RU2810625C1 - Однокомпонентный струйный измеритель угловой скорости - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для измерения угловой скорости подвижных объектов. Однокомпонентный струйный измеритель угловой скорости содержит корпус 1, рабочую камеру 2, нагнетатель 3, соединенный через ионизационную камеру 4 с формирующим соплом 5, сопло 6 с диаметром, большим диаметра формирующего сопла 5, установленное соосно ему и соединенное с нагнетателем 3, регулирующий дроссель 7, установленный между нагнетателем 3 и ионизационной камерой 4, и дифференциальный приемник ионов, выполненный в виде двух плоских электродов 8 и 9, подключенных к электроизмерительной схеме 10. В структуру измерителя дополнительно введены сумматор ионного тока 13, состоящий из первого и второго резисторов 11 и 12, стабилизатор ионного тока 14, при этом первые выводы резисторов подключены, соответственно, к паре электродов дифференциального приемника ионов и входам электроизмерительной схемы 10, а вторые соединены вместе и подключены к управляющему входу стабилизатора 14 ионного тока, выход которого связан со входом ионизационной камеры 4. Технический результат, достигаемый изобретением, заключается в повышении точности измерения угловой скорости при появлении дестабилизирующих факторов степени ионизации. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

Description

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для измерения угловой скорости подвижных объектов.

К группе аналогов заявленного технического решения относятся устройства для измерения угловой скорости, защищенные авторскими свидетельствами и патентами на изобретения №2059251, №1005560, №540213 и №888041.

Известен струйный датчик угловой скорости по патенту на изобретение РФ №2059251, G01Р 3/22, опубл. №32, 20.11.2001. - [1], содержащий герметичный корпус, нагнетатель, рабочее сопло, рабочую камеру с каналом обратного хода газа, термоанеморезисторы, систему стабилизации расхода газа в газовой цепи датчика. Система стабилизации включает в себя термоанеморезистор-излучатель и термоанеморезистор-приемник, установленные в канале обратного хода газа, генератор тепловой метки, регистратор тепловой метки, формирователь временного интервала, схему управления, генератор тактирующих импульсов, счетчик, регистр, ЦАП, задатчик эталонного сигнала, схему сравнения, интегратор, усилитель-преобразователь.

Известен струйный датчик угловой скорости по патенту SU №1005560, МПК G01Р 3/26, опубл. в бюл. №23, 20.08.2005 - [2], содержащий корпус, нагнетатель, замкнутую газовую цепь, состоящую из формирующего сопла, рабочей камеры и отверстий в корпусе, связывающих рабочую камеру с нагнетателем, чувствительные элементы, выполненные в виде двух металлических нитей, укрепленных на двух токоподводах - держателях, подключенных к электроизмерительной схеме, устройство выделения информативного сигнала и винты установки пневмонуля.

К недостаткам этих устройств следует отнести наличие погрешностей от воздействия перекрестных угловых скоростей, больших технологических погрешностей изготовления и сборки, температурные погрешности теплообмена чувствительных элементов при обдуве их струей газового потока, а также влияние температуры окружающей среды на процессы, происходящие в рабочей камере.

Известно устройство для измерения угловой скорости по авторскому свидетельству на изобретение №540213, МПК G01P 3/46, опубл. в бюл. №47, 08.02.77 - [3], содержащее герметичную рабочую камеру с источником ионов, селектирующими, фокусирующими и отклоняющими электродами, и двумя анодами и усилитель. Аноды разделены щелью и расположены на оси, перпендикулярной к плоскости электродов и проходящей через середину щели. Аноды, образуют с двумя резисторами мостовую схему, к выходу которой через усилитель подключены отклоняющие электроды. Поток ионов от источника ионов под действием электрического поля проходит через селектирующее устройство, которое выделяет ионы с определенной скоростью, а затем проходит через фокусирующие электроды, формирующие поток определенного сечения и направляющие его через отклоняющие электроды на приемное устройство. Поток ионов разряжается через резисторы, вызывая в них токи. Выход измерительной мостовой схемы подключен к усилителю, выходной сигнал которого управляет отклоняющим устройством таким образом, чтобы при отсутствии угловой скорости ω управляющий сигнал равен нулю, а при появлении угловой скорости появляется сигнал, компенсирующий отклонение потока ионов от оси симметрии приемного устройства. Величина и фаза компенсирующего сигнала на отклоняющих электродах, которые регистрируется индикатором, являются мерой величины и направления угловой скорости ω.

