Акселерометр-кубик моррисона

 

Использование: приборостроение, измерение угловых и линейных ускорений. Сущность изобретения: акселерометр-кубик Моррисона содержит корпус 1. Внутри него в жидкости 3 расположен инерционный элемент 2. На каждой грани корпуса 1 расположена матрица 5 приборов с зарядовой связью с центральным отверстием 6 и источник излучения 4. На каждой грани инерционного элемента 2 закреплена матрица 8 приборов с зарядовой связью, закрытая полупрозрачным зеркалом 7, Оптическая ось источника излучения 4 на каждой грани проходит через отверстие 6 в матрице 5 и совпадает с центром матрицы 8 на инерционном элементе 2. Обе матрицы 5 и 8 и источник излучения 4 на каждой грани . акселерометра образуют датчик перемещения , связанный через усилитель-преобразователь 9 с исполнительными органами 10. 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

М с:

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4888022/10 (22) 09.09,90 (46) 15,12,92. Бюл. N 46 (72) А.А, Винокуров (56) Патент США М 2695165, кл, G 01 P 15/08 /73-517/. 1957.

llатент США N 4711125, кл, G 01.С

21/12, 1987, (54) АКСЕЛЕРОМЕТР-КУБИК МОРРИСОНА (57) Использование: приборостроение, измерение угловых и линейных ускорений.

Сущность изобретения: акселерометр-кубик Моррисона содержит корпус 1. Внутри него в жидкости 3 расположен инерционный элемент 2. На каждой грани корпуса 1,, SU,, 1781616 А1 (я)5 G 01 P 15/08, G 01 С 21/12 расположена матрица 5 приборов с зарядовой связью с центральным отверстием 6 и источник излучения 4. На каждой грани инерционного элемента 2 закреплена матрица 8 приборов с зарядовой связью, закрытая полупрозрачным зеркалом 7.

Оптическая ось источника излучения 4 на каждой грани проходит через отверстие 6 в матрице 5 и совпадает с центром матрицы 8 на инерционном элементе 2. Обе матрицы 5 и 8 и источник излучения 4 на каждой грани акселерометра образуют датчик перемещения, связанный через усилитель-преобразователь 9 с исполнительными органами 10, 1 ил, 1781616

Изобретение относится к измерительной технике, а более конкретно к измерителям углового и линейного ускорения.

Известен угловой акселерометр, содержащий маховик, установленный на оси, совпадающей bio направлению с чувствительной осью, а также индукционный датчик угла и датчик момента. Недостаткамй известного акселерометра является низкая точность вследствие индукционного съема информации, а также низкие функциональные возможности вследствие измерения только углового ускорения и относительно всего лишь одной оси.

Известно устройство для контроля соосности двух отверстий, содержащее два центрирующих корпуса с координатными марками, полупрозрачным зеркалом на одном и источником излучения на другом, Данное устройство позволяет по координа.там положения центра отраженного от полупрозрачного зеркала пучка на фотоприемнике определить угловое отклонейие двух отверстий, а по координатам поло>кения отраженного и прошедшего через полупрозрачное зеркало лучей на оба фото приемника — определить отклоненйе от соосности контролируемых отверстий.

Данное устройство измеряет взаимное угловое смещение двух отверстий относительно двух осей, перпендикулярных между собой и оптической оси лазера, хотя имеет возможность определять угловое смещение и относительно этой оси. Еще одним недо,Ф статком известного устройства является отсутствие у него возможности измерения расстояния между координатными фотоприемниками, Известен трехкомпонентный акселерометр с кубической крестообразной инерционной массой с оптоэлектронным датчиком положения и электромагнитным датчиком момента, Недостатком данного акселерометра являются низкие функциональные возможности вследствие измерения только трех параметров движения.

Наиболее близким по технической сущности и предложенному изобретению является кубик Моррисона, содержащий корпус, инерционный элемент в нем, жидкость в зазоре между корпусом и инерционным элементом, емкостные датчики перемещения и электромагнитные исполнительные органы,. а также усилитель-преобразователь, электрически включенный между ними. Недостатком данного устройства является низкая точность вследствие емкостного способа съема информации о положении

20 положены отверстия в матрице и зеркало на

25 инерционном элементе, 30

40

5

10 инерционного элемента относительно корпуса.

