UA21726U - Compensation accelerometer - Google Patents
Compensation accelerometer Download PDFInfo
- Publication number
- UA21726U UA21726U UAU200700245U UAU200700245U UA21726U UA 21726 U UA21726 U UA 21726U UA U200700245 U UAU200700245 U UA U200700245U UA U200700245 U UAU200700245 U UA U200700245U UA 21726 U UA21726 U UA 21726U
- Authority
- UA
- Ukraine
- Prior art keywords
- accelerometer
- magnetic
- coils
- sensitive element
- angle sensor
- Prior art date
Links
- 230000005291 magnetic effect Effects 0.000 claims abstract description 56
- 239000000725 suspension Substances 0.000 claims abstract description 16
- 239000004020 conductor Substances 0.000 claims abstract description 11
- 230000005284 excitation Effects 0.000 claims abstract description 10
- 238000012937 correction Methods 0.000 claims abstract description 8
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 claims description 3
- 230000001447 compensatory effect Effects 0.000 claims description 3
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 3
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 claims description 3
- 230000008878 coupling Effects 0.000 abstract description 3
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 abstract description 3
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 abstract description 3
- 238000009434 installation Methods 0.000 abstract description 3
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 15
- 238000013461 design Methods 0.000 description 12
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 8
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 7
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 5
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 5
- 230000009471 action Effects 0.000 description 4
- 230000008859 change Effects 0.000 description 4
- 230000007935 neutral effect Effects 0.000 description 4
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 3
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 3
- 230000035939 shock Effects 0.000 description 3
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 2
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 description 2
- 230000008569 process Effects 0.000 description 2
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 230000005294 ferromagnetic effect Effects 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 1
- 229910021421 monocrystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000004044 response Effects 0.000 description 1
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 1
- 238000004804 winding Methods 0.000 description 1
Landscapes
- Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)
Abstract
Description
Опис винаходуDescription of the invention
Дана корисна модель відноситься до галузі приладобудування, зокрема - до компенсаційних маятникових 2 лінійних акселерометрів з пружним підвісом чутливого елементу. Комплект таких акселерометрів, установлених ортогонально, може використовуватися для вимірювання прискорення в кожному напряму з метою визначення місцезнаходження, наприклад, транспортного засобу.This useful model belongs to the field of instrumentation, in particular - to compensating pendulum 2 linear accelerometers with an elastic suspension of a sensitive element. A set of such accelerometers, mounted orthogonally, can be used to measure acceleration in each direction for the purpose of locating, for example, a vehicle.
Відомі акселерометри (патент США Мо4498342, кл. СО0О1Р15/13 "Іпіедгайїей звіїйсоп ассеіеготейїег мій зігезз-пее гераїІапсіпд", 12,02,1985 ; патент США Моб073490, кл. 50О1Р15/00 "Бегмо ассеІеготегсег", 13,06,20001, 70 що містять рознімний корпус, маятникову інерційну масу (далі по тексту - ІМ.), з'єднану за допомогою пружного підвісу з кільцевою настановною рамкою, встановленою в корпусі, датчик кута, датчик моменту з рухомими котушками і електричну частину.Known accelerometers (US patent Mob 4498342, class CO0O1R15/13 "Ipiedgaiiy zviyysop asseiigoteiyeg my zygez-pee geraiIapsipd", 12.02.1985; US patent Mob073490, class 50O1R15/00 "Begmo assayIegotegseg", 13.016, 2000 containing a removable housing, a pendulum inertial mass (hereinafter referred to as IM), connected by means of an elastic suspension to a ring mounting frame installed in the housing, an angle sensor, a torque sensor with moving coils and an electrical part.
До недоліків конструкції акселерометра, описаної віпатенті США Мо44983421, відносяться: 1) виконання датчика кута із застосуванням мостової схеми з'єднання тензорезісторів приводить до дуже 72 великого температурного дрейфу нульового сигналу акселерометра. Оскільки маятникова інерційна маса пристрою має елементи пружного підвісу, то зазначений нульовий дрейф сигналу викликає значну похибку акселерометра компенсаційного типу, величина якої пропорційна жорсткості підвісу; 2) відсутня система настройки нульового сигналу датчика кутового переміщення ІМ;Disadvantages of the accelerometer design, described in the US patent Mo44983421, include: 1) the implementation of the angle sensor using the bridge circuit of tensor resistors leads to a very large temperature drift of the zero signal of the accelerometer. Since the pendulum inertial mass of the device has elements of an elastic suspension, the indicated zero drift of the signal causes a significant error of the compensating type accelerometer, the value of which is proportional to the stiffness of the suspension; 2) there is no system for adjusting the zero signal of the sensor of the angular displacement of the MI;
З)виконання чутливого елементу з кремнію погіршує стійкість акселерометра до дії ударних і вібраційних навантажень, особливо - у вимкненому стані.C) the performance of a sensitive element made of silicon deteriorates the resistance of the accelerometer to shock and vibration loads, especially when it is turned off.
Найбільш близьким по технічній сутності до корисної моделі, що заявляється, є акселерометр, описаний у вищеназваному |патенті США Моб6073490).The closest in terms of technical essence to the claimed useful model is the accelerometer described in the above-mentioned US patent Mob6073490).
