу второго суммирующего усилителя 35^I. Компенсационная катушка 20^III силового преобразователя по оси ОZ, ось которой совпадает с осью 22^III и направлена по оси координат ОZ, подключена к выходу первого суммирующего усилителя 34^I, а компенсационная катушка 20^IV к выходу второго суммирующего усилителя 35^I. Выходы первого суммирующего усилителя 34^I и второго суммирующего усилителя 35^I подключены к двум входам сумматора 36^I, а также к двум входам устройства вычитания 37^I.In the sensor of the angular position relative to the OS coordinate axis, a third capacitor C ^I 3 is included in one shoulder of the bridge circuit, the fixed electrode of which is made in the form of a third 16 ^I and a fourth 17 ^II electrode connected together located on different sides from point O along the coordinate axis OX. The movable electrode of the capacitor C ^I 3 is formed by the surfaces of the hollow cylinders 4 ^I , 4 ^{II of the} sensing element 3. The fourth arm includes a fourth capacitor C ^I 4, the fixed electrode of which is formed by the electrodes connected together with the third 16 ^II and fourth 17 ^I , and the hollow cylinders 4 ^I , 4 ^II . The resistors R ^I 3, R ^I 4 are included in the other two arms. The output diagonal of the angular position sensor is connected to the inputs of the second differential amplifier 33 ^I. The outputs of the first differential amplifier 32 ^I and the second differential amplifier 33 ^{I are} connected to the summing inputs of the first summing amplifier 34 ^I. The output of one of the differential amplifiers 32 ^I , 33 ^{I is} connected to the direct input of the second summing amplifier 35 ^I , the output of the second differential amplifier to the inverse input of the second summing amplifier 35 ^I. The compensation coil 20 ^{III of the} power converter along the OZ axis, the axis of which coincides with the axis 22 ^III and is directed along the coordinate axis OZ, is connected to the output of the first summing amplifier 34 ^I , and the compensation coil 20 ^IV to the output of the second summing amplifier 35 ^I. The outputs of the first summing amplifier 34 ^I and the second summing amplifier 35 ^{I are} connected to two inputs of the adder 36 ^I , as well as to two inputs of the subtractor 37 ^I.

