RU2120641C1

RU2120641C1 - Accelerometer

Info

Publication number: RU2120641C1
Authority: RU
Inventors: В.И. Курносов; Н.М. Сергеев
Original assignee: Научно-исследовательский институт прикладной механики им.акад.В.И.Кузнецова
Priority date: 1984-09-12
Filing date: 1984-09-12
Publication date: 1998-10-20

Abstract

FIELD: inertial navigation, accelerometry. SUBSTANCE: in proposed accelerometer surfaces of facings of capacitive transmitter are arranged in correspondence with inventor's certificate in parallel to suspension axis of pendulum. EFFECT: enhanced functional reliability and precision of accelerometer. 3 dwg

Description

Изобретение относится к приборостроению, а именно к устройствам, предназначенным для измерения параметров движения летательных аппаратов и является усовершенствованием устройства, описанного в авторском свидетельстве. The invention relates to instrumentation, and in particular to devices designed to measure the motion parameters of aircraft and is an improvement on the device described in the copyright certificate.

Известен акселерометр, используемый для измерения скорости и ускорения подвижных объектов. Чувствительный элемент этого прибора состоит из трех кварцевых пластин: одной центральной и двух боковых. Центральная пластина представляет собой плоский диск, имеющий незамкнутую кольцевую прорезь, за счет выполнения которой в диске образуется подвижная часть (маятник), связанная с неподвижной (опорное кольцо) двумя упругими перемычками, образующими подвес. На маятнике (с двух сторон) прикреплены обмотки датчика момента и нанесено металлизированное покрытие. На боковых пластинах также имеются металлизированные покрытия, образующие в совокупности с металлизированным покрытием центральной пластины дифференциальный емкостной датчик угла (датчик положения). Зазор между подвижной и неподвижными пластинами образован тремя выступами на каждой из боковых пластин, между которыми закреплено неподвижное опорное кольцо центральной пластины. Known accelerometer used to measure the speed and acceleration of moving objects. The sensitive element of this device consists of three quartz plates: one central and two side. The central plate is a flat disk having an open annular slot, due to which a movable part (pendulum) is formed in the disk, which is connected with the stationary part (support ring) by two elastic jumpers forming a suspension. On the pendulum (on both sides) the windings of the torque sensor are attached and a metallized coating is applied. On the side plates there are also metallized coatings forming, in combination with the metallized coating of the central plate, a differential capacitive angle sensor (position sensor). The gap between the movable and fixed plates is formed by three protrusions on each of the side plates, between which a fixed support ring of the central plate is fixed.

Известно, что в любом емкостном датчике угла при подаче на него напряжения возникают силы, которые стремятся сблизить обкладки конденсатора. Величина этих усилий, в основном, зависит от величины емкости и от величины поданного напряжения в квадратичной степени. В дифференциальном же датчике положения акселерометра эти усилия направлены в разные стороны. При этом при равенстве емкостей слева и справа эти усилия одинаковы и даже при изменении напряжения питания, подаваемого на датчик положения, суммарное усилие оказывается равным нулю. It is known that in any capacitive angle sensor, when a voltage is applied to it, forces arise that tend to bring the capacitor plates together. The magnitude of these efforts mainly depends on the magnitude of the capacitance and on the magnitude of the applied voltage in a quadratic degree. In the differential accelerometer position sensor, these efforts are directed in different directions. Moreover, with equal capacitance on the left and on the right, these forces are the same and even when the supply voltage supplied to the position sensor changes, the total force turns out to be zero.

