Малогабаритный маятниковый акселерометр с диапазоном измерения линейных ускорений ±150g
Маятниковый акселерометр для применения в бесплатформенных инерциальных блоках систем управления высокоманевренных объектов. Основные конструктивные особенности, позволившие добиться широких диапазонов измерения ускорений при малых габаритах прибора.
| Рубрика | Коммуникации, связь, цифровые приборы и радиоэлектроника |
| Вид | доклад |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 28.10.2018 |
| Размер файла | 1,1 M |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Малогабаритный маятниковый акселерометр с диапазоном измерения линейных ускорений ±150g
В.И. Шевченко, А.И. Логачев
Филиал ФГУП «Центр эксплуатации объектов наземной космической инфраструктуры» - «Научно-исследовательский институт прикладной механики имени академика В.И.Кузнецова», г. Москва
В докладе рассматривается маятниковый акселерометр разработанный в НИИ ПМ для применения в бесплатформенных инерциальных блоках систем управления высокоманевренных объектов. Отражены основные конструктивные особенности, позволившие добиться широких диапазонов измерения ускорений при малых габаритах прибора. Описан алгоритм компенсации температурной зависимости масштабного коэффициента.
маятниковый акселерометр диапазон ускорение
Введение. Перспективный прибор был разработан для системы управления высокоманевренными объектами и занял нишу малогабаритных маятниковых акселерометров с большим диапазоном измерения линейных ускорений, которых ещё не было в НИИ ПМ. Данная разработка дала толчок к появлению приборов с диапазонами измерения линейных ускорений ±30g и ±70g.
Рисунок 1. Внешний вид прибора
Конструкция прибора. Внешний вид прибора представлен на рис.1. Он вписывается в размер теннисного шарика Ш35 мм. и сохраняет свои точностные параметры при температуре от -50 єС до +65єС. Прототипом данного прибора является высокоточный маятниковый компенсационный акселерометр разработанный в НИИ ПМ.
Кинематическая схема показана на рис.2, где: ДУ - дифференциальный ёмкостной датчик угла, а ДМ - магнитоэлектрический датчик момента. Прибор состоит из двух отдельных герметичных полостей. В одной полости располагается электроника предварительного усилителя, в другой чувствительный элемент. Помещения электроники внутрь прибора связано с повышенным требованием к радиационной стойкости. Обе полости заполняются осушенным гелием, для защиты от коррозии и обеспечения теплообмена элементов конструкции. Электрическая связь между полостями обеспечивается стеклянными гермовыводами. Корпус изготовлен из магнитомягкого материала и является электромагнитным экраном. Снаружи прибора расположена бифилярно намотанная катушка обогрева, электрическая развязка которой осуществляется благодаря заполненной клеем проточке в корпусе. В полости прибора с чувствительным элементом расположена катушка термодатчика.
Рисунок 2. Кинематическая схема и конструкция прибора
Чувствительный элемент. Чувствительный элемент - это «пирожок», где во втулку установлены магнитные системы с подвесом, которая запирается, через пружину запорным кольцом. Пружина необходима, что бы противостоять тепловым расширениям разнородных материалов чувствительного элемента.
Магнитная система состоит из корпуса, магнита и полюсного наконечника, форма распределения магнитного потока в нем показана на рис.4. Корпус магнитной системы берет на себя сразу несколько функций: является проводником магнитного потока датчика момента, неподвижной обкладкой конденсатора датчика угла, и общей электрической точкой чувствительного элемента. Магнит выбирается из условия минимального температурного коэффициента индукции. Полюсный наконечник имеет специальную форму для выравнивания магнитного потока, проходящую через катушку датчика момента. Сама катушка, является бескаркасной и приклеивается к кварцевой пластине подвеса. Важным изменением в повышении диапазона измерения послужило увеличение количество витков катушки с 248 до 324 за счет изменения диаметра обмоточного провода с 0,05 до 0,04 мм. Это уменьшило масштабный коэффициент в 1,5 раза.
