Вимірювач кутових швидкостей

Вимірювач кутових швидкостей, що містить сферичну камеру, зрізану площинами, які паралельні площинам, що утворені осями системи координат OXYZ, виконану герметичною і повністю заповнену діелектричною рідиною як носієм кінетичного моменту, електромагнітний пристрій, який розміщено під кутом 45° до площин XOY та YOZ, систему перетворення інформації зі збудниками 3 В основу корисної моделі поставлено задачу підвищення чутливості та точності, а також зниження порогу чутливості та спрощення конструкції вимірювача кутових швидкостей. Поставлена задача вирішується тим, що вимірювач кутових швидкостей, який містить сферичну камеру, зрізану площинами, що паралельні площинам, які утворені осями системи координат OXYZ, виконану герметичною і повністю заповнену діелектричною рідиною як носієм кінетичного моменту, електромагнітний пристрій, який розміщено під кутом 45° до площин XOY та YOZ, систему перетворення інформації зі збудниками коливань, згідно з корисною моделлю, камера з рідиною за допомогою дванадцяти гідравлічних магістралей, які закріплені в її торцях нерухомо і містять гідроциліндри та пружні сильфони, з'єднана з системою перетворення інформації, яка розміщена за межами камери і об'єднує шість елементів, кожний з яких містить дві струнні пружні розтяжки, закріплені одними своїми кінцями на центральному вузлі закріплення, другими - на нерухомих вузлах закріплення, при цьому кожна струнна пружна розтяжка знаходиться у полі збудника коливань, а рухомий вузол закріплення з'єднаний з рухомою рамою за допомогою пружних елементів, розташованих симетрично відносно поздовжньої осі рухомої рами, нерухомі нерухомі вузли закріплення струнних пружних розтяжок з'єднані з нерухомою рамою, закріпленою в корпусі. На Фіг.1 зображена спрощена конструктивнокомпонувальна схема пристрою; на Фіг.2 - схема камери з носієм кінетичного моменту та збудником електромагнітного поля; на Фіг.3 - схема струнного перетворювача інформації. Вимірювач кутових швидкостей складається з сферичної камери 1, зрізаної площинами, які паралельні площинам, що утворені осями системи координат OXYZ, виконаної герметичною і повністю заповненої діелектричною рідиною 2, електромагнітного пристрою 3, який розміщено під кутом 45° до площин XOY та YOZ, гідравлічних магістралей 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, що з'єднують сферичну камеру 1 з діелектричною рідиною 2 зі струнними пружними розтяжками перетворювачів інформації 16, 17, 18, 19, 20, 21 зі збудниками коливань через перший 22 і другий 23 гідроцилінди з сильфонами 24, 25 в торцях, кожний з яких зв'язаний через жорсткий шток 26 і 27 відповіно з рухомою рамою 28. Всередині рухомої рами 28 розміщений перетворювач, до складу якого входять дві струнні пружні розтяжки 29 і 30, закріплені одними своїми кінцями на рухомому центральному вузлі закріплення 31, а другими кінцями - на нерухомих вузлах закріплення 32 і 33, розташованих на нерухомій рамі 34. Кожна зі струнних пружних розтяжок 29 і 30 знаходиться у полі збудника коливань (постійного магніту) 35 і 36 відповідно. Рухомий центральний вузол закріплення 31 з'єднаний з рухомою рамою 28 за допомогою пружних елементів 37, 38, 39, 40, розташованних симетрично відносно повздовжньої осі рухомої рами 28. Струнні пружні розтяжки 29 і 30 у початковому стані (у статичному режимі) мають певне початкове натяжіння, при цьому власні частоти попере 45152 4 чних коливань обох розтяжок у полі магнітів 35 і 36 співпадають. Вимірювач кутових швидкостей працює наступним чином. Розглянемо процеси, які відбуваються у вимірювачі, за допомогою однієї виділеної точки Р з масою mр. Положення цієї точки в системі координат OXYZ описується радіусом-вектором ρр. Діелектрична рідина 2 з точкою Р обертається _ навколо осі, обумовленої вектором H кінетичного моменту ел_ ктромагнітного пристрою 3 з кутовою е швидкістю Ω . Вимірювач в цілому і сферична камера 1 обертаються у _просторі разом з об'єктом з кутовою швидкістю ω . Для точки, яка розглядається, можна записати лінійну швидкість: _ _ _ Vp = Ω× ρp . (1) При наявності двох типів руху точки Р виникає коріо__сове приск_ рення лі _ о W cor = 2 ω× Vp , (2) завдяки чому виникає коріолісова сила _ _ Fcor = 2mp ω× V p , (3) яка залежить від кутової швидкості обертання рідини з точкою. При розміщенні вузлів стиковки сферичної камери 1 і гідравлічних магістралей 4-15, як показано на Фіг.1, на входах гідравлічних магістралей однієї пари виникають тиски рідини з різними знаками, обумовлені дією коріолісової сили: _ _ ∆p1 = Fcor / S1 = −2mp ω× Vp / S1, _ _ ∆p2 = −Fcor / S2 = −2mp ω× Vp / S2, (4) де S1, S2 - площі поперечного перетину входів гідравлічних магістралей. При цьому змінюється тиск рідини в гідравлічних магістралях однієї пари і на виході кожної з них, а також на входах відповідних гідроциліндрів тиск буде рівним. Сили, з якими сильфони діють на пружні елементи, визначається такими залежностями: _ _ F3 = ∆p1 ⋅ S3 = −2mpS3 ω× Vp , _ _ F4 = ∆p2 ⋅ S4 = 2mpS4 ω× Vp , (5) де S3, S4 - площі поперечного перетину сильфонів. Ці зусилля за допомогою пружних елементів прикладені до рухомої рами перетворювача та до вузлів закріплення струнних пружних розтяжок. Сили F3 та F4 мають різні знаки, тому частоти коливань струн різні: для однієї з них частота зростає, для_другої зменшується. Оскільки mр, S1, S2, S3, S4, Vp - постійні параметри, частоти коливань 5 струнних пружних розтяжок залежать від кутової _ швидкості обертання камери ω . Узагальнюючи процеси, які описані, можна отримати відповідні аналітичні залежності для всієї рідини в камері. Інші струнні пружні перетворювачі працюють аналогічно. Таким чином, використання у вимірювачі кутових швидкостей камери з рідиною за допомогою дванадцяти гідравлічних магістралей, які закріплені в її горцях нерухомо і містять гідроциліндри та пружні сильфони, з'єднаної з системою перетворення інформації, яка розміщена за межами камери і об'єднує шість елементів, кожний з яких містить дві струнні пружні розтяжки, закріплені одними своїми кінцями на центральному вузлі закріплення, другими - на нерухомих вузлах закріп 45152 6 лення, при цьому кожна струнна пружна розтяжка знаходиться у полі збудника коливань, а рухомий вузол закріплення з'єднаний з рухомою рамою за допомогою пружних елементів, розташованих симетрично відносно поздовжньої осі рухомої рами, нерухомі вузли закріплення струнних пружних розтяжок з'єднані з нерухомою рамою, закріпленою в корпусі дозволяє досягти наступного позитивного результату: 1. Підвищення чутливості та точності, зниження порогу чутливості вимірювача кутових швидкостей. 2. Спрощення конструкції виміювача, можливість широкого вибору габаритів та розміщення камери з рідиною як інерційного масою у відповідному місці рухомого об'єкта, ніяк не зв'язаному з прецизійними перетворювачами інформації. 7 Комп’ютерна верстка М. Ломалова 45152 8 Підписне Тираж 28 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601