Акселерометр компенсаційного типа включає рознімний корпус і ІМ, з'єднану за допомогою пружного підвісу з настановною рамкою, встановленою в корпусі. Обидві половини рознімного корпусу виконані у вигляді 22 прямокутних брусків з циліндричним отвором і чашоподібним магнітним колом, що має зазор між полюсними -о наконечниками. Чашоподібне магнітне коло має центральне осердя, що складається з постійного магніту і полюсного наконечника. Обидва бруски рознімного корпусу виготовлені з кремнієвого монокристала, що має ту ж саму орієнтацію осей кремнієвого монокристала, що і пластина ІМ.The accelerometer of the compensation type includes a removable housing and an IM connected by means of an elastic suspension with an adjustable frame installed in the housing. Both halves of the removable housing are made in the form of 22 rectangular bars with a cylindrical hole and a cup-shaped magnetic circle, which has a gap between the pole-o tips. A cup-shaped magnetic circle has a central core consisting of a permanent magnet and a pole tip. Both bars of the removable body are made of silicon single crystal, which has the same orientation of the silicon single crystal axes as the IM plate.
На постійних магнітах центральних осердь чашоподібних магнітних кіл встановлені тороїдальні котушки ее, датчика кута, включені диференціально. Ліві і праві половини рознімного корпусу акселерометра з'єднуються між су собою за допомогою пружних елементів (пружин).On the permanent magnets of the central cores of the cup-shaped magnetic circles, the toroidal coils ee, the angle sensor, are differentially switched on. The left and right halves of the detachable body of the accelerometer are connected to each other with the help of elastic elements (springs).
Цей акселерометр працює як звичайний прилад компенсаційного типу. Коли основа приладу рухається з - прискоренням, спрямованим по осі чутливості БА пристрою, ІМ відхиляється під дією моменту сили інерції «-- прискорення, яке вимірюється. Датчик кута перетворює кут відхилення ІМ в електричний сигнал. З'єднані 325 послідовно попередній підсилювач, демодулятор, ланка корекції і підсилювач потужності утворюють с сервопідсилювач акселерометра і виробляють струм, що протікає через котушки датчика моменту, необхідний для зрівноважування моменту сили інерції. Вихід підсилювача потужності послідовно з'єднаний з фільтром, напруга на виході якого є вихідним сигналом акселерометра. «This accelerometer works as a conventional compensating type device. When the base of the device moves with - acceleration directed along the sensitivity axis of the BA device, the IM is deflected under the action of the moment of inertia "-- the acceleration that is measured. The angle sensor converts the MI deflection angle into an electrical signal. The preamplifier, demodulator, correction circuit and power amplifier connected in series 325 form the accelerometer servo amplifier and produce the current flowing through the coils of the torque sensor, which is necessary to balance the moment of inertia. The output of the power amplifier is connected in series with a filter whose output voltage is the output signal of the accelerometer. "
Відмітними рисами даного акселерометра є його конструкція і принцип роботи датчика кута. У рухомі котушки З 70 датчика моменту поряд із струмом зворотного зв'язку подається змінний струм від високочастотного генератора, с зв'язаного з входом підсилювача потужності. Цей струм створює змінний магнітний потік, який проходить черезDistinctive features of this accelerometer are its design and the principle of operation of the angle sensor. In the moving coil Z 70 of the moment sensor, along with the feedback current, an alternating current is supplied from the high-frequency generator, connected to the input of the power amplifier. This current creates an alternating magnetic flux that passes through
Із» тороїдальні котушки датчика кута, розташовані на центральних осердь магнітних кіл датчика моменту. Ці магнітні потоки, що проходять через тороїдальні котушки датчика кута, змінюються по величині, коли змінюється положення ІМ відносно корпусу акселерометра внаслідок того, що зміщення ІМ змінює потокозчеплення магнітного потоку між рухомими котушками і магнітопроводом. У котушках датчика кута індукуються змінні ді напруги, амплітуда яких залежить від взаємного положення рухомих котушок датчика моменту і котушок датчика - кута, тобто від положення ІМ акселерометра відносно його корпусу. Диференціально зв'язані котушки датчика кута створюють високочастотний змінний вихідний сигнал. Його амплітуда пропорційна куту відхилення ІМ, тоді і як фаза залежить від напряму відхилення ІМ. ка 20 Таким чином, в акселерометрі рухомі котушки датчика моменту діють як первинні обмотки датчика кута, обидві вихідні котушки датчика кута і котушки датчика моменту використовують спільне магнітне коло. Це щи спрощує конструкцію механічної частини акселерометра.From" toroidal coils of the angle sensor, located on the central cores of the magnetic circles of the torque sensor. These magnetic fluxes passing through the toroidal coils of the angle sensor change in magnitude when the position of the IM relative to the accelerometer body changes due to the fact that the displacement of the IM changes the flux coupling of the magnetic flux between the moving coils and the magnet wire. In the coils of the angle sensor, alternating voltages are induced, the amplitude of which depends on the relative position of the moving coils of the torque sensor and the coils of the angle sensor, that is, on the position of the IM accelerometer relative to its housing. The differentially coupled coils of the angle sensor create a high-frequency variable output signal. Its amplitude is proportional to the angle of deviation of the MI, while the phase depends on the direction of the deviation of the MI. ka 20 Thus, in an accelerometer, the moving coils of the torque sensor act as the primary windings of the angle sensor, both the output coils of the angle sensor and the torque sensor coils use a common magnetic circuit. This simplifies the design of the mechanical part of the accelerometer.