В датчике линейного положения по оси координат ОУ (фиг.9) неподвижный электрод первого конденсатора С^II1 образован соединенными вместе первыми электродами 14^III, 14^IV узлов ориентации 7^III, 7^IV по оси координат ОZ, а подвижный электрод полыми цилиндрами 4^III, 4^IV. Неподвижный электрод второго конденсатора С^II2 образован соединенными вместе вторыми электродами 15^III, 15^IV, а подвижный электрод полыми цилиндрами 4III^I, 4^IV чувствительного элемента 3. В два плеча мостовой схемы датчика линейного положения включены резисторы R^II1 и R^II. Выход датчика линейного положения подключен к двум входам первого дифференциального усилителя 32^II. Неподвижный электрод третьего конденсатора С^II3 датчика углового положения относительно оси координат ОХ образован соединенными вместе третьим 16^III и четвертым 17^IV электродами, а подвижный электрод полыми цилиндрами 4^III, 4^IV. У четвертого конденсатора С^II4 неподвижный электрод выполнен соединенными вместе третьим 16^I и четвертым 17^III электродами, подвижный электрод образован полыми цилиндрами 4^III, 4^I. В остальные плечи мостовой схемы датчика углового положения включены резисторы R^II3, R^II4. Выход мостовой схемы датчика углового положения подключен к двум входам второго дифференциального усилителя 33^II. Выходы первого 32^II и второго 33^II дифференциальных усилителей подключены к двум суммирующим входам первого суммирующего усилителя 34^II. Выход одного из первого 32^II и второго 33^II дифференциальных усилителей подключен к прямому входу второго суммирующего усилителя 35^II, выход другого дифференциального усилителя из числа дифференциальных усилителей 32^II, 33^II подключен к инверсному входу второго суммирующего усилителя 35^II. Компенсационная катушка 20^V первого силового преобразователя по оси координат ОУ подключена к выходу первого суммирующего усилителя 34^II, компенсационная катушка 20^IV второго силового преобразователя по оси ОУ подключена к выходу второго суммирующего усилителя 35^II. Выходы первого 34^II и второго 35^II суммирующих усилителей подключены к двум входам сумматора 36^II, а также к двум входам устройства вычитания 37^II.In the linear position sensor along the OA coordinate axis (Fig. 9), the fixed electrode of the first capacitor C ^II 1 is formed by the first electrodes 14 ^III , 14 ^IV of the orientation nodes 7 ^III , 7 ^IV along the OZ coordinate axis and the movable electrode by hollow cylinders 4 ^III , 4 ^IV . The fixed electrode of the second capacitor C ^II 2 is formed by the second electrodes 15 ^III , 15 ^IV connected together, and the movable electrode by the hollow cylinders 4III ^I , 4 ^{IV of the} sensing element 3. Resistors R ^II 1 and R ^II are included in the two arms of the bridge circuit of the linear position sensor. The output of the linear position sensor is connected to two inputs of the first differential amplifier 32 ^II . The fixed electrode of the third capacitor C ^II 3 of the angular position sensor relative to the coordinate axis OX is formed by the third 16 ^III and fourth 17 ^IV electrodes connected together, and the movable electrode by the hollow cylinders 4 ^III , 4 ^IV . At the fourth capacitor C ^II 4, the fixed electrode is made connected together by the third 16 ^I and fourth 17 ^III electrodes, the movable electrode is formed by hollow cylinders 4 ^III , 4 ^I. The remaining shoulders of the bridge circuit of the angle sensor include resistors R ^II 3, R ^II 4. The output of the bridge circuit of the angle sensor is connected to two inputs of the second differential amplifier 33 ^II . The outputs of the first 32 ^II and second 33 ^II differential amplifiers are connected to two summing inputs of the first summing amplifier 34 ^II . The output of one of the first 32 ^II and second 33 ^II differential amplifiers is connected to the direct input of the second summing amplifier 35 ^II , the output of the other differential amplifier from the number of differential amplifiers 32 ^II , 33 ^{II is} connected to the inverse input of the second summing amplifier 35 ^II . The compensation coil 20 ^{V of the} first power converter along the OA coordinate axis is connected to the output of the first summing amplifier 34 ^II , the compensation coil 20 ^{IV of the} second power converter along the OA axis is connected to the output of the second summing amplifier 35 ^II . The outputs of the first 34 ^II and second 35 ^II summing amplifiers are connected to two inputs of the adder 36 ^II , as well as to two inputs of the subtractor 37 ^II .

