UA25676U - Compensated accelerometer with an optical angular position transducer - Google Patents

Description

Опис винаходу

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 при вимірюванні прискорення в кожному напрямі з метою визначення місцезнаходження, наприклад, транспортного пристрою.

Відомі акселерометри, один з яких описаний в |патенті Японії Мо188924/19811.

Акселерометр включає маятникову інерційну масу (маятник), поміщену в герметичний корпус із створеним в 70 ньому вакуумом або заповнений інертним газом (наприклад, гелієм), і виконану у вигляді рухомого стержня, нижня частина якого зв'язана за допомогою пружного підвісу з пластиною, прикріпленою гвинтами до базової площини однієї з рамок. Стержень може повертатися на пружному підвісі навколо пластини у напрямі вимірювальної осі акселерометра. До стержня маятника прикріплені дві рухомі котушки циліндричної форми.

Магнітні аксіальні системи акселерометра включають в себе магнітопроводи, роль яких виконують перша і 12 друга рамки, виготовлені з магнітом'якого матеріалу, а також постійні магніти і полюсні наконечники, при цьому рухомі котушки знаходяться у відповідних зазорах, утворених поверхнями магнітопроводів і полюсних наконечників. Перелічені елементи разом з рухомими котушками формують датчик моменту акселерометра.

Обидві рамки жорстко з'єднуються між собою, причому в кожній з них розміщені обмежувачі для обмеження діапазону переміщення маятника. Цей діапазон можна регулювати шляхом переміщення обмежувачів в нарізних отворах, виконаних в рамках.

У корпусі з метою вимірювання переміщення маятника встановлений датчик кута, що складається з одного джерела світла і двох приймачів світла. Маятник розташований між рамками, на одній з яких встановлене джерело світла, а на іншій - приймачі світла. Таким чином, маятник є екрануючим елементом при проходженні світлового потоку від джерела світла до приймачів світла.

За відсутності вимірюваного прискорення уздовж вимірювальної осі маятник знаходиться в нейтральному в положенні, при якому частина світлового потоку, що випромінюється джерелом світла, екранується поверхнею нерухомого маятника і не потрапляє до приймачів світла, а частина - розподіляється рівномірно між приймачами світла, забезпечуючи рівні величини потоків, що потрапляють на обидва приймачі світла. При цьому світлоприймальні поверхні освітлюються світловими потоками не повністю, але однаково, що виключає о можливість виникнення напруги в електричній системі акселерометра. ча дії прискорення об'єкту уздовж вимірювальної осі виникає момент сили інерції, який відхилює маятник від його нейтрального положення. В результаті цього відбувається перерозподіл світлового потоку, що потрапляє о від джерела світла на приймачі світла: на один з приймачів потрапляє більший світловий потік, ніж на другий ю приймач. Відмінність величин світлових потоків, що потрапляють на світлоприймальні поверхні приймачів світла, приводить до виникнення напруги в електричній системі акселерометра. При цьому виникає електричний сигнал, с пропорційний зміщенню маятника, а, отже, прискоренню об'єкту. Далі цей сигнал перетворюється в струм зворотного зв'язку, який протікає Через котушки датчика моменту і взаємодіє з полями постійних магнітів, внаслідок чого виникає сила зворотного зв'язку. Момент цієї сили відносно осі пружного підвісу врівноважує « момент сили інерції вимірюваного прискорення і повертає маятник в нейтральне положення. Величина і напрям З 70 струму зворотного зв'язку дозволяє вимірювати величину і напрям прискорення. с Недоліками акселерометра, що розглядається, є: з» 1) конструкція акселерометра, в якій використовується стержень великого діаметру, не дозволяє розташувати джерело світла і приймачі світла на близькій відстані один від одного, що зменшує чутливість оптичного датчика кута акселерометра і сприяє збільшенню шуму у вихідному сигналі датчика кута; 2) конструкція акселерометра така, що нейтральному положенню маятника звичайно не відповідає нульове ді значення вихідного сигналу датчика кута; 4! 3) конструкція датчика кута забезпечує низьку точність механічної настройки його нульового сигналу.