Однако при действии на маятник внешних сил, возникающих при измерении ускорения, величина которого может меняться в широких пределах, маятник отклоняется от своего первоначального положения, при котором емкости были равны. Это приводит к нарушению равенства сил и к появлению так называемой электростатической составляющей момента тяжения, т. е. к появлению дополнительного вредного уводящего момента, т.к. появляющаяся результирующая сила направлена в сторону движения маятника относительно оси подвеса. Правда, зная траекторию полета и программное значение измеряемых параметров движения, можно вносить поправки в выходную информацию с помощью бортовой вычислительной машины (БЦВМ) и таким образом в какой-то мере компенсировать появляющуюся дополнительную погрешность при появлении рассогласования в датчике положения. Однако это будет частичная компенсация систематической составляющей тяжения, а случайная составляющая зависит от величины и стабильности напряжения источника питания (квадратичная зависимость, как было указано выше). Чтобы исключить погрешность от этой составляющей, необходимо весьма точно (до тысячных долей %) стабилизировать напряжение источника питания. Оба эти пути вызывают введение дополнительных довольно сложных устройств, которые существенно увеличивают вес и габариты объекта, на котором находится акселерометр, но которые не обеспечивают полного устранения указанной погрешности. However, under the action of external forces on the pendulum that arise when measuring acceleration, the magnitude of which can vary widely, the pendulum deviates from its original position, at which the capacitances were equal. This leads to a violation of the equality of forces and to the appearance of the so-called electrostatic component of the moment of tension, i.e., to the appearance of an additional harmful leading moment, since the resulting resulting force is directed towards the movement of the pendulum relative to the axis of the suspension. True, knowing the flight path and the programmed value of the measured motion parameters, it is possible to make corrections to the output information using the on-board computer (BCM) and thus to some extent compensate for the additional error that appears when a mismatch occurs in the position sensor. However, this will be a partial compensation of the systematic component of tension, and the random component depends on the magnitude and stability of the voltage of the power source (quadratic dependence, as mentioned above). To eliminate the error from this component, it is necessary to very accurately (up to thousandths of a percent) stabilize the voltage of the power source. Both of these paths cause the introduction of additional rather complex devices that significantly increase the weight and dimensions of the object on which the accelerometer is located, but which do not completely eliminate the indicated error.

К появлению указанной погрешности может привести также уход нуля усилителя обратной связи акселерометра после межрегламентной проверки. The appearance of the indicated error can also be caused by the zeroing of the accelerometer feedback amplifier after an inter-audit check.

Целью дополнительного изобретения является повышение точности прибора за счет исключения электростатической составляющей тяжения при отклонении маятника от среднего положения. Это достигается тем, что в акселерометр введены четыре прямоугольных пластины, две из которых закреплены на маятнике со стороны, противоположной подвесу, перпендикулярно ему и симметрично относительно продольной оси маятника, а две другие на неподвижной части прибора установлены параллельно первым двум и обращены друг к другу металлизированными поверхностями, причем металлизированная поверхность одной из неподвижных пластин разделена изолирующим слоем на две симметрично расположенные равные части. The aim of the additional invention is to increase the accuracy of the device by eliminating the electrostatic component of the tension when the pendulum deviates from the middle position. This is achieved by the fact that four rectangular plates are introduced into the accelerometer, two of which are mounted on the pendulum from the side opposite to the suspension, perpendicular to it and symmetrical with respect to the longitudinal axis of the pendulum, and the other two are mounted on the stationary part of the device in parallel with the first two and facing each other metallized surfaces, and the metallized surface of one of the fixed plates is divided by an insulating layer into two symmetrically located equal parts.

Это позволяет использовать одну пару таких пластин (подвижную и неподвижную) в качестве дифференциального емкостного датчика положения, а другую пару, в которой неподвижная пластина без прорези, - в качестве бестокоподводного устройства подачи питания на емкостной датчик, т.е. принципиальная электрическая схема прототипа совпадает с предлагаемой электрической схемой и практически не требует переделки системы обратной связи прибора. Однако предлагаемое техническое решение месторасположения датчика положения при отклонении маятника от среднего положения не приводит к появлению дополнительного вредного уводящего момента, так как силы, возникающие в датчике положения при этом, направлены параллельно оси подвеса. This allows one pair of such plates (movable and fixed) to be used as a differential capacitive position sensor, and the other pair, in which a fixed plate without a slot, as a powerless supply device to the capacitive sensor, i.e. The circuit diagram of the prototype coincides with the proposed circuit diagram and practically does not require reworking the feedback system of the device. However, the proposed technical solution for the location of the position sensor when the pendulum deviates from the middle position does not lead to the appearance of additional harmful leading moment, since the forces arising in the position sensor in this case are directed parallel to the suspension axis.

