Патент ссср 250550
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
250550
Сема Советски т
Социалистичесиив
РеепуСлив
Зависимое от авт. свидетельства №вЂ”
Заявлено 10.V.1967 (№ 1154159/18-10) Кл. 42о, 17 с присоединением заявки №
Приоритет
Опубликовано 12,VIll.1969. Бюллетень № 26
Дата опубликования описания 23.1.1970
МПК О 01р
УД К 531.768.084:531.787. .1:534.113 (088.8) Комитет по делам иаооретвиии N 0TlcpblTHA при Совете Министров
СССР
Автор изобретения
И. А. Горенштейн
Заявитель
ДАТЧИК УГЛОВОГО УСКОРЕНИЯ
Изобретение относится к области приборов для измерения параметров вращательного движения подвижных объектов.
Известные гидроскопические датчики углового положения и у ловой скорости, содержащие два чувствительных к перепадам давления тонкостенных цилиндрических резонатора (с системами самовозбуждения), внутренние полости которых вместе с соединяющим эти полости каналом образуют герметичную камеру, сплошь заполненную рабочей жидкостью, служащей инерционной массой, отличаются малым сроком службы (из-за наличия подвижных сочленений), сложностью изготовления и значительной чувствительностью к внешним воздействиям.
В предлагаемом датчике, с целью повышения точности, канал. соединяющий внутренние полости тонкостенных цилиндрических резонаторов, .выполнен по форме спирали, ось которой является осью чувствительности датчика.
На фиг. 1 изображена конструктивная схема предлагаемого прибора; на фиг,- 2 — схема самовозбуждения одного из резонаторов; на фиг. 3 — принципиальная электрическая схема.
На внешней цилиндрической поверхности основания 1 имеется спиральный или винтовой канал 2, концы которого сообщаются с внутренними полостями тонкостенных цилиндрических резонаторов 3 соединительными каналами 4. Конструктивно спиральный канал может быть выполнен например, в виде змеевика из длинной тонкой трубки, навитой на основание.
5 На основание 1 датчика напрессован цилиндрический стакан 5, причем внешние торцовые швы б в местах сочленения основания со стаканом и с резонатором 3 выполнены герметичными. Герметическая камера, образованная
10 спиральным каналом 2, соединительными «аналами 4 и внутренними полостями 7 резонаторов 3, сплошь заполняется рабочей жидкостью, желательно с малой вязкостью и высокой массовой плотностью, например, ртутью, 15,причем за счет упругой деформации поверхностей, ограничивающих герметическую камеру с рабочей жидкостью, в последней создается некоторое постоянное избыточное давление.
В цилиндрических расточках основания 1
20 установлены наборные из пластин тонколистового железа магнитопроводы 8 с обмотками 9, являющиеся элементами системы самовозбуждения резонаторов. На центральную часть стакана 5 намотана катушка 10 электрообогрева
25 системы температурной стабилизации суммы частот собственных колебаний обоих резонаторов.
Концы резонаторов сочленены с основанием пружинными крышками 11, имеющими малую
З0 жесткость в осевом направлении и предохра250550 няющими резонаторы от действия вибраций в направлении, .перпендикулярном оси прибора. Для облегчения работы системы температурной стабилизации суммы частот прибор заключен в теплоизоляционпый кожух 12.
Система самовозбуждения каждого из резонаторов прибора одинакова. Она включает набранный из восьмизубцовых пластин 18 магнитопровод с обмотками постоянного подмагничивания 14, съема 15 и возбуждения 16, широкополосный усилитель 17, у которого сдвиг фазы между входным и выходным напряжениями близок к 90 . Четыре обмотки 14 постоянного подмагничивания запитываются постоянным током и создают постоянное магнитное поле с четырьмя .парами полюсов, силовые магнитные линии 18 которого частично замыкаются через материал резонатора, имеющего в поперечном сечении вид кольца. Обмотки 15 съема расположены на двух противолежащих зубцах магнитопровода, свободных от обмоток постоянного подмагничивания. Эти обмотки соединены между собой последовательно и подключены к входу широкополосного усилителя 17. Обмотки 1б возбуждения расположены на двух противолежащих зубцах магнитопровода, перпендикулярных к зубцам с обмотками 15 съема. Обмотки 1б также,последовательно соединены между собой и подключены к выходу широкополосного усилителя 17.