Другим прототипом акселерометра, найближчим за технічною суттю до корисної моделі, що заявляється, є б пристрій, приведений в (патенті США Мо4,649,748 від 17 березня 1987р.. -і 20 Конструкція і робота даного акселерометра близькі до конструкції і роботи першого прототипу акселерометра. Конструкція другого прототипу має наступні відмінності: щи 1) перша рамка - магнітопровід магнітної системи акселерометра є базовим установочним елементом акселерометра, що дозволяє спростити конструкцію і зменшити масу акселерометра; 2) вільний кінець стержня маятника, розташований між джерелом світла і двома приймачами світла, 22 виконаний у вигляді тонкої пластини, що дозволяє наблизити один до одного джерело світла і приймачі світла. с Це підвищує чутливість оптичного датчика кута і зменшує шуми в його вихідному сигналі. У одному з варіантів акселерометра тонка пластина виконана у вигляді стержня, що перекриває частину світлового потоку від джерела світла до приймачів світла. В іншому варіанті акселерометра пластина виконана у вигляді тонкого стержня з розрізом уздовж осі стержня маятника, який пропускає частину світлового потоку; 60 3) елементи конструкції, в яких встановлені джерело і приймачі світла, притиснуті до нерухомих рамок за допомогою плоскої пружини, що підвищує точність механічної настройки нульового сигналу датчика кута.

До недоліків акселерометра, найближчого по технічному рішенню до корисної моделі, що заявляється, і вибраного як прототип, відносяться: 1) наявність в акселерометрі датчика моменту з двома аксіальними магнітними системами, що при бо необхідності збільшення діапазону вимірювання акселерометра вимагає збільшення значення струму, що протікає в котушках датчика моменту при максимальному вимірюваному прискоренні, а це приводить до збільшення температурної погрішності коефіцієнта перетворення акселерометра унаслідок збільшення електричної потужності, яка розсіюється в котушках і нагріває постійні магніти магнітної системи, при цьому акселерометр з двома магнітними системами має складну конструкцію і технологію збирання унаслідок необхідності точного одночасного розташування обох котушок в зазорах магнітних систем;

Аналогічними недоліками володіє і перший прототип акселерометра. 2) конструкція датчика кута забезпечує невисоку точність механічної настройки нульового сигналу датчика кута; 70 З) малий діапазон переміщень джерела світла і приймачів світла відносно нерухомого корпусу акселерометра не дозволяє виконати механічну настройку датчика кута в тих випадках, коли має місце великий кут між віссю стержня маятника в нейтральному положенні і базовою установочною площиною акселерометра.

У основу корисної моделі покладена задача удосконалення компенсаційного акселерометра з оптичним датчиком кута шляхом спрощення його конструкції і технології її збирання, підвищення точності настройки /5 Нульового сигналу датчика кута і зменшення температурної погрішності коефіцієнта перетворення акселерометра.

