Principiul de funcționare și dispozitivul senzorului de măsurare a accelerației vor fi luate în considerare cu exemplul unui accelerometru de arc, masa inerțială fiind utilizată ca element sensibil.
Principiul accelerometrului de primăvară cu elemente de detectare inerțială se bazează pe utilizarea forțelor inerțiale sau a momentelor care apar atunci când un corp se deplasează cu o anumită masă cu accelerație. Dependența forței inerțiale F care acționează asupra unui corp a cărui masă este egală cu m în prezența accelerației a. după cum este bine cunoscut, este determinată de a doua lege a lui Newton:
Senzorii cu elemente de detectare inerțială sunt, de asemenea, utilizați pentru a măsura vibrațiile, viteza unghiulară de rotație etc.
Elementul sensibil al accelerometrului este masa inerțială 1 suspendată pe două arcuri 2, atașate la punctele A și B la corpul 3, conectate rigid cu obiectul în mișcare.
Linia AB este axa sensibilității accelerometrului. Este paralel cu axa obiectului în mișcare, de-a lungul căruia este necesară măsurarea accelerației x.
În absența accelerațiilor și tensiunii arcurilor aceeași masă situată în poziția de mijloc (neutru). Dacă obiectul se mișcă cu o accelerație x lineară constantă, se deplasează în masă cu o valoare la care forța inerțială Rin care apar datorită mișcării accelerate a masei în spațiul absolut, echilibrată de forța elastică a arcurilor Rupra.
Pentru netezesc oscilații masa de inerție în modul tranzitoriu, amortizorul 4 generează o forță proporțională cu viteza de deplasare a masei relativ la carcasa 3. Aplicați de magnetic, fluid sau amortizoare de aer.
Cerințele pentru accelerometre cu privire la precizia măsurării sunt determinate de domeniul de aplicare. Astfel, erorile accelerometrelor în sistemele inerțiale nu trebuie să depășească 0,001%. Accelerometrele utilizate în sistemele de control au erori de două sau trei ordine de mărime mai mari. Precizia accelerometrelor utilizate ca instrumente vizuale este de 1 ÷ 3%.
O altă zonă de aplicare a accelerometrelor este utilizarea lor ca senzori care măsoară supraîncărcarea, acționând asupra aeronavei într-o anumită direcție.
O suprasarcină este raportul dintre forța de suprafață F care acționează în direcția oricărei axe a aeronavei asupra forței de greutate G. Forțele de suprafață includ forța de ridicare, tragerea și tragerea. Există o suprasarcină normală (transversală), egală cu raportul dintre forța de ridicare și forța de greutate, longitudinală și laterală.
Supraîncărcarea este o cantitate fără dimensiuni. Uneori se spune că supraîncărcarea este de exemplu 5g. Aceasta înseamnă că, în această direcție, o forță de cinci ori mai mare decât forța de greutate acționează asupra aeronavei și a membrilor echipajului în ea. Pe baza definiției conceptului de supraîncărcare, ar trebui să vorbim despre o supraîncărcare egală cu 5, nu cu 5g.
Cea mai mare valoare pentru pilotarea aeronavei este jucată de suprasarcină verticală.
Semnalele de accelerometru sunt utilizate și în sistemele de navigație inerțiale pentru a calcula vitezele și coordonatele, în sistemele de control al zborului și al motorului, precum și pentru a indica valorile de suprasarcină curente și critice.
Accelerometrele utilizate în sistemele de control sunt ghidate de axele lor de sensibilitate de-a lungul axelor principale ale aeronavei. Astfel de accelerometre măsoară componentele vectorului de accelerație de-a lungul acestor axe și pentru a obține vectorul complet, este necesar să avem trei accelerometre.
