SU1286902A1 - Компенсационный ма тниковый акселерометр - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к элементам систем ориентации и навигации подвижных объектов и позвол ет повысить виброустойчивость и расширить функциональные возможности устройства. Устройство содерл ит оптопреобразователн, включающие осветители 8, 9, 12, 13, фотоприемники 10, 11, 14 и i5, предназначенные дл  контрол  смещени  точек стоек 1, усилитель 16, резисторы 17 и 18, сумматоры 19 и 20, формирующие сигнал на логическое устройство 21, осуществл ющее анализ выходного сигнала акселерометра . Введение новых элементов и образование новых св зей между элементами устройства позвол ют осуществить анализ специфики поведени  акселерометра на струнном торсионном подвесе, допускающем пространственное смещение рамки. 1 ил.

Description

Изобретение относитс  к приборостроению , в частности к элементам систем ориентации и навигации подвижных объектов, и предназначено дл  измерени  входных параметров в бесплатформенных инерциальных навигационных системах.

Цель изобретени  - повышение виброустойчивости акселерометра и расширение его функциональных возможностей.

На чертеже представлена электрокинематическа  схема компенсационного ма тнико- вого акселерометра.

Чувствительный элемент (ЧЭ) прибора выполнен в виде треугольного контура, имеющего две стойки 1 и планку 2 и подвешенного на струнах 3 и 4, укрепленных в корпусе 5. Планка 2 расположена в зазоре посто нных магнитов 6, и ее смещение вдоль зазора контролируетс  оптоэлектрическим преобразователем 7. Дополнительные оптопреобра- зователи, содержащие осветители 8 и 9, фотоприемники 10 и 11, а также осветители 12 и 13 и фотоприемники 14 и-15, предназначены дл  контрол  за смещением точек стоек 1. Усилитель 16, резистор 17, напыленный на кварцевый ЧЭ, и резистор 18 вход т в систему формировани  сил и моментов обратной св зи (ОС). Сумматоры 19 и 20 формируют сигналы на логическое устройство 21, осуществл ющее анализ выходного сигнала акселерометра.

На чертеже обозначены также ось Y - измерительна  ось акселерометра и оси X и Z- соответственно оси подвеса и ма тника ЧЭ.

Компенсационный ма тниковый акселерометр работает следующим образом.

При по влении ускорени  ау по измерительной оси Y прибора происходит смещение ЧЭ и его элементов. Суммарное смещение планки 2 контролируетс  фотоприемником оптопреобразовател  7, выход которого поступает на усилитель 16 и последовательно соединенные резисторы 17 и 18. Ток, протекающий по резистору 17 рамки, взаимодействует с полем посто нных магни- тов 6, формирует силу и момент ОС, уравновешивающие инерционные силы и моменты Выходной сигнал - падение напр жени  на эталонном резисторе 18 - однозначно определ ет измер емое ускорение ау.

Ма тниковые акселерометры характери- зуютс , в частности, чувствительностью к угловым ускорени м е по оси X подвеса. Следовательно , выходной сигнал такого акселерометра содержит информацию как о а, так и о ЕХ, разделить которую традиционными методами невозможно.

Предлагаемый акселерометр обеспечивает возможность разделени  выходного сигнала на составл ющие. Така  возможность вы вилась в результате анализа специфики поведени  ма тникового акселерометра с ЧЭ на струнном торсионном подвесе, допускающем пространственное смещение рамки . В частности, при наличии линейных а

и угловых 8;t ускорении рамка одновременно смещаетс  поступательно вдоль оси Y и вращаетс  относительно оси X. Поэтому возможно нахождение мгновенного центра вращени  рамки, лежащего на пересечении некоторой оси, параллельной оси X, и оси2, и условий невозмущаемости положени  этой точки линейными ускорени ми ау. Возможно также нахождение аналогичного центра, не возмущаемого угловыми ускорени ми e. Исследовани  показали, что координата L инвариантной точки, не возмущаемой ускорени ми ау основани , существует и определ етс  выражением:

р. KL.(L-.O + CT

-К(Еос-М+С{ц

а координата точки, не возмущаемой угловыми ускорени ми е.

