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. Акселерометр на каждой грани имеет датчик перемещений и исполнительный орган 9. связанные между собой через усилитель-преобразователь 8 и вычислительный блок 7. Каждый датчик перемещения выполнен в виде фотоэлектрического преобразователяГ содержащего источник света 4 и теневую маску 5, размещенные на каждой грани инерционного элемента 2. Напротив них на соответствующей грани корпуса расположена линейка 6 приборов с зарядовой связью, сигнал с которой передается в усилитель-преобразователь 8. 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4888370/10 (22) 09.10.90 (46) 15.12.92. Бюл, N 46 (72) А,А.Винокуров (56) Патент США N 2695165, кл. G 01 Р 15/08, 1957.

Патент 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 pacnonox:åí инерцион50 ÄÄ 1781618 А1 (s>)s 6 01 P 15/08, G 01 С 21/12 ный элемент 2. Акселерометр на каждой грани имеет датчик перемещений и исполнительный орган 9, связанные между собой через усилитель-преобразователь 8 и вычислительный блок 7. Каждый датчик перемещения выполнен в виде фотоэлектрического преобразователя, содержащего источник света 4 и теневую маску 5, размещенные на каждой грани ийерционного элемента 2. Напротив них на соответствующей грани корпуса расположена линейка .

6 приборов с зарядовой связью, сигнал с которой передается в усилитель-преобразователь 8. 2 ил.1781618

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

Известен угловой акселерометр, содержащий маховик, установленный на оси, совпадающей по направлению с чувствительной осью, а также индукционный датчик угла и датчик момента. Недостатками известного акселерометра

10 является низкая точность вследствие индукционного съема информации, а также низкие функциональн ые возможности вследствие измерения тол6ко углового ускорения и относительно всего лишь одной оси.

Известен фотоэлектрической преобразователь перемещений, содержащий установленные на подвижном объекте источник света и теневую маску с двумя равновелики20 ми окнами, а также установленный отдельно и оптически связанный с источником света фотопотенциомотр, Недостатками известного преобразователя я вля Ются низкая точность и сложность согласования с циф25 ровыми вычислительнь1ми средствами вследствие использования фотоприемника с аналоговйм выходом, Известен трехкомпонентный акселерометр с кубической крестообразной инерциположения и электромагнитным датчиком момента. Недостатком дайного "акселерометра являются низкие функциональные возможности вследствие измерения только трех параметров движения

Наиболее близким по технической сущности к предложенному изобретению является кубок Моррисона, содержащий корпус, инерционный элемент в нем, жидкость в зазоре между корпусом и инерционным эле- 40 ментом, емкостные датчики перемещения и электромагнитные исполнительные органы, а также усилитель-преобразователь, элект- - рически включенный между ними, Недостатком данного устройства является низкая точность вследствие емкостного способа съема информации о положении инерционного элемента относительно корпуса.

Целью изобретения является повы шение 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 ортогональн ым осям датчики перемещения и исполнительные органы, между которыми включен усилитель-преобразователь, датанной массой с оптоэлектронным датчиком 30 чики перемещения выполнены в виде фотоэлектрических преобразователей, состоящих из установленных на каждой грани инерционного элемента двух исто <ников света и теневой маски с двумя равйовеликими окнами, а также установленной на каждой внутренней грани корпуса линейки приборов с зарядовой связью, а между выходами всех линеек и входом усилителяпреобразователя включен вь1числительный блок.

Сущность изобретения заключается в следующем. Свет от одного источника проходйт через теневые маски каждой грани инерционного элемента и попадает на линейки йриборов с зарядовой связьЮ; размещенные на каждой внутренней грани корпуса. По выходному сигналу с линеек приборов с зарядовой связью каждой грани вычислительный блок определяет общее смещение инерционного элемента и необходимое воздействие для его возвращейия исполнительными органами в " нулевое" пб-. ложение.

