Акселерометр-кубик моррисона

 

Использование: приборостроение, измерение линейных и угловых ускорений. Сущность изобретения: акселерометр-кубик Моррисона содержит корпус 1. Внутри него в жидкости 3 расположен инерционный элемент 2. Акселерометр на каждой грани имеет датчик перемещений и исполнительный орган 10, связанные между собой через усилитель-преобразователь 9 и вычислительный блок 8. Каждый датчик перемещений выполнен в виде фотоэлектрического преобразователя и содержит размещенные на инерционном элементе 2 по одной оптической оси источник излучения 4, светоделитель 5 и полупрозрачное зеркало 6. На каждой соответствующей грани корпуса 1 на той же оптической оси расположена матрица 7 приборов с зарядовой связью, сигнал с которой поступает на вычислительный блок 8. 2 ил.

союз советских

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕ ННЫ Й КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4888369/10 (22) 09.10,90 (46) 15.12.92. Бюл. N- 46 (72) А.А. Винокуров (56) Патент США N 2695165, кл. G 01 P

15/08, 1957.

Патент ClLlA N 4711125, кл, G 01 С

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

Сущность изобретения: акселерометр-кубик Моррисона содержит корпус 1. Внутри него в жидкости 3 расположен инерционБЦ„, 1781617 A l (я)5 6 01 P 15/08, G 01 С 21/12 ный элемент 2. Акселерометр на каждой грани имеет датчик перемещений и исполнительный орган ",О, связанные между собой через усилитель-преобразователь 9 и вычислительный блок 8, Каждый датчик перемещений выполнен в виде фотоэлектрического преобразователя и содержит размещенные на инерционном элементе 2 по одной оптической оси источник излучения 4, светоделитель 5 и полупрозрачное зеркало 6. На каждой соответствующей грани корпуса 1 . на той же оптической оси расположена матрица 7 приборов с зарядовой связью, сигнал с которой поступает на вычислительный блок 8. 2 ил.

1781617

30

40

55

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

Известен угловой акселерометр, содержащий маховик, установленный на оси, совпадающей по направлени|о с чувствительной осью, а также индукционный датчик угла и датчик момента, Недостатками известного акселерометра являются низкая точность вследствие индукционного съема информации, а также низкие функциональные возможности вследствие Измеренйя тол. ко углового ускорения и относительна всего лишь одной оси, Известны различные виды аднокомпонентных акселерометров, предназначенных для измерения кажущихся линейных ускорений подвижных обьектов. Среди этих акселерометров имеются такие, у которых чувствительная масса взвешена в жидкости, Для решения задач управления небходимо иметь не менее трех акселерометров, что увеличивает габариты и массу измерительного блока. Другим недостатком указанных акселерометров является низкая точность вследствие индукционного или емкостного съема информации о положении чувствительной массы. Известен трехкомпонентный акселерометр с кубической крестообразной инерционной массой с onтоэлектронным датчиком положения и электромагнитным датчиком момента.

Недостатком данного акселерометра явля- ются низкие функциональные возможности вследствие измерения только трех параметров движения.

Наиболее близким па 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 элеткрамагнитные исполнительные органы, а также усилитель-преобразователь, электрически включенный между ними, Недостатком даннагоустройства является низкая точность вследствие емкостного способа сьема информации а положении инерционного элемента относительно корпуса.

Целью изобретения является повышение точности, Поставленная цель достигается тем, что в акселерометре-кубике Моррисона, содержащем 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

BKJ1 ючен усилител ь-преобразователь, датчики перемещения выполнены в виде фотоэлектрических преобразователей, состоящих из расположенных на инерционном элементе источника излучения с шестью оптическими осями и зеркал вдоль этих осей, а также расположенных на каждой грани корпуса вдоль тех же оптических осей матриц приборов с зарядовой связью, а между усилителем-преобразователем и исполнительными органами включен вычислительный блок.

Сущность изобретения заключается в следующем, Из геометрического центра каждой грани инерционного элемента, имеющего форму кубика, выходит луч, перпендикулярный eto грани, в направлении

Соответству ащей грани корпуса, на каждой из которых установлена матрица приборов с зарядовой связью, По шести парам координат точек падения лучей источника на матрицы приборов с зарядовой связью шести граней корпуса вычислительный блок определяет линейные смещения кубика

Моррисона вдоль трех взаимно ортогональных осей и угловые смещения относительно трех взаимно ортогональных осей, Использование источников излучения, светоделителей, зеркал, матриц приборов с зарядовой связью и вычислительного блока в технике известны. Однако использование указанных элементов в универсальных инерциональных измерительных блоках типа кубика Моррисона не известно, о чем свидетельствует проведенный патентный поиск. Таким образом, использование в предложенном кубике Моррисона известных в отдельности признаков приводит к новому качеству, проявившемуся в положительном эффекте — повышение точности, — в связи с чем изобретение обладает существенными отличиями.

