RU2670178C2 - Linear vacuum accelerometer - Google Patents
Linear vacuum accelerometer Download PDFInfo
- Publication number
- RU2670178C2 RU2670178C2 RU2017135805A RU2017135805A RU2670178C2 RU 2670178 C2 RU2670178 C2 RU 2670178C2 RU 2017135805 A RU2017135805 A RU 2017135805A RU 2017135805 A RU2017135805 A RU 2017135805A RU 2670178 C2 RU2670178 C2 RU 2670178C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- inertial mass
- coils
- anode grids
- key
- switching
- Prior art date
Links
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 5
- 239000000725 suspension Substances 0.000 claims description 19
- 230000004907 flux Effects 0.000 claims description 4
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 abstract description 26
- 238000005259 measurement Methods 0.000 abstract description 9
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 abstract description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 238000010894 electron beam technology Methods 0.000 description 7
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 7
- 238000000034 method Methods 0.000 description 6
- 230000009471 action Effects 0.000 description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 3
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 229910021421 monocrystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 2
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 1
- 230000005670 electromagnetic radiation Effects 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 1
- 238000000844 transformation Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
- G01P15/00—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration
- G01P15/02—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses
- G01P15/08—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Switches Operated By Changes In Physical Conditions (AREA)
- Micromachines (AREA)
Abstract
Description
Заявляемый линейный вакуумный акселерометр относится к измерительной технике и может быть использован в системах ориентации и навигации для измерения ускорения.The inventive linear vacuum accelerometer relates to measuring technique and can be used in orientation and navigation systems to measure acceleration.
Известен электронно-ламповый акселерометр (Vacuum-tube accelerometer) по патенту US 3109311 А от 05.11.1963 года, МПК G01P 15/08 [1], содержащий герметичную вакуумную трубку, которая может быть выполнена из стекла или металла, нагретый катод, неподвижно закрепленный внутри трубки, сетку управления, неподвижно закрепленную внутри трубки и окружающую катод, электронный экран, неподвижно закрепленный внутри трубки и окружающий сетку. Кроме того, устройство содержит две пары анодов, причем каждая пара расположена диаметрально противоположно другой паре, а аноды каждой пары разделены зазором. В устройстве создаются две пары связанных электронных лучей, которые частично окружают экран и проходят между экраном и анодами и полностью изолированы внутри герметичной трубки. На нижней пластине установлен груз, преобразующий ее в маятник, качающийся на подшипниках вокруг катода. Каждая из пар пластин имеет зазор, через который проходят электронные лучи, когда трубка не подвергается ускорению или наклону. Ускорение или замедление перемещает пластины из потока лучей электронов, которые выходят наружу из зазоров между пластинами. Это движение уменьшает поток электронов из пластин, тем самым формируя электрический сигнал.Known electron-tube accelerometer (Vacuum-tube accelerometer) according to patent US 3109311 A dated 05.11.1963, IPC G01P 15/08 [1], containing a sealed vacuum tube that can be made of glass or metal, a heated cathode, fixedly fixed inside the tube, a control grid fixedly fixed inside the tube and the surrounding cathode, an electronic screen fixedly fixed inside the tube and surrounding the grid. In addition, the device contains two pairs of anodes, each pair being diametrically opposed to another pair, and the anodes of each pair are separated by a gap. The device creates two pairs of coupled electron beams that partially surround the screen and pass between the screen and the anodes and are completely isolated inside the sealed tube. A load is mounted on the bottom plate, converting it into a pendulum swinging on bearings around the cathode. Each of the pairs of plates has a gap through which the electron beams pass when the tube is not subjected to acceleration or inclination. Acceleration or deceleration moves the plates out of a stream of electron beams that exit out of the gaps between the plates. This movement reduces the flow of electrons from the plates, thereby forming an electrical signal.
Недостатком известного устройства [1] является низкая точность вследствие применения аналогового способа изменения ускорения, ввиду его подверженности шумам, помехам и высокой нелинейности.A disadvantage of the known device [1] is the low accuracy due to the use of the analog method of changing acceleration, due to its susceptibility to noise, interference and high non-linearity.
Известна электронно-ламповая измерительная головка (Vacuum tube pick-up) по патенту US 2839701 А от 17.06.1958 года, МПК H01J 21/08 [2], содержащая вакуумную трубку, снабженную жесткой оболочкой, разнесенные друг относительно друга катод и пластину, смонтированные внутри оболочки, сетку, расположенную между катодом и пластиной и выполненную с возможностью движения относительно пластины, инерционную массу, соединенную с сеткой и расположенную между катодом и пластиной, причем инерционная масса перемещается в зависимости от приложенного ускорения и изменяет электрический сигнал, идущий с трубки, в зависимости величины ускорения. Измерение ускорения в известном аналоге производится с помощью релаксационного генератора. Частота выхода генератора изменяется в соответствии с положением сетки, которое, как описано выше, изменяется в зависимости от измеряемого физического явления.Known electron tube measuring head (Vacuum tube pick-up) according to the patent US 2839701 A dated 06/17/1958, IPC H01J 21/08 [2], containing a vacuum tube equipped with a hard shell, spaced apart cathode and plate mounted relative to each other inside the shell, a grid located between the cathode and the plate and configured to move relative to the plate, an inertial mass connected to the grid and located between the cathode and the plate, and the inertial mass moves depending on the applied acceleration and changes the ele electric signal coming from the tube, depending on the magnitude of acceleration. Acceleration measurement in the known analogue is carried out using a relaxation generator. The generator output frequency changes in accordance with the position of the grid, which, as described above, varies depending on the measured physical phenomenon.
