Струнний акселерометр

Винахід відноситься до систем керування рухом літальних апаратів і може бути використаний для виміру лінійних прискорень. Відомий трикомпонентний акселерометр (див. А.с. СССР, №879473 МПК G01P15/10, опубл. 1965р.), який містить корпус з розташованим усередині нього інерційним тілом і трьома ортогональними гнучкими тягами, кожна з яких постачена двома струнними перетворювачами. Недоліком даного вимірювача є неможливість усунення явища “захоплення” при малих прискореннях. Відомий найбільш близький за технічною суттю стр унний акселерометр (див. А.с. СССР, №1800370 МПК G01P15/10, опубл. 1960р.), який обрано як прототип, що містить корпус, мембрани, інерційну масу, закріплену в корпусі за допомогою розтяжок та двох стр ун, які мають однакову довжину і виконаних із матеріалів з різною щільністю, пристрій для натягу стр ун, два постійні магніти генератора коливань та датчиків вібрації, виходи яких з'єднані згідно з першим та другим входом датчика вихідного сигналу, з'єднаного з бортовою цифровою обчислювальною машиною. До недоліків даного вимірювача треба віднести відсутність демпфірування коливань інерційної маси і як наслідок збір інформації можливий тільки після загасання коливань, наявність взаємного впливу струн при малих прискореннях, підвищені масогабаритні показники. В основу запропонованого винаходу покладено вирішення задачі усунення взаємного впливу струн при малих прискореннях, зменшення масогабаритних параметрів за рахунок використання рідини в якості чуттєвого елементу. Поставлена задача вирішується тим, що в струнному акселерометрі, що містить корпус, мембрани, струни, пристрій для натягу струн, постійні магніти, датчик вихідного сигналу, ви хід якого з'єднаний з бортовою цифровою обчислювальною машиною, відповідно до винаходу як чуттєвий елемент використовується рідина, при цьому не потрібно демпфірування коливань чуттєвого елемента, а також немає необхідності встановлювати поперечні розтяжки, що зменшує габарити і спрощує конструкцію чуттєвого елемента. Сутність винаходу пояснюється кресленням, де на фіг. зображена схема струнного акселерометра. Струнний акселерометр містить корпус 1, у якому чуттєвий елемент - рідина 2 знаходиться між мембранами 3 і 4, струни 5 і 6 кріпляться до мембран 3 та 4 з одного боку, і з іншого, до корпуса 1 за допомогою пристрою для кріплення струн 7. Також у рідині 2 знаходяться врівноважуючі розтяжки 8, які дозволяють забезпечити попередній натяг струн. Струни 5 та 6 постачені постійними магнітами 9 і датчиком вихідного сигналу 10, з виходу якого сигнал подається на бортовий обчислювач. Чуттєвий елемент акселерометра складається з двох мембран 3 і 4, простір між якими заповнено рідиною 2. До зовнішньої сторони твердих центрів мембран прикріплені струни 5 і 6, призначені для перетворення переміщення мембран 3 і 4 у частоту. З внутрішньої сторони мембран та їхнього твердого центра прикріплені по дві врівноважуючі розтяжки 8, що забезпечують попередній натяг струн 5 і 6 силою F. Розташування поперечних & розтяжок під кутом » 120° дозволяє твердому центру мембрани переміщатися при дії прискорення VX , рідина в силу інерційних властивостей давить на одну з мембран із силою: & F = m Ж × VX де m Ж - маса рідини. При цьому натяг стр уни 5 збільшується, а стр уни 6 зменшується на величину AT. За принципом Даламбера å F = 0 , тобто & (T0 + D T ) - (T0 - D T ) = m Ж × VX , & m × VX DT = Ж 2 звідки . Це приводить до зміни частот власних коливань струн. Стр уна 5 буде коливатися з частотою: 1 T0 + DT f1 = 2l r , а струна 6: 1 T0 - DT f2 = 2l r , де l - довжина струни; Т0 - початковий натяг струни; DT - зміна натягу струни; r - щільність струни. Різниця містить інформацію про величину і напрямок вимірюваного прискорення: & mЖ × VX f1 - f2 = 8l 2 r f0 , де f0 - первісна частота коливання струн при попередньому натягу Т0 : 1 T0 f0 = 2l r . Поріг чутливості акселерометра залежить від двох факторів: здатності системи, що дозволяє обробку інформації і від наявності явища "захоплення". Явище "захоплення" полягає в тому, що при малих прискореннях & VX частоти f та f коливання струн взаємно близькі. Одна струна викликає змушені коливання чуттєвого 1 2 елемента на частоті 2f1, а інша на частоті 2f2. Якщо чуттєвий елемент акселерометра являє собою тверде тіло , то він коливається на середній частоті: fЧЭ=f1+f2, f1 + f2 2 . що приводить до коливань обох струн на однаковій частоті Таким чином, малі прискорення акселерометром не будуть обмірювані. Застосування в приладі двох окремих мембран дозволяє усунути явище "захоплення", тому що коливання однієї мембрани з частотою 2f1 не передаються іншій мембрані, що коливається з частотою 2f2, завдяки наявності рідини між мембранами. Коливання кожної з мембран цілком гасяться силами внутрішнього тертя рідини: n FT = h × SM lM де h - в‘язкість рідини; n - швидкість руху мембрани, fCT P = n 1 = 4aм p f1 n = 4aм pf 2 чи 2 , aм - амплітуда коливань мембрани; lм - відстань між мембранами; Sм - площа мембрани. Якщо при конструюванні підбором конструктивних параметрів kупр і m ж забезпечити власну частоту коливань 80 Гц < w0 < 250 Гц чуттєвого елемента , то рідина 2 буде демпфірувати його коливання і дозволить одержати необхідні динамічні характеристики. Таким чином, за рахунок зменшення масогабаритних параметрів, усунення взаємного впливу струн при малих прискореннях запропонований струнний акселерометр дозволяє виміряти найменші прискорення, тому що явище “захоплення” усувається.