На фиг.1 изображен общий вид описываемого устройства, на фиг.2 - вид центральной пластины, а на фиг.3 - вид дополнительно вводимых пластин емкостного датчика. Figure 1 shows a General view of the described device, figure 2 is a view of the Central plate, and figure 3 is a view of the additionally introduced plates of the capacitive sensor.

Чувствительный элемент акселерометра включает в себя центральную пластину 1, которая с помощью упругого подвеса 2 образует маятник 3. На маятнике 3 укреплены катушки 4 магнитоэлектрического датчика момента, статоры 5 которого расположены на боковых пластинах 6. Зазор между центральной и боковыми пластинами образуется с помощью трех выступов (платиков) 7, расположенных на боковых пластинах под углом 120^o. В верхней части маятника укреплены пластины 8, а на неподвижной части соответственно ответные пластины 9 и 10 (показаны пунктиром).The accelerometer sensing element includes a central plate 1, which, with the help of an elastic suspension 2, forms a pendulum 3. On the pendulum 3 are mounted coils 4 of a magnetoelectric moment sensor, the stators 5 of which are located on the side plates 6. The gap between the central and side plates is formed by three protrusions (platiks) 7 located on the side plates at an angle of 120 ^o . In the upper part of the pendulum, plates 8 are strengthened, and on the fixed part, counter plates 9 and 10, respectively (shown by a dotted line).

При нахождении маятника в среднем положении площадь перекрытия пластиной 8 поверхностей 9а и 9б пластины 9 одинаковы. При отклонении маятника от среднего положения равенство перекрытия площадей упомянутых пластин 8 и 9 нарушается и дифференциальный емкостной датчик положения, который образуется с помощью этих пластин, сигнализирует об этом. Через другую пару пластин 8 и 10 подается питание на вышеуказанный датчик положения и величина подаваемого напряжения через пластину 10, не имеющую прорези в средней части, не зависит от местоположения маятника. Возникающая разностная сила в предлагаемом техническом решении, как видно из приведенных фигур, будет направлена вдоль оси подвеса 2 (будет находиться в плоскости маятника) и не создает вредного уводящего момента. При этом следует иметь в виду, что жесткость упругого подвеса в поперечном направлении на 3-4 порядка выше, чем в направлении движения маятника. When the pendulum is in the middle position, the area of overlapping by the plate 8 of the surfaces 9a and 9b of the plate 9 are the same. When the pendulum deviates from the middle position, the equality of the overlap of the areas of the said plates 8 and 9 is violated and the differential capacitive position sensor, which is formed using these plates, signals this. Through another pair of plates 8 and 10, power is supplied to the above position sensor and the magnitude of the applied voltage through the plate 10, which does not have a slot in the middle part, does not depend on the location of the pendulum. The resulting differential force in the proposed technical solution, as can be seen from the figures, will be directed along the axis of the suspension 2 (will be in the plane of the pendulum) and does not create a harmful leading moment. It should be borne in mind that the stiffness of the elastic suspension in the transverse direction is 3-4 orders of magnitude higher than in the direction of movement of the pendulum.

Использование изобретения позволит увеличить точность прибора за счет исключения влияния электростатической составляющей тяжения. Это особенно важно, если прибор работает в условиях широкого диапазона измеряемых ускорений. Using the invention will increase the accuracy of the device by eliminating the influence of the electrostatic component of the tension. This is especially important if the instrument operates in a wide range of measured accelerations.

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 improve accuracy, four rectangular plates are introduced into it, two of which are mounted on the pendulum perpendicular to it and symmetrically about its longitudinal axis from the side opposite the suspension, and the other two plates are fixed on the fixed part of the device parallel to the first two plates and facing each other metallized surfaces, moreover, the metallized surface of one of the fixed plates is divided by an insulating layer into two symmetrically located equal parts.