Поставлена задача вирішується так, що в компенсаційному акселерометрі з оптичним датчиком кута, що містить корпус з базовою установочною поверхнею, з розташованими в ньому чутливим елементом у вигляді маятника, пружно прикріпленим до корпусу і виконаним як екрануючий елемент з щілиною, датчиком кута, який го складається з джерела світла і диференціального приймача світла, розташованих один проти одного з розміщенням екрануючого елементу між ними, датчиком моменту, що містить у собі магнітну систему і рухому котушку, встановлену на маятнику, електричною системою, і кожух, герметично зв'язаний з корпусом, новим є те, що маятник складається з інерційної маси, яка утворена рухомою пластиною, укріпленими на ній котушкою датчика моменту, екрануючим елементом, виконаним у вигляді шторки з щілиною, направленою уздовж осі об маятника, вантажем, жорстко зв'язаним зі шторкою, нерухомої основи і пружного підвісу рухомої пластини до - основи, жорстко прикріпленої до верхньої частини корпусу, а магнітна система встановлена на циліндричному виступі верхньої частини корпусу і складається із зовнішнього і внутрішнього магнітопроводів |і кільцеподібного постійного магніту, що має діаметральну намагніченість уздовж осі маятника, вісь підвісу якого лежить в нейтральній площині магніту, при цьому джерело світла і приймач світла нерухомо встановлені Ге зо на рухомій вилці, а рухома котушка розташована в зазорі, утвореному внутрішньою поверхнею зовнішнього магнітопроводу і зовнішньою поверхнею постійного магніту, в нижній частині корпусу виконаний нарізний отвір - для установки в ньому упору з нарізкою, контактуючого з нижньою поверхнею рухомій вилки, на верхній поверхні («о якої з можливістю вибору люфтів встановлені, наприклад, пружини, що упираються в козирок, жорстко закріплений на корпусі, причому в корпусі виконані направляючі з можливістю поступального переміщення по о зб НИХ вилки в двох напрямах уздовж вимірювальної осі акселерометра для механічної настройки нульового с сигналу оптичного датчика кута і подальшої фіксації вилки до корпусу з використанням, наприклад, гвинтів, крім того, в корпусі для регулювання зазору між шторкою і приймачем світла виконаний отвір з нарізкою для установки в ньому фіксатора з ексцентриком в його верхній частині і з розташуванням ексцентрика в прорізі нерухомої основи маятника, а в електричну систему акселерометра для зменшення його температурних « погрішностей шляхом стабілізації коефіцієнта перетворення датчика кута введене додаткове коло зворотного з с зв'язку, що складається з суматора, два інвертуючих входи якого зв'язані з виходами відповідних попередніх підсилювачів сигналів з диференціального приймача світла, при цьому неінвертуючий вхід суматора зв'язаний з ;» джерелом опорної напруги, а його вихід - з входом регулятора струму джерела світла.

Пропонована конструкція акселерометра дозволяє поліпшити його експлуатаційні характеристики і підвищити ефективність його роботи при установці на об'єкті - наприклад, на транспортному засобі.

ГІ Конструкція акселерометра, який заявляється, пояснюється такими фігурами: на Фіг.1 показаний поперечний перетин акселерометра, проведений уздовж осі чутливості ЗА і осі маятника 1 РА, тобто показаний його головний вид;

Ге» вид А на Фіг.1 (без елементу поз.29) показаний на Фіг.2; на Фіг.3 представлений вид Б на Фіг.1 (без елементу поз.29);

Ш- на Фіг.4 показана конструкція чутливого елементу;

Ф на Фіг.5 представлений розріз В-В на Фіг.4; на Фіг.6 приведена функціональна електрична схема акселерометра; на Фіг.7 і Фіг.8 представлені фігури, що пояснюють принцип дії акселерометра, який заявляється; на Фіг.9 представлена фігура, що пояснює відмінність принципу дії акселерометра, який заявляється, від прототипу. с Акселерометр (Фіг.1-5) складається з корпусу 1, у верхній частині якого розміщений чутливий елемент, що складається з інерційної маси (далі по тексту ІМ), утвореної рухомою пластиною 2, укріпленими на ній котушкою

З, шторкою 4 з щілиною 5, виконаної уздовж осі РА маятника, і вантажем б, жорстко зв'язаним зі шторкою 4, бо нерухомої основи 7 і пружного підвісу 8 пластини 2 до основи 7. Котушка З з пластиною 2 з'єднана за допомогою стійок 9. Основа 7 жорстко закріплена на верхній частині корпусу 1, наприклад, за допомогою гвинта 10 і пружинної шайби 11.

На корпусі 1 розміщені диференціальний оптичний датчик кута і датчик моменту акселерометра. Датчик моменту складається з магнітної системи і котушки 3. Магнітна система акселерометра встановлена на 6б5 верхньому циліндричному виступі корпусу 1 і складається із зовнішнього 12 і внутрішнього 13 магнітопроводів і кільцеподібного постійного магніту 14, що має діаметральну намагніченість уздовж осі РА чутливого елементу.