До недоліків акселерометра, найближчого по технічному рішенню до корисної моделі, що заявляється, і вибраного як найближчий аналог, відносяться: 29 1) ІМ, її пружний підвіс і настановна рамка для кріплення до корпусу виконані з монокристала кремнію, с тоді як магнітні кілі акселерометра виконані металевими, коефіцієнти теплового розширення яких відрізняються від коефіцієнтів температурного розширення кремнію. Це приводить до температурного дрейфу нульового сигналу акселерометра, для зниження якого доводиться підбирати в певній комбінації матеріали, з яких виготовлені елементи конструкції акселерометра, що мають різні коефіцієнти теплового розширення; 60 2) наявність в акселерометрі елементів, виготовлених з кремнію, знижує, як відмічалося вище, його стійкість до вібраційних і ударних навантажень, особливо у вимкненому стані. Це вимагає при установці акселерометра на об'єкті застосування додаткових засобів для зниження впливу вказаних вище дій;The disadvantages of the accelerometer, which is the closest in terms of technical solution to the proposed useful model and chosen as the closest analogue, include: 29 1) IM, its elastic suspension and the guide frame for attachment to the body are made of single crystal silicon, while the magnetic coils of the accelerometer are made of metallic ones, the coefficients of thermal expansion of which differ from the coefficients of thermal expansion of silicon. This leads to a temperature drift of the zero signal of the accelerometer, to reduce which it is necessary to select in a certain combination the materials from which the design elements of the accelerometer are made, which have different coefficients of thermal expansion; 60 2) the presence of elements made of silicon in the accelerometer reduces, as noted above, its resistance to vibration and shock loads, especially when it is turned off. This requires, when installing the accelerometer at the object, the use of additional means to reduce the impact of the above actions;
З) конструкція приладу має засоби для електричної настройки вихідного нульового сигналу датчика кута.C) the design of the device has means for electrical adjustment of the output zero signal of the angle sensor.
Проте це веде до ускладнення електричної частини приладу, оскільки настройка здійснюється шляхом бо замикання секцій додаткових тороїдальних котушок, розташованих на центральних осердь (магнітах) магнітних кіл; 4) у конструкції приладу |див. фіг4 патенту США Моб073490| можлива механічна настройка вихідного нульового сигналу датчика кута. Настройка здійснюється шляхом зміни положення феромагнітного осердя відносно котушок датчика кута. Проте при цьому постійні магніти в магнітному колі виконані зовнішніми, а металевий магнітопровід, в якому переміщується осердя, - внутрішнім. Це приводить до впливу на магніти зовнішніх магнітних полів, що спотворюють магнітні потоки в магнітних системах, що знижує точність вимірювання прискорення; 5) у конструкції приладу є одна базова настановна поверхня, перпендикулярна його осі чутливості ЗА. При 7/0 Вимірюванні двох або трьох проекцій вектора прискорення об'єкта встановленими на ньому акселерометрами наявність однієї базової настановної поверхні ускладнює процес установки акселерометра і вимагає застосування додаткових пристроїв для його установки; 6) використання в конструкції акселерометра рухомих котушок датчика моменту в якості котушок збудження датчика кута зменшує величину напруги на виході підсилювача потужності, що йде на зрівноважування моменту /5 били інерції, на величину амплітуди високочастотної напруги збудження датчика кута.However, this leads to the complication of the electrical part of the device, since the adjustment is carried out by closing the sections of additional toroidal coils located on the central cores (magnets) of the magnetic circles; 4) in the design of the device | see Fig. 4 of the US patent Mob073490| mechanical adjustment of the output zero signal of the angle sensor is possible. Adjustment is carried out by changing the position of the ferromagnetic core relative to the coils of the angle sensor. However, at the same time, the permanent magnets in the magnetic circuit are external, and the metal magnetic wire in which the core moves is internal. This leads to the influence of external magnetic fields on the magnets, which distort the magnetic fluxes in the magnetic systems, which reduces the accuracy of the acceleration measurement; 5) the design of the device has one basic setting surface, perpendicular to its axis of sensitivity ZA. When measuring two or three projections of the object's acceleration vector with accelerometers installed on it, the presence of one basic mounting surface complicates the process of installing the accelerometer and requires the use of additional devices for its installation; 6) the use in the design of the accelerometer of the moving coils of the moment sensor as the excitation coils of the angle sensor reduces the value of the voltage at the output of the power amplifier, which goes to balance the moment /5 of the inertia, by the magnitude of the amplitude of the high-frequency voltage of the excitation of the angle sensor.
В основу корисної моделі покладена задача удосконалення компенсаційного акселерометра шляхом спрощення його конструкції, підвищення точності вимірювання прискорення при використовуванні іншої (порівняно з найближчим аналогом) схеми механічної настройки вихідного нульового сигналу датчика кута, використання іншої електричної схеми, спрощення процесу установки приладу на об'єкті при введенні додаткової базової настановної поверхні акселерометра, підвищення його стійкості до вібраційних і ударних навантажень.The useful model is based on the task of improving the compensating accelerometer by simplifying its design, increasing the accuracy of acceleration measurement when using a different (compared to the closest analogue) scheme of mechanical adjustment of the output zero signal of the angle sensor, using a different electrical scheme, simplifying the process of installing the device on the object when introducing an additional basic mounting surface of the accelerometer, increasing its resistance to vibration and shock loads.
