Интегрирующий акселерометр

 

6 4л «a M&A о И Е

ИЗОБРЕТЕНИg

79454О

Союз Советских

Сопналнстнчесннх

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 02.01.78 (21) 2561745/18-10 с присоединением заявки №вЂ” (23) Приоритет (43) Опубликовано 07.01.81 Бюллетень № 1 (45) Дата опубликования описания 07.01.81 (51) M. Кл.

G 01 P 15/08

G 01 С 21/16

Гасударственный комитет (53) УДК 531.768 (088.8) по делам изобретений н открытий (72) Авторы изобретения Ю. А. Левин, В. И. Каширин, С. И. Шкадаревич и Ю. В. Романов (71) Заявитель (54) ИНТЕГРИРУЮЩИЙ АКСЕЛЕРОМЕТР

Изобретение относится к области измерительной техники, в частности к измерителям параметров движения подвижных объектов.

Известны интегрирующие акселерометры, содержащие вращающуюся платформу с маятником, датчик угла маятника, усилитель и двигатель. Недостатком известных устройств является низкая точность интегрирования и невозможность получения двойного интеграла от ускорения;(1, 2).

Предлагаемый акселерометр снабжен двумя закрепленными на оси подвеса маятника прузами, размещенными симметрично оси маятника и оси вращения платформы в проходящей через эти оси плоскости.

На фиг. 1 представлена упрощенная кинематическая схема акселерометра; на фиг. 2 — диаграмма сил, действующих >на подвижную часть акселерометра вследствие наличия угловой скорости вращения платформы; на фиг. 3 — диаграмма сил, действующих на подвижную часть акселерометра вследствие наличия углового ускорения пла>тфо>рмы и измеряемого линейного ускорения, Акселерометр состоит из корпуса 1,чувствительного элемента, выполненного в ви- де маятника 2 с жестко закрепленными на нем грузами 3, датчика угла 4, балансировочното устройства 5, цапф 6, опор 7, неподвижных обмоток 8 датчика угла 4, усилителя 9 обратной связи, двигателя 10, вращающейся платформы 11, жестко закреп5 ленной на валу 12 двигателя„10, и исполнительного механизма 13.

Ось подвеса маятника х перпендикулярна к оси чувствительности z, совпадающей с осью вращения платформы 11 и осью ва1ð ла двигателя 10. Цент>ры масс инерционных грузов 3 находятся в плоскости xz. Ось у перпендикулярна к осям х и г и проходит через точку их пересечения. Центр масс 0 маятника 2 расположен,на оси у на рас15 стоянии 4 от оси маятника х. Центры масс инерционных грузов 3 находятся на расстоянии 4 1 и 1"1 по разные стороны от оси у и на расстоянии 1 з и l"2 по разные стороны от оси х.

Балансировочное устройство обеспечивает устранение паразитного момента от центробежных сил. Это балансировочное устройство в общем случае состоит, например, из двух, грузиков с массами тз и т4, располагаемых на оси, перпендикулярной к плоскости, в которой лежат инерционные грузы т и т"1 (см. фиг. 2).

На фиг. 2,а представлена в изометрии схема распределения инерционных сил, зр вызываемых центробежными ускорениями

794540 от угловой скорости вращения платформы, при наличии угла рассогласования а маятника. На фиг. 2,6 и 2,в показаны проекции фиг. 2,а на плоскости zg и ху соответственно.

F „F, — инерционные силы, вызванные скоростью вращения ж платформы, действующие на инерционные грузы и 1 и m"1, F„„F„, — инерционные силы, вызванные скоростью вращения 00 платформы, действующие на инерцион ные грузы из и m4.

Моменты от сил F, и F, и моменты от сил F„, и F, относительно оси подвеса маятника (ось х) направлены в противоположные стороны, а следовательно, суммарный момент этих сил путем подбора масс грузов mz и m4 и их взаимного перемещения может быть сделан равным нулю.

Путем несложных преобразований можно получить выражение для суммарного момента от центробежных сил, действующих на маятник, в виде

М = в sin к. cos n iò, (lz) + и",(1",) —

m (1з) и4(1з) 1. (1)

Из выражения (1) следует, что суммарный момент от центробежных сил М на маятник равен нулю при любом угле рассогласования а при условии, что выражение в квадратных скобках равно нулю, т. е.: т, (1, ) + m",(l") — т, (1;) — и, (l",) =О.

