RU2462723C1 - Двухкомпонентный струйный датчик угловой скорости - Google Patents
Двухкомпонентный струйный датчик угловой скорости Download PDFInfo
- Publication number
- RU2462723C1 RU2462723C1 RU2011113157/28A RU2011113157A RU2462723C1 RU 2462723 C1 RU2462723 C1 RU 2462723C1 RU 2011113157/28 A RU2011113157/28 A RU 2011113157/28A RU 2011113157 A RU2011113157 A RU 2011113157A RU 2462723 C1 RU2462723 C1 RU 2462723C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- rotation
- plane
- angular velocity
- xoz
- yoz
- Prior art date
Links
Abstract
Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для определения величины угловой скорости подвижных объектов в двух плоскостях вращения. Двухкомпонентный струйный датчик угловой скорости включает в себя нагнетатель 1, формирующее сопло 2, рабочую камеру 3, анемочувствительные элементы 5, 12 в плоскости вращения "xoz", анемочувствительные элементы 6, 13 в плоскости вращения "yoz", изолированные стойки 4, 7, 9, 10, 11, расположенные в корпусе устройства 8 на кольце 14, электроизмерительные схемы 15, 16 анемочувствительных элементов в плоскости вращения "xoz", электроизмерительные схемы 17, 18 анемочувствительных элементов в плоскости вращения "yoz", сумматоры 19, 22, вычитающие устройства 20, 21, блок коррекции 23 чувствительности в плоскости вращения "xoz", усилитель 24 информативного сигнала в плоскости вращения "xoz", усилитель 25 информативного сигнала в плоскости вращения "yoz", блок коррекции 26 чувствительности в плоскости вращения "yoz" и блок преобразования информативного сигнала 27. Технический результат: повышение точности измерений угловой скорости. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.
Description
Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для определения величины угловой скорости подвижных объектов в двух плоскостях вращения.
К группе аналогов заявленного технического решения относятся устройства, защищенные патентом США №3205715 и авторским свидетельством СССР №1005560.
Струйный датчик угловой скорости по пат. кл. 73-516, США №3205715 содержит сопло, формирующее струю газа, нагнетатель, рабочую камеру, анемочувствительные элементы, расположенные симметрично относительно оси струи в плоскости вращения и преобразующие отклонение струи газа в электрический сигнал, пропорциональный угловой скорости, измерительные схемы и усилители сигналов. Недостатками этого устройства являются погрешности, возникающие за счет перекрестной влияния угловой скорости; возникновение погрешности при действии угловой скорости, определяемой наличием разности поступательных скоростей струи, покинувших срез сопла в различные моменты времени; неоднозначность измерения угловой скорости вследствие ее ограниченного диапазона измерения.
Струйный датчик угловой скорости по А.С. №1005560 G01P 3/26, опубликованный в бюл. №53, 14.08.79, содержит нагнетатель (источник пневмопитания), два чувствительных элемента в виде проволочек (металлических нитей), расположенные в точках максимального изменения скорости потока под действием угловой скорости на склонах параболического профиля скоростей и включенные в электроизмерительную схему, обеспечивающую режим постоянного сопротивления. Выделение и усиление информационного сигнала чувствительных элементов осуществляется дифференциальными усилителями. Недостатком устройства является низкая точность измерения, обусловленная влиянием контактных сопротивлений проволочных чувствительных элементов и сложностью настройки пневмонуля в процессе эксплуатации устройства, вызванной тем, что винты установки пневмонуля находятся внутри герметизированного объема датчика.
Наиболее близким по технической сущности к заявленному техническому решению, взятым за прототип, является двухкомпонентный струйный датчик угловой скорости по А.С. №1036182 G01P 3/22, опубликованному в бюл. №30, 16.03.81, состоящий из корпуса, нагнетателя, прокачивающего газ через сопло, формирующее струю, чувствительных элементов, установленных в рабочей камере и выполненных в виде термоанемометрических преобразователей. Чувствительные элементы образуют в плане правильный треугольник, центр которого расположен на оси рабочей камеры, при этом первый чувствительный элемент ориентирован параллельно одной из измерительных осей датчика. Чувствительные элементы подключены в соответствующие электроизмерительные схемы, выходные напряжения которых преобразуются соответствующими масштабными усилителями в выходные сигналы датчика.
Недостатки прототипа связаны с низкой точностью измерения угловой скорости из-за неидеальности геометрических размеров анемочувствительных элементов, входящих в термоанемометрический преобразователь, наличия погрешности, вызванной перекрестным взаимовлиянием ортогональных составляющих вектора угловой скорости и отсутствием коррекции по чувствительности.