К недостаткам устройства для измерения угловой скорости следует отнести быстрое изнашивание электродов и малую чувствительность к воздействию угловой скорости по сравнению с газовой струёй, обусловленную тем, что скорость движения ионов в вакуумной камере, зависящая от ускоряющего напряжения под действием электростатического поля, является достаточно высокой, и как следствие, время воздействия угловой скорости на поток ионов мало.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому техническому решению, взятым за прототип, является устройство для измерения угловой скорости согласно авторскому свидетельству на изобретение №888041 МПК G01Р 3/26, опубл. в бюл. №45, 07.12.1981 - [4], содержащее корпус, рабочую камеру, нагнетатель, соединенный через ионизационную камеру с формирующим соплом, дифференциальный приемник, выполненный в виде двух плоских электродов, подключенных к электроизмерительной схеме, дополнительное сопло, установленное соосно формирующему соплу и соединенное с нагнетателем, и регулирующий дроссель, установленный между нагнетателем и ионизационной камерой, при этом диаметр дополнительного сопла больше диаметра формирующего сопла.

К недостаткам прототипа следует отнести возникновение нестабильности плотности ионного потока из-за изменения параметров ионизатора в ионизационной камере части ионизируемого потока рабочего газа в герметичном объеме рабочей камеры устройства для измерения угловой скорости.

Технический результат, на достижение которого направлено изобретение, заключается в повышении его эффективности, за счет повышения точности измерения угловой скорости подвижного устройства, реализуемого путем обеспечения стабильности ионного тока к плоским электродам от дестабилизирующих внешних климатических и временных факторов.

Технический результат достигается тем, что в однокомпонентном струйном измерителе угловой скорости, содержащем корпус, рабочую камеру, нагнетатель, соединенный через ионизационную камеру с формирующим соплом, сопло с диаметром большим диаметра формирующего сопла, установленное соосно ему и соединенное с нагнетателем, регулирующий дроссель, установленный между нагнетателем и ионизационной камерой, и дифференциальный приемник, выполненный в виде двух плоских электродов, подключенных к электроизмерительной схеме, новым является то, что в структуру измерителя дополнительно введены сумматор ионного тока, состоящий из первого и второго резисторов сумматора тока, и стабилизатор ионного тока, при этом первые выводы резисторов подключены, соответственно, к паре электродов дифференциального приемника ионов и входам электроизмерительной схемы, а вторые соединены вместе и подключены к управляющему входу стабилизатора ионного тока, выход которого связан со входом ионизационной камеры, при этом пара электродов выполнены в форме двух изолированных плоских секторов окружности с профилем контура, обеспечивающим линейность преобразования отклонения ионного потока в электрический сигнал пропорциональный угловой скорости ω.

Сущность изобретения поясняется на фиг. 1, на которой представлена структурно-функциональная схема однокомпонентного струйного измерителя угловой скорости.

На фиг. 1 используются следующие обозначения:

1 - корпус;

2 - рабочая камера;

3 - нагнетатель;

4 - ионизационная камера;

5 - формирующее сопло;

6 - сопло;

7 - регулирующий дроссель;

8, 9 - пара электродов дифференциального приемника ионов;

10 - электроизмерительная схема;

11, 12 - первый и второй резисторы сумматора тока;

13 - сумматор ионного тока;

14 - стабилизатор ионного тока;

ω - угловая скорость движения объекта.

Однокомпонентный измеритель угловой скорости подвижных объектов, содержит корпус 1, в котором размещены рабочая камера 2, нагнетатель 3, ионизационная камера 4, формирующее сопло 5 и сопло 6. Между нагнетателем 3 и ионизационной камерой 4 установлен регулирующий дроссель 7. Нагнетатель 3 соединен с соплом 6 и через ионизационную камеру 4 с формирующим соплом 5. Формирующее сопло 5 установлено соосно соплу 6 и имеет меньший диаметр. Дифференциальный приемник ионов состоит пары электродов 8 и 9, выполненные в виде двух изолированных плоских, например, полуокружностей, расположенных симметрично и перпендикулярно оси рабочей камеры 2 и подключены к первому и второму входам электроизмерительной схемы 10.

