Размещено на Аllbest.ru
Высокоточные низкочастотные акселерометры Финаева
акселерометр низкочастотный линейный
Совершенствование и развитие информационно-измерительных и управляющих систем изделий ракетно-космической техники является одним из эффективных путей поддержания необходимого уровня обороноспособности страны. Процессы измерения ускорений на платформенных и бесплатформенных системах управления движением базируются на низкочастотных акселерометрах уравновешивающего преобразования как их неотъемлемой части. Комплекс современных требований к акселерометрам информационно-измерительных и управляющих систем объектов ракетно-космической техники требует высокоточного измерения ускорения (не хуже ±0, 005%) в интервале от 0, 1 и до 600 мс-2, высокой стабильности коэффициента преобразования (до ±0, 001% /°С) в условиях воздействия изменений температуры окружающей среды в интервале от минус 65 до +65°С, вибрационных и ударных нагрузок значительной амплитуды. Общим недостатком известных в настоящее время акселерометров для бесплатформенных систем управления является неудовлетворительная температурная стабильность коэффициента преобразования, а для их малогабаритных вариантов к ней добавляется нестабильность смещения нуля.
Как известно, перемещение объекта, его скорость и ускорение являются взаимосвязанными величинами, т. к. скорость и ускорение являются первой и второй производными перемещения соответственно. С помощью простых электрических цепей преобразование ускорения в скорость и скорости в перемещение может быть осуществлено с высокой точностью. Поэтому акселерометры на сегодняшний день являются основными датчиками вибрации: их выходной сигнал можно легко подвергнуть однократному или двухкратному интегрированию и получить сигнал, несущий информацию либо о скорости, либо о смещении.
Метод интегрирования не пригоден для обработки выходного сигнала акселерометра с частотой существенно меньше 1 кГц из-за недостаточного шумоподавления, поэтому, как правило, в этой полосе частот в качестве информативной величины используется перемещение, в диапазоне частот около 1 кГц - скорость, а при более высоких частотах - ускорение.
Однако разработанные принципы и рекомендации не учитывают того, что при серийном выпуске высокоточных акселерометров представления о реальных процессах их функционирования и механизмах возникновения возможных дефектов существенно изменяются не только при ужесточении требований к точности, но и по мере накопления статистических данных о поведении конкретных приборов при производстве и эксплуатации. То, что на единичных образцах может быть исключенным из ряда измерений как промах, повторяясь в серийном производстве и эксплуатации в виде самоустраняющихся дефектов, является следствием проявления влияния сочетания маловероятных факторов, обусловленных специфическими условиями высокоточных измерений, и приводит к необходимости уточнения схемно-конструктивных решений, математических моделей, методов контроля и испытаний акселерометров.
В этой связи разработка высокоточных низкочастотных акселерометров для информационно-измерительных и управляющих систем объектов ракетнокосмической техники на основе новых технических решений, обеспечивающих соответствие каждого образца установленным требованиям в процессе серийного производства и эксплуатации, является актуальной задачей.
Объектом изучения и анализа является акселерометр низкочастотный линейный АЛЕ 055.
Акселерометр - прибор для измерения ускорения (перегрузок), возникающего на космических летательных аппаратах, ракетах, самолётах и других движущихся объектах, при испытаниях машин, двигателей и т. д.
Различают акселерометры (АЛЕ) по различным классификационным признакам:
1 В зависимости от вида движения:
- линейный; - угловой.
2 По принципу действия:
механический;
электромеханический и другие.
3 По назначению:
измеряющий ускорение как функцию времени или пути и максимальный;
измеряющий момент достижения объектом заданного значения ускорения или максимальное значение ускорения в быстропротекающем процессе, например при ударе.
В линейном (с одной степенью свободы) механическом акселерометре ускорение воспринимается маятниковым устройством, в котором под действием ускорения возникает отклонение маятника от положения равновесия (размер отклонения показывает стрелка на шкале, отградуированной в единицах ускорения). В электромеханическом акселерометре ускорение воспринимается тензодатчиком, изменяющим свой электрический параметр (сопротивление, индуктивность или ёмкость) в зависимости от механической деформации, пропорциональной ускорению. В максимальном акселерометре ускорение воспринимается или маятниковым устройством, разрывающим контакт в электрической цепи при достижении объектом исследования заданного значения ускорения, или пьезоэлектрическим датчиком, вырабатывающим электрическое напряжение при механическом сжатии под действием сил инерции. В электромеханических и максимальных акселерометрах ускорения регистрируются на экране осциллографа, на который после усиления поступают электрические сигналы с воспринимающих ускорение устройств.
Акселерометр состоит из объединенных в моноблок чувствительного элемента (ЧЭ), электронного блока (ЭБ) и блока питания (БП).
Корпус акселерометра состоит из основания и двух крышек. В основании с одной стороны выполнено углубление, обеспечивающее установку и крепление чувствительного элемента, а с другой стороны расположена плата блока питания, включающая преобразователь постоянного напряжения с трансформатором и блоком выпрямителей. Крепление ЧЭ осуществляется гайкой с последующей ее контровкой. Над ЧЭ расположена плата электронного блока. Электронный блок состоит из измерительного канала, который включает в себя генератор высокой частоты, фазочувствительный детектор, усилитель постоянного тока, фильтр нижних частот, оконечный усилитель и преобразователь «напряжение - частота» (ПНЧ).
Герметизация акселерометра осуществляется пайкой крышек и основания.
Акселерометр построен по схеме уравновешивающего преобразования (рисунок 1).
Проекция измеряемого ускорения ах, воздействуя на массу инерционного элемента m, преобразуется в силу F, преобразуемую затем колебательной системой (КС) в перемещение Х. Преобразователь перемещения (ПП) преобразовывает перемещение в электрический сигнал U. Этот сигнал усиливается в усилителе постоянного тока (УПТ), затем подается в обратный преобразователь (ОП), где преобразовывается в силу Fв, уравновешивающую силу F. Разность F - Fв, воздействующая на КС, преобразуется ПП и УПТ в сигнал напряжения U, который затем преобразуется ПНЧ в выходной сигнал частоты.
Размещено на Аllbest.ru
Рисунок 1 - Функциональная схема акселерометра
Размещено на Аllbest.ru