Недостатком известного устройства [2], также как и аналога [1], является низкая точность вследствие применения аналогового способа изменения ускорения, ввиду его подверженности шумам, помехам и высокой нелинейности.A disadvantage of the known device [2], as well as the analogue [1], is the low accuracy due to the use of the analog method of changing acceleration, due to its susceptibility to noise, interference and high non-linearity.
Известен акселерометр (Accelerometer) по патенту US 3084557 А от 09.04.1963 года, МПК G01P 15/08 [3], содержащий оболочку, заполненную газом, первый чувствительный элемент, имеющий катод, пластину, расположенную на одном конце оболочки, второй чувствительный элемент, имеющий катод, и пластину, расположенную на другом конце оболочки, первый контур, включающий в себя первый резистор, соединяющий катоды, второй контур, включающий в себя второй резистор, соединяющий пластины, мостовую схему, включающую в себя усилитель, соединенный с измерительными концами резисторов и источник напряжения, подключенный к опорным концам резисторов. Ускорение, действующее на устройство в направлении, соответствующем концам резисторов, создает ток в мостовом контуре, пропорциональный величине ускорения. Известное устройство также может содержать по меньшей мере три пары противоположных чувствительных элементов каждый, включая катод, и пластину, посредством которой ускоряющие силы могут быть определены во всех направлениях каждой пары чувствительных элементов, расположенных поперек другой пары чувствительных элементов.Known accelerometer (Accelerometer) according to the patent US 3084557 A dated 04/09/1963, IPC G01P 15/08 [3], comprising a shell filled with gas, a first sensing element having a cathode, a plate located at one end of the shell, a second sensing element, having a cathode and a plate located at the other end of the sheath, a first circuit including a first resistor connecting the cathodes, a second circuit including a second resistor connecting the plates, a bridge circuit including an amplifier connected to the measuring ends of the resistor in and a voltage source connected to the reference ends of the resistors. The acceleration acting on the device in the direction corresponding to the ends of the resistors creates a current in the bridge circuit proportional to the magnitude of the acceleration. The known device may also contain at least three pairs of opposite sensing elements each, including the cathode, and a plate by which accelerating forces can be determined in all directions of each pair of sensitive elements located across another pair of sensitive elements.
Недостатком известного устройства [3], также как и аналогов [1] и [2], является низкая точность вследствие применения аналогового способа изменения ускорения, ввиду его подверженности шумам, помехам и высокой нелинейности.A disadvantage of the known device [3], as well as analogs [1] and [2], is the low accuracy due to the use of the analog method of changing acceleration, due to its susceptibility to noise, interference and high non-linearity.
Известен «Маятниковый компенсационный акселерометр» (Compensation pendulous accelerometer) по патенту US 6422076 В1 от 23.07.2002 года, МПК G01P 15/13 [4], содержащий корпус, в котором расположен маятниковый блок, выполненный в виде единой пластины монокристаллического кремния, который содержит подвижную лопатку на упругом подвесе и опорную рамку с выступами. На противоположных сторонах подвижной лопатки закреплены две магнитные системы и две катушки вращающего устройства, которые расположены с зазором относительно сердечника и закреплены на соответствующей стороне подвижной лопатки. Упругий подвес содержит гибкие элементы, расположенные под углом 90 градусов относительно друг друга, симметрично относительно оси симметрии маятникового устройства. Когда акселерометр ускоряется, подвижная лопатка отклоняется в направлении, противоположном ускорению, и ток в катушках возвращает подвижную лопатку в исходное положение. Измеренный ток в катушках используется для определения ускорения.Known "Compensation pendulous accelerometer" (Compensation pendulous accelerometer) according to the patent US 6422076 B1 from 07.23.2002, IPC G01P 15/13 [4], containing a housing in which the pendulum block is made in the form of a single plate of single-crystal silicon, which contains a movable blade on an elastic suspension and a support frame with protrusions. On the opposite sides of the movable blade two magnetic systems and two coils of the rotary device are fixed, which are located with a gap relative to the core and are fixed on the corresponding side of the moving blade. The elastic suspension contains flexible elements located at an angle of 90 degrees relative to each other, symmetrically with respect to the axis of symmetry of the pendulum device. When the accelerometer accelerates, the movable blade deviates in the opposite direction to acceleration, and the current in the coils returns the movable blade to its original position. The measured current in the coils is used to determine the acceleration.
Недостатком известного аналога [4], также как и аналогов [1], [2] и [3], является низкая точность вследствие применения аналогового способа изменения ускорения, ввиду его подверженности шумам, помехам и высокой нелинейности.A disadvantage of the known analogue [4], as well as analogs [1], [2] and [3], is the low accuracy due to the use of the analogue method of changing acceleration, due to its susceptibility to noise, interference and high non-linearity.
