Вимірювач кутової швидкості

Реферат: UA 76302 U UA 76302 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Корисна модель належить до вимірювальної техніки, зокрема до вимірювачів кутових швидкостей та уявного прискорення об'єктів, що рухаються. Відомий вимірювач кутової швидкості [А.С. СРСР № 593152, Кл. G01P9/02, опубл. 15.02.78, Бюл. № 6] складається з двох пластин, які закріплені одна навпроти одної на боковій стінці ротора. Недоліком такого вимірювача є неможливість вимірювання уявного прискорення. Також недостатня точність вимірювання кутової швидкості. Найбільш близьким за технічною суттю та результатом є вимірювач кутової швидкості, взятий як найближчий аналог [Патент України № 11983 "Вимірювач кутової швидкості", кл. G01P 3/00, опубл. 16.01.2006. Бюл. № 1]. Вимірювач містить електродвигун, на валу якого знаходиться плоский дископодібний ротор, який складається з окремих радіально розташованих сегментів, та датчики магнітного потоку трансформаторного типу. Недоліком цього вимірювача є низька чутливість і точність вимірювання параметрів руху, відносно великі розміри та маса, складність конструкції, неможливість безпосереднього узгодження вихідних сигналів датчиків кутів відхилення радіально розташованих сегментів з цифровим обчислювальним пристроєм. Задачею корисної моделі є підвищення чутливості і точності вимірювання кутової швидкості і уявного прискорення, забезпечення узгодження датчиків кутів вимірювача з цифровим обчислювальним пристроєм. Поставлена задача вирішується тим, що в вимірювач кутової швидкості, який містить електродвигун, на валу якого знаходиться плоский дископодібний ротор, який складається з окремих радіально розташованих сегментів, згідно з корисною моделлю, введені чотири ємнісних диференційних датчики кутів відхилення сегментів ротора, чотири пристрої обробки інформації та обчислювальний пристрій, причому виходи кожного з датчиків кутів відхилення сегментів ротора зв'язані з входами відповідного пристрою обробки інформації, а виходи пристроїв обробки інформації подані на вхід обчислювального пристрою. Суть корисної моделі пояснюється кресленнями, де на фіг. 1 показана схема плоского дископодібного ротора, на фіг. 2. - кінематична схема вимірювача кутової швидкості та уявного прискорення, на фіг. 3 - електрична схема ємнісних вимірювачів та системи обробки інформації. Вимірювач кутової швидкості містить електродвигун 1, який жорстко закріплений на корпусі 2 рухомого об'єкта. На вихідному валу 3 двигуна 1 жорстко закріплений дископодібний ротор 4, який складається з окремих радіально розташованих сегментів 5. Кожний сегмент 5 містить жорстку ніжку, яка зв'язана з вихідним валом 3, та інерційну масу, що зв'язана з ніжкою за допомогою пружної шийки. Саме інерційна маса кожного радіально розташованого сегмента 5 відхиляється від свого вихідного положення під дією коріолісового та інерційного прискорень. В площині ротора 4 в чотирьох взаємно протилежних точках розміщені чотири ємнісних диференційних датчики кутів відхилення інерційних мас радіально розташованих сегментів 5. Кожний датчик кута являє собою диференційний конденсатор з ротором, який переміщується (сегменти 5), Обкладки 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13 кожного диференційного конденсатора є елементами датчиків кутів і розташовані в площині дископодібного ротора 4. Електричне поле в зазорі ємнісного диференційного датчика збуджується за допомогою генератора, який є елементом схеми обробки інформації з частотою n кГц- 1 МГц (n = 1,2…,10). Вихідний сигнал схеми обробки інформації частотно-модульований. Виходи кожного з ємнісних датчиків 6-7, 8-9, 10-11, 12-13 зв'язані з входами пристроїв обробки інформації 14, 15, 16, 17 відповідно. Пристрій обробки інформації містить генератори, фільтри, підсилювачі-перетворювачі, схеми формування вихідного сигналу. Виходи пристроїв обробки інформації 14, 15, 16, 17 подані на вхід обчислювального