С .

К toe

с+ к

е ос и lu - соответственно рассто ни  от оси подвеса до точки приложени  равнодействующей уравновешивающей силы контура компенсации и до центра масс ЧЭ; С и Ст - соответственнопоперечна 

жесткость упругого подвеса ЧЭ и его жесткость на кручение; поперечна  жесткость контура компенсации акселерометра.

К

Параметры акселерометра выбирают таким образом, чтобы инвариантные точки, располага сь на оси Z ЧЭ, находились внутри его контура. Тогда, материализовав в ЧЭ на оси Z две наблюдаемые точки, отсто щие от оси X на рассто ни х Ei и fj и использу  дополнительные оптопреобразователи, осуществл ют контроль за их смещением.

Одна пара оптопреобразователей (12-15) располагаетс  на рассто нии fi, друга  пара (8-11) - на рассто нии 2 от оси X. Выходы соответствующих фотоприемников 10 и 11, 14 и 15 через сумматоры 20 и 19 поступают на логическое устройство 21, оценивающее соотношение между составл ющими напр жений и 19 и U20. Это позвол ет провести разделение в выходном сигнале U, так как его составл ющие и( U(ay), завис щие соответственно от углового ускорени  и линейного ускорени , наход т из соотношений

V()r llfru

20

U(a,)U

и

20

U|9+U20

В предлагаемом акселерометре предусмотрен как обычный выход U, содержащий суммарную информацию, так и выходы по составл ющим: U (а,,); U (е), причем U (ау)+ +U(e.)U.

Одновременно можно получить дополнительную информацию об угловом ускорении по оси Z, выдел емую по разности сигналов оптопреобразователей соответствующих пар.

Действительно,

Uu+ Ui5 BX , Ui4- Ui5 U20+ UM a,/; U20-- Uii R.

Поэтому на соответствующих выходах сумматоров 20 и 19 может быть дополнительно получена информаци  об угловом ускорении.

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   Компенсационный ма тниковый акселерометр , содержащий корпус и укрепленный в нем на упругом торсионном подвесе ма тниковый чувствительный элемент в виде замкнутого контура, пересекаемого осью подвеса и образованного двум  стойками и электропроводной планкой, параллельной оси подвеса, а также оптоэлектронный датчик положени  планки, магнитную систему, в рабочем зазоре которой расположена планка , и электронный усилитель контура компенсации , соедин ющий выход датчика положени  с электропроводной планкой, отличающийс  тем, что, с целью повышени  виброустойчивости и расширени  функциональных возможностей, в него введены две пары оптоэлектронных датчиков положени , два

   сумматора и логический блок, при этом две стойки и планка чувствительного элемента образуют равносторонний треугольник, основанием которого  вл етс  планка, датчики положени  каждой пары расположены у стоек чувствительного элемента на одинаковом рассто нии от оси подвеса по разные стороны от оси ма тника, выходы датчиков положени  каждой пары соединены с входами соответствующих сумматоров, выходы которых соединены соответственно с первым и вторым входами логического блока , третий вход которого соединен с выходом электронного усилител  контура компенсации , датчики положени  расположены попарно по разные стороны от оси подвеса на рассто ни х от нее, равных

   f - К LC (1с- tu) + Ст

   - K(toc- b)-f CIu

   еггде toe и ч - соответственно рассто ни  от оси подвеса до точки приложени  равнодействующей уравновешивающей силы контура компенсации и до центра масс чувствительного элемента; С и Ст - соответственнопоперечна 

   жесткость упругого подвеса чувствительного элемента и его жесткость на кручение; К - поперечна  жесткость контура компенсации акселерометра.