Известен «Линейный микроакселерометр» по патенту РФ 2410703 от 27.01.2011 года, МПК G01P 15/08 [5], содержащий корпус, крышку, две инерционные массы на упругих подвесах, выполненные в виде прямоугольных пластин из монокристаллического кремния и расположенные в одной плоскости последовательно друг за другом вдоль оси чувствительности с возможностью линейного перемещения. Два датчика положения для каждой инерционной массы выполнены в виде двух пар излучателей и фотоприемников. Первые из них расположены в отверстиях крышки над прямоугольными пластинами, а вторые - соосно с ними размещены в корпусе. При этом каждая пара фотоприемников соединяется с соответствующим ей компаратором. Выходы компараторов соединены с ключами, к которым также подсоединен стабилизированный источник тока. Выходы ключей через упругие подвесы соединены с токопроводящими дорожками компенсационных преобразователей, выполненных в виде двух постоянных магнитов, размещенных на крышке и корпусе, и токопроводящих дорожек, напыленных на поверхности прямоугольных пластин перпендикулярно оси чувствительности. Изобретение позволяет повысить точность измерения за счет введения режима автоколебаний.The well-known "Linear microaccelerometer" according to the patent of the Russian Federation 2410703 dated 01/27/2011, IPC G01P 15/08 [5], comprising a housing, a cover, two inertial masses on elastic suspensions, made in the form of rectangular plates of monocrystalline silicon and located in the same plane in series one after another along the axis of sensitivity with the possibility of linear movement. Two position sensors for each inertial mass are made in the form of two pairs of emitters and photodetectors. The first of them are located in the openings of the lid above the rectangular plates, and the second ones are coaxially aligned with them in the housing. In this case, each pair of photodetectors is connected to its corresponding comparator. The outputs of the comparators are connected to the keys, to which a stabilized current source is also connected. The outputs of the keys through elastic suspensions are connected to the conductive paths of the compensation transducers, made in the form of two permanent magnets placed on the cover and the housing, and conductive paths sprayed on the surface of rectangular plates perpendicular to the sensitivity axis. The invention improves the accuracy of measurements by introducing a mode of self-oscillations.
Недостатком известного аналога [5], является низкая точность вследствие применения оптических датчиков положения, не обладающих достаточной разрешающей способностью из-за низкого дифракционного предела оптического излучения.A disadvantage of the known analogue [5] is the low accuracy due to the use of optical position sensors that do not have sufficient resolution due to the low diffraction limit of optical radiation.
Наиболее близким из числа известных технических решений (прототипом) является «Линейный микроакселерометр» по патенту РФ 2561303 С1 от 27.08.2015 года, МПК G01P 15/08 [6], содержащий основание, крышку, рамку с инерционной массой, установленную с возможностью перемещения на упругих подвесах, датчик положения и источник напряжения, два усилителя тока, ключ, электромагнитный силовой привод, состоящий из 2N катушек, размещенных на 2N магнитопроводящих сердечниках с явно выраженными полюсами, направленными к торцевым сторонам инерционной массы, при этом магнитопроводящие сердечники размещены на противоположных торцевых сторонах рамки по N с каждой стороны, а на поверхности инерционной массы в области каждого из торцов расположены магнитопроводы, замыкающие магнитные потоки катушек, причем входы катушек подключены к выходу ключа, При этом, датчик положения выполнен оптическим, и состоит из излучателя и фотоприемников, при этом излучатель подключен к источнику напряжения, а между излучателем и фотоприемниками расположена оптическая щель.The closest known technical solution (prototype) is the "Linear microaccelerometer" according to the patent of the Russian Federation 2561303 C1 dated 08.28.2015, IPC G01P 15/08 [6], containing a base, a cover, a frame with an inertial mass, mounted for moving on elastic suspensions, a position sensor and a voltage source, two current amplifiers, a key, an electromagnetic power drive, consisting of 2N coils placed on 2N magnetically conductive cores with distinct poles directed to the end faces of the inertial mass, while conductive cores are placed on opposite ends of the frame in N directions on each side, and on the surface of the inertial mass in the area of each of the ends are magnetic circuits that close the magnetic fluxes of the coils, and the inputs of the coils are connected to the output of the key. Moreover, the position sensor is optical and consists of from the emitter and photodetectors, while the emitter is connected to a voltage source, and between the emitter and the photodetectors there is an optical gap.
Недостатком прототипа [6] является низкая точность измерения ускорения вследствие ограничений оптического датчика положения, разрешающая способность которого ограничивается дифракционным пределом оптического излучения.The disadvantage of the prototype [6] is the low accuracy of the measurement of acceleration due to the limitations of the optical position sensor, the resolution of which is limited by the diffraction limit of the optical radiation.
Общим недостатком рассмотренных технических решений [1…6] является низкая разрешающая способность датчика положения чувствительного элемента, и, как следствие, невозможность фиксирования достаточно малых перемещений чувствительного элемента, вызванных воздействием измеряемого ускорения, что снижает точность измерения ускорения.A common drawback of the considered technical solutions [1 ... 6] is the low resolution of the sensor of the position of the sensitive element, and, as a result, the inability to record sufficiently small displacements of the sensitive element caused by the influence of the measured acceleration, which reduces the accuracy of the measurement of acceleration.
Задачей является создание линейного акселерометра, измеряющего ускорения с более высокой точностью.The task is to create a linear accelerometer that measures accelerations with higher accuracy.
Технический результат состоит в повышении точности измерения ускорения.The technical result consists in increasing the accuracy of measuring acceleration.
