Акселерометр

 

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к маятниковым компенсационным акселерометрам . Целью изобретения является повышение надежности акселерометра. Для этого в акселерометр, содержащий .подвешенный на нитях - торсионах 2 рамочный маятник 1, установленный в корпусе посредством цилиндрического опорного элемента 4, снабженного консольными боковыми стойками 3 и кольцевыми ограничителями 5, дополнительно введены установленные на торцах цилиндрического опорного элемента вдоль боковых стоек консольные встречно-параллельно включенные пьезоэлектрические силовые элементы 6, а боковые стойки 3 снабжены отростками 7, каждый из которых охватывает по скользящей посадке пьезоэлектрический силовой элемент. На период наличия перегрузок на биморфные пьезоэлемёнты 6 подается напряжение U, пьезоэлементы изгибаются навстречу друг другу и тем самым ослабляется или устраняется натяжение нитей - форсионов 2. Последнее защищает конструкцию кварцевого чувствительного элемента от разрушения в случае наличия перегрузок по оси X его подвеса. 4 ил. (Л

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУ6ЛИН (19) 00

А1 (51) 5 G 01 P 15/13

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

Г10 ИЗО6РЕТЕНИЯМ И ОЧКРЫ3 ИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (46) 23.09.90.Бюл. N - 35 (21) 4288661/24- 10 (22) 23.07.87 (71) Московский авиационный институт им. Серго Орджоникидзе (72) К.М.Лукомский, В.Е.Мельников, Е.Н.Мельникова и В.В.Базлов (53) 631. 768 (088, 8) (56) Авторское свидетельство СССР

0 1360380, кл, С 0 l P 15/13, 09.03.86. (54) АКСЕЛЕРОМЕТР (57) Изобретение относится к измерительной технике, в частности к маятниковым компенсационным акселерометрам. Целью изобретения является повышение надежности акселерометра.

Для этого в акселерометр, содержащий ,подвешенный на нитях — торсионах 2 рамочный маятник I, установленный в. корпусе посредством цилиндрического опорного элемента 4, снабженного

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к маятниковым компенсационным измерителям линейных ускорений — акселерометрам.

Целью изобретения является повышение надежности конструкции акселерометра.

На фиг,l представлена упрощенная конструкция предложенного акселерометра, на фиг.2,3,4 — варианты выпол- нения чувствительного элемента акселерометра.

Акселерометр содержит кварцевый чувствительный элемент, выполненный в виде рамки-маятника 1, подвешенного на нитях — торсионах 2, прикрепконсольными боковыми стойками 3 и кольцевыми ограничителями 5, дополнительно введены установленные на торцах цилиндрического опорного элемента вдоль боковых стоек консольные встречно-параллельно включенные. пьезоэлектрические силовые элементы б, а боковые стойки 3 снабжены отростками 7, каждый из которых охватывает по скользящей посадке пьезоэлектрический силовой элемент. На период наличия перегрузок на биморфные пьезоэлементы 6 подается напряжение U, пьезоэлементы изгибаются навстречу друг дРугу и тем самым ослабляется или устраняется натяжение нитей - I форсионов 2. Последнее защищает конструкцию кварцевого чувствительного элемента от разрушения в случае наличия перегрузок по оси Х его подвеса.

4 ил. ленных к боковым стойкам 3, имеющим

Г-образную форму и отходящими от цилиндрического опорного элемента 4.

К цилиндрическому опорному элементу

4 прикреплены также кольцевые ограничителя 5, охватывающие верхнюю пе-. рекладину маятника I, и консольные пьезоэлектрические силовые элементы