Использование источника света,.теневых масок и фотопотенциометров известно, например в фотоэлектрическом преобразо- вателе перемещений (2). Использование линеек приборов с зарядовой связью также. известно. Однако их совокуйное использование в кубике Моррисона не известно, что подтверждает проведенный патентный пОиск. Таким образом, использование в предложенном 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 фиг.1 изображена функциональная схема предложенного акселерометра-кубика Моррисона; на фиг. 2 — схема взаимного расположенйя источника света, теневых масок и линеек приборов с зарядовой связью.

Акселерометр-кубик Моррисона содержит корпус 1, инерционный элемент 2 в нем, жидкость 3 в зазоре между ними, источники света 4, теневые маски 5, линейки 6 приборов с зарядовой связью, вычислительный блок 7, усилитель-преобразователь 8 и электромагнитные исполнительные органы 9.

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 относител ьно "нулевого" положения, за которое принимается

5 1781618 6 положениеинерционногоэлемента2, когда боров с зарядовой связью, ширина одной

его геометрический центр совпадает с гео- области увеличивается, ширина другой— метрическим центром корпуса 1, а каждая уменьшается на столько же. При повороте грань инерционного элемента 2 параллель- инерционного элемента относительно оси, на соответствующей грани корпуса 1. При 5 перпендикулярной йлоскости Соответствусмещении инерционного элемента 2 отно- . ющей грани, засвеченные области не сдвисительно "нулевого" положениядатчики пе- гаются вдоль лийееК 6 приборов с ремещения измеряют это смещение, зарядовой связью,аширинаобеихобластей передают его на вычислительный блок 7, вэависимостиотнаправленияповороталикоторый определяет три ортогональные 10 боодинаковоувеличивается", либо одинакопроекции смещения центра масс инерцион- во уменьшается. Каждой засвеченной ного элемента 2 относительно трех взаимно области линейки 6 приборов с зарядовой ортогональных осей координат и его угла- связью соответствует строгб определенный вое смещение относительно этих осей. Сиг- сигнал на ее выходе."Система будет чувствинал с вычислительного блока 7 через 15 тельна к одновременномудЫиженйю инерусилитель-преобразователь 8 передается циойного элемента 2 относительно всех на электромагнитные исполнительные орга- степеней свободй, перекрестные связи не ны 9, которйе прикладывают к инерционно- вносят ошибок. По выходному сигналу с му элементу 2 усилия, необходимые для его линеек 6 приборов с зарядовой связью кажвозвращения в "нулевое" положение, Таким 20 дой грани вычислительный блок 7определя.образом, поддействием внешнихсил, изме- : ет линейные смещения инерционного ряемых датчиками перемещения и компен- элемейта в двух взаимно ортогональных на-. сируемых исполнительными органами 9, правлениях, параллельных соответствуюинерционный элемент совершает колеба- щей грани корпуса 1 и угловое смещение тельные движения с небольшой амплитудой 25 инерционного элемента 2 вокруг оси, первозле "нулевого" положения, т.е. предло- пендикулярной этой грани корпуса 1. Если женное устройство работает в нуль-индика- от источников 4 будут распространяться не торном режиме. Информация о линейных и параллельные. а расходящиеся йучки света; угловыхускорениях, величины которыхпро- то это позволит измерять четвертый пара. порциональны смещениям инерционного 30 метр положейия инерционного элемента 2 элемента 2, снимаются с вычислительного относительно корпуса 1. При этом засвеченблока 8. - ные областй при движении инерционного

