SU748300A1

SU748300A1 - Accelerometer

Info

Publication number: SU748300A1
Application number: SU782629054A
Authority: SU
Inventors: Валерий Ефимович Мельников; Елена Николаевна Мельникова; Николай Васильевич Попов
Original assignee: Московский Ордена Ленина Авиационный Институт Им. Серго Орджоникидзе
Priority date: 1978-05-04
Filing date: 1978-05-04
Publication date: 1980-07-15

Description

(54) АКСЕЛЕРОМЕТР(54) ACCELEROMETER

, Изобретение относитс к элемента инерционных навигационных систем и предназначено дл измерени линейны ускорений подвижных объектов. Известен акселерометр с механическим подвесом в жесткихопорах,по строенный по компенсационному принципу 1 . Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому вл етс кварцевый компенсационный акселерометр 2, содержащий П-образный чув ствительный элемент (ЧЭ) в виде двух идентичных стоек, одни концы которых через струнные торсионы св заны с корпусом, а другие соединены планкой, датчик угла, подключенный к одному из входов дифференциального усилител , и датчик момента магнитоэлектрического типа. Корпус акселерометра заполнен пр борной жидкостью. Недостатком известной конструкци вл етс длительность периода готов ности прибора к работе. Экспериментальные исследовани сухого варианта известного акселе рометра показали , что он совершает сложные многочастотные автоколебательные движени и имеет неудовлетворительйые динамические характеристики . Цель изобретени - улучшение ди;намических характеристик и сокращение времени готовности акселерометра . . Указанна цель достигаетс тем, что в акселерометр введены две дополнительные идентичные стойки, вл ющиес продолжением основных стоек и прикрепленные одними концс1ми к основной планке . Другие концы дополнитель:ных стоек и концы основных стоек, св за:нные с торсионами, соед инены двум дополнительно введенными планками-ст жками . Кроме того, акселерометр содержит датчик перемещени , установленный вдоль измерительной оси планки-ст жки основных стоек, и усилитель, вход которого пoдкJpoчeн к датчику перемещени , а выход - ко второму входу основного дифференциального усилител . При этом отношение массы введенньос стоек и соедин ющей их планки-ст жки к массе основных стоек и второй дополнительной Планки-ст жки обратно пропорционально отношению {рассто ний от центров Масс указанных П-образных контуров до основной планки. The invention relates to an element of inertial navigation systems and is intended to measure linear accelerations of moving objects. Known accelerometer with mechanical suspension in rigid supports, on the basis of the compensation principle 1. The closest in technical essence to the present invention is a quartz compensation accelerometer 2 containing a U-shaped sensing element (SE) in the form of two identical racks, one ends of which are connected to the body through string torsions and the angle sensor connected to one of the inputs of the differential amplifier, and the torque sensor of the magnetoelectric type. The accelerometer case is filled with a boron fluid. A disadvantage of the known design is the duration of the period of readiness of the device for operation. Experimental studies of a dry variant of a known accelerator rometer showed that it performs complex multi-frequency self-oscillatory movements and has unsatisfactory dynamic characteristics. The purpose of the invention is to improve the dynamic characteristics and shorten the readiness time of the accelerometer. . This goal is achieved by the fact that two additional identical racks are introduced into the accelerometer, which are a continuation of the main racks and attached at the same end to the main bar. Other ends of the additional pillars and the ends of the main pillars, related to: torsion bars, are connected by two additionally inserted straps. In addition, the accelerometer contains a displacement transducer mounted along the measuring axis of the main struts strut, and an amplifier, whose input is connected to the displacement transducer, and the output to the second input of the main differential amplifier. At the same time, the ratio of the mass of the inserted struts and the connecting straps to the masses of the main struts and the second additional Plank-straps is inversely proportional to the ratio {distance from the centers of the Mass of the indicated U-shaped contours to the main plank.

Предлагаемые конструкции акселерометра и его ЧЭ прзйол ют уйЪли ить жёсткость, разгрузить подвес и уменьшить прогибторсиона вдоль измерительной оси. Путем,введени в структурную схему акселерометра дополнительного параллельного KaHajia, состо щего из датчика перемещени и усилител , обеспечивают измерение и компенсаци 0 в основном контуре составл ющей плоскопараллельного движени рамки вдоль измерительной оси, а значит, исключение автоколебаний система. - - На фиг. 1 представлен ЧЭ предложенного кварцевого акселерометра;на фиг. 2, 3 - конструктивна и структурна схемы акселерометра.The proposed designs of the accelerometer and its chaeolol use to increase stiffness, unload the suspension, and reduce the protractor along the measuring axis. By introducing an additional parallel KaHajia consisting of a displacement transducer and an amplifier into the block diagram of the accelerometer, measurement and compensation 0 in the main loop constituting the plane-parallel frame movement along the measuring axis, and thus excluding self-oscillations, is provided. - - In FIG. 1 shows the SE of the proposed quartz accelerometer; FIG. 2, 3 - constructive and structural schemes of the accelerometer.

Кварцевый ма тниковый ЧЭсодержит планку 1 на стойках 2, подвешенную на раст нутых кварцевых струнах 3, концы которых жестко прикреплены, с одной стороны, к концйм стоек 2, с другой - к корпусу 4. Поверхность кварцевых струн 3, стоек 2 и планки 1 металлизирована. На планке закреплены дополнительные стойки 5, б, соединенные планкой-ст жкой 7, а концы стоек 2 соеди нены планкой-ст жкой 8. Элементы 1,2,6-8 ма тника образуют жесткую плоскую фйгуру ма тниковый ЧЭ, причем планка-ст жка 8 расположена на оси подвеса ма тника, совпадающей с осью струн 3 в недефорМйрованнрм состо нии.The quartz maTic CHE contains a bar 1 on racks 2, suspended on stretched quartz strings 3, the ends of which are rigidly attached, on the one hand, to the ends of the racks 2, on the other - to the body 4. The surface of the quartz strings 3, racks 2 and the bar 1 is metallized . Additional stands 5, b are fastened on the strap, connected by a strap-7 strap, and the ends of the strut 2 are connected by a strap-strap 8. Elements 1, 2, 6–8 of the tandem form a rigid flat figurine CHE, and Jack 8 is located on the axis of the slider, which coincides with the axis of the strings 3 in the undeformed state.

Геометрию и массу стоек 5, б и планки-ст жки 7 выбирают по отноше-, НИИ к геометрии и массе стоек 2 и планки-ст жки 8 таким образом, чтобы отношение их масс было обратно пропорционально рассто «и м от центров масс указанных элементов до оси планки 1.Geometry and the mass of the pillars 5, b and plank-stitch 7 are chosen in relation to, the scientific research institute to the geometry and weight of the pillars 2 and strap-asth 8 in such a way that the ratio of their masses is inversely proportional to the distance "and m from the centers of mass of these elements to the axis of the strap 1.

Кварцевый ма тниковый чувствительный элемент (фиг. 2) размещен внутри корпуса 4. Планка 1 находитс в рабочем зазоре посто нного магнита 9. Перемещение планки 1 под действием измер емых инерционных сил контролируетс датчиком перемещени , например фотоэлектрическим, содержащим осветитель 10 и фотопреобразователь 11. Смещение планки-ст жки 8 по измерительной оси, совпадающей с нормалью к плоскости рисунка, йонтролируетсй также фот6электрйчесКйМ ДйтчикЬМ перемещени , содержащим осветит;ель 12 и фотопреобразователь 13.The quartz mantle sensing element (Fig. 2) is located inside the housing 4. The bar 1 is in the working gap of the permanent magnet 9. The movement of the bar 1 under the action of measured inertial forces is monitored by a displacement sensor, such as a photoelectric, containing the illuminator 10 and the photoconverter 11. Offset The strip 8 on the measuring axis, coinciding with the normal to the plane of the figure, is also monitored by photoelectric movement containing light; spruce 12 and phototransducer 13.

Структурна ,схема на фиг. 3 по сн ёт взаимодействие элементов акселерометра .The structure in FIG. 3 will illustrate the interaction of accelerometer elements.

При по влении ускорени на массу 14 воздействуют инерционные силы, точка приложени которых не совпадает с осью подвеса ЧЭ.. На плече 15 возникает момент, вызывающий линейно смещение пЛанки 1 ма 51Тнйк6в6гЪ чувЪтвительного элемента 16, 17, фиксируемое датчиком перемещени 18. Усили748300When acceleration appears, mass 14 is affected by inertial forces, the point of application of which does not coincide with the axis of suspension of SE. On arm 15, a moment occurs causing a linear displacement of the cell 1 ma 51Tnack 6 to 6 h of the sensing element 16, 17 fixed by the displacement sensor 18. Amplifiers748300

тель 19 и электрическа цепь 20 формируют ток в выходной цепи 21 и в контуре обратной св зи 22. Сила обратной св зи уравновешивает силу. В рассмотренном варианте реализации ЧЭ обе эти силы приложены к оси планки, что минимизирует суммарную силу, прив4денную к оси подвеса, вызывающую плоскопараллельное движение колебательного контура 23.The tele 19 and the electrical circuit 20 form a current in the output circuit 21 and in the feedback loop 22. The feedback force balances the force. In the considered embodiment, the implementation of the SE both these forces are applied to the axis of the strap, which minimizes the total force applied to the axis of suspension, causing the plane-parallel movement of the oscillating circuit 23.

Наличие контура 23 приводит к тому , что датчик перемещени 18 планки 1 воспринимает ее результирующее движение, обусловленное угловым и плоскопараллельным движени ми, которые взаимосв заны. Возникновение одного из них приводит к возникновению другого. Это существенно ограничивает возможности акселерометра из-за всззникновени автоколебательных режимов.The presence of the circuit 23 leads to the fact that the displacement sensor 18 of the bar 1 perceives its resulting movement due to angular and plane-parallel movements, which are interconnected. The emergence of one of them leads to the emergence of the other. This significantly limits the capabilities of the accelerometer due to automatic oscillation modes.

Этот недостаток может быть заметйо снижен ввбГдёнием дополнительного койтура, содержащего датчик перемещени оси подвеса 24 и усилитель 25, включенные последовательно между контуром 23 и входом усилител 19 таким образом, что на входе усилител 19 формируетс сигнал, содержащий лишь составл ющую углового движени п(ла(нки 1. .This disadvantage can be noticeably reduced by adding an additional coyture containing the suspension axis movement sensor 24 and the amplifier 25 connected in series between the circuit 23 and the input of the amplifier 19 so that a signal is formed at the input of the amplifier 19 that contains only the component of the angular motion p (la nki 1..

Акселерометр работает, следуаддим образом. При по влении измер емых ускорений, нормальных плоскости листа (фиг. 1 и 2), возникает момент инёрцио1|ных сил относительно его подвеса чувствительного элемента, планка 1 смещаетс , что фиксируетс фотоэлектрическим преобразователем выходной сигнал которого поступает на вход дифференциального усилител 19, выход которого подсоединен к электрической цепи 20, включакадей сопротивление нагрузки 21 и электрическое сопротивление планки 1,стоек. 2 и струн 3. Ток, протекающий по планке 1, размещенной в зазоре посто нного магнита 9, создает силу, момент которой относительно оси подвеса уравнЬвешивает момент инерционных сил. ВыхЬд ной сигнал формируют по падению напр жени на сопротивлении нагрузки 21.,Accelerometer works in the following way. When measured accelerations appear normal to the sheet plane (Figs. 1 and 2), a moment of inertial forces arises relative to its suspension of the sensitive element, the bar 1 is displaced, which is detected by a photoelectric converter whose output is fed to the input of the differential amplifier 19, the output of which connected to the electric circuit 20, including the resistance of the load 21 and the electrical resistance of the strap 1, racks. 2 and strings 3. The current flowing along the strip 1 placed in the gap of the permanent magnet 9 creates a force, the moment of which with respect to the axis of suspension equalizes the moment of inertial forces. The output signal is formed by the voltage drop across the load resistance 21.,

Выходной сигнал датчика перемещени планки 1 содержит и доставл ющую плоскопараллельного смещени .ЧЭ.The output signal of the sensor for movement of the strip 1 contains also a delivering plane-parallel displacement. CE.

Цель контрол. составл ющей плоскопараллёльного движени и компенсации составл н цей момента обратной св зи, вызванной этим движением, содержит датчик перемещени планкист жки 8 и усилитель 25. Выход усилйтёл 25 подсоединен ко второму входу дифференциального усилител 19, обеспечива тем самым минимизацию взаимосв зи плоскопараллельного и углового движений :и улучшение динамических характеристик акселерометра. Target control. The component of the plane-parallel motion and compensation, the component of the moment of feedback caused by this motion, contains a sensor for moving the plate 8 and the amplifier 25. The output of the amplifier 25 is connected to the second input of the differential amplifier 19, thereby minimizing the relationship of the plane-parallel and angular movements: and improving the dynamic characteristics of the accelerometer.

Claims

1. Accelerometer, containing a mathic P-shaped sensitive elements in the form of two identical racks whose ends are connected to the Body through string torsions and the others are connected by a strap, an angle sensor connected to one of the differential amplifier and a torque sensor, characterized in that , in order to improve the dynamic characteristics and reduce the time of availability of the accelerometer, two additional identical racks are inserted in it, which are a continuation of the main racks and attached at the same ends to the main platform. Lanka, the other ends of the additional racks and the ends of the main racks associated with the torsions are connected by two additionally inserted strips, straps, displacement sensor, mouth f ui .1

an amplifier along the measuring axis of the additional strut of the main racks, and an amplifier whose input is connected to a displacement transducer and the output to the second input of a main differential amplifier.

2. Accelerometer according to claim 1, characterized in that the ratio of the mass of the injected racks and the strap connecting them to the mass of the main racks and the second additional

0 lath straps are inversely proportional to the ratio of the distances from the centers of mass of the indicated P-shaped contours to the main strap.

five

Sources of information taken into account in the examination

1. Patent ClflA 3494204, cl. 73-517, pub. 1966.

2. US patent 3564929,

0 cl. 73-516, publ. 1967 (prototype).

/ J

fit

one

l /

WITH

.

H

one /

L

.Z