Рисунок 3. Чувствительный элемент
Рисунок 4. Форма распределения магнитного потока в магнитной системе
Подвес. Подвес изготавливают из кварцевой пластины толщиной 0,5 мм, основные контуры и отверстия вырезаются с помощью лазера, платики и перемычки выполняются химическим травлением с использованием специальных масок. Основное предназначение платиков - обеспечение 25-микронного зазора между подвижной частью подвеса и неподвижным корпусом магнитной системы. Всего на пластине 5 платиков, с каждой стороны. Крепления пластины происходит через три нижних платика, два верхних платика являются технологическими, они защищают пластину от опрокидывания на этапе сборки прибора. Сознательное смещение рабочих платиков от перемычек позволяет уменьшить влияние закрепления подвеса между магнитными системами, уменьшая тем самым моменты тяжения. Две перемычки, толщиной 25 мкм, разделяют пластину на подвижную (маятник) и неподвижную (опорное кольцо) части.
На кварцевую пластину напыляют золото толщиной менее 1 мкм, а на перемычках, чтобы уменьшить моменты тяжения, менее 0,5 мкм. Напыление осуществляют через подслой хрома, для лучшей адгезии золота с кварцевой пластиной. Напыленное золото служит токоведущими дорожками к датчику угла и момента, а также является подвижной обкладкой конденсатора.
Рисунок 5. Маятниковый подвес с золотым напылением
Рисунок 6. Сравнение маятника разработанного прибора с маятником прибора прототипа
Алгоритм компенсации масштабного коэффициента. Масштабный коэффициент, статическая характеристика, которая определяется как зависимость между выходным установившимся напряжением и входным установившимся измеряемым ускорением. Расчетное номинальное значение представлено на рис.7 график 1. Реально измеренное значение масштабного коэффициента представлено на графике 2. Как видно из графиков, действительный масштабный коэффициент прибора имеет в первом приближении линейную зависимость от температуры. Если ввести алгоритмическую компенсацию, исходя из линейной зависимости, то ошибку масштабного коэффициента от изменения температуры можно уменьшить до 80% (график 3). Систематическая ошибка между номинальным значением и действительным паспортизуется.
Рисунок 7. График зависимости масштабного коэффициента от температуры
Сравнение разработанного прибора с прибором прототипом
Таблица 1
|
Прототип |
Новый прибор |
||
|
Диапазон измерения, g |
±5 |
±150 |
|
|
Диаметр, мм |
30 |
24 |
|
|
Высота, мм |
28,6 |
31 |
|
|
Масса, г |
80 |
60 |
|
|
Случайная составляющая погрешности масштабного коэффициента, g |
0,5Ч10 |
5Ч10 |
Выводы. При разработке нового прибора были приняты следующие основные конструктивные решения, направленные на расширение диапазона измерений линейных ускорений, по сравнению с прибором прототипом (см.рис.6):
· Уменьшение веса центральной части кварцевой пластины (инерционная масса маятника) путем уменьшения наружного диаметра.
· Увеличение жесткости упругих перемычек благодаря V-образному расположению.
· Уменьшение величины масштабного коэффициента прибора, за счет увеличения количества витком катушки ДМ
Заключение. Конструктивные решения, отработанные в данном приборе, позволили разработать серию маятниковых акселерометров с диапазоном измерения линейных ускорений ±30g и ±70g, и применить их в бесплатформенных инерциальных.
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Приборы, служащие для измерения ускорений - акселерометры. Выбор пьезоэлектрического материала. Форма инерционной массы, ее влияние на характеристики датчика. Описание конструкции акселерометра. Выбор электрической схемы. Выходное напряжение усилителя.
курсовая работа [43,8 K], добавлен 15.05.2014Розробка приладів з малою масою, але хорошими технічними характеристиками. Мініатюризація вигідних систем, вимоги створення малогабаритних гіроскопічних датчиків. Аналіз теоритичних основ та практичних застосувань сучасних мікромеханічних акселерометрів.
дипломная работа [4,2 M], добавлен 28.09.2010Акселерометр как прибор, измеряющий проекцию кажущегося ускорения. Характеристика микросхемы ADXL150. Основные особенности интегральных и пленочных пьезоэлектрических акселерометров. Анализ конструкции датчика ускорения микросхемы семейства XMMA.
реферат [2,2 M], добавлен 22.10.2012Описание методов измерения информации с гироскопических систем ориентации и навигации (ГСОиН). Применение эффекта Мессбауэра для измерения малых расстояний, скоростей и углов. Разработка устройства съема информации с ГСОиН на основе эффекта Мессбауэра.
дипломная работа [7,3 M], добавлен 29.04.2011Описание технических характеристик и принципа действия датчика линейных ускорений. Обоснование технического эскиза. Расчёт статических и динамических параметров прибора, датчиков перемещения. Анализ источников погрешностей и возможные способы их снижения.