В датчике линейного положения (фиг.10) по оси координат ОХ неподвижный электрод первого конденсатора С^III1 образован соединенными вместе первыми электродами 14^V, 14^VI, а подвижным электродом являются полые цилиндры 4^V, 4^VI. У второго конденсатора С^III2 неподвижным электродом служат соединенные вместе вторые электроды 15^V, 15^VI, подвижным электродом полые цилиндры 4^V, 4^VI. В мостовую схему датчика линейного положения также включены резисторы R^III1, R^III2. Выход датчика линейного положения подключен к входам первого дифференциального усилителя 32^III. В датчике углового положения относительно оси координат ОZ неподвижный электрод третьего конденсатора С^III3 образован соединенными вместе третьим 16^V и четвертым 17^VI электродами, подвижный электрод образован полыми цилиндрами 4^V, 4^VI. Неподвижный электрод четвертого конденсатора С^III4 образован соединенными вместе третьим электродом 16^VI и четвертым электродом 17^V, подвижный электрод полыми цилиндрами 4^V, 4^VI. В другие плечи мостовой схемы включены резисторы R^III3, R^III4. Выход датчика углового положения подключен к входам второго дифференциального усилителя 33^III. Выходы первого 32^III и второго 33^III дифференциальных усилителей подключены к суммирующим входам первого суммирующего усилителя 34^III. Выход одного из дифференциальных усилителей 32^III, 33^III подключен к суммирующему входу второго суммирующего усилителя 35^III, выход другого из дифференциальных усилителей 32^III, 33^III подключен к инверсному входу второго суммирующего усилителя 35^III.In the linear position sensor (Fig. 10), along the coordinate axis OX, the fixed electrode of the first capacitor C ^III 1 is formed by the first electrodes 14 ^V , 14 ^VI connected together, and the hollow cylinders 4 ^V , 4 ^VI are the movable electrode. In the second capacitor C ^III 2, the second electrode 15 ^V , 15 ^VI connected together, and the hollow cylinders 4 ^V , 4 ^VI serve as a fixed electrode. The bridge circuit of the linear position sensor also includes resistors R ^III 1, R ^III 2. The output of the linear position sensor is connected to the inputs of the first differential amplifier 32 ^III . In the angle sensor relative to the coordinate axis OZ, the fixed electrode of the third capacitor C ^III 3 is formed by the third 16 ^V and fourth 17 ^VI electrodes connected together, the movable electrode is formed by hollow cylinders 4 ^V , 4 ^VI . The stationary electrode of the fourth capacitor C ^III 4 is formed by the third electrode 16 ^VI and the fourth electrode 17 ^V connected together, the movable electrode by the hollow cylinders 4 ^V , 4 ^VI . The resistors R ^III 3, R ^III 4 are included in the other shoulders of the bridge circuit. The output of the angular position sensor is connected to the inputs of the second differential amplifier 33 ^III . The outputs of the first 32 ^III and second 33 ^III differential amplifiers are connected to the summing inputs of the first summing amplifier 34 ^III . The output of one of the differential amplifiers 32 ^III , 33 ^{III is} connected to the summing input of the second summing amplifier 35 ^III , the output of the other of the differential amplifiers 32 ^III , 33 ^{III is} connected to the inverse input of the second summing amplifier 35 ^III .

К выходу первого суммирующего усилителя 34^III подключена компенсационная катушка 20^I первого силового преобразователя по оси координат ОХ, у которого оси магнитной системы 23^I и постоянного магнита 24^I расположены по оси 22^I. К выходу второго суммирующего усилителя 35^III подключена компенсационная катушка 20^II второго силового преобразователя по оси координат ОХ, у которого оси магнитной системы 23^II и постоянного магнита 24^II расположены по оси 22^II.An output coil 20 ^{I of the} first power converter is connected to the output of the first summing amplifier 34 ^III along the coordinate axis OX, in which the axes of the magnetic system 23 ^I and the permanent magnet 24 ^I are located on the axis 22 ^I. To the output of the second summing amplifier 35 ^III, a compensation coil 20 ^{II of the} second power converter is connected along the coordinate axis OX, in which the axes of the magnetic system 23 ^II and the permanent magnet 24 ^II are located on the axis 22 ^II .

Выходы первого 34^III и второго 35^III суммирующих усилителей подключены к входам сумматора 36^III, а также к входам устройства вычитания 37^III.The outputs of the first 34 ^III and second 35 ^III summing amplifiers are connected to the inputs of the adder 36 ^III , as well as to the inputs of the subtractor 37 ^III .

В качестве сумматоров 36^I, 36^II, 36^III и устройств вычитания 37^I, 37^II, 37^III могут служить суммирующие усилители. В этом случае выходы первых суммирующих усилителей 34^I, 34^II, 34^III и вторых суммирующих усилителей 35^I, 35^II, 35^III соединены с суммирующими входами сумматоров 36^I, 36^II, 36^III, выходы например, первых суммирующих усилителей 34^I, 34^II, 34^III соединены с прямыми входами устройств вычитания 37^I, 37^II, 37^III, а выходы вторых суммирующих усилителей 35^I, 35^II, 35^III с инверсными входами устройств вычитания 37^I, 37^II, 37^III.Summing amplifiers can serve as adders 36 ^I , 36 ^II , 36 ^III and subtractors 37 ^I , 37 ^II , 37 ^III . In this case, the outputs of the first summing amplifiers 34 ^I , 34 ^II , 34 ^III and the second summing amplifiers 35 ^I , 35 ^II , 35 ^{III are} connected to the summing inputs of the adders 36 ^I , 36 ^II , 36 ^III , the outputs of, for example, the first summing amplifiers 34 ^I , 34 ^II , 34 ^{III are} connected to the direct inputs of the subtractors 37 ^I , 37 ^II , 37 ^III , and the outputs of the second summing amplifiers 35 ^I , 35 ^II , 35 ^III with inverse inputs of the subtractors 37 ^I , 37 ^II , 37 ^III .