При цьому вісь підвісу чутливого елементу НА лежить в нейтральній площині магніту 14. Котушка З розташована в зазорі, утвореному внутрішньою поверхнею зовнішнього магнітопровода 12 і зовнішньою поверхнею постійного магніту 14.

Оптичний датчик кута складається з вилки 15, на якій нерухомо встановлені напроти один одного джерело світлового потоку 16 - світлодіод і приймач світлового потоку 17 - двоелементний фотодіод, а також шторки 4 з щілиною 5, встановленої на рухомій пластині 2 чутливого елементу.

У нижній частині корпусу 1 є нарізний отвір 18 для установки в ньому упору 19 з нарізкою, а також в корпусі 1 виконано отвір 20 з нарізкою 21 в його нижній частині для розміщення в ньому фіксатора 22 з /о ексцентриком 23.

Вилка 15 встановлена в корпусі 1 з можливістю переміщення вверх-вниз по направляючих 24 корпусу 1 і подальшої фіксації до корпусу 1 гвинтами 25.

З нижньою поверхнею вилки 15 контактує упор 19, а з верхньою поверхнею - дві пружини 26, що упираються в козирок 27, жорстко закріплений на корпусі 1 гвинтами 28.

При переміщенні упору 19 по нарізці отвору 18 здійснюється переміщення вилки 15 уздовж осі ЗА по направляючих 24 корпусу 1. Стиснути пружини 26 вибирають люфти при переміщенні вилки 15.

До корпусу 1 кріпиться кожух 29, необхідний для захисту акселерометра від зовнішніх дій.

Корпус 1 має базову установочну поверхню С перпендикулярну вимірювальній осі ЗА.

Функціональна електрична схема акселерометра показана на Фіг.б. Вона складається з оптичного датчика

Кута ЗО, ланки корекції 31, підсилювача потужності 32, котушки датчика моменту З, резистора 33 і фільтру 34.

Напруга МОор - вихідна напруга акселерометра. До складу датчика кута 30 входять світлодіод 16, двоелементний фотодіод 17, шторка 4 з щілиною 5, попередні підсилювачі 35 і 36, суматори 37 і 38, регулятор струму 39 і джерело 40 опорної напруги Ордер.

Акселерометр працює таким чином.

За відсутності вимірюваного прискорення об'єкту, на якому встановлений акселерометр, направленого уздовж осі ЗА, ІМ маятникового чутливого елементу знаходиться в нейтральному положенні. Відповідно в - нейтральному положенні відносно нерухомих світлодіода 16 і двоелементного фотодіода 17 знаходиться шторка 4 з щілиною 5.

У нейтральному положенні при виконаній механічній настройці нульового сигналу датчика кута освітлені Ге зо світловим потоком світлодіода 16 площі кожного з двох світлочутливих елементів двоеглементного фотодіода 17 однакові і рівні половині площі кожного світлочутливого елементу. -

Кожен освітлений світлочутливий елемент двоелементного фотодіода 17 генерує електричний фотострум, Ге величина якого пропорційна величині освітленої площі елементу і яскравості джерела світла - світлодіода 16. У нейтральному положенні ІМ величини цих фотострумів однакові, відповідно однакові і величини напруг на виході о попередніх підсилювачів 35 і 36, пропорційні фотострумам. У суматорі 37 ці напруги віднімаються, що приводить с до рівності нулю вихідної напруги цього суматора, що є вихідною напругою датчика кута, а, відповідно, і до відсутності вихідного сигналу акселерометра.