пристрою 18, за допомогою якого реалізуються алгоритми формування сигналів 19 і 20, пропорційних відповідним компонентам вектора кутової швидкості 21 та пропорційних уявному прискоренню корпуса 2 відносно повздовжньої осі. Вимірювач кутової швидкості працює таким чином. Електродвигун 1 за допомогою вала 3 обертає плоский дископодібний ротор 4 з радіально розташованими сегментами 5. Дископодібний ротор 4 обертається з постійною швидкістю f обертів на хвилину. Корпус вимірювача 2 обертається у просторі зі швидкістю  , зв'язаною з об'єктом системи координат. За допомогою вимірювача кутової швидкості, який розглядається, можливо отримати інформацію про дві компоненти вектора  і одну компоненту вектора уявного прискорення корпуса 2 вимірювача, яка співпадає з віссю власного обертання ротора 0 . В цьому випадку виникає сила Коріоліса, яка прикладена в центрі мас елемента, який відхиляється, радіально розташованого сегмента 5: F1  2m0 2fr 1  fmr 0 , 60 15 (1) 1 UA 76302 U 5 де m - маса елемента, який відхиляється, r - відстань між центром мас елемента 5, який відхиляється, і віссю власного обертання ротора. Під дією цієї сили відхиляється елемент 5 дископодібного ротора 4 у відповідній фазі його обертання. При наявності прискорення корпуса 2 вимірювача в центрі мас елемента, який відхиляється, радіально розташованого сегмента 5 прикладена сила: F2  mW , 10 (2) де W - проекція вектора уявного прискорення корпуса 2 вимірювача на вісь власного обертання ротора 4. Таким чином, кожний елемент радіально розташованих сегментів 5 дископодібного ротора 4 відхиляється відносно його початкового стану. Відхилення елемента радіально розташованих сегментів 5 відбувається в протилежних фазах його обертання під дією сумарних сил: 15 F1  F2  1 fmr 0  mW , 15  F1  F2   20 1 fmr 0  mW , 15 (3) (4) Використання обчислювального пристрою 18 в системі обробки інформації дозволяє відповідно до співвідношень (3) і (4) визначити параметри 0 і W . Відхилення кожного елемента радіально розташованих сегментів 5 ротора 4 в чотирьох точках фіксуються чотирма ємнісними диференційними датчиками 6-7, 8-9, 10-11, 12-13. Кути відхилення елементів радіально розташованих сегментів 5 ротора 4 пропорційні силам (3) і (4): 1  K( 1 fmr 0  mW ) ; 15 (5) 25 2  K(  30 1 fmr 0  mW ) , 15 де K - коефіцієнт, який визначається фізичними параметрами елементів дископодібного ротора. За допомогою ємнісних диференційних датчиків 6-7, 8-9, 10-11, 12-13 формуються електричні сигнали, пропорційні кутам відхилення елементів радіально розташованих сегментів 5 ротора 4: f1  1; f2  2 , 35 (6) (7) де  - коефіцієнт перетворення кутів відхилення елементів в частоту вихідних сигналів ємнісних датчиків. Так 1  1  f1  f2  1  2   K fmr 0  mW  mW  fmr 0   2KmW ; 15  15  1  1  2K f1  f2  1  2   K fmr 0  mW  mW  fmr 0   fmr 0 . 15 15   15 40 (8) (9) Відповідно до цих співвідношень за допомогою обчислювального пристрою 18 можна отримати параметри 0 і W . 2 UA 76302 U Таким чином, запропонована корисна модель дозволяє підвищити чутливість і точність вимірювання кутової швидкості і уявного прискорення, забезпечити узгодження датчиків кутів вимірювача з цифровим обчислювальним пристроєм. 5 ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 10 Вимірювач кутової швидкості, що містить електродвигун, на валу якого знаходиться плоский дископодібний ротор, який складається з окремих радіально розташованих сегментів, який відрізняється тим, що в вимірювач кутової швидкості введені чотири ємнісних диференційних датчики кутів відхилення сегментів ротора, чотири пристрої обробки інформації та обчислювальний пристрій, причому виходи кожного з датчиків кутів відхилення сегментів ротора зв'язані з входами відповідного пристрою обробки інформації, а виходи пристроїв обробки інформації подані на вхід обчислювального пристрою. 3 UA 76302 U Комп’ютерна верстка Л. Ціхановська Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4