Вимірювач прискорення

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в авиационной и космической промышленности в инерциальных навигационных системах для измерения поступательных и угловых ускорений подвижного объекта. Известно устройство для измерителя ускорений, которое выбрано в качестве прототипа, позволяющее одновременно измерять линейные и угловые ускорения, содержащее цилиндрический корпус, внутри которого размещены датчики углового и линейного ускорения, выполненные в виде упругих элементов с установленными на последних тензоэлементами, и инерционная масса. Датчик линейных ускорений выполнен в виде четырех упругих пластин с тензоэлементами, соединенных с расположенной в центре устройства инерционной массой по крестообразной схеме под углом 45 градусов относительно закрепленных на внешнем кольцекорпусе четырех пластин с тензоэлементами датчика углового ускорения, также расположенных по крестообразной схеме. Деформация упругих пластин, входящих в датчик линейных ускорений, происходит при действии силы, обусловленной действием линейного ускорения в направлении, перпендикулярном плоскости упругих пластин. Это вызывает деформацию расположенных на пластинах тензоэлементов, соединенных в мост Уитстона, и рассогласование плеч моста. При действии момента, обусловленного воздействием углового ускорения, параллельно оси симметрии устройства происходит деформаций упругих пластин датчика углового ускорения, что вызывает деформацию расположенных на них тензоэлементов, соединенных в мост Уитстона, и рассогласование плеч моста. Сигналы рассогласования, пропорциональные воздействующим ускорениям, после усиления регистрируются. При воздействии линейного и углового ускорения величина порога чувствительности прототипа составляет соответственно 4,7 × 10-3g и 88,435рад/с2 (g = 9,81м/с2 - ускорение свободного падения). Недостатком этого устройства является низкая пороговая чувствительность при измерении линейных и угловых ускорений, что обусловлено неправильными компоновкой упругих элементов и их взаимным расположением по отношению к инерционной массе, а также нерациональным расположением инерционной массы относительно оси симметрии прибора. В основу изобретения поставлена задача усовершенствования измерителя ускорений, в котором изменено расположение инерционной массы, взаимное расположение упругих элементов, входящих в датчики линейного и углового ускорения, что обеспечивает повышение пороговой чувствительности прибора при динамических нагрузках. Поставленная задача решается тем, что в измерителе ускорений, содержащем цилиндрический корпус, внутри которого размещены датчики линейного и углового ускорения, выполненные в виде упругих элементов с установленными на последних тензоэлементами, и инерционную массу, согласно изобретению, вводится ось, на которую посажен корпус, а инерционная масса имеет форму полого цилиндра, расположенного соосно корпусу, и соединена с осью упругим подвесом, состоящим из упругого подвеса датчика линейного ускорения, промежуточного кольца и упругого подвеса датчика углового ускорения, причем каждый упругий подвес датчиков линейного и углового ускорения образован тремя упругими элементами, расположенными под углом 120 градусов относительно друг друга, а упругие элементы датчика углового ускорения расположены под углом 60 градусов к упругим элементам датчика линейного ускорения. Размещение инерционной массы соосно корпусу и ее закрепление на оси прибора с помощью упругого подвеса позволило повысить пороговую чувствительность заявляемого измерителя ускорений по сравнению с прототипом в 1,25 раза при действии линейного ускорения и в 250 раз при действии углового ускорения. На фиг.1 изображен общий вид заявляемого измерителя в разрезе, на фиг.2 - то же, вид сверху. Измеритель ускорений содержит цилиндрический корпус 1, включающий крышку 2. Внутри корпуса жестко закреплена ось 3. Ось 3 соединена с промежуточным кольцом 4 (фиг.2) тремя упругими элементами (например, упругими пластинами) 5, на которых расположены пленочные тензоэлементы 6. Промежуточное кольцо 4 соединено с имеющей форму полого цилиндра инерционной массой 7 тремя упругими пластинами 8, на которых также находятся пленочные тензоэлементы 9 (фиг.1). Упругие пластины 5 с тензоэлементами 6 измеряют угловое ускорение и составляют упругий подвес датчика углового ускорения и расположены под углом 120 градусов друг относительно друга и под углом 60 градусов относительно упругих пластин 8 с тензоэлементами 9, измеряющих линейное ускорение и образующих упругий подвес датчика линейного ускорения. Упругие пластины 8 также расположены под углом 120 градусов относительно друг друга. Упругие пластины 5, 8 и промежуточное кольцо 4 образуют упругий подвес измерителя ускорений. Измеритель ускорений работает следующим образом. Тензоэлементы находятся на противоположных плоскостях пластин 5 и 8, соединены в два отдельных моста Уитстона (на фиг. не показано) и представляют собой два отдельных первичных преобразователя перемещений, их выходные сигналы подаются на вольтметр по отдельным каналам. Воздействие линейного ускорения по направлению стрелки Б (фиг.1) вызывает деформацию изгиба пластин 8 и тензоэлементов 9 в этом же направлении, что обуславливает рассогласование плеч моста Уитстона. В этом случае один из тензоэлементов 9 работает на сжатие, а другой на растяжение. При воздействии углового ускорения по направлению стрелки В (фиг.2) происходит деформация изгиба упругих пластин 5 в плоскости рисунка и, соответственно, тензоэлементов 6, что вызывает рассогласование плеч моста Уитстона. При этом один из двух расположенных на каждой пластине 5 тензоэлементов 6 также работает на сжатие, а другой на растяжение. Сигналы рассогласования, пропорциональные воздействующим ускорениям, после усиления регистрируются вольтметром. При воздействии линейного ускорения величина порога чувствительности (обратно пропорциональная пороговой чувствительности) заявляемого измерителя ускорений уменьшается по сравнению с прототипом в 1,25 раза и составляет 3,76 × 10-3g, а при воздействии углового ускорения уменьшается соответственно в 250 раз и составляет 0,35рад/с2. Таким образом, заявляемый измеритель ускорения, используемый в качестве датчика первичной информации в составе инерциональной навигационной системы, позволяет на порядок повысить ее точность за счет увеличения пороговой чувствительности при сохранении габаритов и массы прототипа.