Технический результат, на достижение которого направлено изобретение, заключается в повышении точности измерения за счет уменьшения перекрестного влияния угловых скоростей и коррекции чувствительности в каждой плоскости вращения, а также повышении конструктивно-технологических возможностей, позволяющих более точное воспроизведение геометрических параметров элементов устройства.
Технический результат достигается тем, что в двухкомпонентном струйном датчике угловой скорости, содержащем нагнетатель, формирующее сопло, анемочувствительные элементы, установленные в рабочей камере, измерительную схему, новым является то, что проволочные анемочувствительные элементы расположены друг относительно друга взаимно ортогонально в плоскостях вращения "хоz" и "yoz" подвижного объекта и закреплены на электропроводящих изолированных стойках, установленных на плоском основании, проницаемом для протекания струи и установленном перпендикулярно направлению ее течения в рабочей камере, причем первые концы всех анемочувствительных элементов электрически соединены между собой и закреплены на центральной стойке, а вторые концы каждого из анемочувствительных элементов закреплены на своих стойках, расположенных симметрично относительно центральной стойки в плоскостях вращения объекта, а измерительная схема образована из каналов измерения угловых скоростей в плоскостях вращения "xoz" и "yoz" объекта, в каждом из которых входы электроизмерительных схем подключены к соответствующим анемочувствительным элементам, а выходы электроизмерительных схем соединены соответственно с первыми и вторыми входами сумматоров и вычитающих устройств каждого из каналов, при этом выходы сумматоров связаны со входами блоков коррекции чувствительности, выходы которых соединены с первыми входами усилителей информативных сигналов соответствующих каналов, а выходы вычитающих устройств связаны со вторыми входами усилителей информативных сигналов, выходы которых подключены к первому и второму входам блока преобразования информативных сигналов, выход которого является входом для потребителя информации двухкомпонентного датчика угловой скорости.
Кроме того, в двухкомпонентном струйном датчике угловой скорости основание выполнено в виде диска с отверстиями, образующими ортогонально расположенные перегородки для снижения торможения струи и плавного их обтекания, а герметичный корпус заполнен рабочим газом, что обеспечивает постоянство плотности рабочей среды, более стабильный теплообмен анемочувствительных элементов со струей газа и уменьшение их старения при взаимодействии со средой.
Сущность изобретения поясняется на фиг.1, где представлена структурно-функциональная схема двухкомпонентного струйного датчика угловой скорости.
Здесь:
1 - нагнетатель (источник пневмопитания);
2 - формирующее сопло;
3 - рабочая камера;
4, 7, 9, 10, 11 - изолированные стойки;
5, 12 - анемочувствительные элементы плоскости вращения "yoz";
6, 13 - анемочувствительные элементы плоскости вращения "xoz";
8 - корпус устройства;
14 - основание;
15, 16 - электроизмерительные схемы анемочувствительных элементов в плоскости вращения "xoz";
17, 18 - электроизмерительные схемы анемочувствительных элементов в плоскости вращения "yoz";
19, 22 - сумматоры;
20, 21 - вычитающие устройства;
23 - блок коррекции чувствительности в плоскости вращения "xoz";
24 - усилитель информативного сигнала в плоскости вращения "xoz";
25 - усилитель информативного сигнала в плоскости вращения "yoz";
26 - блок коррекции чувствительности в плоскости вращения "yoz";
27 - блок преобразования информативных сигналов.
Двухкомпонентный струйный датчик угловой скорости включает в себя нагнетатель 1, формирующее сопло 2, рабочую камеру 3, анемочувствительные элементы 5, 12 в плоскости вращения " xoz", анемочувствительные элементы 6, 13 в плоскости вращения "yoz", изолированные стойки 4, 7, 9, 10, 11, расположенные в корпусе устройства 8 на основании 14, электроизмерительные схемы 15, 16 анемочувствительных элементов в плоскости вращения "xoz", электроизмерительные схемы 17, 18 анемочувствительных элементов в плоскости вращения "yoz", сумматоры 19, 22, вычитающие устройства 20, 21, блок коррекции 23 чувствительности в плоскости вращения "xoz", усилитель 24 информативного сигнала в плоскости вращения "xoz", усилитель 25 информативного сигнала в плоскости вращения "yoz", блок коррекции 26 чувствительности в плоскости вращения "yoz" и блок преобразования информативных сигналов 27.