Преобразователь инерциальной информации работает следующим образом. При наличии, например, линейного ускорения а_z по оси координат ОZ и углового ускорения ε_у относительно оси координат ОУ, на чувствительный элемент 3 действует инерционная сила F_z и динамический момент M_y:
F_z ma_z, (2)
где m масса чувствительного элемента 3.The inertial information converter operates as follows. In the presence, for example, of linear acceleration a _z along the coordinate axis OZ and angular acceleration ε _y relative to the coordinate axis of the OS, the inertial force F _z and the dynamic moment M _y act on the sensitive element 3:
F _z ma _z , (2)
where m is the mass of the sensing element 3.

M_у = Iε_у, (3)
где I момент инерции чувствительного элемента 3.M _y = Iε _y , (3)
where I is the moment of inertia of the sensing element 3.

Пусть направление ускорения а_z и углового ускорения ε_у таковы, что чувствительный элемент поступательно перемещается по направлению к первым электродам 14^I, 14^II и третьим электродам 16^I, 16^II (фиг.1), и происходит угловое перемещение чувствительного элемента 3, при котором полый цилиндр 4^I приближается к первому электроду 14^I и третьему электроду 16^I, а полый цилиндр 4^II сближается со вторым электродом 15^II и четвертым электродом 17^II. Тогда емкость конденсатора С^I1 (фиг.8) увеличивается, емкость конденсатора С^I2 уменьшается, мостовая схема датчика линейного положения по оси ОZ разбалансируется, и с ее выхода поступает сигнал разбаланса на вход первого дифференциального усилителя 32^I, выходной сигнал

которого пропорционален ускорению а_z:

где К₁ коэффициент преобразования первого дифференциального усилителя 32^I и второго дифференциального усилителя 33^I.Let the direction of acceleration a _z and angular acceleration ε _{y be} such that the sensing element translates progressively towards the

first electrodes

14 ^I , 14 ^II and the third electrodes 16 ^I , 16 ^II (Fig. 1), and the angular movement of the sensing element 3 occurs, with wherein the hollow cylinder 4 ^I approaches the first electrode 14 ^I and the third electrode 16 ^I , and the hollow cylinder 4 ^II approaches the second electrode 15 ^II and the fourth electrode 17 ^II . Then the capacitance of capacitor C ^I 1 (Fig. 8) increases, the capacitance of capacitor C ^I 2 decreases, the bridge circuit of the linear position sensor along the OZ axis is unbalanced, and from its output an unbalance signal is input to the input of the first differential amplifier 32 ^I , the output

which is proportional to the acceleration and _z :

where K _{1 is} the conversion coefficient of the first differential amplifier 32 ^I and the second differential amplifier 33 ^I.

Одновременно увеличивается емкость конденсатора С^I3 и уменьшается емкость конденсатора С^I4, происходит разбаланс мостовой схемы датчика углового положения относительно оси ОУ. После усиления сигнала разбаланса во втором дифференциальном усилителе 33^I напряжение

на его выходе пропорционально угловому ускорению ε_у.At the same time, the capacitance of the capacitor C ^I 3 increases and the capacitance of the capacitor C ^I 4 decreases, the bridge circuit of the sensor of the angular position relative to the axis of the opamp is unbalanced. After amplification of the unbalance signal in the second differential amplifier 33 ^I voltage

its output is proportional to the angular acceleration ε _у .

После суммирования в первом суммирующем усилителе 34^I его выходной сигнал имеет вид

где K₂ коэффициент преобразования первого 34^I и второго 35^I суммирующих усилителей.

After summing in the first summing amplifier 34 ^I, its output signal has the form

where K _{2 is} the conversion coefficient of the first 34 ^I and second 35 ^I summing amplifiers.