Это условие практически легко достигается п ри балансировке маятника путем изменения балансировочных масс mz и т4 и плеч 1 з и 1"з при обеспечении необходимого дебаланса маятника /по отношению к линейному ускорению а,.

В частности тз может равняться нулю нри

1+ 1 4 2 2 3

Таким образом, в: акселерометре с необходимой степенью точности обеспечивается устранение погрешности (нелинейности) от влияния угловой скорости платформы при любых углах рассогласования а маятника.

Равновесие маятника будет определяться в этом случае только линейным ускорением а, и угловым ускорением платформы е.

Акселерометр работает следующим образом.

При воздействии линейного ускорения а, вдоль измерительной оси z возникают инерционные силы, приложенные к маятнику 2 и грузам. 3 (см. фиг. 3).

Обозначим:

/ //

F„F. — инерционные силы от угловых ускорений, действующих на грузы 3 (и 1 и m" ).

F — равнодействующая инерционяых сил от линейного ускоре5 ния а„действующая на центр масс маятника (точка О).

Момент от сил инерции М„вызванный линейным ускорением а, при наличии угла поворота маятника 2, равен:

М, = т 1,.а,.cos a, (2) где m — полная масса маятника;

1з — расстояние до центра масс 0 от оси маятника.

Момент М,, вызванный угловым ускорением грузов 3, равен

М, =F; cos ).l, cos +F;cos) l cosa, (3) где F, cos P, F. Cos P — проекции инерци// онных сил F-. и F,, воздействующих на грузы 3 с массами т 1 и т"1, на плоскость, перпендикулярную к оси маятника х, или

М, = з(т, 1;1 cosи+m",1",1 ;cos0) . (4)

При некотором угле рассогласования маятника а моменты М и М,- уравновесятся за счет об ратной связи, т. е. та,1, = з (т, l; l; + и", l l ;), а угловое ускорение равно (1

dt m1 та,1з (5) / / // // //

l1,lz+ m1,l1Iz

Угол поворота вала двигателя равен

t 1 р = ... . „„(ch)a,Ф, (6)

m1 l1 lz + mz l1 lz,)

0 0

40 т. е. угол поворота вала, двигателя аропорционален двукратному интегралу от измеряемого ускорения.

45 Исполнительный механизм 13 срабатывает при повороте вала двигателя на определенный угол, соответствующий заданному значению двукратного интеграла.

Положительный эффект от использоьания предлагаемого изобретения состоит в снижении суммарной погрешности акселерометра вследствие того, что измерительный орган расположен на платформе, жестко связанной с валом двигателя, т. е. отсутствует зубчатая передача, наличие которой приводит к появлению погрешности от сил трения в зубчатом зацеплении и увеличению погрешности при воздействии вибрации; уменьшается погрешность от боковых линейных ускорений, определяемая угловым смещением маятника при воздействии измеряемого ускорения, поскольку момент, действующий на маятник от боковых ускорений, изменяется по направле65 нию с частотой вращения платформы и, 794540 следовательно, среднее значение этого момента за один оборот платформы равно нулю.

Формула изобретения

Интегрирующий акселерометр, содержащий вращающуюся платформу, закрепленный на платформе маятник, ось подвеса и плечо которого перпендикулярны к оси вращения платформы, датчик угла маятни- 10 ка, усилитель, двигатель, на валу которого закреплена платформа, и датчик угла вала двигателя, отличающийся тем, что, с целью обеспечения возможности двойного интегрирования ускорения и повышения точности, он снабжен двумя закрепленными на оси подвеса маятника грузами, размещенными симметрично оси маятника и оси вращения платформы в проходящей через эти оси плоскости, Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР № 504975, кл. G 01 P 15/08, 18,01.74.

2. Авторское свидетельство СССР № 375554, кл. G 01Р 7 00, 12.06.70.

794540 пил (Риг. 2

Составитель А. Шнроченский

Редактор О, Филиппова

Техред И. Пенчко

Корректоры: Н. Федорова н Т. Трушкина

Заказ 2722/10 Изд. № 121

У;Тираж 915 Подписное

НПО ыПоискэ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Типография, пр. Сапунова, 2