Технический результат (сущность изобретения) достигается тем, что в линейном вакуумном акселерометре, содержащем основание, крышку, рамку с инерционной массой, установленную с возможностью перемещения на упругих подвесах вокруг оси, датчик положения и источник напряжения 2M компараторов, два усилителя тока, ключ, электромагнитный силовой привод, состоящий из 2N катушек, размещенных на 2N магнитопроводящих сердечниках с явно выраженными полюсами, направленными к торцевым сторонам инерционной массы, при этом магнитопроводящие сердечники размещены на противоположных торцевых сторонах рамки по N с каждой стороны, а на поверхности инерционной массы в области каждого из торцов расположены магнитопроводы, замыкающие магнитные потоки катушек, причем входы катушек подключены к выходу ключа, рамка с инерционной массой выполнена в виде запаянной вакуумной колбы, в которую дополнительно введены нить накала, катод в виде металлической пластины, и 2М анодных сеток, а на инерционной массе дополнительно размещена переключающая сетка с возможностью свободного прохождения через 2М анодных сеток при перемещении инерционной массы, при этом к нити накала подключен источник напряжения накала, к переключающей сетке подключен источник напряжения переключения, а к 2М анодным сеткам подключены 2М источников напряжения анодных сеток и 2М резисторов, которые через компараторы подключены к ключу.The technical result (the essence of the invention) is achieved by the fact that in a linear vacuum accelerometer containing a base, a cover, an inertial mass frame mounted with the possibility of movement on elastic suspensions around the axis, a position sensor and a voltage source 2M comparators, two current amplifiers, a key, an electromagnetic a power drive, consisting of 2N coils placed on 2N magnetically conductive cores with distinct poles directed to the end faces of the inertial mass, while the magnetically conductive cores p are located on opposite end sides of the frame along N on each side, and on the surface of the inertial mass in the area of each of the ends are magnetic circuits that close the magnetic fluxes of the coils, and the inputs of the coils are connected to the output of the key, the frame with the inertial mass is made in the form of a sealed vacuum flask, in which is additionally introduced with a filament, a cathode in the form of a metal plate, and 2M anode grids, and an inertial mass additionally contains a switching grid with the possibility of free passage through a 2M anode s mesh by moving inertial masses thus to the filament heating voltage source is connected to the switching grid connected voltage source switch, and to the anode grids 2M 2M connected voltage sources anode grids and 2M resistors, through which the comparators are connected to the key.
Технический результат достигается за счет того, что применение электронно-лучевого датчика положения позволяет повысить точность определения координат и перемещений чувствительного элемента за счет уменьшения дифракционного предела, чем достигается повышение точности измерения ускорения.The technical result is achieved due to the fact that the use of an electron beam position sensor can improve the accuracy of determining the coordinates and movements of the sensing element by reducing the diffraction limit, thereby achieving an increase in the accuracy of acceleration measurement.
Дифракционный предел - минимально возможный размер точки, в которую можно сфокусировать электромагнитное излучение. При этом он пропорционален длине волны используемого излучения - для оптического датчика положения длина волны ограничена диапазоном 350…700 нм, а дифракционный предел 200…350 нм. Для электронно-лучевого датчика длина волны может быть на порядки меньше, соответственно дифракционный предел может составлять единицы нм.The diffraction limit is the smallest possible size of the point at which electromagnetic radiation can be focused. Moreover, it is proportional to the wavelength of the radiation used - for an optical position sensor, the wavelength is limited to the range 350 ... 700 nm, and the diffraction limit is 200 ... 350 nm. For an electron beam sensor, the wavelength can be orders of magnitude smaller, respectively, the diffraction limit can be units of nm.
Сущность технического решения поясняется чертежами, где на фиг. 1. представлена конструктивная схема устройства. На фиг. 2 приведен пример формы переключающей сетки и одной из анодных сеток.The essence of the technical solution is illustrated by drawings, where in FIG. 1. presents a structural diagram of the device. In FIG. Figure 2 shows an example of the shape of a switching grid and one of the anode grids.
На фиг. 1 и на фиг. 2 и введены следующие обозначения:In FIG. 1 and in FIG. 2 and the following notation is introduced:
1. Рамка;1. The frame;
2. Инерционная масса;2. Inertial mass;
3. Упругие подвесы;3. Elastic suspensions;
4. Компараторы;4. Comparators;
5. Усилители тока;5. Current amplifiers;
6. Ключ;6. The key;
7. Катушки;7. Coils;
8. Магнитопроводящие сердечники;8. Magnetic conductive cores;
9. Магнитопроводы;9. Magnetic cores;
10. Нить накала;10. The filament;
11. Катод;11. The cathode;
12. Анодные сетки;12. Anode grids;
13. Переключающая сетка;13. The switching grid;
14. Источник напряжения накала;14. The source of voltage;
15. Источник напряжения переключения;15. Switching voltage source;
16. Источники напряжения анодных сеток;16. Voltage sources of anode grids;
17. Резисторы.17. Resistors.
Предлагаемый линейный вакуумный акселерометр состоит из рамки (1) с инерционной массой (2), установленной с возможностью перемещения на упругих подвесах (3) вокруг оси и содержит 2М компараторов (4), два усилителя тока (5), ключ (6), электромагнитный силовой привод, состоящий из 2N катушек (7), размещенных на 2N магнитопроводящих сердечниках (8) с явно выраженными полюсами, направленными к торцевым сторонам инерционной массы. Магнитопроводящие сердечники размещены на противоположных торцевых сторонах рамки по N с каждой стороны, а на поверхности инерционной массы в области каждого из торцов расположены магнитопроводы (9), замыкающие магнитные потоки катушек. Входы катушек (7) подключены к выходу ключа (6) через усилители тока (5). Рамка с инерционной массой выполнена в виде запаянной вакуумной колбы, содержащей нить накала (10), катод (11) в виде металлической пластины, и 2М анодных сеток (12). На инерционной массе размещена переключающая сетка (13) с возможностью свободного прохождения через 2М анодных сеток при перемещении инерционной массы. К нити накала подключен источник напряжения накала (14), к переключающей сетке подключен источник напряжения переключения (15), а к 2М анодным сеткам подключены 2М источников напряжения анодных сеток (16) и 2М резисторов (17), которые через компараторы подключены к ключу (6).The proposed linear vacuum accelerometer consists of a frame (1) with an inertial mass (2) installed with the possibility of movement on elastic suspensions (3) around the axis and contains 2M comparators (4), two current amplifiers (5), a key (6), an electromagnetic a power drive consisting of 2N coils (7) located on 2N magnetically conductive cores (8) with distinct poles directed to the end faces of the inertial mass. Magnetic conductive cores are placed on the opposite end sides of the frame with N on each side, and on the surface of the inertial mass in the area of each of the ends there are magnetic cores (9) that close the magnetic fluxes of the coils. The inputs of the coils (7) are connected to the output of the key (6) through current amplifiers (5). The inertial mass frame is made in the form of a sealed vacuum bulb containing a filament (10), a cathode (11) in the form of a metal plate, and 2M anode grids (12). A switching grid (13) is placed on the inertial mass with the possibility of free passage through 2M anode grids when moving the inertial mass. A glow voltage source (14) is connected to the filament, a switching voltage source (15) is connected to the switching grid, and 2M voltage sources of the anode grids (16) and 2M resistors (17) are connected to the 2M anode grids, which are connected to the key via comparators ( 6).