Поставлена задача вирішується так, що в компенсаційному акселерометрі, який містить рознімний корпус з однією базовою настановною поверхнею, з розташованими в ньому рухомою пластиною чутливого елементу, встановленої на пружному підвісі верхньою і нижньою магнітними системами, кожна з яких складається з ов магнітопроводу, постійного магніту і полюсного наконечника, причому магнітні системи в поєднанні з двома рухомими котушками, з'єднаними послідовно, розташованими на рухомій пластині чутливого елементу і о, розміщеними усередині зазорів магнітних систем між поверхнями відповідних магнітопроводів і полюсних наконечників, утворюють датчик моменту, дві нерухомі тороїдальні котушки збудження, включені диференціально і розміщені на постійних магнітах магнітних систем, самі магнітні системи і рухомі котушки Ге зо датчика моменту утворюють датчик кута, а з'єднані послідовно попередній підсилювач, демодулятор, ланка корекції, підсилювач потужності формують сервопідсилювач, що створює разом з високочастотним генератором, с котушками датчика моменту і датчика кута контур негативного зворотного зв'язку акселерометра, та вихідний ї- фільтр, причому рознімний корпус споряджений захисним кожухом, новим є те, що в акселерометрі рознімний корпус складається з верхнього і нижнього корпусів, що жорстко з'єднані між собою і мають співвісно -- розташовані крізні отвори з можливістю розміщення в них магнітопроводів, чутливий елемент виконаний с металевим, рухома пластина якого одним своїм кінцем з'єднана з основою за допомогою пружного підвісу, при цьому чутливий елемент розташований між верхнім і нижнім корпусами і жорстко закріплений основою на торці нижнього корпусу, крім того, нерухомі тороїдальні котушки збудження датчика кута зв'язані з високочастотним генератором для їх живлення змінною високочастотною напругою, вихід підсилювача потужності через котушку « індуктивності зв'язаний з входом попереднього підсилювача та з котушками датчика моменту, інший кінецьяких 7-3) с зв'язаний з паралельно з'єднаними резистором та конденсатором, які з'єднані з вихідним фільтром, а крізні . отвори верхнього і нижнього корпусів і зовнішні поверхні магнітопроводів виконані, по крайній мірі, нарізними а з можливістю механічної настройки нульового сигналу датчика кута шляхом переміщення магнітних систем відносно верхнього і нижнього корпусів, а у верхньому і нижньому корпусах виконані бічні нарізні отвори для фіксації магнітопроводів в корпусах за допомогою стопорних гвинтів, причому для установки на об'єктіThe task is solved in such a way that in the compensation accelerometer, which contains a removable housing with one basic mounting surface, with a moving plate of a sensitive element located in it, mounted on an elastic suspension, upper and lower magnetic systems, each of which consists of a magnet wire, a permanent magnet and pole tip, and the magnetic systems in combination with two moving coils connected in series, located on the moving plate of the sensitive element and o, placed inside the gaps of the magnetic systems between the surfaces of the corresponding magnetic wires and pole tips, form a moment sensor, two stationary toroidal excitation coils, included differentially and placed on the permanent magnets of the magnetic systems, the magnetic systems themselves and the moving coils of the Gezo torque sensor form the angle sensor, and the preamplifier, demodulator, correction link, power amplifier connected in series form the servo amplifier, which together with the high-frequency generator, with the coils of the moment sensor and the angle sensor, the negative feedback circuit of the accelerometer, and the output y-filter, and the detachable case is equipped with a protective cover, the new thing is that the detachable case in the accelerometer consists of an upper and a lower case, which is rigidly are interconnected and have coaxially located through holes with the possibility of placing magnetic wires in them, the sensitive element is made of metal, the movable plate of which is connected to the base by means of an elastic suspension at one end, while the sensitive element is located between the upper and lower housings and rigidly fixed by the base on the end of the lower housing, in addition, the fixed toroidal coils of the excitation of the angle sensor are connected to a high-frequency generator to supply them with an alternating high-frequency voltage, the output of the power amplifier through the "inductance" coil is connected to the input of the pre-amplifier and to the coils of the sensor moment, the other end of which 7-3) c is connected with connected in parallel by a resistor and a capacitor, which are connected to the output filter, and through . the openings of the upper and lower housings and the outer surfaces of the magnetic conductors are made, to an extreme extent, threaded and with the possibility of mechanical adjustment of the zero signal of the angle sensor by moving the magnetic systems relative to the upper and lower housings, and the upper and lower housings have side threaded holes for fixing the magnetic conductors in the housings with the help of locking screws, and for installation on the object
ГІ акселерометра він споряджений додатковою базовою настановною поверхнею, виконаною, як і перша базова настановна поверхня, на нижньому корпусі і перпендикулярно до неї. - Запропонований компенсаційний акселерометр дозволяє поліпшити його експлуатаційні та міцнісні -І характеристики і підвищити ефективність його роботи при установці на об'єкті - наприклад, на транспортному Засобі. о Конструкція акселерометра, що заявляється, і принцип механічної настройки нульового сигналу датчика кутаThe GI accelerometer is equipped with an additional base mounting surface, made, like the first base mounting surface, on the lower case and perpendicular to it. - The proposed compensatory accelerometer allows to improve its operational and durability characteristics and to increase the efficiency of its work when installed on an object - for example, on a vehicle. o Design of the claimed accelerometer and the principle of mechanical adjustment of the zero signal of the angle sensor
Ф пояснюються такими рисунками: поперечний перетин акселерометра, проведений уздовж осі чутливості ЗА і осі маятника РА, тобто його основний вид, показаний на Фіг.1; вид Б на Фіг.1 (без елементів поз.1, 12, 14, 16, 18, 21) показаний на Фіг.2; розріз Е-Е на Фіг.2 акселерометра поданий на Фіг.3; с на Фіг.4 показана конструкція чутливого елементу; розріз Ж-Ж на Фіг.4 поданий на Фіг.5; на Фігб приведений вид Г на Фіг1 акселерометра, що показує базову настановну поверхню А бо акселерометра; на Фіг.7 приведений вид Д на Фіг1 акселерометра, що показує базову настановну поверхню В акселерометра; на Фіг.8 приведена функціональна електрична схема акселерометра; на Фіг.9 приведена структурна схема акселерометра, що ілюструє механічну настройку нульового сигналу 65 датчика кута; на Фіг.10а і 106 показана кінематична схема, що пояснює принцип механічної настройки нульового сигналу датчика кута.Ф are explained by the following drawings: the cross-section of the accelerometer, drawn along the axis of sensitivity ЗА and the axis of the pendulum RA, that is, its main view, shown in Fig. 1; view B in Fig. 1 (without elements pos. 1, 12, 14, 16, 18, 21) is shown in Fig. 2; section E-E in Fig. 2 of the accelerometer is presented in Fig. 3; c in Fig. 4 shows the design of the sensitive element; section F-F in Fig. 4 is presented in Fig. 5; Fig. 1 shows the view G in Fig. 1 of the accelerometer, which shows the basic mounting surface A of the accelerometer; Fig. 7 shows view D in Fig. 1 of the accelerometer, showing the basic mounting surface B of the accelerometer; Fig. 8 shows the functional electrical circuit of the accelerometer; Fig. 9 shows the structural diagram of the accelerometer, illustrating the mechanical adjustment of the zero signal 65 of the angle sensor; 10a and 106 show a kinematic diagram explaining the principle of mechanical adjustment of the zero signal of the angle sensor.