При дії вимірюваного прискорення а уздовж осі ЗА ІМ маятникового чутливого елементу під дією моменту сили інерції М; - та ( ту 7 маса ІМ, І - відстань від осі підвісу НА до центру мас ІМ) відхиляється на « пружному підвісі 8 відносно корпусу 1 акселерометра. При позитивному прискоренні ІМ переміщується до т с установочної поверхні С, а при негативному - від поверхні С. Відповідно з ІМ переміщується і шторка 4 з ч щілиною 5 відносно світлодіода 16 і двоелементного фотодіода 17. » Переміщення шторки 4 призводить до того, що освітлена світлодіодом 16 через щілину 5 площа одного світлочутливого елементу збільшується, а іншого - зменшується, відповідно змінюються і напруги на виходах попередніх підсилювачів З5 і Зб, які поступають на входи суматора 37. На виході суматора 37 формується їмо) вихідна напруга датчика кута у вигляді напруги постійного струму, величина якого пропорційна переміщенню ІМ, с а знак відповідає напряму цього переміщення. Далі ця напруга проходить через ланку корекції 31 і підсилювач потужності 32, вихідна напруга якого у вигляді сигналу негативного зворотного зв'язку подається на котушку З б» датчика моменту, встановлену на рухомій пластині ІМ. - 20 Протікаючи по котушці З, струм зворотного зв'язку | ор взаємодіє з полем постійного магніту 14 датчика моменту і створює навколо осі підвісу НА момент зворотного зв'язку Ме, який врівноважує момент сили інерції

І) М;, вимірюваного прискорення і повертає ІМ в нейтральне положення. Протікаючи по резистору 33, струм зворотного зв'язку створює напругу О ор-Іорїх (К - опір резистора 33), яка після проходження фільтру 34 є вихідним сигналом акселерометра. 22 Ексцентрик 23 фіксатора 22 знаходиться в прорізі а основи 7 і призначений для регулювання зазору б між с шторкою 4 і двоелементним фотодіодом 17 (Фіг.2, Фіг.3). Від величини цього зазору залежить величина площі світлочутливих елементів фотодіода 17, освітленої світлодіодом 16, яка при номінальній величині цього зазору в нейтральному положенні ІМ повинна бути рівна половині площі світлочутливого елементу. Поворот фіксатора 22, за допомогою, наприклад, викрутки, приводить до повороту осі РА відносно вимірювальної осі ЗА 60 акселерометра. При цьому відбувається змінення зазору б між шторкою 4 і двоелементним фотодіодом 17.

Регулювання зазору б здійснюється до тих пір, поки його величина не прийме номінального значення.

Механічна настройка нульового сигналу датчика кута акселерометра здійснюється переміщенням уздовж осі

ЗА вилки 15 по направляючих 24 корпусу 1. Для механічної настройки нульового сигналу датчика кута акселерометр встановлюється так, щоб ІМ його чутливого елементу знаходилася в нейтральному положенні. 65 Рух вилки 15 здійснюється переміщенням контактуючого з нею упору 19 по нарізки 18 в корпусі 1. Разом з вилкою 15 переміщуються встановлені на вилці світлодіод 16 і двоелементний фотодіод 17 відносно щілини 5 шторки 4, що знаходиться в нейтральному положенні ІМ акселерометра. При цьому переміщенні змінюються в протилежних напрямах фотоструми на виході двоелементного фотодіода 17. Відповідно змінюється по величині і знаку напруга на виході суматора 37, що є вихідною напругою датчика кута.

Положення вилки 15 відносно направляючих 24 корпусу 1, при якому напруга на виході суматора 37 рівна нулю, вважається положенням, при якому виконана механічна настройка нульового сигналу датчика кута. У цьому положенні вилка 15 фіксується до направляючих 24 корпусу 1 гвинтами 25.

При роботі акселерометра його температура може змінюватися в широких межах, що може привести до зміни коефіцієнтів перетворення його складових частин (Фіг.б). Для стабілізації коефіцієнта перетворення датчика 7/о кута при зміні температури в нього введене додаткове коло зворотного зв'язку, що складається з суматора 38, регулятора струму світлодіода 39 і джерела опорної напруги 40. За допомогою суматора 38 сума напруг з виходів попередніх підсилювачів З5 і 36 порівнюється з напругою Ордеєгрє джерела 40.