Линейный вакуумный акселерометр работает следующим образом.Linear vacuum accelerometer works as follows.
В начальный момент времени рамка (1), инерционная масса (2), упругие подвесы (3) и переключающая сетка (13) находятся в состоянии покоя.At the initial moment of time, the frame (1), the inertial mass (2), the elastic suspensions (3) and the switching grid (13) are at rest.
К каждой из 2М анодных сеток (12) подключены 2М источников напряжения анодных сеток (16) через 2М резисторов (17), что создает разность потенциалов между катодом (11) и анодными сетками (12). Напряжение источников напряжения анодных сеток (16) и значение сопротивления резисторов (17) подобрано таким образом, что создаваемая на анодных сетках (12) разность потенциалов существенно меньше разности потенциалов между переключающей сеткой (13) и катодом (11, следовательно, падение напряжения на резисторах (17) меняется скачкообразно в зависимости от положения переключающей сетки (13): Если переключающая сетка (13) находится между катодом (11) и одной из 2М анодных сеток (12), то падение напряжения н соответствующем резисторе меньше, чем в случае, когда соответствующая анодная сетка (12) находится между катодом (11) и переключающей сеткой (13), в результате того, что поток электронов от катода (11) отклоняется на переключающую сетку (13), так как на ней создается много большая разность потенциалов по отношению к катоду (11), чем на 2М анодных сетках (12).To each of the 2M anode grids (12), 2M voltage sources of the anode grids (16) are connected through 2M resistors (17), which creates a potential difference between the cathode (11) and the anode grids (12). The voltage of the voltage sources of the anode grids (16) and the resistance value of the resistors (17) are selected in such a way that the potential difference created on the anode grids (12) is significantly less than the potential difference between the switching grid (13) and the cathode (11, therefore, the voltage drop across the resistors (17) changes stepwise depending on the position of the switching grid (13): If the switching grid (13) is between the cathode (11) and one of the 2M anode grids (12), then the voltage drop in the corresponding resistor is less than in the case when the corresponding anode grid (12) is located between the cathode (11) and the switching grid (13), as a result of the fact that the electron flow from the cathode (11) deviates to the switching grid (13), since a much larger potential difference is created over it relative to the cathode (11) than on 2M anode grids (12).
Возникающая на каждом из 2М резисторов (17) разность потенциалов фиксируется компараторами (4), совокупность сигналов с которых переводят ключ (6) в одно из двух состояний «0» или «1».The potential difference arising on each of the 2M resistors (17) is fixed by comparators (4), the set of signals from which translate the key (6) into one of two states “0” or “1”.
В момент включения устройства ключ (6) переводится в предустановленное состояние «1» и выдает сигнал на первый усилитель тока (5). Таким образом, первый усилитель тока (5) находится во включенном состоянии и питает током первые N катушек (7), создающие магнитное поле в первых N магнитопроводящих сердечниках (8), в которое также втягиваются первый магнитопровод (9), при этом инерционная масса (2) вместе с переключающей сеткой (13) поворачивается на упругих подвесах (3) в сторону первых N катушек (7) до тех пор, пока силы упругости, возникающие в упругих подвесах (3) не уравновесят силу притяжения первых магнитопроводов (9) к первым N катушкам (7) и первым N магнитопроводящим сердечникам (8).When the device is turned on, the key (6) is transferred to the preset state “1” and gives a signal to the first current amplifier (5). Thus, the first current amplifier (5) is in the on state and supplies current to the first N coils (7), which create a magnetic field in the first N magnetically conductive cores (8), into which the first magnetic circuit (9) is also pulled, while the inertial mass ( 2) together with the switching grid (13) it rotates on elastic suspensions (3) in the direction of the first N coils (7) until the elastic forces arising in the elastic suspensions (3) balance the force of attraction of the first magnetic circuits (9) to the first N coils (7) and first N magnetically conductive cores (8).
В это время производится нагрев нити накала (10) с помощью источника напряжения накала (14). Нагрев нити накала (10) вызывает нагрев катода (11). Через некоторое время катод (11) нагревается до температуры, при которой на его поверхности начинается процесс электронной эмиссии, при этом вылетающие электроны направляются разностью потенциалов между переключающей сеткой (13) и катодом (11), созданной источником напряжения переключения (15), по направлению к переключающей сетке (13). При этом поток электронов между катодом (11) и переключающей сеткой (13) проходит через 2М анодных сеток (12).At this time, the filament (10) is heated using a filament voltage source (14). Heating the filament (10) causes the cathode (11) to heat. After some time, the cathode (11) heats up to a temperature at which the process of electron emission begins on its surface, while the emitted electrons are directed by the potential difference between the switching grid (13) and the cathode (11) created by the switching voltage source (15), in the direction to the switching grid (13). In this case, the electron flow between the cathode (11) and the switching grid (13) passes through 2M anode grids (12).
