RU2120640C1

RU2120640C1 - Accelerometer

Info

Publication number: RU2120640C1
Authority: RU
Inventors: В.В. Веселов; В.И. Курносов; Г.М. Очеретнер; А.Б. Полинский; В.М. Прокофьев; О.И. Садовский
Original assignee: Научно-исследовательский институт прикладной механики им.акад.В.И.Кузнецова
Priority date: 1983-07-21
Filing date: 1983-07-21
Publication date: 1998-10-20

Abstract

FIELD: inertial navigation, accelerometry. SUBSTANCE: flat restoring member in the form of spring located between locking ring and package of plates is inserted into case of sensitive element. Ratio of axial rigidity of spring to axial rigidity of case lies within limits 1,5•10^-3-5•10^-3. EFFECT: improved functional characteristics and reliability of accelerometer. 2 dwg

Description

Изобретение относится к приборостроению, а именно к компенсационным маятниковым акселерометрам с упругим подвесом и может найти применение для измерения ускорений летательных аппаратов. The invention relates to instrumentation, namely to compensation pendulum accelerometers with an elastic suspension and may find application for measuring the accelerations of aircraft.

Известен маятниковый акселерометр, чувствительный элемент (ЧЭ) которого состоит из двух неподвижных пластин с упорными выступами (пластиками), между которыми закреплена третья пластина с незамкнутой кольцевой прорезью, образующей маятник. Перемычки между маятником и кольцевой опорой являются упругими элементами подвеса. A pendulum accelerometer is known, the sensitive element (SE) of which consists of two fixed plates with persistent protrusions (plastics), between which a third plate is fixed with an open circular slot forming a pendulum. Jumpers between the pendulum and the ring support are elastic elements of the suspension.

Для создания зазора (порядка 30 мкм) между подвижной и неподвижными частями чувствительного элемента высота упомянутых выступов выбрана соответственно равной 30 мкм. To create a gap (of the order of 30 μm) between the movable and fixed parts of the sensing element, the height of the said protrusions is chosen to be 30 μm, respectively.

Конструктивно чувствительный элемент представляет собой пакет их трех упомянутых пластин, жестко закрепленный в расточке корпуса ЧЭ с помощью запорного кольца, установленного на клее. Structurally, the sensitive element is a package of the three mentioned plates, rigidly fixed in the bore of the housing of the SE using a locking ring mounted on the glue.

В такой конструкции после полимеризации клея усилия, прикладываемые к центральной пластине со стороны каждого выступа боковых пластин, оказываются неодинаковыми из-за различных технологических факторов процесса склейки (подготовка поверхности под склейку, неравномерность толщины клеевого слоя, неравномерность распределения усилия поджатия и т.д.). In this design, after polymerization of the adhesive, the forces applied to the central plate from the side of each protrusion of the side plates turn out to be unequal due to various technological factors of the gluing process (surface preparation for gluing, uneven thickness of the adhesive layer, uneven distribution of the compressive force, etc.) .

Корпус чувствительного элемента и запорное кольцо выполнены из материала (например сплав 36H с α₁ = (0,9-1,1)•10^-61/^oC), коэффициент линейного расширения (КЛР) которого согласуется с КЛР материала пластин (α₂ ₌ 0,5•10^-6 1/^oC). Однако даже при имеющейся небольшой разнице в КЛР этих материалов, при изменениях температуры, имеющих место в процессе испытаний, хранении и эксплуатации приборов возможны изменения усилий сжатия пакета пластин или микросмещения центральной кварцевой пластины относительно первоначального ее положения.The housing of the sensor and the locking ring are made of material (for example, 36H alloy with α ₁ = (0.9-1.1) • 10 ^-6 1 / ^o C), the linear expansion coefficient (CLC) of which is consistent with the CLC of the plate material (α ₂ ₌ 0.5 • 10 ^-6 1 / ^o C). However, even with the small difference in the CRC of these materials, with changes in temperature that occur during testing, storage and operation of the devices, changes in the compressive forces of the package of plates or micro displacement of the central quartz plate relative to its initial position are possible.