На выходе второго суммирующего усилителя 35^I, так как входные сигналы поступают на его прямой и инвертирующий входы, получается напряжение

В магнитоэлектрическом силовом преобразователе при взаимодействии магнитного потока, созданного протеканием через компенсационную катушку тока при наличии выходного напряжения суммирующего усилителя с магнитным полем постоянного магнита, электрический ток преобразуется в механическую силу. Поэтому при наличии на выходе первого суммирующего усилителя 34¹ выходного напряжения U_вых.1 при протекании через компенсационную катушку 20^III тока создается компенсационная сила

от одного силового преобразователя по оси координат ОZ, действующая по оси 22^III:

где K коэффициент преобразования силового преобразователя.At the output of the second summing amplifier 35 ^I , since the input signals are fed to its direct and inverting inputs, a voltage is obtained

In a magnetoelectric power converter, when a magnetic flux created by flowing through a compensation current coil interacts with the output voltage of a summing amplifier with a magnetic field of a permanent magnet, the electric current is converted into mechanical force. Therefore, if there is an output voltage U output ¹ at the output of the first summing amplifier 34 ^1, when the _current flows through the compensation coil 20 ^III , a compensation force is created

from one power converter along the coordinate axis OZ, acting on the axis 22 ^III :

where K is the conversion factor of the power converter.

При наличии на выходе второго суммирующего усилителя 35 выходного напряжения U_вых.2 при прохождении через компенсационную катушку 20^IV тока от второго силового преобразователя по оси координат ОZ, действующая по оси 22^IV

Фазы и полярности сигналов, начиная с датчиков положения и заканчивая компенсационными катушками, установлены такими, что компенсационные силы

направлены в одну сторону.If there is an output voltage U output 2 at the output of the second summing amplifier 35, when _current passes through the compensation coil 20 ^IV from the second power converter along the coordinate axis OZ, acting along axis 22 ^IV

The phases and polarities of the signals, starting from position sensors and ending with compensation coils, are set such that the compensation forces

directed one way.

Компенсационная сила F_к, действующая по оси координат ОZ равна

Так как сила

не равна сила

, а их оси приложения отстоят от оси ОZ на расстояние l, то вокруг оси ОУ создается компенсационный момент М_к.The compensation force F _k acting along the coordinate axis OZ is

Since the force

not equal strength

, and their application axes are separated by a distance l from the OZ axis, then a compensation moment M _k is created around the OS axis.

Посредством компенсационной силы F_к производится компенсация инерционной силы F_z, вызванной линейным ускорением а_z по оси координат ОZ:
F_z F_к (12)
Тогда
ma_z = 2Kk₂u_az (13)
С помощью компенсационного момента М_к производится компенсация динамического момента М_y, созданного угловым ускорением ε_у относительно оси координат ОУ:
М_y М_к (14)
Поэтому

Чтобы точности измерения минимального измеряемого линейного ускорения

и минимального измеряемого углового ускорения

были равны, необходимо выполнить условие

,
где U_вых.0 выходное напряжение каждого из суммирующих усилителей 34^I, 35^I при минимальных значениях линейного и углового ускорений. При подстановке в выражение (13), (15) условия (16) получим

. Поделив соответствующие части выражений (18) и (17) друг на друга, получим

.

By means of the compensation force F _k , the inertial force F _{z is} compensated for by linear acceleration a _z along the coordinate axis OZ:
F _z F _to (12)
Then
ma _z = 2Kk ₂ u _az (13)
Using the compensation moment M _to compensate for the dynamic moment M _y created by the angular acceleration ε _y relative to the coordinate axis of the OS:
M _y M _to (14)
therefore

To measure the accuracy of the minimum measurable linear acceleration

and minimum measurable angular acceleration

were equal, it is necessary to fulfill the condition

,
where U _{o. 0 is the} output voltage of each of the summing

amplifiers

34 ^I , 35 ^I at the minimum values of linear and angular accelerations. Substituting conditions (16) into expression (13), (15), we obtain

. Having divided the corresponding parts of expressions (18) and (17) into each other, we obtain

.