Нагнетатель (источник пневмопитания) 1 создает в корпусе устройства 8 поток газа, который с помощью формирующего сопла 2 преобразуется в ламинарную струю газа в рабочей камере 3, обдувающую анемочувствительные элементы 6, 13 в плоскости вращения "yoz" и анемочувствительные элементы 5, 12 в плоскости вращения "xoz", расположенные взаимно ортогонально друг относительно друга в плоскостях вращения "yoz" и "xoz" и закрепленные на изолированных стойках 4, 7, 9, 10, 11 на основании 14 рабочей камеры 3, при этом с выходов анемочувствительных элементов сигналы поступают на соответствующие входы электроизмерительных схем 15, 16 и 17, 18, образуя каналы измерения угловых скоростей в плоскостях вращения "xoz" и "yoz".
При вращении объекта в плоскости вращения "xoz" с выхода электроизмерительной схемы 15 сигнал поступает на первые входы сумматора 19 и вычитающего устройства 20, с выхода электроизмерительной схемы 16 - на вторые входы сумматора 19 и вычитающего устройства 20, причем сигнал с выход сумматора 19 не изменяется при действии угловой скорости и пропорционален среднему значению скорости обдува анемочувствительных элементов и является входным блока коррекции 23 чувствительности в плоскости вращения "xoz", выходной сигнал вычитающего устройства 20 будет при этом пропорционален величине отклонения струи под действием угловой скорости, т.е. разности средних скоростей обдува анемочувствительных элементов, и является входным усилителя 24 информативного сигнала в плоскости вращения "xoz".
При вращении объекта в плоскости "yoz" аналогично работает второй канал преобразования информативного сигнала по второй составляющей угловой скорости.
При воздействии на датчик одновременно двух составляющих угловой скорости объекта уменьшается среднее значение обдува всех анемочувствительных элементов 5, 6, 12, 13 относительно заданного в блоках коррекции 23, 25 и на их выходах появятся сигналы, увеличивающие чувствительность преобразования усилителей информативных сигналов 24, 25, и, следовательно, на их выходах будут соответствовать величине составляющих угловой скорости, которые поступают на вход блока 27 преобразования информативных сигналов для потребителя.
Кроме того, основание 14, на котором закреплены изолированные стойки 4, 7, 9, 10, 11, выполнено в виде диска с отверстиями, образующими ортогонально расположенные перегородки, а герметичный корпус устройства 8 заполнен рабочим газом.
Двухкомпонентный струйный датчик угловой скорости работает следующим образом.
При отсутствии угловой скорости нагнетатель (источник пневмопитания) 1 создает в корпусе устройства 8 поток газа, который с помощью формирующего сопла 2 преобразуется в струю газа, ось которой совпадает с центром в точке О, являющейся общей точкой взаимно ортогонального расположения анемочувствительных элементов 6, 13 и 5, 12, закрепленных на изолированных стойках 4, 7, 9, 10, 11 рабочей камеры 3. При этом средние скорости, обдувающие каждый анемочувствительный элемент 6, 13 в плоскости вращения "xoz" и 5, 12 в плоскости вращения "yoz", одинаковы и, следовательно, равны напряжения Uωy1 - Uωy2 на выходах электроизмерительных схем 15, 16 в плоскости вращения "xoz" и Uωx1=Uωx2 на выходах электроизмерительных схем 17, 18 в плоскости вращения "yoz". Суммарные сигналы UΣY=Uωy1+Uωy2, UΣx=Uωx1+Uωx2 пропорциональны средним скоростям параболического закона распределения струи в данном сечении, при этом разность сигналов Uωy=Uωy1-Uωy=0 и Uωx=Uωx1-Uωx2=0.
При появлении угловой скорости в измерительной плоскости струя газа смещается от исходного положения, что приводит к изменению величины средней скорости, обдувающего анемочувствительные элементы, и, в конечном счете, к изменению выходных сигналов Uωx1, Uωx2 в плоскости вращения yoz", одновременно поступающих на сумматор 22 и вычитающее устройство 21, и Uωx1, Uωx2 - в плоскости вращения "xoz", одновременно поступающих на сумматор 19 и вычитающее устройство 20. При этом разность сигналов Uωy=Uωyx1-Uωy2 пропорциональна составляющей угловой скорости в плоскости вращения "xoz" и поступает на вход усилителя 24 информативного сигнала, Uωx=Uωx1-Uωx2 пропорциональна составляющей угловой скорости в плоскости вращения yoz" и поступает на вход усилителя 25 информативного сигнала. В плоскости вращения "xoz" суммарный сигнал UΣY не изменяется, но при действии перекрестного влияния составляющей угловой скорости в плоскости вращения "yoz" средняя скорость обдува анемочувствительных элементов 6, 13 уменьшается вследствие ухода профиля струи в данном сечении, что приводит, таким образом, к уменьшению сигнала UΣY, и, следовательно, необходимо провести коррекцию чувствительности в этой плоскости вращения, которая осуществляется посредством блока коррекции 23, выполненном на базе операционного усилителя с регулируемым коэффициентом усиления (Алексенко А.Г., Коломбет Е.А., Стародуб Г.И. Применение прецизионных аналоговых И.С. - М.: Сов. радио. 1980 - 224 с.), в сторону увеличения крутизны преобразования усилителя. Аналогичная картина наблюдается в плоскости вращения "yoz" с появлением перекрестного влияния составляющей угловой скорости в плоскости вращения "xoz", где необходимо провести коррекцию чувствительности посредством блок коррекции 26.