Указанные обстоятельства определяют существенный недостаток конструкции и приводят к тому, что распределение усилий, действующих на наружное (базовое) кольцо центральной пластины, оказывается неравномерным. Это приводит к деформации наружного кольца центральной пластины и появлению дополнительных усилий на упругих перемычках подвеса, сто, в свою очередь, увеличивает величину систематической составляющей тяжения, являющейся одним из основных параметров прибора и, следовательно, ее нестабильность. These circumstances determine a significant design flaw and lead to the fact that the distribution of forces acting on the outer (base) ring of the central plate is uneven. This leads to deformation of the outer ring of the central plate and the appearance of additional forces on the elastic jumpers of the suspension, a hundred, in turn, increases the magnitude of the systematic component of the tension, which is one of the main parameters of the device and, therefore, its instability.

Целью изобретения является повышение точности акселерометра, т. е. уменьшение погрешности тяжения за счет выравнивания усилий, действующих на наружное (базовое) кольцо центральной пластины. The aim of the invention is to increase the accuracy of the accelerometer, i.e., to reduce the error of traction due to the alignment of forces acting on the outer (base) ring of the central plate.

Цель достигается тем, что в корпус чувствительного элемента акселерометра введен размещенный между запорным кольцом и пакетом пластин плоский упругий элемент в виде пружины, соотношение осевой жесткости которой к осевой жесткости корпуса чувствительного элемента лежит в пределах 1,5•10^-3 - 5•10^-3.The goal is achieved by the fact that a flat elastic element in the form of a spring placed between the locking ring and the plate pack is introduced into the sensor housing of the accelerometer, the ratio of the axial stiffness of which to the axial stiffness of the sensor case is within 1.5 • 10 ^-3 - 5 • 10 ^{- 3} .

При этом практически исключается возможность изменения усилия стяжки центральной пластины после полимеризации клея, так как упомянутая плоская пружина, обеспечивая постоянный поджим пакета пластин, выравнивает эти усилия и предотвращает возникающую ранее деформацию наружного кольца центральной пластины. Такое конструктивное решение обеспечивает повышение точности параметров акселерометра и их высокую стабильность. At the same time, the possibility of changing the screed force of the central plate after adhesive polymerization is practically eliminated, since the said flat spring, providing constant pressing of the plate pack, evens out these forces and prevents the previously existing deformation of the outer ring of the central plate. Such a constructive solution provides increased accuracy of the accelerometer parameters and their high stability.

На фиг. 1 изображен чувствительный элемент акселерометра, общий вид; на фиг. 2 - плоская пружина, вводимая в конструкцию чувствительного элемента. In FIG. 1 shows a sensitive element of an accelerometer, general view; in FIG. 2 - a flat spring introduced into the design of the sensing element.

Чувствительный элемент акселерометра содержит корпус 1, в который установлены боковые пластины 2 и 3. Между боковыми пластинами установлена центральная пластина 4 из кварцевого стекла. Зазор между центральной и боковыми пластинами образуется с помощью выступов (платиков) 5. Запорное кольцо 6 запирает в корпусе пакет пластин, поджим которых обеспечивается плоской пружиной 7. Кольцо 6 устанавливается в корпус ЧЭ на клее. The accelerometer sensing element comprises a housing 1 in which side plates 2 and 3 are installed. A central plate 4 made of quartz glass is installed between the side plates. The gap between the central and side plates is formed with the help of protrusions (plates) 5. The locking ring 6 locks the plate pack in the housing, the clamping of which is provided by a flat spring 7. The ring 6 is installed in the housing of the CE on the adhesive.

Устройство работает таким образом, что в случае появления неравномерных усилий в зонах соприкосновения выступов боковых пластин и центральной пластины плоская пружина 7 выравнивает эти усилия и обеспечивает постоянное усилие поджима пакета пластин. The device operates in such a way that in the event of uneven forces in the contact areas of the protrusions of the side plates and the central plate, the flat spring 7 equalizes these forces and provides a constant force to compress the package of plates.

Так, например, в акселерометре по авт. св. N 154727 из-за разницы (Δα = 1,2•10^-6 1/^oC) коэффициентов линейного расширения пластин 2-4 из кварцевого стекла и корпуса 1 из сплава 36H при изменении температуры возникает температурное рассогласование, равное
Δ_т = H•Δα = 0,004 мкм/c,
где
H = 3,5 мм - суммарная толщина пакета пластин 2-4.So, for example, in the accelerometer according to ed. St. N 154727 due to the difference (Δα = 1.2 • 10 ^-6 1 / ^o C) of the linear expansion coefficients of the plates 2-4 of quartz glass and the housing 1 of alloy 36H, when the temperature changes, a temperature mismatch occurs equal to
Δ _t = H • Δα = 0.004 μm / s,
Where
H = 3.5 mm - the total thickness of the package of plates 2-4.

