RU2313100C1

RU2313100C1 - Accelerometer

Info

Publication number: RU2313100C1
Application number: RU2006108510/28A
Authority: RU
Inventors: Валентина Николаевна Курносова (RU); Валентина Николаевна Курносова; Валерий Иванович Курносов (RU); Валерий Иванович Курносов; Наталь Олеговна Мизина (RU); Наталья Олеговна Мизина
Original assignee: ФГУП НИИ Прикладной механики имени академика В.И. Кузнецова
Priority date: 2006-03-20
Filing date: 2006-03-20
Publication date: 2007-12-20
Also published as: RU2006108510A

Abstract

FIELD: precise tool-making, in particular, engineering of devices for measuring movement parameters of aircrafts, possible use for manufacturing pendulum compensation accelerometers having magneto-electric momentum indicators.

SUBSTANCE: accelerometer contains central quartz plate 1 on resilient suspension 2. On the pendulum, coils 3 of momentum indicator are held, and on immobile part, magnets 4 and polar tips 5 are held. Magnets 4 and polar tips 5 are attached to internal surfaces of titanium bushings 6. Inserts 7 made of magnetic material having larger linear expansion coefficient than that of magnetic conduit 8 are connected to external diameter of each one of bushings 6. on the other side along external diameter bushings 6 are glued to magnetic conduits 8. Attachment of aforementioned parts is usually performed by means of glue. Thus, magnets 4 have air gaps both between polar tips 5 and between inserts 7. Magnets 4 themselves are attached to bushings 6 through limited area.

EFFECT: substantial reduction of glued connections of magnet to armature of magnetic system ensures increased precision.

1 dwg

Description

Изобретение относится к области точного приборостроения, в частности к приборам измерения параметров движения летательных аппаратов, и может быть использовано при изготовлении маятниковых компенсационных акселерометров, имеющих магнитоэлектрические датчики момента.The invention relates to the field of precision instrumentation, in particular to instruments for measuring motion parameters of aircraft, and can be used in the manufacture of pendulum compensation accelerometers having magnetoelectric moment sensors.

Известен маятниковый акселерометр на упругом кварцевом подвесе (1), который состоит из двух металлических пластин и одной, находящейся между ними кварцевой пластины в форме диска с незамкнутой кольцевой прорезью. Перемычки между диском и кольцевой опорой выполнены также из кварца и являются упругими элементами пружинного подвеса. Для создания зазора между подвижной и неподвижной частями чувствительного элемента акселерометра на центральной кварцевой пластине на ее кольцевой поверхности имеются три выступа (платика) с каждой стороны, обращенной к неподвижным пластинам высотой порядка 20 мкм. Акселерометр имеет магнитоэлектрический датчик момента, катушки которого расположены на подвижной части (маятнике), а магниты с магнитопроводами и полюсными наконечниками расположены на неподвижной части.Known pendulum accelerometer on an elastic quartz suspension (1), which consists of two metal plates and one located between them a quartz plate in the form of a disk with an open ring slot. The jumpers between the disk and the ring support are also made of quartz and are elastic elements of the spring suspension. To create a gap between the movable and fixed parts of the accelerometer sensing element on the central quartz plate, on its annular surface there are three protrusions (plates) on each side facing fixed plates with a height of about 20 μm. The accelerometer has a magnetoelectric moment sensor, the coils of which are located on the moving part (pendulum), and magnets with magnetic circuits and pole tips are located on the fixed part.

Недостатком такого акселерометра является сильная зависимость величины масштабного коэффициента от температуры, т.к. индукция в рабочем зазоре меняется с изменением температуры.The disadvantage of such an accelerometer is the strong dependence of the magnitude of the scale factor on temperature, because induction in the working gap varies with temperature.

Известен маятниковый акселерометр на упругом кварцевом подвесе (2), устройство которого аналогично устройству (1). При этом в устройство (2) в магнитную систему введен воздушный зазор между основным магнитопроводом из инвара (36Н) и вставкой из пермаллоя (50Н), которая крепится к торцу магнита. С другого торца к магниту крепится полюсный наконечник. На эту сборку одевается титановая втулка и приклеивается к цилиндрической части магнита, а по внешнему диаметру втулка вклеивается в основную магнитную систему. В рабочем зазоре, образуемом магнитопроводом и полюсным наконечником, помещается катушка датчика момента, крепящаяся на маятнике. При изменении окружающей температуры (например, при ее увеличении) индукция магнита падает, но от увеличения температуры размер вставки увеличивается больше, чем внутренний диаметр основной магнитной системы из-за разности коэффициентов линейного расширения (к.л.р.) материалов магнитной системы и вставки, и введенный воздушный зазор уменьшается, что уменьшает магнитное сопротивление цепи. Уменьшение этого сопротивления компенсирует уменьшение индукции собственно магнита, и индукция в рабочем зазоре стремится остаться прежней. Однако из-за того, что магнит имеет большое количество клееных соединений (к.л.р. клея ~60×10^-61/°С), полностью скомпенсировать уменьшение индукции от температуры не удается (компенсация носит нелинейный характер).Known pendulum accelerometer on an elastic quartz suspension (2), the device of which is similar to the device (1). At the same time, an air gap between the main magnetic circuit from Invar (36H) and the permalloy insert (50H), which is attached to the end of the magnet, is introduced into the device (2) in the magnetic system. At the other end, a pole piece is attached to the magnet. A titanium sleeve is put on this assembly and glued to the cylindrical part of the magnet, and the outer diameter of the sleeve is glued to the main magnetic system. In the working gap formed by the magnetic circuit and the pole piece, a torque sensor coil is mounted on a pendulum. When the ambient temperature changes (for example, when it increases), the magnet induction decreases, but as the temperature increases, the size of the insert increases more than the inner diameter of the main magnetic system due to the difference in the linear expansion coefficients (cd) of the materials of the magnetic system and the insert , and the introduced air gap is reduced, which reduces the magnetic resistance of the circuit. A decrease in this resistance compensates for a decrease in the induction of the magnet itself, and the induction in the working gap tends to remain the same. However, due to the fact that the magnet has a large number of glued joints (c.L. glue ~ 60 × 10 ^-6 1 / ° С), it is not possible to completely compensate for the decrease in the induction from temperature (the compensation is non-linear).

Целью настоящего изобретения является повышение точности акселерометра за счет существенного сокращения клеевых соединений магнита с арматурой магнитной системы.The aim of the present invention is to improve the accuracy of the accelerometer by significantly reducing the adhesive bonding of the magnet with the armature of the magnetic system.

Указанная цель достигается тем, что магниты отделены воздушными зазорами от полюсных наконечников и вставок, а крепление цилиндрических поверхностей магнитов ко втулкам ограничено по площади.This goal is achieved by the fact that the magnets are separated by air gaps from the pole pieces and inserts, and the mounting of the cylindrical surfaces of the magnets to the bushings is limited in area.

Конструкция предлагаемого акселерометра приведена на чертеже.The design of the proposed accelerometer is shown in the drawing.

Акселерометр содержит подвижную пластину-маятник 1 на упругом подвесе 2. На маятнике закреплены катушки 3 датчика момента, а на неподвижной части - магниты 4 и полюсные наконечники 5. При этом магниты 4 и полюсные наконечники 5 прикреплены к внутренним поверхностям титановых втулок 6. К внешнему диаметру каждой из втулок 6 прикреплены вставки 7 из магнитного материала, обладающего большим к.л.р., чем у магнитопровода 8. С другой стороны по внешнему диаметру втулки 6 прикреплены к магнитопроводам 8. Крепление вышеуказанных деталей обычно производится с помощью клея. На чертеже места креплений 9 обозначены темными линиями. Таким образом, видно, что магниты 4 имеют воздушные зазоры как между полюсными наконечниками 5, так и между вставками 7. Сами же магниты 4 крепятся к втулкам 6 по ограниченной площади (~20% цилиндрической поверхности магнита).The accelerometer contains a movable plate-pendulum 1 on an elastic suspension 2. Coils 3 of the torque sensor are fixed on the pendulum, and magnets 4 and pole pieces 5 are mounted on the fixed part. Moreover, magnets 4 and pole pieces 5 are attached to the inner surfaces of the titanium bushings 6. To the outer the diameter of each of the bushings 6 is attached to the insert 7 of a magnetic material having a greater c.p. than that of the magnetic circuit 8. On the other hand, the outer diameter of the sleeve 6 is attached to the magnetic circuit 8. The above parts are usually mounted glue with glue. In the drawing, the attachment points 9 are indicated by dark lines. Thus, it can be seen that magnets 4 have air gaps both between the pole pieces 5 and between the inserts 7. The magnets 4 themselves are attached to the bushings 6 over a limited area (~ 20% of the cylindrical surface of the magnet).

Акселерометр работает следующим образом.The accelerometer works as follows.

При действии ускорения вдоль оси Х-Х маятник 1 отклоняется от своего среднего положения. Это отклонение фиксируется дифференциальным емкостным датчиком положения, образованным поверхностями с металлическим напылением с двух сторон, расположенными на маятнике 1, и ответными поверхностями, обращенными к маятнику 1 и расположенными на магнитопроводах 8. Сигнал с датчика положения подается на усилитель обратной связи (не показан), который усиливает и преобразует данный сигнал, и подает его в катушки 3. Ток, протекая по катушкам 3, образует магнитное поле, которое взаимодействует с магнитным полем постоянных магнитов 4. Возникающая при этом сила компенсирует инерционную силу маятника 1 и последний возвращается в среднее положение. По величине тока, протекающего по катушкам 4, судят о величине ускорения, действующего на акселерометр.Under the action of acceleration along the axis XX, the pendulum 1 deviates from its middle position. This deviation is detected by a differential capacitive position sensor formed by metal-coated surfaces on two sides located on the pendulum 1, and response surfaces facing the pendulum 1 and located on the magnetic cores 8. The signal from the position sensor is fed to a feedback amplifier (not shown), which amplifies and converts the given signal, and delivers it to the coils 3. The current flowing through the coils 3 forms a magnetic field that interacts with the magnetic field of the permanent magnets 4. The resultant while the force compensates for the inertial force of the pendulum 1 and the latter returns to the middle position. The magnitude of the current flowing through the coils 4, judge the magnitude of the acceleration acting on the accelerometer.

Предлагаемое выполнение магнитной системы акселерометра освобождает от напряжений, возникавших ранее в клеевых соединениях в местах между полюсными наконечниками 5 и магнитами 4 и между магнитами 4 и вставками 7. Реализация такого решения позволит получить стабильность случайной составляющей масштабного коэффициента на уровне (1-2)×10^-5 вместо имеющихся сейчас 5×10^-3 у акселерометров с традиционной магнитной системой.The proposed implementation of the magnetic system of the accelerometer relieves of stresses that previously occurred in adhesive joints in places between the pole pieces 5 and magnets 4 and between magnets 4 and inserts 7. The implementation of this solution will allow to obtain the stability of the random component of the scale factor at the level of (1-2) × 10 ^-5 instead of the currently available 5 × 10 ^-3 accelerometers with a traditional magnetic system.

Источники информацииInformation sources

1. Патент США №3702073, кл. 73-512, 1972 г. - аналог.1. US patent No. 3702073, cl. 73-512, 1972 - analogue.

2. А.с. №207315, МКИ G01P 15/08, 1983 г. - прототип.2. A.S. No. 207315, MKI G01P 15/08, 1983 - prototype.

Claims

An accelerometer containing a moving part, on which there are coils of a torque sensor, a suspension of the moving part, magnets located on the fixed part, attached by cylindrical surfaces to the inner surfaces of the titanium bushings, to the outer diameters of which are inserted magnetic material with a large coefficient of linear expansion, on the other hand the outer diameter of the sleeve is attached to the magnetic cores, as well as pole pieces and a differential capacitive position sensor formed by metal coated surfaces on both sides located on the moving part, and counter surfaces facing the moving part and located on the magnetic cores, characterized in that the magnets are separated by air gaps from the pole pieces and inserts, the pole pieces are attached to the inner surfaces of the titanium bushings, and the mounting of the cylindrical surfaces of the magnets is limited in area and makes up about 20% of the cylindrical surface of the magnet.