Целью изобретения является повышение точности, Поставленная цель достигается тем, что в акселерометре-кубике Моррисона. содер>кащем корпус и расположенный в нем инерционный элемент, жидкость в зазоре между корпусом и инерционным элементом, расположенные по трем ортогональным осям датчики перемещения и исполнительные органы, между которыми включен усилитель-преобразователь, датчики перемещения выполнены в виде фотоэлектрических преобразователей, состоящих из установленной на каждой rpaни инерционного элемента матрицы приборов с зарядовой связью, закрытой полупрозрачным зеркалом, атак,же расположенных на каждой грани корпуса матрицы приборов с зарядовой связью с центральным отверстием и источника излучения, вдоль оптической оси которого расСущность изобретения заключается в следующем. По координатам точек падения лучей источника на матрицу приборов с зарядовой связью определяется положение инерционного элемента относительно корпуса — угловое смещение относительно трех взаимно ортогональных осей и линейное смещение вдоль тех м<е осей, Использование матриц приборов с зарядовой связью позволяет повысить точность по сравнению с емкостными измерителями положения.

Использование источников излучения, матриц приборов с зарядовой связью и полупрозрачного зеркала известно, например, в устройствах для контроля соосности двух отверстий (2), Однако в данном устройстве эти элементы используются для измерения четырех параметров. В предложенном устройстве эти же элементы измеряют шесть параметров, благодаря использованиюматриц приборов с зарядовой связью в измерительных устройствах обеспечивается повышение точности по сравнению с прототипом, Таким образом, использование в предло>кенном акселерометре-кубике Моррисона совокупности известных в отдельности признаков приводит к новому качеству, проявившемуся в положительном эффекте — повышении точности, в связи с чем изобретение обладает существенными отличиями.

На чертеже изображена функциональная схема акселерометра-кубика Моррисона

Акселерометр-кубик Моррисона содержит корпус 1 и расположенный в нем инер1781616 ционный элемент 2, жидкость 3 в зазоре между корпусом и инерционным элементом

2, источники 4 излучения, матрицы 5 приборов с зарядовой связью с центральными отверстиями 6 и закрытые полупрозрачными зеркалами 1 матрицы 8 приборов с зарядовой связью, усилитель-преобразователь 9 и исполнительные органы 10.

Акселерометр-кубик Моррисона работает следующим образом.

Инерционный элемент 2, связанный с корпусом 1 только вязким трением жидкости 3, стремится сохранить свое положение неизменным в инерциальном пространстве. Поэтому при движении корпуса 1 инерционный элемент 2 смещается относительно "нулевого" положения, за которое принимается положение инерционного элемента 2, когда его геометрический центр совпадает с геометрическим центром корпуса 1, а каждая грань инерционного элемента 2 параллельна соответствующей грани корпуса 1. При смещении инерционного элемента 2 относительно "нулевого" поло>кения датчики перемещения измеряют это смещение, передают на усилитель-преобразователь 9 координаты точек падения лучей на матрицы 5 и 8 приборов с зарядовой связью. Усилитель-преобразователь 9 определяет три ортогональные проекции смещения центра масс инерционного элемента 2 относительно трех взаимно ортогональных осей координат и угловое смещение инерционного элемента 2 относительно трех взаимно ортогональных осей.

Сигнал с усилителя-преобразователя 9 поступает на электромагнитные исполнительные органы 10, которые прикладывают к инерционному элементу 2 усилия, необходимые для его возвращения в "нулевое" поло>кение. Таким образом, под действием внешних сил, измеряемых датчиками перемещения и компенсируемых исполнительными органами 4, инерционный элемент 2 совершает колебательные движения с небольшой амплитудой возле "нулевого" положения, т.е. предложенное устройство работает в нуль-индикаторном режиме. Информация о линейных и угловых ускорениях, величины которых пропорциональны смещениям инерционного элемента 2, снимаются с усилителя-преобразователя 9.