Переключающая сетка (13) находится в крайнем верхнем положении в результате притяжения инерционной массы (2) к первым N катушкам (7) и первым N магнитопроводящим сердечникам (8), при этом все 2М анодных сеток (12) находятся между катодом (11) и переключающей сеткой (13). Совокупность сигналов с компараторов (4) в этом случае переводит ключ (6) в состояние «0», в результате чего компаратор (4) перестает выдавать сигнал на первый усилитель тока (5) и начинает выдавать сигнал на второй усилитель тока (5).The switching grid (13) is in its highest position due to the attraction of the inertial mass (2) to the first N coils (7) and the first N magnetically conducting cores (8), while all 2M anode grids (12) are located between the cathode (11) and switching grid (13). The set of signals from the comparators (4) in this case sets the key (6) to the state “0”, as a result of which the comparator (4) ceases to give a signal to the first current amplifier (5) and starts to give a signal to the second current amplifier (5).
Первый усилитель тока (5) выключается и перестает питать током первые N катушек (7), которые перестают создавать магнитное поле в первых N магнитопроводящих сердечниках (8). Первый магнитопровод (9) перестают притягиваться к первым N катушкам (7) и первым N магнитопроводящим сердечникам (8), при этом инерционная масса (2) вместе с переключающей сеткой (13) начинает поворачиваться на упругих подвесах (3) в сторону вторых N катушек (7) под действием силы упругости упругих подвесов (3).The first current amplifier (5) turns off and stops supplying current to the first N coils (7), which cease to create a magnetic field in the first N magnetically conducting cores (8). The first magnetic circuit (9) ceases to be attracted to the first N coils (7) and the first N magnetically conducting cores (8), while the inertial mass (2) together with the switching grid (13) begins to rotate on elastic suspensions (3) towards the second N coils (7) under the action of the elastic force of elastic suspensions (3).
Одновременно с этим, второй усилитель тока (5) переходит во включенное состояние и начинает питать током вторые N катушек (7), которые начинают создавать магнитное поле во вторых N магнитопроводящих сердечниках (8), в которое втягивается второй магнитопровод (9) вместе с инерционной массой (2) и переключающей сеткой (13). Инерционная масса (2) и переключающая сетка (13) поворачиваются на упругих подвесах (3) в сторону вторых N катушек (7) до тех пор, пока положение переключающей сетки (13) относительно анодных сеток (12) не создаст на компараторах (4) совокупность сигналов, которые, будучи преобразованными компаратором (4), не переведут ключ (6) в состояние «1». В результате этого компаратор (4) перестает выдавать сигнал на второй усилитель тока (5) и начинает выдавать сигнал на первый усилитель тока (5).At the same time, the second current amplifier (5) goes into the on state and starts supplying current to the second N coils (7), which begin to create a magnetic field in the second N magnetically conductive cores (8), into which the second magnetic circuit (9) is pulled together with the inertial mass (2) and switching grid (13). The inertial mass (2) and the switching grid (13) are rotated on elastic suspensions (3) towards the second N coils (7) until the position of the switching grid (13) relative to the anode grids (12) is created on the comparators (4) a set of signals that, being converted by the comparator (4), will not translate the key (6) into state “1”. As a result of this, the comparator (4) ceases to provide a signal to the second current amplifier (5) and begins to issue a signal to the first current amplifier (5).
Второй усилитель тока (5) выключается и перестает питать током вторые N катушек (7), которые перестают создавать магнитное поле во вторых N магнитопроводящих сердечниках (8). Второй магнитопровод (9) перестает притягиваться ко вторым N катушкам (7) и вторым N магнитопроводящим сердечникам (8), при этом инерционная масса (2) вместе с переключающей сеткой (13) начинает поворачиваться на упругих подвесах (3) в сторону первых N катушек (7) под действием силы упругости упругих подвесов (3).The second current amplifier (5) turns off and ceases to supply current to the second N coils (7), which cease to create a magnetic field in the second N magnetically conductive cores (8). The second magnetic circuit (9) ceases to be attracted to the second N coils (7) and second N magnetic conductive cores (8), while the inertial mass (2) together with the switching grid (13) starts to rotate on elastic suspensions (3) towards the first N coils (7) under the action of the elastic force of elastic suspensions (3).
Одновременно с этим, первый усилитель тока (5) переходит во включенное состояние и начинает питать током первые N катушек (7), которые начинают создавать магнитное поле в первых N магнитопроводящих сердечниках (8), в которое втягивается первый магнитопровод (9) вместе с инерционной массой (2) и переключающей сеткой (13). Инерционная масса (2) и переключающая сетка (13) поворачиваются на упругих подвесах (3) в сторону первых N катушек (7) до тех пор, пока положение переключающей сетки (13) относительно анодных сеток (12) не создаст на компараторах (4) совокупность сигналов, которые, будучи преобразованными компаратором (4), не переведут ключ (6) в состояние «0». Далее цикл повторяется заново.At the same time, the first current amplifier (5) goes into the on state and begins to supply current to the first N coils (7), which begin to create a magnetic field in the first N magnetically conductive cores (8), into which the first magnetic circuit (9) is pulled together with the inertial mass (2) and switching grid (13). The inertial mass (2) and the switching grid (13) are rotated on elastic suspensions (3) towards the first N coils (7) until the position of the switching grid (13) relative to the anode grids (12) is created on the comparators (4) a set of signals that, being converted by the comparator (4), will not translate the key (6) to the state "0". Next, the cycle repeats again.