6, установленные по торцам. Боковые стойки 3 снабжены отростками 7, каждый иэ которых охватывает по скользящей посадке пьезоэлектрический силовой элемент 6. Кварцевый чувствительный элемент посредством призмы 8, в которой закрепляется цилиндрический опорный элемент 4, установлен в кор1478826 пусе, при этом боковые стойки рамки,маятника 1 располагаются в зазоре магнитных систем 9, а нижняя перекладина частично перекрывает световой канал управляемой оптопары, состоящей иэ исгачника излучения 10 и фотоприемника- 11. Акселерометр имеет упоры 12, ограничивающие перемещение нижней перекладины маятника, и усилитель обратной связи, к входу котарого подключен фотоприемник 11. Е1ититорсионы 2, боковые стойки 3, боковые стойки маятника 1 и его нижняя перекладина металлиэированы, Образованная таким образом электрическая цепь через нагрузочный резистор подключена к выходу усилителя обратной связи. Пьезоэлектрические силовые элементы 6 выполнены бимарфными и включены в электрическую цепь управляющего напряжения и параллельно Друг другу. В то же время по своему силовому воздействию (направлению прогиба консоли в результате проявления обратного пьезоэффекта) ани установлены встречно, Детали и элементы 1-5 и 7 выполнены из оптически чистого кварцевого стекла и соединены между собой сваркой. Элементы 6 прикреплены к торцам опорного элемента 4 на клею.

Кольцевые ограничители 5 и верхняя перекладина маятника 1 в зоне прохождения через кольца покрыты антифрякционным резиноподобным материа-. лом, например, фторопластам — IU.

Боковые стойки 3 чурствительного элемента (см.фиг.1 и 2, вид с торца цилиндрического опорного элемента) выполнены в виде рамки, охватывающей цилиндрический опорный элемент 4 и снабженной поперечной перекладиной, расположенной вдоль образующей цилиндра опорного элемента 4 и прикрепленной к нему со стороны, противоположной маятнику. Боковые стойки 3 чувствительна элемента (см.фиг.3 и 4., вид с торца цилиндрического опорно о элемента с вырезам по сечению А-А) представляют собой относительно тонкий Г-образно изогнутый стержень, проходящий с зазором в. пазу опорного элемента 4, В обоих случаях выполнения боковых стоек 3 их жесткость изгибу в направлении оси Х соизмерима либо меньше иэгибной жесткости пьеэо. электрических силовых элементов.

55 рианты) натяжение нитей-торсионав 2.

В этом случае через маятник 1 либо не передаются. на нити 2 опасные инерционные нагрузки, либо сам маятник упирается в кольцевые ограничители 5.

Облицовка (покрытие) кольцевых огра.—

Акселерометр работает следующим образом.

При наличии измеряемых ускорений

llo оси У маятник. 1 поворачивается на нитях-торсионах 2, Перемещение нижней перекладины маятника вызывает разбаланс дифференциального фотоприемника !1, сигнал с которого поступает на усилитель обратной связи.

Ток в выходной цепи усилителя, проходя по боковым перекладинам маятника I, взаимодействует с магнитным полем в зазоре магнитных систем 9, и !

5 в результате маятник удерживается и исходном положении. Падение напряжения на нагрузочкам резисторе, включенном. последовательно с цепью маятника, есть мера измеряемого ускоре2р ния. При наличии ускорений, существенна превышающих верхнюю границу диапазона измерения, наступает ограничение па току в выходной цепи усилителя и маятник перемещается до со25.прикосновения как с упорами 12, так и с кольцевыми ограничителями 5 ("ложится" на упоры), Таким образом, элементы 5 и 12 ограничивают опасные деформации нитей — тарсионов 2 при на30 личии перегрузок по аси У. Аналогичную роль по оси Z выполняют кольцевые ограничители 5. Режим перегрузок для акселерометра низкого диапазона измерения (с верхним пределом порядка 10 g) является нерабочим и абычНо известен по времени. Эта этап вы— вода на орбиту космического корабля, сопровождающийся значительными виброударными ускорениями (старт, отстрел

40 ступеней ракетоносителей), и ега посадка на космических объектах, соправаждающаяся ударными нагрузками. Введение в конструкцию акселераметра пьезоэлектрических силовых элементов