Коли коефіцієнт передачі датчика кута рівний номінальному значенню, напруга на виході суматора 38 рівна нулю, і регулятор 39 підтримує величину струму світлодіода 16 незмінної. Наприклад, при збільшенні 7/5 Коефіцієнта передачі датчика кута ЗО напруги на виходах попередніх підсилювачів 35 і Зб збільшуються, а напруга на виході суматора 38 стає негативною, що приводить до зменшення струму світлодіода 16 і до зменшення освітленості поверхні світлочутливих елементів фотодіода 17. В результаті коефіцієнт передачі датчика кута ЗО повертається до номінального значення.

Таким чином, здійснюється стабілізація коефіцієнта передачі датчика кута, що зменшує температурну 20 погрішність акселерометра.

Відмінності в роботі акселерометра, який заявляється, від прототипів пояснює Фіг.9.

Для акселерометра, який заявляється, величини інерційної маси т моменту М, сили інерції Е;, моменту зворотного зв'язку М є і струму зворотного зв'язку | ор далі по тексту позначені індексом "І" і пов'язані з конструктивними параметрами акселерометра виразами (Фіг.7, Фіг.8): що 2 ту тА та - 2тв тт, ІК)

Ми щія 7Рівія - (2 (Ещів 7Ртіт) 7Рувів Свв іл вів а М жа, со 30 2 , (3)

Ме ЗВ кові їч- ро - Літ а (4) (Се)

Ід ев! ов ю

Зо де: тв, Ів - маса і координата центру мас лівої (щодо осі НА) частини "В" ІМ чутливого елементу (половина ЄМ пластини 2 і половина котушки 3); та, Ід - маса і координати центру мас правої частини "А" ІМ, маса якої складається з маси тв (друга половина пластини 2 і друга половина котушки 3) і маси т додаткового вантажу 6 з шторкою 4; Ев, Ед - сили інерції вимірюваного прискорення частини "В" і частини "А" ІМ; Е;т - сила інерції « вантажу 6 і шторки 4; п - координата центру мас додаткового вантажу б з шторкою 4; В - величина магнітної 40 індукції в робочому зазорі магнітної системи датчика моменту; г - радіус котушки 3; І. - довжина дроту котушки 3. З с Величина добутку тід називається маятниковістю ІМ акселерометра, який заявляється. "» При протіканні по котушці З струму зворотного зв'язку Іору В ній виділяється у вигляді тепла електрична " потужність Ру, яка. визначається виразом: 45 2 ги в)

ГК) Рі Терік З Іорів 1 М І І М І де Кк - електричний опір котушки З; Р, |, 5 - відповідно питомий опір, довжина і площа поперечного ме) перетину дроту котушки 3. -1 50 Для акселерометрів-прототипів величини інерційної маси т» моменту М; сили інерції Е;, моменту Ме сили

Ф зворотного зв'язку ЕР ор і струму зворотного зв'язку | ор далі по тексту позначені індексом "ПП" і пов'язані з конструктивними параметрами акселерометра виразами: - зтоце тон, (9 55 пе пе ПІ я 2 с Ппз и МВ, що - - 8

Мі - Па в: Поціте С

Мен - ВОріорь 8) 60 й ро еніт я ТО я по) орі -р»и ШВИ 5 -0В 2 З 5-8, «Ве Вір де: теру, - маса стержня ІМ; тру - маса обох котушок, укріплених на стержні ІМ (у подібній конструкції бо чутливого елементу з метою збільшення діапазону вимірювання прагнуть забезпечити масу стержня ІМ т чі,

істотно менше за масу котушок т», тому у виразі (6) прийнято, що маса всієї ІМ в основному визначається масою її котушок); 7, 7, З - відповідно густина, загальна довжина і площа поперечного перетину дроту обох котушок; Ід -координата центру мас ІМ; Ірє - координата точки прикладення сили зворотного зв'язку, створюваної датчиком моменту (співпадає з віссю симетрії котушок); В - величина магнітної індукції в робочому зазорі магнітних систем датчика моменту.