Инерционная масса (2) начинает совершать автоколебательное движение, попеременно поворачиваясь на упругих подвесах (3) то в сторону первых N катушек (7), то в сторону вторых N катушек (7). Закрепленная на инерционной массе (2) переключающая сетка (13) постоянно перемещается относительно анодных сеток (12) и создает на компараторах (4) сигнал, циклически переключающий ключ (6) между состояниями «1» и «0». Таким образом, в отсутствие внешнего ускорения электрический сигнал с ключа (6) принимает вид меандра со скважностью 50%, и все компоненты устройства работают в ключевом режиме.The inertial mass (2) begins to oscillate, alternately turning on elastic suspensions (3), then toward the first N coils (7), then towards the second N coils (7). Fixed on the inertial mass (2), the switching grid (13) is constantly moving relative to the anode grids (12) and creates a signal on the comparators (4), which cyclically switches the key (6) between the states "1" and "0". Thus, in the absence of external acceleration, the electrical signal from the key (6) takes the form of a meander with a duty cycle of 50%, and all components of the device operate in key mode.
Под действием внешнего ускорения центр колебаний инерционной массы (2) смещается, что вызывает изменение параметров автоколебательного движения и, как следствие, меняет скважность сигнала с ключа (6), тем самым создавая широтно-импульсную модуляцию сигнала обратной связи. Измерение скважности этого сигнала позволяет судить о действующем на устройство ускорении.Under the action of external acceleration, the center of oscillation of the inertial mass (2) shifts, which causes a change in the parameters of the self-oscillating motion and, as a result, changes the duty cycle of the signal from the key (6), thereby creating pulse-width modulation of the feedback signal. The measurement of the duty cycle of this signal allows us to judge the acceleration acting on the device.
Увеличение точности измерений достигается за счет введения электронно-лучевого датчика положения, обладающего большей разрешающей способностью, а также использованием его (и других компонентов устройства) в ключевом режиме и уменьшения вследствие этого вредных моментов, действующих на инерционную массу и датчик положения, например, в результате воздействия электрических шумов.An increase in the measurement accuracy is achieved by introducing an electron beam position sensor with a higher resolution, as well as using it (and other components of the device) in the key mode and thereby reducing the harmful moments acting on the inertial mass and the position sensor, for example, as a result exposure to electrical noise.
Таким образом, приведенные сведения доказывают, что при осуществлении заявленного изобретения выполняются следующие условия:Thus, the above information proves that when implementing the claimed invention, the following conditions are met:
- средство, воплощающее предлагаемое устройство при его осуществлении, предназначено для использования в измерительной технике, а именно в акселерометрах для измерения линейного ускорения, например в инерциальных системах навигации;- the tool embodying the proposed device in its implementation is intended for use in measuring equipment, namely in accelerometers for measuring linear acceleration, for example in inertial navigation systems;
- для заявленного изобретения в том виде, как оно охарактеризовано в независимом пункте формулы изобретения, подтверждена возможность его осуществления с помощью описанных до даты подачи заявки средств;- for the claimed invention in the form described in the independent claim, the possibility of its implementation using the means described before the filing date of the application has been confirmed;
средство, воплощающее заявленное изобретение при его осуществлении, способно обеспечить получение указанного технического результата.means embodying the claimed invention in its implementation, is able to provide the specified technical result.
Проведенный заявителем анализ уровня техники установил, что аналоги характеризующиеся совокупностями признаков тождественным всем признакам заявленного акселерометра отсутствуют, следовательно, заявленное изобретение соответствует условию «новизна».The analysis of the prior art by the applicant has established that there are no analogues characterized by sets of features identical to all the features of the claimed accelerometer, therefore, the claimed invention meets the condition of “novelty”.
Результаты поиска известных технических решений в данной и смежных областях техники с целью выявления признаков, совпадающих с отличительными от прототипов признаками заявленного изобретения, показали, что они не следуют явным образом из уровня техники.Search results for known technical solutions in this and related fields of technology in order to identify features that match the distinctive features of the claimed invention from the prototypes showed that they do not follow explicitly from the prior art.
А именно, в известных технических решениях не применяется электронно-лучевой датчик положения чувствительного элемента, работающий в ключевом режиме, и использующийся с целью измерения ускорения посредством временной (широтно-импульсной) модуляции сигнала обратной связи.Namely, the known technical solutions do not use an electron beam position sensor of the sensing element, operating in the key mode, and used to measure acceleration by means of the time (pulse-width) modulation of the feedback signal.
Из определенного заявителем уровня техники не выявлена известность влияния предусматриваемых существенными признаками заявленного изобретения преобразований на достижение указанного технического результата, следовательно, заявленное изобретение соответствует «изобретательскому уровню».From the prior art determined by the applicant, the influence of the transformations provided for by the essential features of the claimed invention on the achievement of the indicated technical result has not been revealed, therefore, the claimed invention corresponds to the “inventive step”.
Технология изготовления и применения компонентов электронных ламп является изученной и отработанной, так же как и технология изготовления других элементов устройства. Компараторы, источники напряжения и ключ могут быть выполнены с применением стандартных радиоэлектронных элементов. Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию патентоспособности «промышленная применимость».The manufacturing technology and application of the components of electronic tubes is studied and developed, as well as the manufacturing technology of other elements of the device. Comparators, voltage sources and a key can be performed using standard electronic components. Therefore, the claimed invention meets the condition of patentability "industrial applicability".