45 б, подключаемых к напряжению питания

U на действия перегрузок, позволяет защитить конструкцию кварцевого чувствительного элемента от разрушения в случае перегрузок по оси Х. Прн по>0 - " * "" даче напряжения 0 н» биморфные пьезоэлементы 6 последни» изгибаются навстречу друг другу и тем самым ослабляется или устраняется (возможны ваАкселерометр, содержащий подвешенный на нитях-торсионах рамочный маятник, установленный в корпусе посредством цилиндрического опорного элемента, снабженного консольными боковыми стойками и кольцевыми ограничителями, преобразователь перемещения маятника в электрический сигнал, магнитную систему и усилитель обратной связи, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения надежности, в нем на торцах цилиндрического опорного элемента вдоль боковых стоек установлены консольные встречно-параллельно включенные пьезоэлектрические силовые элементы, причем каждая из боковых стоек выполнена в виде Г-образного кронштей." иа, прикрепленного к цилиндрическому опорному элементу со стороны, противоположной маятнику и охиатынающего своим свободным концом свободный конец пьезоэлектрического силового эле" мента, при этом кольцевые ограничители и часть рамки маятника, охваченная кольценылп ограничителями, покрыты антифрикционным материалом.

5 1 4788 ничителей 5 и верхней стяжки маятника 1 антифрикционным резиноподобным материалом способствует более эффективному процессу демпфирования движе5 ния маятника в случае виброударных воздействий, возникающих по всем осям. Следует обратить внимание на следующие два варианта соотношения параметров боковых стоек 3 и пьезо- 10 элементов 6. В первом варианте изгибная жесткость боковых стоек 3 по величине соизмерима с изгибной жесткостью пьезоэлементов 6; в этом случае рабочее натяжение нитей-торсионов 2 15 обеспечивается первоначальной (созданной при сварке чувствительного элемента) упругой деформацией боковых стоек 3, и роль пьезоэлементов сводится к облегчению нагрузки на 20 торсионы в нерабочие периоды перегрузок на объекте. Во втором варианте изгибная жесткость боковых стоек

3 значительно меньше изгибной жесткости пьезоэлементов 6, и рабочее íà- 25 тяжение нитей-торсионов 2 обеспечивается первоначальной (созданной при сборке чувствительного элемента) упругой деформацией пьезоэлементов 6.

Функции пьезоэлементов таким обра- 30 зом — создание требуемого рабочего натяжения нитей-торсионов и их защита от недопустимых перегрузок.

Выше рассмотрен режим работы чувствительного элемента с защитой 35 относительно кратковременных перегрузок, когда пьезоэлементы подключаются к источнику напряжения иа нерабочий период для данного устройства.

Возможен и другой вариант, когда вре- 40 мя измерения мало по сравнению с нерабочим. В этом случае пьезоэлементы устанавливаются так, что их начальная упругая деформация обеспечивает провис подвеса маятника, а значит и 4его защиту от разрушения во всем. нерабочем периоде существования объек-, та и транспортировки. В рабочий же период подачей напряжения на пьезоэлементы обеспечивается освобождение боковых стоек 3 от поджатия пьезоэле" ментами и тем салым - требуемое paGcчее натяжение нитей-торсионов. В качестве управляющего напряжения для

26 6 этого варйанта устройства может быть использовано напряжение питания усилителя обратной связи.

Оценка технико-экономического эффекта изобретения в сравнении с прототипом показывает, что в акселерометре типа КАМУ введение силовых пьезоэлектрических элементов и соответствующая формуле изобретения конструкция кварцевого чувствительного элемента позволяет повысить надежность, расширить нижнюю границу диапазона измерения в область использования подобных акселерометров. Расширение диапазона измерения и области использования оказывается возможным благодаря использованию более массивного маятника, в результате чего чувствительность акселерометра в целом -возрастает, а его чувствительный элемент оказывается защищенным от воздействия разрушительных перегрузок.

Формула и э о б р е т е н и я

)47882б л4

Со ставит ель В. Ко с тнн

Техред М,Дидця Корректор И. Максимншинец

Редактор Н Тимонина

Даказ 3331 ., Тираж 450 Подписное

9НИИПИ Государственного комитета по иэобретеиияи и открнтияи прн ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Проиэводствеино-иэдателъский комбинат "Патент", г.Ужгород, ул. Гагарина,!01