С соответствующих выходов усилителей 24, 25 сигналы, пропорциональные составляющим угловой скорости в плоскостях вращения "xoz" и "yoz", 
и 
через блок преобразования информативного сигнала 27, выполненного на базе микропроцессорного комплекта (Цветков Э.И. Процессорные измерительные средства. - Л.: Энергоатомиздат. Ленинигр. отд-ие, 1989. - 224 с., ил.), выдаются в удобной для потребителя форме (аналоговой, цифровой и т.д.).
Таким образом, заявляемый двухкомпонентный струйный датчик угловой скорости позволяет увеличить точность измерения за счет уменьшения перекрестного влияния угловых скоростей в каждой плоскости вращения и коррекции чувствительности, что достигается введением сумматоров, вычитающих устройств, блоков коррекции в каждый из каналов измерения составляющей угловой скорости, а также повышением конструктивно-технологических возможностей с более точным воспроизведением геометрических параметров элементов устройства, причем датчик угловой скорости реализуется на стандартных элементах.
Claims (2)
1. Двухкомпонентный струйный датчик угловой скорости, содержащий нагнетатель, формирующее сопло, анемочувствительные элементы, установленные в рабочей камере и измерительную схему, отличающийся тем, что проволочные анемочувствительные элементы расположены друг относительно друга ортогонально в плоскостях "xoz" и "yoz" вращения объекта и закреплены на электропроводящих изолированных стойках одинаковой высоты, размещенных перпендикулярно плоскому основанию, проницаемому для протекания струи и установленному перпендикулярно направлению ее течения в рабочей камере, причем первые концы всех анемочувствительных элементов электрически соединены между собой и закреплены на центральной стойке, а вторые концы каждого из анемочувствительных элементов закреплены на своих стойках, расположенных симметрично относительно центральной стойки в плоскостях вращения объекта, а измерительная схема образована из каналов измерения угловых скоростей в плоскостях "xoz" и "yoz" вращения объекта, в каждом из которых входы электроизмерительных схем подключены к соответствующим анемочувствительным элементам, а выходы электроизмерительных схем соединены соответственно с первыми и вторыми входами сумматоров и вычитающих устройств каждого из каналов измерения, при этом выходы сумматоров связаны со входами блоков коррекции чувствительности, выходы которых соединены с первыми входами усилителей информативных сигналов соответствующих каналов, а выходы вычитающих устройств связаны со вторыми входами усилителей информативных сигналов, выходы которых подключены к первому и второму входам блока преобразования информативных сигналов, выход которого является входом для потребителя информации двухкомпонентного датчика угловой скорости.
