Молекулярно-электронный угловой акселерометр

 

О П И С А Н И Е >987531

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советсиик

Соцмапнстичесинк

Республик (61) Дополнительное к авт. санд-ву (22) Заявлено 17. 08. 81 (21) 3332583/18-10 с присоединением заявки як (23) Приоритет

Опубликовано 07.01.83.Бюллетень М 1 (5l)NI. Кл.

G 01 P 15/08

Гввударстаевкыв кювтет

СССР вв девам взквретекк» и еткрытий (53) УД 531 768. (088.8) Дата опубликования описаиия07. 01 Я3-=.

t

Н.В.Петькин, Ю.Н.Осипов и В.А.Фе(дорин . ц (72) Авторы, изобретечия

Научно-производственное объединение "Квант" (71) Заявитель (54) ИОЛЕКУЛЯРНО-ЭЛЕКТРОННЫЙ УГЛОВОЙ

АКСЕЛЕРОИЕТР му (2 )..

Изобретение относится к измери-. тельной технике, в частности к молекулярно-электронным преобразователям механических сигналов в электрический сигнал, предназначенных для регистрации угловых ускорений, скоростей, углов наклона движущихся объектов, а также угловых смещений земной коры и др.

Известен молекулярно-электронный угловой акселерометр электрокинети- ческого типа, представляющий собой полый контур, имеющий форму тора, заполненный полярной жидкостью, например ацетоном, с расположенным в нем электрокинетическим преобразователем потока в электрический сигнал 1 1 ).

Недостатком электрокинетического углового акселерометра является большое внутреннее сопротивление (порядло ка 1 ИОм ), невозможность регистрировать воздействия инфранизкочастотного диапазона (например, меньше

0,1 Гц ), а также изменение чувствительности во времени.

Известен также молекулярно-элект,ронный угловой акселереметр диффузионного типа, представляющий собой полую спираль, заполненную электролитом, например типа йод-"îðèä, и содержащую диффузионный преобразователь потока в электрический сигнал, электроды которого образуют совместно с электролитом обратимую окиалительно-восстановительную систеНедостатком этого акселерометра является его способность реагировать на угловые ускорения, направленные перпендикулярно оси чувствительности, что существенно снижает точность регистрации сигналов. Кроме того, чувствительность акселерометра со временем уменьшается, что требует периодической проверки и калибровки датчика.

3 98753

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является молекулярно-электронный угловой ак" селерометр диффузионного типа, содержащий корпус с установленным в нем на опоре замкнутым контуром, заполненным электролитом и снабжен- ным преобразователями потока электролита в электрический сигнал Е33.

Недостатком известного датчика 1р также является падение его чувствительности со временем, что при выполнении точных измерений требует периодической проверки и калибровки прибора. 15

Цель изобретения - повышение точ-. ности измерения.

Указанная цель достигается тем, что внутри корпуса дополнительно установлен жестко связанный с ним пьезопреобразователь с подвижным штоком, на котором жестко смонтирован замкнутый контур и которое посредством пружин связано с опорой, при этом ось вращения коромысла ориентирована перпендикулярно плоскости замкнутого контура.

На чертеже представлена схема предлагаемого устройства.

Устройство содержит корпус 1 с установленным в нем на опоре 2 полым контуром 3, заполненным электролитом, например йод - йодид, и содер" жащим преобразователи потока в электрический сигнал диффузионного типа 4, электроды которых образуют совместно с электролитом обратимую окислительно-восстановительную систему. Опора

2 связана с коромыслом 5, концы которого жестко соединены с контуром

3 посредством крестовых пружин 6.

При этом внутри корпуса l располагается пьезообразователь 7, жестко связанный с корпусом 1. Причем шток

8 пьезопреобразователя 7 соединен с коромыслом 5 в точке коромысла, расположенный между опорой и контуром.

Предлагаемый акселерометр работает следующим образом.

При воздействии углового: ускорения, вектор которого направлен вдоль оси чувствительности акселерометра (перпендикулярно плоскости контура

3.), на преобразователях потока в электрический сигнал 4 возникает перепад давления, величина которого пропорциональна угловому ускорению.

Перепад давления вызывает через преобразователи пропорциональный углово1 4 му ускорению поток электроактивных ионов, .который на электродах преобразователя преобразуется в электрический сигнал. С течением времени вследствие процессов старения электролита, загрязнения активной поверхности измерительного канала гелями (это уменьшает эффективную площадь измерительного электрода преобразо вателя ) чувствительность акселерометра понижается. Поэтому для проведения точных измерений необходимо знание . чувствительности акселеро метра в любой данный момент времени.