Величина добутку тт я тот и називається маятниковістю акселерометра-прототипу.

При протіканні по котушках датчика моменту струму зворотного зв'язку І ор В них, також як і в акселерометрі, який заявляється, виділяється у вигляді тепла електрична потужність РИ |у, яка визначається 70 виразом: 11

Рі ж Іовийчк - Іорив є, Ще де Кк - загальний електричний опір з'єднаних послідовно котушок датчика моменту; Р, |, З - відповідно питомий опір, довжина і площа поперечного перетину дроту котушок.

На підставі виразів (1)-(11) порівняємо між собою роботу акселерометра, який заявляється, і прототипу, а також покажемо переваги акселерометра, який заявляється. При цьому вважатимемо, що акселерометри сконструйовані так, що мають однаковий діапазон вимірювання агах, однакову маятниковість тіт- т, яка забезпечується при однакових координатах їх центрів мас Ід і однаковій довжині І. однотипного дроту в котушці З акселерометра, який заявляється, і в обох котушках акселерометра-прототипу. Тоді при конструктивному виконанні умови 29 лір - Як (2) шщ будуть рівні величини максимальних струмів Іор(ЯЗтах), які протікають в котушках акселерометрів, і величини електричних потужностей, які виділяються в котушках у вигляді тепла. Відповідно будуть приблизно зо однакові і максимальні температури перегріву магнітів магнітних систем струмом Іор(атах), що приводять до ї-о приблизно однакових мультиплікативних (залежним від вимірюваного прискорення а) температурних ї- погрішностей акселерометра.

Припустимо, необхідно збільшити діапазон вимірювання акселерометрів в п раз без зменшення їх ї-о маятниковості, оскільки зменшення маятниковості акселерометрів приводить до зменшення чутливості і Іо) збільшення погрішності акселерометрів.

При цьому в акселерометрі-прототипі, на підставі формули (10), в п раз зросте величина струму Іорі(Зтах), см що протікає в котушках, а це приведе, на підставі формули (11), до зростання в п? раз максимальної потужності

Ри(атах), виділеної у вигляді тепла в котушках датчика моменту акселерометра. Відповідно в п? раз зростуть температура перегріву постійних магнітів магнітних систем струмом Іорі(Атах) і! мультиплікативна температурна « погрішність акселерометра в порівнянні з її первинним значенням. Для акселерометра-прототипу, на підставі з с формули (10), існує обмеження по збільшенню діапазону вимірювання, зв'язане з тим, що величина . максимального струму Ісрі(Ятах) Не може бути більше гранично допустимого струму для вибраної площі З а поперечного перетину дроту котушок датчика моменту.

У акселерометрі, який заявляється, при збільшенні діапазону вимірювання в п раз в котушці З датчика

Моменту може бути збільшена в п раз довжина дроту без зміни маятниковості акселерометра, оскільки котушка З ко укріплена на рухомій пластині 2 ІМ симетрично відносно осі НА повороту ІМ, і збільшення довжини дроту в ній не приводить до зміни маятниковості ІМ, яка визначається тільки маятниковістю, створюваної додатковим о вантажем 6 і шторкою 4.

Ге» При такому збільшенні довжини дроту в котушці З датчика моменту, на підставі формул (3) і (4),

Відбудеться збільшення в п раз максимального компенсуючого моменту зворотного зв'язку М р, який

Ш- зрівноважує збільшений в п раз максимальний момент сили інерції М/(адах) без збільшення максимального

Ф струму зворотного зв'язку Іор(Ятах), який протікає в котушці З датчика моменту. Це приведе до того, що, на підставі формули (5), максимальна потужність Р/(адах), ЩО виділяється у вигляді тепла в котушці З датчика моменту, зросте через збільшення довжини дроту тільки в п раз, а не в п? раз, як у акселерометра-прототипу.

Відповідно в п раз, а не в п? раз, як у акселерометра-прототипу, зростуть температура перегріву постійного с магніту магнітної системи струмом Іор(Ятах) мультиплікативна температурна погрішність акселерометра в порівнянні з її первинним значенням.