контрольная работа [107,5 K], добавлен 21.05.2013Анализ методов и средств измерения технологического параметра плотности пульпы слива классификатора. Выбор датчика и вторичного прибора, его обоснование. Анализ функциональных возможностей регулирующего устройства в заданной структуре системы управления.
курсовая работа [199,3 K], добавлен 08.03.2016Необходимость измерения скорости и направления кровотока. Доплеровские методы и аппараты. Доплеровские системы с двухмерной визуализацией. Разработка электрической принципиальной схемы и конструкции ультразвукового датчика прибора для измерения кровотока.
дипломная работа [611,7 K], добавлен 07.05.2010Изучение устройства температурного датчика на основе термопары. Принцип работы металлических тензодатчиков веса (силы). Микросенсоры расхода газа (жидкости), их технические характеристики. Уравнение пироэлектрического эффекта. Способы измерения ускорений.
доклад [977,7 K], добавлен 18.03.2013Разработка технологического процесса изготовления печатного узла прибора для измерения частоты пульса. Обеспечение технологичности конструкции изделия. Проектирование технологических процессов, средств технологического оснащения. Организация процесса ТПП.
курсовая работа [88,7 K], добавлен 09.10.2011Пьезоэлектрические акселерометры: общая характеристика, принцип работы и области применения. Основные варианты конструкции пьезоэлектрических акселерометров. Дешифраторы, операционные усилители и аналого-цифровые преобразователи, их предназначение.
курсовая работа [1,1 M], добавлен 16.05.2014Принцип действия датчиков сейсмического типа, предназначенных для проведения исследований влияния ускорений и вибрационных нагрузок на элементы радиоэлектронной аппаратуры. Разработка схем приборов, расчет статических и динамических характеристик.
курсовая работа [737,5 K], добавлен 10.01.2014Принцип работы и основные технические характеристики электромеханических измерительных приборов. Расчет и изготовление прибора для измерения параметров реле. Выбор типа регулирующего транзистора и его режима. Достоинства транзисторных стабилизаторов.
курсовая работа [610,9 K], добавлен 22.06.2010Емкостные датчики измерения влажности: требования и функции. Технические характеристики датчика измерения температуры. Устройство и принцип работы датчиков измерения качества воздуха, основные требования в соответствии с условиями их эксплуатации.
реферат [968,1 K], добавлен 17.06.2014Стандартные, альтернативные, перспективные методы измерения длины световода для волоконно-оптических систем связи и передачи информации. Анализ метрологических характеристик методов и средств измерения длины световода. Рефлектометрия во временной области.
дипломная работа [1,6 M], добавлен 25.12.2015Взаимосвязь точности измерения координат цели и эффективности применения радиоэлектронной системы. Методы измерения угловых координат. Точность, разрешающая способность радиолокационных систем. Численное моделирование энергетических характеристик антенны.
дипломная работа [6,6 M], добавлен 11.06.2012Сущность, условия решения и критерий оптимальности задачи измерения параметров сигнала. Постановка задачи измерения параметров сигнала. Классификация измерителей. Следящий режим измерения. Автоматические измерители работающие без участия человека.
реферат [382,0 K], добавлен 29.01.2009Условия разрешимости синтеза на примере линейных и нелинейных систем. Методы синтеза линейных систем. Метод разделения движений и область их применения. Особенности синтеза систем с вектором скорости в управлении. Свойства систем со скользящими режимами.
шпаргалка [1,7 M], добавлен 25.05.2012Понятие и функциональное назначение акселерометров, принцип их действия и сферы применения. Системы связи: GPS, ГЛОНАСС для обнаружения местонахождения. ГЛОНАСС и GPS-мониторинг. Разработка системы контроля движения для пациентов, ее основные функции.
дипломная работа [1,8 M], добавлен 09.07.2015Система схемотехнического моделирования электронных устройств. Математическое описание объектов управления; определение параметров технологических объектов. Оценка показателей качества САУ. Расчет линейных непрерывных систем, их структурная оптимизация.
курс лекций [18,4 M], добавлен 06.05.2013Назначение и область применения систем радиолокации, их классификация и особенности развития. Сигналы и методы измерения координат целей, фазовый детектор, смеситель. Радиолокационные станции следящего типа. Примеры современных систем радиолокации.
курсовая работа [1,0 M], добавлен 01.07.2009