Совместно с резонатором система самовозбуждения образует электромеханический генератор колебаний, частота колебаний, частота которых равна частоте собственных колебаний резонатора и однозначным образом определяется разностью давлений, действующих на его внутреннюю и наружную поверхности.
Система самовозбуждения работает следующим образом. При колебаниях резонатора е о поперечное сечение принимает форму эллипса, оси которого совпадают с осями обмоток съема и возбуждения, причем с увеличением ,в,процессе колебаний одной оси эллипса другая ось уменьшается и наоборот. При этом происходит периодическое перераспределение замыкающихся через зубцы обмоток съема и возбуждений частей магнитного потока, создаваемого обмотками постоянного подмагничивания. В результате в обмотках съема возбуждается переменная э. д. с., частота которой совпадает с частотой собственных колебаний резонатора, Эта э. д. с. поступает на вход широкополосного усилителя 17, с выхода которого переменное напряжение, сдвинутое по фазе на 90 относительно фазы э. д. с. катушек съема, поступает в обмотки возбуждения, вызывая дальнейшую раскачку колебаний резонатора.
При отсутствии составляющей углового ускорения .вдоль оси,прибора оба резонатора вследствие симметрии конструкции имеют одинаковые собственные частоты fi=f =fo (1)
Наличие, измеряемой прибором составляющей р углового ускорения относительно оси приоора, обусловливает возникновение в заполняющей спиральный канал жидкости градиента давления
dP
= р уЯ (дин/см ) (& где Р— давление, q> — угол, гр — угловое ускорение (составляющая от10 носительно оси прибора), у — массовая плотность жидкости, R — средний радиус спирального канала с рабочей жидкостью.
Благодаря этому давления Р1 и Р. жидкости в резонаторах будут отличаться от постоянного давления Ро, существующего:в отсутствие углового ускорения, на одну и ту же величину (2) 20, Р Р р+
2 2 2
dP 1
+max 9 7 Vmaz 9 f "1
25 где,„„— полный угол закрутки спирального канала
f>+f>= 2fo (5) 40 их разность оказывается линейно связанной с измеряемой составляющей ср углового ускорения относительно оси прибора, а разность частот
Ж f1 f2 1 ф1 (6)
45 где k — коэффициент пропорциональности.
С выходов усилигелей 17 систем самовозбуждения сигналы с часготами f> и f2 поступают в преобразователь частоты 19, имеющий два выхода. На одном из них получается сигнал, частота которого равна сумме частот
/,+f>, на другом — сигнал, частота которого равна разности частот fi — fz, являющийся выходным сигналом датчика углового ускорения.
Для того чтобы зависимость между частотой выходного сигнала и измеряемой составляющей углового ускорения была линейной, сумма частот / +/2 непрерывно сравнивается с частотой 2f, генератора 20 стабилизированной
60 частоты. При отклонении суммы частот от номинального постоянного значения 2fo, преобразователь 21 изменяет ток в катушке 10 электрообогрева таким образом, что соответствующее изменение давления внутри камеры с ра65 бочей жидкостью устранит это отклонение.
%max =2дп (4)
30 где и — общее число витков спирального канала.
При этом собственные частоты f и f лервого и второго резонаторов изменяются таким
55 образом, что при поддержании постоянства суммы этих частот, т. е. при выполнении условия
250550
12 U
Фиг. 1
Предмет изобретения
Датчик углового ускорения, содержащий два чувствительных к перепадам давления тонкостенных цилиндрических резонатора (с системами самсвэзбуждения), внутренние полости которых вместе с соединяющим эти полости каналом образуют герметичную камеру, сплошь заполненную рабочей жидкостью, служащей инерционной массой, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, канал, 5 соединяющий .внутренние, полости резонаторов, выполнен по форме спирали, ось которой является осью чувствительности датчика.
250550
Р г. 2
Составитель С. А. Ющенко
Техред Т. П. Курилко Корректор А. П. Васильева
Редактор С. И, Хейфиц
Заказ 3870!(О Тираж 480 Подписное
ЦНИИПИ Комитета по делам изобретений н открытий при Совете Министров СССР
Москва Ж-35, Раушская наб., д. 4/5
Типография, пр. Сапунова, 2