ЛитератураLiterature
1. Патент на изобретение США: US 3109311 А от 05.11.1963 года, МПК G01P 15/08, «Vacuum-tube accelerometer».1. US patent for invention: US 3109311 A dated 11/05/1963,
2. Патент на изобретение США: US 2839701 А от 17.06.1958 года, МПК H01J 21/08, «Vacuum tube pick-up».2. US patent for invention: US 2839701 A dated 06/17/1958, IPC H01J 21/08, "Vacuum tube pick-up".
3. Патент на изобретение США: US 3084557 А от 09.04.1963 года, МПК G01P 15/08, «Accelerometer».3. US patent for invention: US 3084557 A dated 04/09/1963,
4. Патент на изобретение США: US 6422076 В1 от 23.07.2002 года, МПК G01P 15/13, «Compensation pendulous accelerometer».4. US patent for invention: US 6422076 В1 dated July 23, 2002,
5. Патент н изобретение РФ: RU 2410703 С1 от 27.01.2011 года, МПК G01P 15/08, «Линейный микроакселерометр».5. Patent and invention of the Russian Federation: RU 2410703 C1 dated January 27, 2011,
6. Патент на изобретение РФ: RU 2561303 С1 от 27.08.2015 года, МПК G01P 15/08, «Линейный микроакселерометр» - прототип.6. Patent for the invention of the Russian Federation: RU 2561303 C1 dated 08.27.2015,
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017135805A RU2670178C2 (en) | 2017-10-06 | 2017-10-06 | Linear vacuum accelerometer |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017135805A RU2670178C2 (en) | 2017-10-06 | 2017-10-06 | Linear vacuum accelerometer |
Publications (3)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2017135805A RU2017135805A (en) | 2018-02-22 |
| RU2017135805A3 RU2017135805A3 (en) | 2018-09-04 |
| RU2670178C2 true RU2670178C2 (en) | 2018-10-18 |
Family
ID=61258752
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2017135805A RU2670178C2 (en) | 2017-10-06 | 2017-10-06 | Linear vacuum accelerometer |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2670178C2 (en) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU325557A1 (en) * | В. М. Пономарев, Л. И. Каргу , В. П. Прокопови | ACCELEROMETER | ||
| SU980007A1 (en) * | 1980-12-08 | 1982-12-07 | Ростовское Высшее Военное Командное Училище Им.Главного Маршала Артиллерии Неделина М.И. | Acceleration meter |
| GB2217906A (en) * | 1988-04-29 | 1989-11-01 | Peter Michael Jeffery Morrish | Ion particle accelerometer |
| RU2561303C1 (en) * | 2014-06-11 | 2015-08-27 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский государственный университет аэрокосмического приборостроения" (ГУАП) | Linear microaccelerometer |
-
2017
- 2017-10-06 RU RU2017135805A patent/RU2670178C2/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU325557A1 (en) * | В. М. Пономарев, Л. И. Каргу , В. П. Прокопови | ACCELEROMETER | ||
| SU980007A1 (en) * | 1980-12-08 | 1982-12-07 | Ростовское Высшее Военное Командное Училище Им.Главного Маршала Артиллерии Неделина М.И. | Acceleration meter |
| GB2217906A (en) * | 1988-04-29 | 1989-11-01 | Peter Michael Jeffery Morrish | Ion particle accelerometer |
| RU2561303C1 (en) * | 2014-06-11 | 2015-08-27 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский государственный университет аэрокосмического приборостроения" (ГУАП) | Linear microaccelerometer |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2017135805A3 (en) | 2018-09-04 |
| RU2017135805A (en) | 2018-02-22 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US7741832B2 (en) | Micro-electromechanical system (MEMS) based current and magnetic field sensor using tunneling current sensing | |
| JP2008500547A5 (en) | ||
| US4023413A (en) | Device for measuring accelerations, particularly accelerations due to gravity | |
| RU2670178C2 (en) | Linear vacuum accelerometer | |
| RU2676059C1 (en) | Microsystem indicator of electric fields of space apparatus | |
| RU2410703C1 (en) | Linear microaccelerometre | |
| WO2021006727A1 (en) | Sensor equipped with at least one magnet and a diamagnetic plate levitating above said at least one magnet and method to measure a parameter of an object using such a sensor | |
| JP7153333B2 (en) | hall probe | |
| JP2010281813A (en) | Usage of pole piece for guiding magnetic flux generated by mems device, and method for manufacturing the same | |
| US3910123A (en) | Apparatus for the measurement of angular velocity | |
| RU2561303C1 (en) | Linear microaccelerometer | |
| RU120235U1 (en) | COMPENSATION ACCELEROMETER WITH AN OPTICAL ANGLE SENSOR | |
| KR100387724B1 (en) | Apparatus and method for measuring magnetic field of cyclotron | |
| US2755403A (en) | Magnetic motion transducer | |
| JP2016128789A (en) | Probe displacement measuring device, ionization device including the same, mass spectrometer, and information acquisition system | |
| SU406120A1 (en) | MECHANOTRONIC CONVERTER | |
| RU2810625C1 (en) | Single-component jet angular velocity meter | |
| RU2564810C1 (en) | Linear microaccelerometer with optical system | |
| SU771763A1 (en) | Electronic multiplier | |
| JPS61247985A (en) | Magnetic measuring instrument | |
| JP2742206B2 (en) | 3D magnetic sensor | |
| RU2629654C1 (en) | Linear microaccelerometer | |
| RU81799U1 (en) | MICROMECHANICAL GYROSCOPE-ACCELEROMETER | |
| US3439544A (en) | Cesium ion accelerometer | |
| SU1569724A1 (en) | Two-components acceleration transducer |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20191007 |