Для акселерометра, який заявляється, в порівнянні з акселерометром-прототипом, теоретично не існує обмеження по збільшенню діапазону вимірювання, оскільки, на підставі формули (4), при істотному збільшенні 60 діапазону вимірювання адгах довжина дроту в котушці З датчика моменту може бути збільшена до такої величини, при якій значення максимального струму І орі(атлах) не буде більше гранично допустимого для вибраної площі З поперечного перетину дроту.

Таким чином, при великих діапазонах вимірювання акселерометр, який заявляється, володіє перевагами перед акселерометром-прототипом. б5

Claims (5)

Формула винаходу

1. Компенсаційний акселерометр з оптичним датчиком кута, що містить корпус з базовою установочною 2 поверхнею, з розташованими в ньому чутливим елементом у вигляді маятника, пружно прикріпленим до корпусу і виконаним як екрануючий елемент з щілиною, датчиком кута, який складається з джерела світла і диференціального приймача світла, розташованих один проти одного з розміщенням екрануючого елементу між ними, датчиком моменту, що містить у собі магнітну систему і рухому котушку, встановлену на маятнику, електричною системою, і кожух, герметично зв'язаний з корпусом, який відрізняється тим, що маятник 70 складається з інерційної маси, яка утворена рухомою пластиною, укріпленими на ній котушкою датчика моменту, екрануючим елементом, виконаним у вигляді шторки з щілиною, направленою уздовж осі маятника, вантажем, жорстко зв'язаним зі шторкою, нерухомої основи і пружного підвісу рухомої пластини до основи, жорстко прикріпленої до верхньої частини корпусу, а магнітна система встановлена на циліндричному виступі верхньої частини корпусу і складається із зовнішнього і внутрішнього магнітопроводів і кільцеподібного постійного 12 магніту, що має діаметральну намагніченість уздовж осі маятника, вісь підвісу якого лежить в нейтральній площині магніту, при цьому джерело світла і приймач світла нерухомо встановлені на рухомій вилці, а рухома котушка розташована в зазорі, утвореному внутрішньою поверхнею зовнішнього магнітопроводу і зовнішньою поверхнею постійного магніту.

2. Компенсаційний акселерометр з оптичним датчиком кута за п. 1, який відрізняється тим, що в нижній частині його корпусу виконаний нарізний отвір для установки в ньому упора з нарізкою, контактуючого з нижньою поверхнею рухомої вилки, на верхній поверхні якої з можливістю вибору люфтів встановлені, наприклад, пружини, що упираються в козирок, жорстко закріплений на корпусі.

З. Компенсаційний акселерометр з оптичним датчиком кута за п. 1 і п. 2, який відрізняється тим, що в корпусі виконані напрямні з можливістю поступального переміщення по них вилки в двох напрямах уздовж вимірювальної осі акселерометра для механічної настройки нульового сигналу оптичного датчика кута і в подальшої фіксації вилки до корпусу з використанням, наприклад, гвинтів.

4. Компенсаційний акселерометр з оптичним датчиком кута за п. 1, який відрізняється тим, що в його корпусі для регулювання зазору між шторкою і приймачем світла виконаний отвір з нарізкою для установки в ньому фіксатора з ексцентриком в його верхній частині і з розташуванням ексцентрика в прорізі нерухомої ее, основи маятника. ча

5. Компенсаційний акселерометр з оптичним датчиком кута за п. 1, який відрізняється тим, що в його електричну систему для зменшення його температурних погрішностей шляхом стабілізації коефіцієнта ее, перетворення датчика кута введене додаткове коло зворотного зв'язку, що складається з суматора, два ю інвертуючих входи якого зв'язані з виходами відповідних попередніх підсилювачів сигналів з диференціального 3о приймача світла, при цьому неінвертуючий вхід суматора зв'язаний з джерелом опорної напруги, а його вихід - з сч входом регулятора струму джерела світла.

- . и? іме) 1 (о) -і 4) 60 б5