Акселерометр (Фіг.1-5) складається з верхнього 1 і нижнього 2 корпусів, жорстко з'єднаних між собою, що мають співвісно розташовані нарізні отвори 3, 4, представляючи таким чином рознімний корпус, усередині якого між цими корпусами розміщений чутливий елемент, що складається із ІМ, утвореної рухомою пластиною 5 і двома встановленими на ній котушками датчика моменту 6 і 7, нерухомої основи 8 і пружного підвісу 9 пластини 5 до основи 8. Основа 8 жорстко закріплена на нижньому корпусі, наприклад, за допомогою гвинта 10 і пружинної шайби 11.The accelerometer (Fig. 1-5) consists of upper 1 and lower 2 housings, rigidly connected to each other, having coaxially located threaded holes 3, 4, thus representing a detachable housing, inside which a sensitive element is placed between these housings, which consists of an IM formed by a moving plate 5 and two torque sensor coils 6 and 7 installed on it, a fixed base 8 and an elastic suspension 9 of the plate 5 to the base 8. The base 8 is rigidly fixed to the lower body, for example, with the help of a screw 10 and a spring washer 11.
Усередині рознімного корпусу розміщені диференціальний датчик кута і датчик моменту, причому в цих 7/0 датчиках використовуються одні і ті ж магнітні системи. Магнітні системи включають до себе магнітопроводи 12 і 13, постійні магніти 14 і 15, полюсні наконечники 16 і 17, при цьому згадані магнітопроводи з'єднані відповідно з верхнім 1 і нижнім 2 корпусами за допомогою нарізних з'єднань З і 4. На магнітах 14 і 15 розміщені тороїдальні котушки збудження 18 і 19 датчика кута.A differential angle sensor and a torque sensor are located inside the detachable housing, and these 7/0 sensors use the same magnetic systems. Magnetic systems include magnetic lines 12 and 13, permanent magnets 14 and 15, pole tips 16 and 17, while the said magnetic lines are connected, respectively, to the upper 1 and lower 2 cases by means of threaded connections C and 4. On magnets 14 and 15 placed toroidal excitation coils 18 and 19 of the angle sensor.
Рухомі котушки б і 7 розміщені усередині зазорів магнітних систем між поверхнями відповідних /5 магнітопроводів 12, 13 і полюсних наконечників 16, 17, при цьому рухомі котушки 6 і 7 датчика моменту є також вихідними котушками датчика кута.The moving coils b and 7 are placed inside the gaps of the magnetic systems between the surfaces of the corresponding /5 magnetic conductors 12, 13 and the pole tips 16, 17, while the moving coils 6 and 7 of the torque sensor are also the output coils of the angle sensor.
Магнітні системи можуть переміщатися відносно корпусів 1 і 2 уздовж осі ЗА по різьбам З і 4 і фіксуються до корпусів стопорними гвинтами 20 (Фіг.2, З).The magnetic systems can move relative to the housings 1 and 2 along the ZA axis along the threads Z and 4 and are fixed to the housings with locking screws 20 (Fig. 2, Z).
Нижній корпус 2 має дві взаємно-перпендикулярні базові настановні поверхні А і В для установлення 2о акселерометра на об'єкті (наприклад, за допомогою гвинтів, що угвинчуються в нарізні отвори в поверхнях А іThe lower housing 2 has two mutually perpendicular base mounting surfaces A and B for mounting the 2o accelerometer on the object (for example, with the help of screws screwed into threaded holes in the surfaces A and
В), (Фіг.б, 7).B), (Fig. b, 7).
Конструкція акселерометра закрита зовнішнім захисним кожухом 21.The design of the accelerometer is covered by an external protective cover 21.
Функціональна електрична схема акселерометра показана на Фіг.8. Вона складається з підсилювача сигналу датчика кута 22, демодулятора 23, ланки корекції 24, підсилювача потужності 25, високочастотного генератора 26, постійних магнітів 14 і 15, рухомих котушок датчика моменту 6 і 7, тороїдальних котушок збудження датчика кута 18 ії 19, котушки індуктивності 27, резистора 28, конденсатора 29 і фільтру 30, Оор - вихідна напруга т акселерометра.The functional electrical diagram of the accelerometer is shown in Fig.8. It consists of a signal amplifier of the angle sensor 22, a demodulator 23, a correction circuit 24, a power amplifier 25, a high-frequency generator 26, permanent magnets 14 and 15, moving coils of the moment sensor 6 and 7, toroidal coils of excitation of the angle sensor 18 and 19, and an inductance coil 27 , resistor 28, capacitor 29 and filter 30, Oor is the output voltage t of the accelerometer.
Акселерометр працює таким чином.The accelerometer works like this.
За відсутності вимірюваного прискорення об'єкту, на якому встановлений акселерометр, спрямованого «о зо Уздовж осі А, і виконаній настройці нульового сигналу датчика кута, вихідний сигнал акселерометра у вигляді напруги постійного струму Оор відсутній. При дії вимірюваного прискорення а уздовж осі ЗА ІМ маятникового с чутливого елементу під дією моменту сили інерції М;і-тіа (т - маса ІМ, І - відстань від осі підвісу НА до М центру мас ІМ) відхиляється на пружному підвісі 9 відносно корпусу акселерометра. При позитивному прискоренні ІМ переміщується до нижнього корпусу 2, а при негативному прискоренні - до верхнього корпусу 1. --In the absence of measured acceleration of the object on which the accelerometer is installed, directed "o z along the axis A, and the zero signal of the angle sensor has been set, the output signal of the accelerometer in the form of a direct current voltage Oor is absent. Under the action of the measured acceleration a along the axis ZA IM of the pendulum s sensitive element under the action of the moment of inertia M;i-tia (t - the mass of the IM, I - the distance from the axis of the suspension NA to the M center of mass of the IM) is deflected on the elastic suspension 9 relative to the accelerometer body . With a positive acceleration, the IM moves to the lower case 2, and with a negative acceleration - to the upper case 1. --
Відповідно, також з ІМ переміщуються і рухомі котушки 6 і 7 відносно нерухомих тороїдальних котушок 18 і 19. сAccordingly, the movable coils 6 and 7 are also moved with the IM relative to the stationary toroidal coils 18 and 19. c
Нерухомі тороїдальні котушки збудження 18 і 19 живленні змінною високочастотною напругою від опорного генератора 26 (Фіг.86). При цьому в магнітних системах виникають змінні магнітні потоки постійної амплітуди і частоти. При переміщенні котушок 6 і 7 разом з ІМ змінюється їх потокозчеплення із згаданими вище магнітними потоками. При цьому в котушках 6 і 7 індукуються змінні напруги, причому напрями струмів в котушках 18 і 19 « таке, що ці напруги віднімаються. Одержана у результаті віднімання напруга поступає на вхід попереднього з с підсилювача 22. При цьому амплітуда цієї напруги пропорційна величині зміщення ІМ, а фаза цієї напруги залежить від напряму переміщення. На другий вхід демодулятора 23 подається опорна напруга від генератора ;» 26. На виході демодулятора утворюється постійна напруга, величина якої пропорційна величині відхилення ІМ, а знак відповідає напряму відхилення ІМ. Далі ця напруга проходить через ланку корекції 24 і підсилювач потужності 25, вихідна напруга якого у вигляді сигналу зворотного зв'язку подається через котушку ко індуктивності 27 на рухомі котушки 6 і 7. Протікаючи по котушках 6 і 7 струм зворотного зв'язку Іор взаємодіє з полями постійних магнітів 14 і 15 датчика моменту і створює момент зворотного зв'язку (момент сили Ампера) - Ме, зрівноважувальний момент сили інерції М; вимірюваного прискорення і повертаючий ІМ в нейтральне -І положення. Протікаючи по резистору 28, струм зворотного зв'язку створює напругу Оор-Іорк (К - опір резистора 5ор 28), що є вихідним сигналом акселерометра. ю Настройку нульового сигналу датчика кута пояснюють Фіг.9, 10а і 106. На Фіг.9 показані чутливий елементThe stationary toroidal excitation coils 18 and 19 are powered by alternating high-frequency voltage from the reference generator 26 (Fig. 86). At the same time, variable magnetic fluxes of constant amplitude and frequency arise in magnetic systems. When moving the coils 6 and 7 together with the IM, their flux coupling with the magnetic fluxes mentioned above changes. At the same time, alternating voltages are induced in coils 6 and 7, and the current directions in coils 18 and 19 are such that these voltages are subtracted. The voltage obtained as a result of the subtraction enters the input of the previous amplifier 22. At the same time, the amplitude of this voltage is proportional to the value of the displacement of the IM, and the phase of this voltage depends on the direction of movement. The reference voltage from the generator is supplied to the second input of the demodulator 23;" 26. A constant voltage is formed at the output of the demodulator, the value of which is proportional to the value of the deviation of the IM, and the sign corresponds to the direction of the deviation of the IM. Next, this voltage passes through the correction circuit 24 and the power amplifier 25, the output voltage of which in the form of a feedback signal is fed through the coil of inductance 27 to the moving coils 6 and 7. Flowing through the coils 6 and 7, the feedback current Ior interacts with by the fields of permanent magnets 14 and 15 of the moment sensor and creates a feedback moment (Ampere's moment of force) - Me, the balancing moment of inertia force M; of the measured acceleration and returning the MI to the neutral -I position. Flowing through the resistor 28, the feedback current creates a voltage Oor-Iork (K - the resistance of the resistor 5or 28), which is the output signal of the accelerometer. The setting of the zero signal of the angle sensor is explained in Fig. 9, 10a and 106. Fig. 9 shows the sensitive element
Ф 31, датчик кута 32, джерело стабільної напруги 33, ланка корекції з підсилювачем потужності 34, датчик моменту З5, суматори З6, 37 і 38.Ф 31, angle sensor 32, source of stable voltage 33, correction link with power amplifier 34, moment sensor Z5, adders Z6, 37 and 38.
Датчик кута 32 вимірює кут, який за допомогою суматора 37 представлений на схемі у вигляді суми двох бв Кутів: - кута р відхилення ІМ від нейтрального положення, де під нейтральним розуміється положення, при якому с рівнодіюча моментів всіх сил, прикладених до ІМ, дорівнює нулю; - кута АД похибки настройки датчика кута, який є кутом між нейтральним положенням ІМ і положенням ІМ, при якому напруга на виході датчика кута 32 дорівнює нулю. во Похибка настройки датчика кута 32 приводить до появи зміщення нуля вихідного сигналу акселерометра, яке показано на схемі у вигляді струму зворотного зв'язку Іор, що протікає по котушках датчика моменту 35. Для зменшення цього зміщення нуля звичайно застосовують електричну схему компенсації похибки настройки датчика кута. На Фіг9 - це встановлений на виході датчика кута 32 суматор 38 і регульоване джерело стабільної постійної напруги Ор 33. Сигнал з виходу суматора 38 поступає на ланку корекції з підсилювачем 65 потужності 34, до якого підключений датчик моменту 35. Для даної структурної схеми, з урахуванням того, що ланка 34 в акселерометрах містить інтегратор, для статичного стану, при рівній нулю рівнодіючої моментів всіх зовнішніх сил, прикладених до ІМ, справедливе таке вираження для зміщення нуля акселерометра Ді: пах пек (0 ща й й пк УК оре т рат й й де с- кутова жорсткість підвісу ІМ, К/ -- коефіцієнт передачі датчика моменту 35, Ко - коефіцієнт передачі /о датчика кута.The angle sensor 32 measures the angle, which with the help of the adder 37 is represented on the diagram as the sum of two angles: - the angle p of the deviation of the IM from the neutral position, where neutral means the position at which the net effect of the moments of all forces applied to the IM is zero ; - the angle AD of the angle sensor adjustment error, which is the angle between the neutral position of the IM and the position of the IM, at which the voltage at the output of the angle sensor 32 is zero. в The adjustment error of the angle sensor 32 leads to the appearance of a zero offset of the output signal of the accelerometer, which is shown in the diagram in the form of a feedback current Ior flowing through the coils of the torque sensor 35. To reduce this zero offset, an electrical circuit for compensation of the error of the angle sensor adjustment is usually used . In Fig. 9, it is an adder 38 installed at the output of the angle sensor 32 and an adjustable source of stable constant voltage Or 33. The signal from the output of the adder 38 is fed to the correction link with the power amplifier 65 34, to which the moment sensor 35 is connected. For this structural scheme, taking into account that the link 34 in the accelerometers contains an integrator, for a static state, when the equivalent moments of all external forces applied to the IM are equal to zero, the following expression is valid for the displacement of the zero of the accelerometer Di: where s is the angular stiffness of the IM suspension, K/ is the transmission coefficient of the moment sensor 35, Ko is the transmission coefficient /o of the angle sensor.
Під час настройки зміною напруги ОД прагнуть виконати умову я шероз (During adjustment by changing the voltage, the ODs tend to fulfill the condition I sheroz (
ШЕ ся В й я, де " указує на те, що значення цих величин визначені на момент завершення настройки.ШЕ сай В и я, where " indicates that the values of these quantities are determined at the time of completion of the setup.
Проте під час роботи акселерометра внаслідок зміни температури (відносно температури, при якій проводилася настройка) всі складові виразу (1) змінять свою величину, і з'явиться зміщення нуля - З вхо Е | Ж же вк (3) дадоа я тп яри реллці тя Ба ТНК кАлее ВHowever, during the operation of the accelerometer due to a change in temperature (relative to the temperature at which the setting was carried out), all components of expression (1) will change their value, and a shift of zero will appear - З вхо Е | The same vk (3) gave me tp yary relltsi tya Ba TNK kAlee V
Ру щт щі і коефіцієнти відпові й іці 2 де оВ, с4; оду - температурні коефіцієнти відповідно кута похибки настройки датчика кута 32, коефіцієнта передачі датчика кута 32, напруги Ор.Rules and response coefficients 2 de oV, p4; odu - temperature coefficients, respectively, the error angle of the angle sensor 32, the transmission coefficient of the angle sensor 32, voltage Or.
Як виходить з виразу (3), зміщення нуля вихідного сигналу акселерометра Лі! внаслідок зміни температури прямо пропорційно куту похибки настройки датчика кута Ар. Зменшення цього кута за допомогою пропонованої «о механічної настройки датчика кута 32 дозволяє підвищити точність акселерометра. счAs can be seen from expression (3), the displacement of the zero of the output signal of the Lee accelerometer! as a result of the change in temperature, it is directly proportional to the angle of error of the adjustment of the Ar angle sensor. Reducing this angle using the proposed mechanical adjustment of the angle sensor 32 allows to increase the accuracy of the accelerometer. high school
На Фіг.104, 106, яка пояснює принцип механічної настройки нульового сигналу датчика кута, показані акселерометр 39 і горизонтальна основа 40, на якій здійснюється настройка нульового сигналу датчика кута їч- акселерометра. Настройка нульового сигналу датчика кута здійснюється таким чином. Основа 40 виставляється . прі - : «- в горизонті, при цьому вектор гравітаційного прискорення 9 буде перпендикулярний поверхні Е основи 40.Fig. 104, 106, which explains the principle of mechanical adjustment of the zero signal of the angle sensor, shows the accelerometer 39 and the horizontal base 40, on which the zero signal of the angle sensor of the accelerometer is adjusted. Setting the zero signal of the angle sensor is carried out as follows. Base 40 is displayed. at - : «- in the horizon, while the gravitational acceleration vector 9 will be perpendicular to the surface E of the base 40.