Таким образом, в выражении (19) сформулировано условие равноточности измерения линейного и углового ускорений. Thus, in expression (19), the condition for the uniformity of the measurement of linear and angular accelerations is formulated.

Вследствие компенсации инерционной силы F_z по оси координат ОZ и динамического момента М_y относительно оси координат ОУ компенсационной силой F_к и компенсационным моментом М_к, создаваемым силовым преобразователями по оси координат ОZ, производится отслеживание поступательного перемещения чувствительного элемента 3 по оси координат ОZ и его углового перемещения относительно оси координат ОУ.Due to the compensation of the inertial force F _z along the coordinate axis OZ and the dynamic moment M _y relative to the coordinate axis of the opamp, the compensation force F _k and the compensation moment M _k created by the power transducers along the coordinate axis OZ, the translational movement of the sensitive element 3 along the coordinate axis OZ and its angular displacement relative to the coordinate axis of the OS.

После суммирования в сумматоре 36^I выходных сигналов первого суммирующего усилителя 34^I и второго суммирующего усилителя 35^I на его выходе получается сигнал U_I, пропорциональный измеряемому линейному ускорению а_z

После преобразования в устройстве вычитания 37^I выходных сигналов первого 34^I и второго 35^I суммирующих усилителей на выходе устройства вычитания 37^I имеется сигнал U₂, пропорциональный измеряемому угловому ускорению ε_у:

Таким образом, производится измерение линейного ускорения по оси координат ОZ и углового ускорения относительно оси координат ОУ.After summing in the adder 36 ^{I the} output signals of the first summing amplifier 34 ^I and the second summing amplifier 35 ^I, the output signal U _I is proportional to the measured linear acceleration a _z

After converting in the subtractor 37 ^{I the} output signals of the first 34 ^I and second 35 ^I summing amplifiers, the output of the subtractor 37 ^I has a signal U ₂ proportional to the measured angular acceleration ε _y :

Thus, the measurement of linear acceleration along the coordinate axis OZ and angular acceleration relative to the coordinate axis of the OS.

Аналогично при поступательном движении чувствительного элемента 3 (фиг. 10) по оси координат ОУ при наличии линейного ускорения а_y по оси ОУ и его угловом перемещении относительно оси координат ОХ при угловом ускорении ε_x относительно оси ОХ производится компенсация инерционной силы и динамического момента компенсационной силой и компенсационным моментом, создаваемыми силовыми преобразователями по оси координат ОУ. В результате с выхода сумматора 36^II поступает сигнал, пропорциональный линейному ускорению а_y по оси координат ОУ, а с выхода устройства вычитания 37^II сигнал, пропорциональный угловому ускорению ε_x относительно оси координат ОХ.Similarly, with the translational movement of the sensing element 3 (Fig. 10) along the coordinate axis of the op-amp with linear acceleration a _y along the axis of the op-amp and its angular displacement relative to the coordinate axis OX with angular acceleration ε _x relative to the axis OX, the inertial force and the dynamic moment are compensated by the compensation force and compensation moment created by power converters along the coordinate axis of the OS. As a result, from the output of adder 36 ^II a signal is proportional to the linear acceleration a _y along the coordinate axis of the opamp, and from the output of the subtractor 37 ^{II, a} signal is proportional to the angular acceleration ε _x relative to the coordinate axis OX.

Так же при поступательном перемещении чувствительного элемента 3 (фиг. 11) по оси координат ОХ при наличии линейного ускорения а_z по оси ОХ и его угловом перемещении относительно оси координат ОZ при наличии углового ускорения ε_z относительно оси ОZ производится компенсация инерционной силы и динамического момента компенсационной силой и компенсационным моментом, создаваемыми силовыми преобразователями по оси координат ОХ. Вследствие этого с выхода сумматора 36^III поступает сигнал, пропорциональный измеряемому линейному ускорению а_x по оси координат ОХ, а с выхода устройства вычитания 37^III сигнал пропорциональный измеряемому угловому ускорению ε_z относительно оси координат ОZ.Also, with the translational movement of the sensing element 3 (Fig. 11) along the OX coordinate axis in the presence of linear acceleration and _z along the OX axis and its angular displacement relative to the OZ coordinate axis in the presence of angular acceleration ε _z relative to the OZ axis, the inertial force and dynamic moment are compensated compensation force and compensation moment created by power converters along the coordinate axis OX. As a result, the output of adder 36 ^III receives a signal proportional to the measured linear acceleration a _x along the coordinate axis OX, and from the output of the subtractor 37 ^{III, the} signal is proportional to the measured angular acceleration ε _z relative to the coordinate axis OZ.

