Зміст

Вступ …………………………………………………………………………………………………… 3

1. Опис принципу роботи маятникового акселерометру……………….. 4

2. Огляд можливих схем побудови приладу. Вибір конструктивної схеми…………………………………………………………………………………………… 8

3. Розрахунок елементів конструкції приладу………………………………. 15

4. Розрахунок похибок маятникового акселерометру…………………… 20

Висновки…………………………………………………………………………………………….. 26

Використана література……………………………………………………………………… 27

Вступ

Акселерометри – датчики лінійних прискорень, призначені для вимірювання прискорення рухомого об`єкту і перетворення в електричний сигнал. Сигнали, пропоційні прискоренню, використовують для стабілізації й автоматичного управління рухомими об`єктами на траєкторії. Акселерометри вимірюють уявне прискорення, що є різницею між абсолютним лінійним прискоренням об`єкта й прискоренням сили тяжіння Землі.

На сучасних літаках, ракетах, супутниках, машинах і космічних кораблях акселерометри застосовуються в автопілотах для поліпшення характеристик стійкості і керованості об'єкту, а в системах інерціальної навігації – як основні датчики, призначені для вимірювання прискорення, з яким переміщається центр мас об'єкту. Акселерометри також використовуються як індикатори площини горизонтування гіростабілізованих платформ і інших пристроїв.

Іноземне слово «акселератор» нам відоме давно. По-нашому це педаль «газу», натискаючи на яку водій примушує машину рухатися швидше, тобто з прискоренням. А вимірювати прискорення автомобіля, причому не тільки подовжні, а і в інших напрямах, дозволяє прилад, який називається акселерометр. У авто техніці такий прилад з'явився недавно, а ось в інших рухомих об'єктах – літаках, ракетах, супутниках, над- і підводних кораблях він давно використовується для навігації і автоматичного управління рухом.

1. Опис принципу роботи маятникового акселерометру

У основі конструкції акселерометра – груз (інертна маса), який переміщається в корпусі на пружині (або іншому пружному елементі), реагуючи на сили інерції, що виникають при прискоренні або уповільненні машини. Чим більше прискорення, тим більше відхиляється груз. Коли сила інерції важка врівноважується силою пружини, величина його зсуву від нейтрального положення, що свідчить про величину прискорення (уповільнення), реєструється яким-небудь датчиком переміщення і перетвориться в електричний сигнал на виході приладу. Цей сигнал потім подається в електронний блок або бортовий комп'ютер для обробки.

Конструкція акселерометра така, що він реагує тільки на ту складову прискорення, яка співпадає з напрямом переміщення важка, так званою віссю чутливості приладу. Прості акселерометры мають одну таку вісь, але є варіанти з двома або трьома осями чутливості. Особливість акселерометра полягає також в тому, що через його принцип роботи він реагує не тільки на силу інерції, а і на силу тяжіння. У одних випадках це заважає, а в інших, навпаки допомагає. Наприклад, якщо автомобіль знаходиться на схилі, акселерометр вимірює проекцію прискорення сили тяжіння g на свою вісь чутливості – gsina, що дозволяє визначити кут нахилу автомобіля .

При експлуатації на рухомих об'єктах акселерометри піддаються кліматичним і механічним діям. Земна атмосфера залежно від місця, часу року і висоти над рівнем моря має широкий діапазон зміни стану по температурі, тиску, вологості, іонізації і іншим параметрам. Для більшості приладів (зокрема, акселерометров) діапазон температур, в якому прилади повинні забезпечувати нормальну роботу, лежить в межах від – 60 до 50 С (в даному випадку температурний діапазон роботи акселерометра – 0 до 60⁰С). В окремих випадках температура повітря, що оточує прилад в процесі експлуатації, може значно перевищувати +50⁰С і досягати величини +80-100⁰С. Сучасні прилади повинні забезпечувати нормальну роботу при відносній вологості до 98% і запиленості повітря, відповідності загальним технічним умовам.

Рис.1. Кінематична схема маятникового акселерометра:

1- датчик кута ; 2 – опора; 3 – рухомий вузол; 4 – датчик моментів

Навігаційний акселерометр призначений для вимірювань лінійних прискорень центра мас. Чутливий елемент акселерометра є інерційною масою m . Принцип дії акселерометра полягає у вимірюванні переміщень інерційної маси, яка підвішена на пружній пружині, відносно корпуса приладу, тобто на вимірюванні інерційної сили, яка діє на цю масу.

Акселерометр правильніше треба називати н’ютонометром, датчиком питомої сили, тобто сили дії питомого підвісу на одиницю чутливої маси.

Навігаційні акселерометри вимірюють тільки уявне, а не дійсне прискорення того місця літака, де він знаходиться, тобто вони вимірюють різницю між прискоренням точки установки акселерометра відносно нерухомої системи координат й прискоренням сили тяжіння.

Рівняння руху маси акселерометра показує, що по лінійному або кутовому переміщенню вздовж осі чутливості інерційної маси можна судити про уявне прискорення точки установки акселерометра на ЛА.

Маятниковий акселерометр являється вимірювачем прискорень з кутовим переміщенням ЧЕ в системі координат, жорстко зв'язаної з корпусом приладу. Чутливим елементом являється плоский маятник, утворений масою . Центр мас маятнику видалений від осі обертання на відстані . Два датчика: кутів і моментів встановленні на осі .

Складемо рівняння руху акселерометра. У якості опорної системи координат використаємо систему пов’язану з рухомим об’єктом. Положення рухомої частини приладу будемо характеризувати осями Резаля, тобто координатною системою , пов’язаною з кожухом гіроскопу.

Для виведення рівняння руху приладу використаємо теорему про змінювання моменту кількості руху:

;

де – вектор кінетичного моменту;

– вектор кутової швидкості осей Резаля;

– вектор моменту сил .

В проекціях на вісь підвісу гіродвигуна цей вираз прийме вигляд:

;

Візьмемо моменти інерції ротора гіроскопа:

;

.

Введемо: - моменти інерції рамки.

Визначимо переносні кінетичні моменти:

Отже:

;

;

Запишемо кутові швидкості по осям :

;

Позначимо :

;

При розгляданні принципу роботи маятникового акселерометра була встановлена залежність статичного коефіцієнту передачі приладу від кінетичного моменту . Власним кінетичним моментом вважатимемо ту частину, котра обумовлена обертанням ротора гіроскопа відносно статора, тобто ту частину, яка відповідає маятниковості:

;

Отже, підставимо наші заміни:

Підставляючи в рівняння (2), отримаємо:

;

;

Тепер запишемо аналітичні вирази моментів зовнішніх сил, діючих відносно осі підвісу гіродвигуна. Врахуємо момент сил пружності пружин , момент сил демпфірування .

;

;

;

Перетворюючи рівняння, отримаємо:

;

Розглядаючи структуру рівняння (16), припустимо, що кут . Отже, кінетичний момент гіроскопа менший сил інерції.

Отже, маємо:

,

де – це сумарний момент перешкод, створюваний показником приладу.