Accelerometrele de navigație inerțiale, axele de sensibilitate sunt orientate de-a lungul axelor sistemului de coordonate navigarea de obicei asociate cu Pământul. Ca navigare sistem de coordonate pot fi luate, cum ar fi sistemul geografic al uneia dintre axe care este direcționat de-a lungul meridianului, și o a doua axă perpendiculară pe primul plan orizontal. În acest caz, două accelerometre cu axe perpendiculare între ele, dispuse în plan orizontal, se măsoară componentele orizontale ale vectorului accelerație și axa sensibil un accelerometru care este îndreptată vertical, măsoară accelerația verticală.
Principalele elemente sunt accelerometre suspensii de masa inerțială (elemente de detectare a), senzori de semnale de deplasare în masă, a cuplului (putere) dispozitive care furnizează semnale de reacție de intrare, amplificatoare de semnal și dispozitiv de corecție (amortizoare).
Pentru ca accelerometrul să reacționeze numai la componenta de accelerație pentru care este destinată măsurarea, masa sa inerțială trebuie să aibă o suspensie specială care să îndeplinească următoarele cerințe:
- frecare minimă în axele de suspensie;
- lipsa legăturilor încrucișate între axele de măsurare;
- asigurând o relație liniară între abaterile masei inerțiale și accelerația măsurată.
Suspensiile pe suporturi simple creează o fricțiune semnificativă, ceea ce reduce sensibilitatea accelerometrului. Pentru a reduce frecarea, senzorul este montat pe o pârghie sau plasat într-un lichid cu o greutate specifică egală cu gravitatea specifică a elementului de detectare.
Suspensiile electromagnetice și criogenice sunt promițătoare.
Pentru a transforma mișcările în semnale electrice în accelerometre, sunt utilizate potențiometrice, inductive, capacitive, fotoelectrice și invertoare.
Principalele cerințe pentru convertoare sunt următoarele:
1) putere de rezoluție ridicată;
2) dependența liniară a ieșirii de intrare;
3) nici un răspuns al traductorului la elementul de detectare.
Aceste cerințe nu sunt îndeplinite de senzorii potențiometrici, deci nu sunt utilizați în instrumente de precizie.
Deoarece dispozitivele de cuplu în accelerometre pentru introducerea semnalelor de reacție sunt utilizate motoarele de cuplu (motoare electrice care funcționează în modul inhibat) și dispozitivele electromagnetice.
Pentru a obține accelerometre cu caracteristicile de frecvență necesare în circuitele de reacție, se folosesc filtre corective și amortizoare speciale. În dispozitivele cu suspensie lichidă pentru amortizare, este utilizată vâscozitatea lichidului în sine.
De exemplu, luați în considerare un accelerometru cu un singur component.
În circuitul din Fig. 11.2 masa seismică 1 este suspendată pe ghidajul 4. Pentru a reduce frecarea cu greutatea de ghidare 1 plasat în lichidul 3 are flotabilitate neutră, eliminând astfel puternic presarea ghidului. Semnalele din această schemă, mișcarea proporțională a masei seismice, măsurată de senzorul inductiv 6. După amplificare în amplificatorul 5 semnalul este furnizat la solenoid (forța) elementul de acționare 7. Ieșirea accelerometrului este o cădere de tensiune pe rezistorul R conectată în serie într-un circuit bobina unitate de putere. Amortizarea în dispozitiv este obținută datorită rezistenței la deplasarea masei seismice în lichid.
Fig. 11.2. Schema unui accelerometru cu un singur component:
1 - masa inerțială; 2 - locuințe; 3 - lichid; 4 - un nucleu de reglare; 5 - amplificator; 6 - senzor inductiv de deplasare; 7 - unitate electromagnetică
În accelerometrele de acest tip, se poate obține o frecvență naturală ridicată și o bandă mortală mică. Aceasta din urmă este realizată prin reducerea forțelor de frecare datorate cântăririi masei inerțiale în lichid. Pentru a menține caracteristicile constante ale accelerometrului, este necesar să se mențină temperatura constantei lichidului, obținută prin controlul termostatic.
Articole similare
Trimiteți-le prietenilor: