SU857883A2 - Инерциальный датчик ускорени и скорости - Google Patents

Description

(54) ИНЕРЦИАЛЬНЫЙ ДАТЧИК УСКОРЕНИЯ И СКОРОСТИ

I

Изобретение относитс  к инерциальным чувствительным элементам приборов, автономно измер ющих кажущуюс  скорость и ускорение движени  объекта и позвол ющих задавать программные значени  кажущегос  ускорени  в систему управлени  движени  объекта, и может быть использовано в системах управлени  летательными аппаратами или в устройствах автоматики .

По основному авт. св. № 650017 известен инерциальный датчик ускорени  и скорости , содержащий чувствительный элемент , газодинамические опоры его подвеса, приводной двигатель и датчик положени  чувствительного элемента. Газодинамические опоры выполнены в виде двух стаканов, один из которых соединен с ротором двигател  1 .

Однако это устройство рассчитано на измерение кажущегос  ускорени  и скорости в пределах одного определенного диапазона их измерени . Кроме того, не предусмотрена возможность использовани  его в качестве задатчика программных значений

кажущегос  ускорени  в систему управлени  движением объекта.

Цель изобретени  - расщирение области применени  устройства.

Поставленна  цель достигаетс  тем, что в инерциальный датчик ускорени  и скорости дополнительно введен двигатель, ротор которого соединен с соответствующим стаканом газодинамической опоры.

На фиг. 1 представлено предлагаемое устройство , общий вид; на фиг. 2 - сечение А-А на фиг. 1.

Инерциальный датчик ускорени  и скорости состоит из корпуса 1 с размещенными в нем чувствительной массой 2, подвещенной в двух совмещенных газодинамических опорах, образованных подвижными стака5 нами 3 и 4, снабженными дисками 5 и 6, с оптическими прорез ми, и напрессованных на оси стаканов роторов приводных, в данном варианте электрических двигателей 7 и 8, а также устройства съема и обработки выходного сигнала, имеющего в своем составе источник 9 света: размещенный на ободе чувствительной массы отражатели , приемники 10-12. Чувствительна  масса 2, выполненна  в виде сплошного диска с центральной цилиндрической втулкой, имеет на внешних цилиндрических поверхност х втулки спиральные микроканавки {элементы профилированной радиальной газодинамической опоры), обозначенные на фиг. 1 пунктиром, а на ободе диска - зеркальные отражатели элементы оптического датчика угловой скорости вращени  чувствительной массы 2 вокруг оси (чувствительности ). Подвес чувствительной массы 2 образован двум  совмещенными газодинамическими опорами, конструктивно выполненными в виде стаканов 3 и 4, на торцовых опорных поверхност х которых также нанесены спиральные микроканавки - элементы торцовой газодинамической опоры. Он служит дл  выполнени  функций собственно подвеса чувствительной массы 2 с минимальным трением (в зкостным, так как сухое трение в опорах с газовой смазкой отсутствует полностью) в направлении оси чувствительности X-X и центрировани  ее в исходном (нулевом ) положении дл  приведени  чувствительной массы 2 во вращение вокруг оси X-X со скоростью, завис щей от смещени  чувствительной массы от ее нулевого (исходного) положени  в направлении этой оси, а также дл  создани  восстанавливающей (компенсирующей) силы , действующей на чувствительную массу в отклоненном положении (например, при ускоренном движении прибора совместно с объектом, на котором он установлен, в направлении оси чувствительности X-X) и стрем щейс  вернуть ее в исходное (нулевое ) положение. Диски 5 и б снабжены оптическими прорез ми - элементами оптического датчика угловой скорости вращени  стаканов 3 и 4, приводами которых служат электродвигатели (в данном варианте конструкции) 7 и 8, заторможенные при отсутствии питани  (при отсутствии активного момента вращени  их роторов). В качестве приводных двигателей могут быть использованы двигатели любого другого типа, обеспечивающие стабильность и регулируемость скорости вращени  (например, пневматические). Фотоприемники 10-12  вл ютс  элементами схемы управлени  двигател ми и схемы обработки выходной информации. Устройство работает следующим образом. При подаче питани  на один из электродвигателей , например 8, приводитс  во вращение подвижный стакан 4, увлека  за собой чувствительную массу 2, тормоз щуюс  с другой стороны неподвижным в рассматриваемом режиме работы устройства стаканом 3 и имеющую поэтому скорость вращени , меньшую скорости вращени  подвижного стакана 4. Возникающие при этом реакции в смазочных (газовых) сло х совмещенных газодинамических опор со спиральными канавками подвижного 4 и неподвижного 3 стаканов обуславливают всплытие и центрирование в подвесе чувствительной массы 2 и дальнейшее вращение ее под действием сил в зкого трени  вокруг оси чувствительности со скоростью, котора  при отсутствии кажущегос  ускорени  прибора вдоль этой оси теоретически равна половине номинальной скорости вращени  электродвигател  8. В этом исходном состо нии прибора поток света источника 9, отража сь от локальных зеркальных участков на цилиндрической части обода чувствительной массы 2 (фиг. 2) попадает в фотоприемник 12 и вызывает по вление на выходе последнего электрических импульсов, частота которых соответствует номинальной скорости вращени  чувствительной массы. При действии кажущегос  ускорени  в направлении оси чувствительности X-X (ускоренное движение прибора или наклон его относительно плоскости горизонта в поле т готени ) смещаетс  чувствительна  масса 2, измен   толщины смазочных слоев в области торцовых участков несущих поверхностей опор подвеса. Возникающее при этом нарушение соотнощени  сил в зкого трени  на торцовых поверхност х чувствительной массы (с увеличением толщины смазочного сло  трение уменьшаетс  и наоборот ) приводит к изменению ее скорости вращени , а следовательно, и частоты электрических импульсов на выходе фотоприемника 12, свидетельству  о величине и направлении действующего ускорени . Действие кажущегос  ускорени  в направлении перпендикул рном оси чувствительности не вызывает изменени  частоты выходных импульсов, так как смещение чувствительности массы в радиальном направлении в равной степени измен ет тормоз щие и вращающие силы в зкого трени  на цилиндрических поверхност х газодинамических опор подвижного и «неподвижного стаканов и, следовательно, не приводит к изменению скорости вращени  чувствительной массы. Таким образом, важным свойст- вом предлагаемого прибора  вл етс  нечувствительность его к поперечным (перекрестным ) ускорени м. Однако нестабильность скорости вращени  подвижного стакана 4, вследствие, например , случайного изменени  параметров питани  электродвигател  8 непосредственно вносит ошибку в его показани . Дл  устранени  этого  влени  необходимо посто нно корректировать получаемую с фотоприемника 12 информацию в зависимости от дрейфа скорости вращени  электродвигател  8, что и осуществл етс  вторым каналом устройства съема выходного сигнала. Поток света источника 9 направл етс  сплошным отражателем на правом коническом участке обода чувствительной массы через оптические прорези диска 6 (фиг. 1) в фотоприемник 11, частота импульсов на выходе которого соответствует скорости вращени  электродвигател  8. Сигнал с фотоприемника 12, откорректированной в вычислителе с учетом сигнала с фотоприемника 11, несет информацию о кажущемс  ускорении прибора в направлении его оси чувствительности , свободную от погрещности, обусловленной нестабильностью скорости вращени  приводного двигател  8.

Определение изменени  скорости движени  объекта (корпуса прибора) за определенный промежуток времени осуществл етс  путем регистрации количества импульсов , поступающих в вычислитель за этот промежуток времени.

Изменение скорости вращени  двигател  8 позвол ет измен ть диапазон и чувствительность прибора, если например, скорость двигател  8 (при заторможенном двигателе 7) увеличить, что возрастает и скорость вращени  чувствительной массы 2, как по отношению к подвижному, так и «неподвижному стаканам, что вызывает увеличение жесткости газового подвеса чувствительной массы, а следовательно, и уменьщение чувствительности прибора при расщирении диапазона измер емых параметров. При уменьшении скорости вращени  стакана 4 диапазон уменьшаетс , а чувствительность возрастает. Таким образом, изменение номинала скорости вращени  одного двигател  вызывает изменение выходных характеристик прибора.

Управление двигателем 7 вращени  второго стакана 3 подвеса чувствительной массы существенно расшир ет возможности устройства , и, прежде всего, в плане использовани  прибора в качестве задатчика программных значений кажущегос  ускорени .

Пусть требуетс  реализовать заданный закон кажущегос  ускорени  (движени  объекта), например увеличить его до требуемого значени  в направлении оси X-X вправо (положительное направление оси). Пусть вращение двигател  8 происходит в направлении против часовой стрелки (если смотреть с положительного конца оси). Дл  использовани  прибора в качестве задатчика требуемого увеличенного значени  кажущегос  ускорени  необходимо привести во вращение в том же направлении двигатель 7, а скорость двигател  8 увеличить соответственно на величину скорости вращени  двигател  7. При этом скорость вращени  чувствительной массы относительно корпуса прибора возрастает на ту же величину, соответствующую требуемому приращению кажущегос  ускорени . Выходной сигнал фотоприемника 12 фиксирует ложное уменьщение кажущегос  ускорени  - «сигнал рассогласовани . Система управлени  объектом , на котором установлен прибор, отрабатыва  «сигнал рассогласовани , увеличивает ускорение движени  объекта вправо до тех пор, пока смещение чувствительной массы под действием этого ускорени  не приводит к уменьщению угловой скорости ее вращени  до первоначального (номинального) значени  (сведение «сигнала рассогласовани  к нулю).

Вследствие неизменного значени  относительной скорости вращени  чувствительной массы 2 и стаканов 3 и 4 подвеса жесткость сло  газового подвеса, а следовательно , и характеристики прибора также не измен ютс .

Таким образом, программное управление

поступательным движением объекта реализуетс  соответствующим управле 1ием скоростью вращени  двигателей 7 и 8 устройства .

Наличие второго двигател , кроме того, позвол ет еще больще расширить (при необходимости ) диапазоны, измер емых параметров , так как вращение двигателей в проивоположные стороны еще больше увелиивает жесткость газового сло  подвеса увствительной массы. Двигатели дл  этоо должны быть реверсируемыми.

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   Инерциальный датчик ускорени  и скорости по авт. св. № 650017, отличающийс  тем, что, с целью расширени  области применени , в него дополнительно введен двиг атель , ротор которого соединен с соответствующим стаканом газодинамической опоРыИсточники информации,

   прин тые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР № 650017, кл. G 01 Р 15/00, 10.10.75.