2. Двухкомпонентный струйный датчик угловой скорости по п.1, отличающийся тем, что основание выполнено в виде диска с отверстиями, образующими ортогонально расположенные перегородки, а герметичный корпус заполнен рабочим газом.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2011113157/28A RU2462723C1 (ru) | 2011-04-05 | 2011-04-05 | Двухкомпонентный струйный датчик угловой скорости |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2011113157/28A RU2462723C1 (ru) | 2011-04-05 | 2011-04-05 | Двухкомпонентный струйный датчик угловой скорости |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2462723C1 true RU2462723C1 (ru) | 2012-09-27 |
Family
ID=47078588
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2011113157/28A RU2462723C1 (ru) | 2011-04-05 | 2011-04-05 | Двухкомпонентный струйный датчик угловой скорости |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2462723C1 (ru) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2527529C1 (ru) * | 2013-01-09 | 2014-09-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева-КАИ" | Трехкомпонентный струйный датчик угловой скорости |
| RU2810625C1 (ru) * | 2023-10-30 | 2023-12-28 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева - КАИ" | Однокомпонентный струйный измеритель угловой скорости |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU108127A1 (ru) * | 1956-06-20 | 1956-11-30 | А.Ф. Платонова | Способ выделени карбидной фазы из жаропрочных сплавов |
| US3205715A (en) * | 1962-04-18 | 1965-09-14 | James M Meek | Angular rate sensor utilizing at least one fluid beam |
| SU1831116A1 (ru) * | 1989-08-09 | 1995-05-10 | Казанский Авиационный Институт Им.А.Н.Туполева | Устройство для определения скорости и направления потока в плоскости измерения |
| RU93025958A (ru) * | 1993-04-30 | 1995-07-09 | Казанский государственный технический университет им.А.Н.Туполева | Струйный датчик угловой скорости |
| SU1005560A1 (ru) * | 1979-08-14 | 2005-08-20 | В.П. Антонов | Струйный датчик угловой скорости |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2059251C1 (ru) * | 1993-04-30 | 1996-04-27 | Казанский государственный технический университет им.А.Н.Туполева | Струйный датчик угловой скорости |
-
2011
- 2011-04-05 RU RU2011113157/28A patent/RU2462723C1/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU108127A1 (ru) * | 1956-06-20 | 1956-11-30 | А.Ф. Платонова | Способ выделени карбидной фазы из жаропрочных сплавов |
| US3205715A (en) * | 1962-04-18 | 1965-09-14 | James M Meek | Angular rate sensor utilizing at least one fluid beam |
| SU1005560A1 (ru) * | 1979-08-14 | 2005-08-20 | В.П. Антонов | Струйный датчик угловой скорости |
| SU1831116A1 (ru) * | 1989-08-09 | 1995-05-10 | Казанский Авиационный Институт Им.А.Н.Туполева | Устройство для определения скорости и направления потока в плоскости измерения |
| RU93025958A (ru) * | 1993-04-30 | 1995-07-09 | Казанский государственный технический университет им.А.Н.Туполева | Струйный датчик угловой скорости |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2527529C1 (ru) * | 2013-01-09 | 2014-09-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева-КАИ" | Трехкомпонентный струйный датчик угловой скорости |
| RU2810625C1 (ru) * | 2023-10-30 | 2023-12-28 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева - КАИ" | Однокомпонентный струйный измеритель угловой скорости |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US9933279B2 (en) | Apparatus and method for contactless measurement of an angle | |
| CN102103013B (zh) | 三维矢量水听器 | |
| JP2011164019A5 (ru) | ||
| CN103901363A (zh) | 一种单芯片z轴线性磁阻传感器 | |
| WO2011026445A1 (zh) | 流场压力和速度的组合测量工具和方法 | |
| CN104142485B (zh) | 校准磁传感器的方法和装置 | |
| CN103592484B (zh) | 一种用于防强磁铁对电子式电能表产生误差影响的防窃电方法 | |
| CN203480009U (zh) | 一种单芯片z轴线性磁电阻传感器 | |
| CN104597273B (zh) | 一种运动速度的测试方法和设备 | |
| KR101331956B1 (ko) | 아날로그 ｍｅｍｓ 센서를 이용하는 고정밀 ｉｎｓ 모듈 및 그 구동 방법 | |
| RU2462723C1 (ru) | Двухкомпонентный струйный датчик угловой скорости | |
| US6601447B1 (en) | Acoustic anemometer for simultaneous measurement of three fluid flow vector components | |
| RU110493U1 (ru) | Двухкомпонентный струйный датчик угловой скорости | |
| CN107167626A (zh) | 基于非正交测风阵型的三维超声波测风仪及测风方法 | |
| FI63298B (fi) | Pao jonisering baserande anordning foer maetning av gasers stroemningshastighet | |
| RU2527529C1 (ru) | Трехкомпонентный струйный датчик угловой скорости | |
| CN101187672A (zh) | 流速流向测量装置及其方法 | |
| CN115790736A (zh) | 一种用于检测旋进漩涡频率信号的传感器 | |
| CN110160553B (zh) | 被约束体微小姿态动态测试装置以及解算方法 | |
| RU120233U1 (ru) | Двухкомпонентный струйный датчик угловой скорости | |
| CN105652082B (zh) | 高精度电信号频率测量方法及其装置 | |
| CN108109394A (zh) | 基于矢量模型的单地磁车辆交通参数检测系统及方法 | |
| JP2009243892A (ja) | 周波数測定装置、電流測定装置及び電流測定方法 | |
| RU133288U1 (ru) | Трехкомпонентный струйный датчик угловой скорости | |
| CN105388325A (zh) | 人工纤毛的仿耳蜗半规管旋转加速度传感器 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20140406 |