Измеренйе положения инерционного элемента 2 относительно корпуса 1 осуществляется следующим образом. Луч источника 4, в качестве которого может использоваться полупроводниковый лазер, проходит сквозь отверстие 6 в матрице 5 приборов с зарядовой связью и попадает на полупрозрачное зеркало 7, размещенное на инерционном элементе 2. Часть излучения проходит сквозь полупрозрачное зеркало 7 и попадает на матрицу 8 приборов с зарядовой связью, часть излучения отражается от

5 полупрозрачного зеркала 7 на фотоприемник 5, размещеннйй на корпусе 1;

По координатам х и уточки падейия луча на матрицу приборов 5 с зарядовой связью судят об угловом смещении ийерционного

10 элемента относительно двух йз трех взаимно ортогональных осей корпуса 1, параллельных соответствующей плоскости корпуса 1 (2}.

1 . а=агс(д — „, Р -= аг٠—, У1 где а NP — углы, характеризующие угловое смещение инерционного элемента 2 отно20 сительно указанных осей, х1 и у1 — координаты точки падения луча источника 4 на матрицу 5 приборов с зарядовой связью при условии, что начало координат совпадает с отверстием 6, 25 d — ширина зазора между инерционным элементом 2 и корпусом 1 вдоль оптической оси источника 4 излучения.

Линейные смещения хз и уз инерционного элемента 2 вдоль двух взаимно ортого- .

30 нальных осей, перпендикулярных оптической оси источника 4, определяются по формулам (2):, х2 хз=

cosa

35 уз ра где хг, у2 — координаты точек падения луча на матрицу 8 приборов с зарядовой связью.

Если хз=О и уз=О одновременно, то можно определить угловое смещение инерционного элемента 2 относительно третьей из взаимно ортогональных осей каркаса, соВпадающей с оптической осью источника излучения:

45 Уз у = arctg — „

Г ) где y — угол смещения инерционного элемента 2 относительно корпуса 1 вокруг указанной оси.

Если использовать источник 4 излучения с расходящимся лучом, а центральное отверстие 6 в матрице 5 приборов с зарядовой связью — круглой формы, то по площади пятна засветки матрицы 8 и матрицы 5 можно будет определить шестой параметр положения инерционного элемента 2 относительно корпуса 1 — расстояние d от инерционного элемента 2 до корпуса 1

1781616 быть осуществлена электромагнитным путем через электромагнитные исполнительные органы 10 путем высокоточной модуляции сигнала.

Составитель А.Винокуров

Техред М.Моргентал Корректор M.Ïåòðoâà

Редактор

Заказ 4271 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул,Гагарина, 101 вдоль оптической оси источника излучения

4.

Для" определения полного комплекта параметров, характеризующих положение инерционного элемента относительно кор- 5 пуса 1, достаточно описанных выше датчиков перемещения, размещенных на двух взаимноортогональных гранях. Использо- вание дополнительных датчиков перемещения позволяет повысить точность 10 измерения за счет осреднен ия сйг налов и надежность за счет резервирования.

На входе усилителя-преобразователя 9 установлены последовательно связанные преобразователь выходных сигналов мат- 15 риц 5 и 8 приборов с зарядовой связью в код, микропроцессор, преобразующий коды выходных сигналов матриц приборов с зарядовой связью 5 и 8 в коды шести парамет.. ров положения инерционного элемента 2 20 относительно корпуса 1, и цифроаналоговый преобразователь, Программа работы микропроцессора может быть записана в постоянном запоминающем устройстве.

Передача сигнала с матриц 8 приборов 25 с зарядовой связью инерционного элемента

2 на усилитель-преобразователь 9 может

Формула изобретения

Акселерометр-кубик Моррисона, содержащий корпус, внутри которого расположен инерционный элемент и жидкость в зазоре между корпусом и инерционным элементом, расположенные по трем ортогональным осям датчики перемещений и исполнительные органы, между которыми включен усилитель-преобразователь, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью повышения точности, датчики перемещения выполнены в виде фотоэлектрических преобразователей, состоящих из установленной на каждой грани инерционного элемента, линейки приборов с зарядовой связью, закрытой полупрозрачным зеркалом, а также расположенных на каждой грани корпуса линейки приборов с зарядовой связью с центральHb1M отверстием и источника излучения, вдоль оптической оси которого расположе ны отверстия в линейке на корпусе и линей ка с зеркалом на инерционном элементе.