Однако в настоящее время определе-we чувствительности углового акселерометра является довольно сложной задачей, поскольку для этого требуется установка акселерометра на специальный тарировочный стенд (довольно громоздкий по своим габаритам и, главное, требующий сложной и трудоемкой наладки и юстировки ). Поэтому, как правило, определение чувствительности углового акселерометра проводят один раз сразу после его изготовления (значение чувствительности указывают в паспорте акселерометра ). Затем, после установки акселерометра на объекте, указанное значение чувствительности (по паспорту 1используется при обработке результатов измерений. В случае снижения чувствительности акселерометра со временем точность регистрации, определяемая по паспортным данным, становится невысокой, поскольку истинная чувствительность акселерометра в данный момент времени неизвестна, а периодическая проверка .- . чувствительности акселерометра невозможна из-за отсутствия тарировочного стенда. Однако и при наличии тарировочного стенда для определения чувствительности необходимы отключение акселерометра от измерительной системы, снятие акселерометра с объекта, установка на тарировочный стенд, что связано с большой потерей рабочего времени. Поэтому основное достоинство предлагаемого акселерометра в том, что появляется возможность определить его чувствительность в любой данный момент времени (в течение всего срока эксплуатации); не снимая акселерометра с объекта.

Принцип калибровки заключается в следующем.

5 9875 1 6

Формула изобретения,50

С помощью пьезопреобразователя 7, на вход которого подается синусоидальный сигнал йапряжения с .амплитудой

100-150 В, и коромысла 5, на кото ром закреплен замкнутый контур 3, один конец которого соединен со штоком 8 пьезопреобразователя, а другой - с несущей опорой, крестовыми пружинами 6 осуществляется преобразование поступательного дви- 1в жения штока 8 во вращательное перемещение коромысла, т.е. замкнутого контура 3. При:этом амплитуда задаваемых угловых ускорений определяется иэ соотношения !5

22

ЬЧ42 "и"г . -2 ()

Р Д-с, где f - частота синусоидального сигнала, Гц;

А - длина плеча коромысла;

К - коэффициент преобразования пьеэокалибратора, м В ;

0г - амплитуда синусоидального напряжения генератора, подаваемого на вход пьеэопреобразователя, В.

Если учесть, что относительная

Э погрешность величин, входящих в соотношение (1 ), не превышает 1-24 (например, пьезокалибратор аттесту.ется с помощью лазерного интерферо.метра ), то погрешность задания углового ускорения с помощью встроенного З калибратора имеет величину порядка

5-7Ф (на тарировочном стенде точность задания углового ускорения порядка 1,5-33 ).

Используя соотношение (1 ), можно

40 определить чувствительность предлага.-. емого акселерометра:

Ь" -К " S-c Þã»" (2)

4) Кя )г где Ь 0 - выходной сигнал акселерометра, В;

Ь Ч - задаваемое угловое уско- рение, определяемое по. формуле (1 ).

Например, при значениях параметров акселерометра Кп = 4,10 мВ-, А 2,4-10 м чувствительность акселерометра в соответствии с Формулой (2 ) ойределяется иэ выражения

Точность определения чувствительности К в соответствии с формулой (3) на верхней границе динамического диапазона имеет величину. порядка 103 (при условии, если регистрация выходного сигнала осуществляется с помощью

)цифропечати, например Щ68ОООК) Таким образом, предлагаемый акселерометр позволяет определять входное воздействие в течение всего времени эксплуатации с постоянной точностью порядка 103.

Предлагаемый акселерометр, обеспечивающий градуировку и проверку в любой момент времени, позволяет не только повысить точность регистрации измеряемого воздействия и тем самым повысить достоверность получаемой информации, но и продлить срок службы акселерометра например с 1,5 года до 3-5 лет.. При этом в любой момент эксплуатации точность регист" рации входного сигнала остается постоянной, не хуже чем 103.

Иолекулярноэлектронный угловой акселерометр, содержащий корпус с установленным в нем на опоре замкнутым контуром, заполненным электролитом и снабженным преобразователями потока электролита в электрический сигнал, отличающийся тем, что, с целью повышения точности изме" рения, внутри корпуса дополнительно установлен жестко связанный с ним пьеэопреобразователь с подвижным штоком, соединенным с коромыслом, на котором жестко смонтирован контур и которое посредством пружин связано с опорой, при этом ось вращения коромысла ориентирована перпендикулярно плоскости контура, Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Патент США и 2644901, кл. 310-2, 1953.

2. Воронков Г.Я., федорин S.À.

Хемотронные устройства. И., ВНИИЭИ, 1965, с.86.

3. Исследование электрохимического преобразователя угловых ускорений с прямоугольным контуром. — Труды метрологических институтов СССР

"Измерение угловых ускорений". Вып.

143/203, И-Л., Иэд-во стандартов, 1973, с.107-113 (прототип).

987531

Составитель Н.Иараховская

Редактор Н.Егорова Техред С.Иигунова Корректор В.Прохненко

Заказ 10286/32 Тираж 871 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Иосква, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4