Измерение положения инерционного элемента 2 к корпусу 1 будут одинаково элемента 2 осуществляется следуюЩим об- уменьшаться беэ движения вдоль линейки, разом. Излучение от источника света; раз- 35 при удалении — одинаково увеличиваться. мещенного внутри инерционного элемента Чтобы отличить данное движение от углово2, проходит сквозь равновеликие окна (см. го поворота инерционного элемента 2 отнорис. 2) теневых масок 4, размещенных на сительно оси; перпендикулярной гранях инерционного элемента 2. 8 качест- соответствующей грани корпуса (см. рис.2) ве источника 4 света могут использоваться 40 необходимо параллельно линейки 6 прибоодин или несколько полупроводниковых ров с зарядовой связью на этой же грани светодиодов. При попадании света, про- разместитьещеоднулинейкубприборов с шедшего через теневые маски 5, на линейки зарядовой связью, идентичную первой. Тогприборов с зарядовой связью осуществля- да при линейном движении (приближении, ется засветка отдельных участков линеек 6 45 удалении) центры засвеченных областей буприборов с зарядовой связью, Каждому по- дут неподвижны, а при угловом смещении— ложению инерционного элемента 2 корпуса центры засвеченных областей будут повора1 соответствует строго определенная за- чиваться вокруг оси поворота инерционносветкалинеекприборовсзарядовойсвязью ro элемента 2 относительно корпуса 1. и строго определенный сигнал на выходе 50 Данное усложнение. позволит измерять углинеек 6 приборов с зарядовой связью. При ловое смещение инерционного элемента 2 движении инерционного элемента 2 с тене- относительно корпуса 1 вокруг двух взаимвой маской 5 относительно линеек 6 прибо- но ортогональных осей Ох и Оу, параллельров с зарядовой связью (см. рис. 2) одной ных соответствующей грани корпуса 1 (см. грани корпуса 1. вдоль оси 0х засвеченные 55 рис.2), При повороте инерционного элеменобласти линеек 6 приборов с зарядовой та2 вокругоси Охзасвеченыеобласти будут связью перемещаются по ним, не меняя вести себя так же, как при линейном смещесвоей ширины. При движении инерционно- нии инерционного элемента 2 относительно го элемента 2 вдоль оси Оу засвеченные корпуса 1 вдоль оси Оу, но только одновреобласти не сдвигаются вдоль линеек 6 при- менно с этим они будут расширяться, При

1781618 щем при необходимости в состав вычислительного блока 7) или беэ нее, В состав вычислительного блока 7 может входить постоянное запоминающее устройство, в котором записаны программы работы микройроцессоров, и тактирующее устройство.

Формула изобретения

Составитель А.Винокуров

Техред М.Моргентал Корректор М,Петрова

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", г. Ужгород. уп.Гагарина. 101 повороте инерционного элемента 2 вокруг оси Оу засвеченные области будут вести себя так, как при линейном смещении инерционного элемента 2 относительно корпуса 1 вдоль оси Ох, но только одновременно с 5 этим они будут расширяться, Таким образом, с помощью одного датчика положения можно будет измерить все шесть параметров положения. инерционного элемента 2 относительно корпуса 1. Остальные фото- 10 электрические преобраэователй-йоложения позволят повысить точность за счет осреднения полученных результатов и повысить надежность за счет резервирования.

Конструктивно вычислительный блок 7 15 представляет собой шесть параллельных микропроцессоров, преобразующих информацию датчиков положения инерционного элемента 2 относительно корпуса 1 и передающих эту информацию в седьмой микро- 20 процессор, который на основании полученных кодов определяет шесть кодов параметров положения инерционного элемента 2 относительно корпуса 1, которые далее передаются в усилитель-преобразо- 25 ватель 8, предварительно подвергаясь необходимой трансформации в цифроаналоговом преобразователе (входяАкселерометр-кубик Моррисона, содержащий корпус и расположенный в нем инерционный элемент, жидкость в зазоре между корпусом и инерционным элементом, расположенные по трем opTol 0KBllbHblM осям датчики перемещения и исполнительные органы, между которыми включен усилитель-преобразователь, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерений, датчики перемещения выполнены в виде фотоэлектрических преобразователей, состоящих из установленных на каждой грани инерционного элемента источника света и теневой маски с двумя равновеликими окнами, а также установленной на каждой внутренней грани корпуса линейки приборов с зарядовой связью, а между выходами всех линеек и входом усилителя-преобразователя вкл ючен вычислител ьн ый блок.