Акселерометр установлюється на поверхню Е в положення | (Фіг.1Оа) і ІІ (Фіг.106) з показаною на цих фігурах с орієнтацією осей ЗА і РА акселерометра. При цьому вимірювальна вісь 5А повинна бути паралельна площині Е основи 40, а вісь маятника РА направлена в положенні | по вектору гравітаційного прискорення 9 униз, а в положенні ІІ - напроти вектора гравітаційного прискорення 9 уверх. Проте акселерометр завжди має погрішність « базової площини у (кут не перпендикулярності вимірювальної осі ЗА акселерометра до його базової настановної поверхні А). При цьому вихідні сигнали акселерометра в положеннях | і ІЇ мають такий вигляд: - хз оч зеде шк в (4) іже Н А зак зі : шо ко ЇВ ; ІНК КУ де Шо - зміщення нуля вихідного сигналу акселерометра, викликане зміщенням нульового сигналу датчика -І кута, К - коефіцієнт перетворення акселерометра, 9 - величина гравітаційного прискорення.The accelerometer is installed on the surface E in the position | (Fig. 10a) and II (Fig. 106) with the orientation of the ZA and RA axes of the accelerometer shown in these figures. At the same time, the measuring axis 5A must be parallel to the plane E of the base 40, and the axis of the pendulum RA is directed in the position | along the vector of gravitational acceleration 9 down, and in position II - opposite the vector of gravitational acceleration 9 up. However, the accelerometer always has an error of the base plane y (the angle of non-perpendicularity of the measuring axis ZA of the accelerometer to its base setting surface A). At the same time, the output signals of the accelerometer are in positions | and II have the following form: - хз оч зеде шк в (4) izhe N A zak zi : sho ko ЯВ ; INC KU de Chau - displacement of the zero of the output signal of the accelerometer, caused by the displacement of the zero signal of the -I angle sensor, K - the conversion factor of the accelerometer, 9 - the amount of gravitational acceleration.
З виразу (4) виходить, що іме) тю, ля шва (5) с Я зр ння ще ЕЕ; АН итFrom the expression (4), it follows that there is) tyu, la sva (5) with Ya zrnnia still EE; Academy of Sciences etc
Метою механічної настройки нульового сигналу датчика кута є виконання умови с Мо-о, (6) яке, як випливає з (5), буде досягнуто при 60 т с, ее, ав Мате ярThe purpose of the mechanical adjustment of the zero signal of the angle sensor is to fulfill the condition c Mo-o, (6) which, as follows from (5), will be achieved at 60 t s, ee, av Mate yar
Настройка датчика кута полягає в покроковому наближенні до виконання умови (7) шляхом переміщення по б5 різьбам 3, 4 магнітопроводів 12, 13 відносно верхнього і нижнього корпусів 1, 2 і контролі напруг ехо фоссаьеThe adjustment of the angle sensor consists in a step-by-step approach to the fulfillment of condition (7) by moving along the b5 threads 3, 4 of the magnetic conductors 12, 13 relative to the upper and lower housings 1, 2 and monitoring the echo fossaye voltages
Я жиI live
Варва в положеннях І і ІІ після зміни положення кожного з магнітопроводів 12 або 13.Varva in positions I and II after changing the position of each of the magnetic conductors 12 or 13.
Після завершення настройки нульового сигналу датчика куга магнітопроводи 12, 13 фіксуються стопорними гвинтами 20 в корпусах 1,2.After completing the zero signal adjustment of the kuga sensor, the magnetic wires 12, 13 are fixed by the locking screws 20 in the housings 1, 2.
Claims (5)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
UAU200700245U UA21726U (en) | 2007-01-10 | 2007-01-10 | Compensation accelerometer |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
UAU200700245U UA21726U (en) | 2007-01-10 | 2007-01-10 | Compensation accelerometer |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
UA21726U true UA21726U (en) | 2007-03-15 |
Family
ID=37952755
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
UAU200700245U UA21726U (en) | 2007-01-10 | 2007-01-10 | Compensation accelerometer |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
UA (1) | UA21726U (en) |
-
2007
- 2007-01-10 UA UAU200700245U patent/UA21726U/en unknown
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US7347097B2 (en) | Servo compensating accelerometer | |
RU2126161C1 (en) | Compensation accelerometer | |
EP1837662B1 (en) | Compensating accelerometer with optical angle sensing | |
JPH06230023A (en) | Displacement detecting sensor | |
US5193391A (en) | Controlled vibration angular rate sensor | |
NZ199748A (en) | Sensor arrangement for coriolis mass flow rate meter | |
US4088027A (en) | Force balance servo accelerometer | |
JP2006162302A (en) | Electronic balance | |
US4232265A (en) | Device for measuring intensity of magnetic or electromagnetic fields using strain gauges mounted on ferromagnetic plates | |
US5422566A (en) | Apparatus and method for sensing DC current in a conductor | |
RU2291450C1 (en) | Compensation pendulum type accelerometer | |
RU2410703C1 (en) | Linear microaccelerometre | |
US3295378A (en) | Accelerometer | |
UA21726U (en) | Compensation accelerometer | |
RU2559154C2 (en) | Compensation-type pendulum accelerometer | |
RU2313100C1 (en) | Accelerometer | |
RU120235U1 (en) | COMPENSATION ACCELEROMETER WITH AN OPTICAL ANGLE SENSOR | |
EP4009004A1 (en) | Eddy current sensor device for measuring a linear displacement | |
RU2207522C2 (en) | Apparatus for measuring vibrations | |
RU2758892C1 (en) | Compensation pendulum accelerometer | |
KR101264771B1 (en) | Accelerometer with silicon pendulum assembly which improves scale factor linearity under high-g acceleration | |
RU2485524C2 (en) | Accelerometer | |
SU1700484A1 (en) | Device for measurement of accelerations | |
JP2000055930A (en) | Acceleration sensor | |
US701937A (en) | Indicating instrument. |