На фиг. 1 изображена функциональная схема предложенного акселерометра; на фиг. 2 — схема размещения осей координат матриц приборов с зарядовой связью корпуса устройства, Акселерометр-кубик Моррисона содержит корпус 1, инерционный элемент 2, жидкость 3 в зазоре между корпусом 1 и инерционным элементом 2, источник излучения 4, светоделитель 5, полупрозрачное зеркало 6, матрицы 7 приборов с зарядовой связью, связанные электрически с вычислительным блоком 8, усилителем-преобразователем 9 и электромагнитными исполнительными органами 10.

Акселерометр-кубик Моррисона работает следующим образом.

Инерционный элемент 2, связанный с корпусом 1 только вязким трением жидко1781617 сти 3, стремится сохранить свое положение неизменным в инерциональном 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 инулевоми положении все лучи источников излучения попадают в начала координат матриц 7 приборов с зарядовой связью соответствующих граней корпуса 1 (см. фиг,2), При смещении инерционного элемента 2 относительно инулевого" положения датчики перемещения измеряют это смещение, передают его на вычислительный блок 8, который определяет три ортогональные проекции смещения центра масс инерционного элемента 2 относительно трех взаимно ортогональных осей координат: 1-I l I, I I-И, V-Vl (cM. фиг.2). Сигнал с вычислительного блока 8 через усилительпреобразователь 9 передается на электромагнитные исполнительные органы 10, которые прикладывают к инерционному элементу 2 усилия, необходимые для его возвращения в "нулевое" пало>кение. Таким образом, под действием внешних сил, измеряемых датчиками перемещения и компенсируемых исполнительными органами 10, инерционный элемент совершает колебательные движения с небольшой амплитудой возле "нулевого" положения, т,е, предло>кенное устройство работает в нуль-индикаторном режиме. Информация о линейных и угловых ускорениях, величины которых пропорциональны смещениям инерционного элемента 2, снимаются с вычислительного блока 8.

Измерение положения инерционного элемента 2 осуществляется следующим образом, Луч источника 4, например, полупроводникового лазера, разделенный светоделителем 5 (см, p«c,1) и полупрозрачным зеркалом 6, выходит из центра каждои грани инерционного элемента 2 (перпендикулярно этой грани) в направлении соответствующих граней корпуса 1, на которых размещены матрицы 7 приборов с зарядовой связью, по координатам точек падения лучей источника 4 на которые вычислительный блок 8 определяет угловое и линейное смещение инерционного элемента 2 относительно корпуса 1.

Предположим, что инерционный элемент 2, изначально помещенный B "нулеI вое" положение, начинает поворачиваться относительно оси V-VI, Тогда при малых угловых смещениях (sin а=а);

5 XI

i а =

4 где XI, YI — координаты падения луча íà l-ю матрицу приборов с зарядовой связью.

Линейное движение инерционного элемента 2 вдоль оси V-Vi относительно "нулевого" положения будет определяться формулой

y Y

15 С=1 а=

При более сложном движении формулы усложнятся, однако принципиального отличия от прототипа определения положения

20 инерционного элемента 2 относительно корпуса 1 в предло>кенном устройстве нет.

Отличие составляет высокоточный оптический способ измерения положения, дающий выигрыш по точности. Уже в настоящее время успешно применяются матрицы приборов с зарядовой связью, разрешающая способность которых составляет единицы микрон, что приближает данный метод по точности к интерференционному и позволяет повысить точность измерения положения инерционного элемента 2 акселерометракубика Моррисона относительно корпуса 1, а значит и повысить точность измерения линейных и угловых ускорений посредством

Э5 акселерометра в целом.

Формула изобретения

Акселерометр- кубик Моррисона, содержащий корпус и расположенный в нем инер40 ционный элемент, жидкость s зазоре между корпусом и инерционным элементом, располо>кенные по трем ортогональным осям датчики перемещения, исполнительные органы, маткду которыми включен усилитель= лреоарааователь, о т л.и ч а ю Ю и и с я тем. что, с целью повышения точности измерений, датчики перемещения выполнены в виде фотоэлектрических преобразователей, состоящих из расположенных на инерцион50 ном элементе источника излучения, светоделителя с шестью оптическими осями и зеркал вдоль этих осей, а также расположенных на каждой грани корпуса вдоль тех же оптических осей матриц приборов с зарядовой связью. а между усилителем-преобразователем и исполнительными органами включен вычислительный блок.

1781617 х y z

Составитель А.Винокуров

Техред М.Моргентал

Редактор

Корректор М,Петрова

Повн;:водс1à нно-Ilýäÿòåëüñêèé комбина "Г!этент", I . Уж орел, ул.гагарина, 101

Заказ 4271 Тираж Подписное

ВНИИ! !И осудэрственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР ! l 3035, Москва, Ж-35. Раушская наб., 4/5