Claims

An inertial information converter containing a base, a sensing element with six degrees of freedom in the OXYZ coordinate system, orientation nodes of the sensing element relative to the base in the OXYZ coordinate system, linear and angular position sensors with electrodes of capacitive transducers on CE and orientation nodes, magnetoelectric Permanent magnet power converters, ring compensation coil and magnetic system, differential amplifier for each sensor linear and angular position, and the compensation coils are located on the sensitive element, the permanent magnet is made in the form of a body of revolution relative to its axis, the magnetic system is made with a working gap of a circular shape in which the compensation coil is placed, and the axis of the ring working gap of the magnetic system and the compensation coil are combined with an axis of a permanent magnet, characterized in that the first and second summing amplifiers are introduced into it along each of the coordinate axes, the sensitive element is made of electronic of conductive material in the form of a single element of six hollow cylinders united by their ends, hollow cylinders are arranged in pairs along each of the axes OX, OY, OZ, the intersection point of which is aligned with the intersection point of the axes of the hollow cylinders, the orientation nodes of the sensing element relative to the base are located on the free side the end face of each hollow cylinder, six holes are made in the base, two relative to each of the axes OX, OY, OZ, each orientation node contains a cylindrical sleeve mounted in an appropriate the base hole is concentric to the corresponding hollow cylinder of the sensing element, and the insulating tube with two pairs of electrodes fixed on its inner surface, the insulating tube is installed inside the cylindrical sleeve from the side of its inner end and attached to its surface, the electrodes in each pair are the first and second, third and fourth diametrically installed, and the electrodes of adjacent pairs of the first and third, second and fourth are installed sequentially from the inner end to the outer s surface of the insulating tube in the outer end of the cylindrical sleeve formed cylindrical recess whose axis is offset relative to the axis of the cylindrical sleeve at a distance

where I is the moment of inertia;
m mass of the sensing element;
ε _o - the minimum measured angular acceleration;
a _{about the} minimum measured linear acceleration,
In the cylindrical recess of the sleeve, a magnetic system of a magnetoelectric power transducer with a permanent magnet is coaxially mounted with it, and its compensation coil is attached to the free end of the hollow cylinder of the sensing element, the distance between the surface of the hollow cylinder of the sensing element and the surface of the electrodes is not less than the total maximum displacement of the sensing element at angular and linear accelerations in each pair of magnetoelectric power converters installed on one of the coordinate axes OX, OY, OZ, their axes are shifted in different directions relative to the corresponding coordinate axis, in each pair of sensing element orientation nodes along one axis the first and second electrodes are respectively interconnected and form fixed electrodes of the first and second capacitors included in the shoulders of the bridge circuit of the linear position sensor, and the third electrodes of each orientation node from the pair are connected to the fourth electrodes of the other orientation node of this pair and form the stationary electrodes of the third and fourth the capacitors included in the shoulders of the bridge circuit of the angle sensor, while the movable electrodes of the capacitors are formed by the surfaces of the hollow cylinders of the sensing element connected by current supply to the common wire of the bridge circuit, the diagonal of the bridge circuit of the linear position sensor is connected to the inputs of the first differential amplifier, and the diagonal of the bridge circuit the angle sensor to the inputs of the second differential amplifier, the outputs of the first and second differential amplifiers are connected values to the summing inputs of the first summing amplifier, the output of one of the differential amplifiers is connected to the direct input of the second summing amplifier, the output of the other differential amplifier is connected to the inverse input of the second summing amplifier, the compensation coil of one power converter is connected to the output of the first summing amplifier, and the output of the second summing amplifier amplifier compensation coil of another power converter from a pair of power converters placed along one of the axes coordinates.