Выход электроизмерительной схеме 10 являются выходным сигналом однокомпонентного измерителя угловой скорости по сигналу угловой скорости ω.

В структуру измерителя дополнительно введены сумматор ионного тока 13, включающий первый и второй резисторы 11 и 12, стабилизатор ионного тока 14, при этом первые выводы резисторов подключены, соответственно, к паре электродов дифференциального приемника ионов и входам электроизмерительной схемы 10, а вторые соединены вместе и подключены к управляющему входу стабилизатора 13 ионного тока, выход которого связан с управляющим входом ионизационной камеры 4.

Профиль контура электродов позволяет обеспечить линейность преобразования отклонения ионного потока в электрический сигнал, пропорциональный угловой скорости ω в зависимости от площади перекрытия их ионизированным потоком.

Однокомпонентный струйный измеритель угловой скорости работает следующим образом. При измерении угловой скорости используется принцип принудительного движения ионов в попутном течении ламинарной затопленной струи рабочего газа. Перед началом измерения (при отсутствии угловой скорости ω) с помощью регулирующего дросселя 7 устанавливается интенсивность продувки частью потока от нагнетателя 3 к ионизационной камере 4, которая обеспечивает необходимую степень ионизации потока и, соответственно, суммарный ток потока ионов в общей струе потока, воспринимаемый электродами 8 и 9. При этом падение напряжение на первом 11 и втором 12 резисторах сумматора ионного тока 13 и на входе электроизмерительной схемы 10 одинаково, и выходной сигнал датчика U _вых будет равен нулю. При появлении угловой скорости ω пропорционально ей центр ионного потока, испускаемого из формирующего сопла 5 от ионизационной камеры 4, отклоняется, и тем самым изменяются ионные токи, воспринимаемые электродами 8 и 9 соответственно. При этом на выходе электроизмерительной схемы 10 появляется напряжение пропорциональное значению угловой скорости ω подвижного объекта. Для стабилизации суммарного тока ионов в общем потоке токи через электроды 8 и 9, вызывающие падение напряжения на резисторах 11 и 12 сумматора ионного тока 13, подаются на стабилизатор 14 ионного тока. Выходной сигнал стабилизатора 14 обеспечивает постоянство степени ионизации и стабильность ионного тока от ионизационной камеры 4 в потоке струи рабочего газа от нагнетателя 3, тем самым повышается точность измерения угловой скорости при появлении дестабилизирующих факторов степени ионизации.

Claims (3)

1. Однокомпонентный струйный измеритель угловой скорости, содержащий корпус, рабочую камеру, нагнетатель, соединенный через ионизационную камеру с формирующим соплом, сопло с диаметром, большим диаметра формирующего сопла, установленное соосно ему и соединенное с нагнетателем, регулирующий дроссель, установленный между нагнетателем и ионизационной камерой, и дифференциальный приемник ионов, выполненный в виде двух плоских электродов, подключенных к электроизмерительной схеме, отличающийся тем, что в структуру измерителя дополнительно введены сумматор ионного тока, состоящий из первого и второго резисторов, стабилизатор ионного тока, при этом первые выводы резисторов подключены, соответственно, к паре электродов дифференциального приемника ионов и входам электроизмерительной схемы, а вторые соединены вместе и подключены к управляющему входу стабилизатора ионного тока, выход которого связан со входом ионизационной камеры.

2. Однокомпонентный струйный измеритель угловой скорости по п. 1, отличающийся тем, что пара электродов выполнена в форме двух изолированных плоских секторов окружности.

3. Однокомпонентный струйный измеритель угловой скорости по п. 1, отличающийся тем, что пара электродов выполнена с профилем контура, обеспечивающим линейность преобразования отклонения ионного потока в электрический сигнал пропорциональный угловой скорости ω.