Произведение температурного рассогласования на заданное температурное отклонение от номинала ΔT = ± 50^oC и на жесткость C_ЧЭ=10 кгс/мкм чувствительного элемента дает разброс ΔF усилия поджима пластин, равный
ΔF = Δ_т•ΔT•C_чэ = ∓ 2кгс
Т. е. без плоской пружины усилие поджима может отличаться от номинального, задаваемого равным F = 3 кгс, приблизительно в 2-3 раза. Под жесткостью C_ЧЭ чувствительного элемента понимается суммарная жесткость растяжения - сжатия цилиндрической части корпуса 1, пластин 2-4 и пленки клея между пластинами и корпусом 1.The product of the temperature mismatch for a given temperature deviation from the nominal value ΔT = ± 50 ^o C and the stiffness C _SE = 10 kgf / μm of the sensing element gives a spread ΔF of the plate pressing force equal to
ΔF = Δ _t • ΔT • C _che = ∓ 2kg
That is, without a flat spring, the clamping force can differ from the nominal one, set equal to F = 3 kgf, approximately by 2-3 times. The stiffness C _{CE of the} sensitive element is understood as the total tensile stiffness - compression of the cylindrical part of the housing 1, the plates 2-4 and the adhesive film between the plates and the housing 1.

В предлагаемой конструкции акселерометра параметры плоской пружины выбраны такими, чтобы жесткость пружины C_пр была равной 2•10^-2 кгс/мкм, т.е. много меньше жесткости C_ЧЭ чувствительного элемента. Тогда разброс усилия поджатия пластин составляет всего
ΔF = Δ_т•C_пр•ΔT = ∓ 0,004 кгс,
то есть около 0,2% от прежней величины разброса усилий поджатия.In the proposed design of the accelerometer, the parameters of the flat spring are selected such that the spring stiffness C _{pr is} equal to 2 • 10 ^-2 kgf / μm, i.e. much less rigidity C _{SE of the} sensitive element. Then the spread of the effort of preloading the plates is only
ΔF = Δ _T • C _etc. • ΔT = ∓ 0,004 kgf,
that is, about 0.2% of the previous value of the spread of the preload forces.

Таким образом, видно, что введение плоской пружины 7 обеспечивает равенство усилий на каждый выступ и постоянство усилия поджима пакета пластин с отклонением от номинала не более 0,2% (в то время как без пружины усилие поджима может изменяться в 2-3 раза), что приводит к уменьшению деформаций базового кольца центральной пластины, а следовательно, и упругих перемычек подвеса маятника. Thus, it can be seen that the introduction of a flat spring 7 ensures equal forces on each protrusion and a constant pressing force of the package of plates with a deviation from the nominal no more than 0.2% (while without a spring, the pressing force can vary by 2-3 times), which leads to a decrease in deformations of the base ring of the central plate, and, consequently, of the elastic bridges of the pendulum suspension.

Использование изобретения позволяет исключить появление дополнительной составляющей погрешности тяжения и таким образом повышает точность акселерометра примерно на 30-40% по сравнению с параметрами акселерометров, используемых на предприятии, практически без усложнения конструкции и увеличения стоимости прибора и позволит уменьшить стоимость приборов за счет увеличения выхода количества годных по параметрам приборов. The use of the invention eliminates the appearance of an additional component of the error of tension and thus increases the accuracy of the accelerometer by about 30-40% compared with the parameters of the accelerometers used at the enterprise, practically without complicating the design and increasing the cost of the device and will reduce the cost of devices by increasing the yield according to the parameters of the devices.

Claims

An accelerometer comprising a housing, a movable part, a suspension of the movable part, a differential capacitive displacement sensor, the fixed plates of which are placed on the housing on both sides of the movable part, and the movable plates are mounted on the movable part on the sides facing the fixed plates, current leads, amplification-conversion unit, the outputs of which are connected to the fixed plates of the capacitive sensor, the power supply of the capacitive sensor, two additional fixed plates electrically connected to each other located on both sides of the movable part and connected to the power supply unit of the capacitive sensor, while the movable plates are electrically connected to each other, characterized in that, in order to increase the accuracy of the device by ensuring high stability of the design parameters, placed between a locking ring and a plate pack a flat elastic element in the form of a spring, the ratio of the axial stiffness of which to the axial stiffness of the housing of the sensing element is within 1.5 • 10 ^-3 - 5 • 1 0 ^-3.