2.3.2. Маятниковый акселерометр ак10/4

Внешний вид акселерометра АК10/4 показан на рис. 2.3.5. Акселерометр АК10/4 является однокомпонентным маятниковым акселерометром компенсационного типа с кварцевым торсионным подвесом чувствительной массы и жидкостным заполнением.

Рис. 2.3.5. Акселерометр АК10/4

Технические характеристики акселерометра АК 10/4:

- диапазон измерения – 20 м/с²;

- коэффициент преобразования – (509,4±3,0) мВс²/м;

- диапазон частот - не менее 25 Гц;

- смещение нуля - не более 310^-3 g;

- напряжение шумов выходного сигнала - не более 50 мВ;

- температурный коэффициент нуля - не более 210^-5 С^-1;

- температурный коэффициент преобразования - не более 610^-4 С^-1;

- нестабильность смещения нуля при однократном включении - не более 410^-5 g;

- нестабильность смещения нуля при повторных включениях - не более 510^-5 g;

- напряжение питания (15,00,1) В;

- рабочая температура (701) °С;

- габаритные размеры 38×38×25 мм;

- масса (11510) г;

- диапазон рабочих температур от минус 50 до плюс 70 °С.

2.3.4. Бортовой вычислитель

В плате процессора (рис. 2.3.8) осуществляется обработка цифрового кода сигналов гироскопов и акселерометров в соответствии с алгоритмами построения БИИМ. Для коррекции инструментальных и методических погрешностей от GPS принимаются информационные пакеты с данными о текущих значениях скорости и координат места движения объекта. ПМО прибора осуществляет их приём и трансляцию в алгоритмы обработки. Результатами работы алгоритмов является параметры ориентации – курс и углы качки. Параллельно с работой основных алгоритмов БИИМ выполняется задача контроля работоспособности и индикации отказов. Эта задача следит за правильным выполнением ПМО и формирует, в случае сбоя, признак отказа прибора ВИИМ. В соответствии с протоколом информационно-технического сопряжения ПМО формирует информационные пакеты, которые с заданной частотой отправляются потребителю. Информационные пакеты содержат параметры ориентации, признаки недостоверности вырабатываемой информации и отказа изделия.

Устройство выполнено в соответствии со стандартом PC104.

Рис. 2.3.8. Внешний вид платы процессора

Основные технические характеристики платы процессора

- процессор 300 MГц @ 2.0Vdc Geode™ MMX™ ;

- пассивный отвод выделяемой теплоты;

- 32 Mбайт SDRAM;

- два программно-конфигурируемых RS-232/422/485 последовательных порта;

- рабочая температура от минус 40 до плюс 85 °C; влажность 90 % без конденсирования;

- потребляемая мощность 5,8 Вт, 5 В постоянного тока.

3. БИИМ на ЛГ КМ-11 (экспериментальный образец)

(совместная разработка ЦНИИ «Электроприбор» и НИИ «Полюс» г. Москва)

К настоящему времени в НИИ «Полюс» создан бескарданный инерциальный измерительный модуль (ИИМ) на основе серийно изготавливаемых лазерных гироскопов (ЛГ) КМ-11, основные особенности которых состоят в следующем:

• резонатор кольцевого лазера ЛГ образован призмами с полным внутренним отражением, что позволяет получить потери нагруженного резонатора не более 0.02…0.03 % и область захвата не более 70…150 гц без использования сложных в технологии высококачественных многослойных диэлектрических зеркал;

• накачка He-Ne активной среды лазера осуществляется безэлектродным поперечным высокочастотным разрядом, что позволяет исключить смещение нуля ЛГ, присущее разряду постоянного тока, отказаться от высоковольтного питания лазера, упростить конструкцию вакуумной части прибора и обеспечить наработку на отказ в десятки тысяч часов;

• регулировка частоты генерации кольцевого лазера осуществляется пневматически, без использования подвижных элементов и при низковольтном питании (=24В);

• технология сборки позволяет проводить «горячую» юстировку элементов, селектирующих основную моду при наличии свободной, многомодовой генерации в кольцевом лазере.

Для исключения влияния зоны нечувствительности ЛГ вместо вибрации каждого из гироскопов применено реверсное вращение всего ИИМ вокруг оси, ортогональной плоскости палубы объекта. Ось вращения располагается по продольной оси трехгранной пирамиды, на гранях которой закреплены ЛГ, что приводит к смещению рабочей зоны от зоны нечувствительности для каждого гироскопа. Кроме того, данное вращение обеспечивает наблюдаемость дрейфов ЛГ и автокомпенсацию их проекций на плоскость, ортогональную оси вращения ИИМ. Реверс осуществляется через каждые два оборота (1 оборот за 3.6 сек) и быстро (за 0.01…0.02 сек), что не приводит к существенному возрастанию погрешностей.

Особенности конструкции

Инерциальный измерительный модуль содержит три лазерных гироскопа ЛГ КМ-11 (периметр резонатора – 44 мм, вес - 3.5 кг; дрейф нуля – 0.01 ⁰/ч), три акселерометра АК-10 (размеры - 40х40х25 мм, вес – 50 грамм; дрейф нуля – 10^-3м/с²) и электронные модули, обеспечивающие функционирование инерциальных чувствительных элементов и преобразование выходных сигналов в цифровую форму, установленные на вращающемся ситалловом основании (рис. 3.1 и рис. 3.2).

1

2

3

4

5

Рис. 3.1. Опытный образец ИИМ на ЛГ КМ-11

(1 - ЛГ в магнитных экранах; 2 – акселерометры; 3 – электронные модули; 4 – дюралевый конус; 5 – призма из ситалла)

1

2

Основным несущим элементом конструкции ИИМ является металлический конус, выполненный из дюралюминия для исключения намагниченности. Своей нижней частью конус стыкуется с устройством вращения посредством трех стыковочных узлов. Сверху на конус одета и приклеена к нему трехгранная призма, выполненная из ситалла.

На гранях призмы располагаются лазерные гироскопы. Крепление корпусов кольцевых лазеров к ситалловой призме производится с помощью клея в 4-х точках через короткие цилиндрические проставки. Это сделано для того, чтобы между призмой и резонатором можно было пропустить нижнюю часть двойного пермаллоевого экрана при минимальном нарушении его целостности. В верхней части призмы и в середине конуса по оси вращения имеется сквозная цилиндрическая полость. В эту полость сверху вставляется блок акселерометров, выполненный из ситалла. Он жестко крепится с помощью клея к трехгранной призме, образуя единый ситалловый блок чувствительных элементов (БЧЭ).

Сверху на блок акселерометров с помощью клея жестко крепится трехгранный оптический элемент, выполненный из ситалла в виде куба с тремя зеркальными гранями. Этот элемент физически задает приборную систему координат ИИМ и используется, в частности, при калибровке измерительного модуля.

Данная конструкция БЧЭ позволяет с высокой точностью сохранять взаимное положение датчиков, как во времени, так и при воздействии неблагоприятных факторов, например, изменения температуры.

К нижней части металлического конуса симметрично по окружности прикреплены три горизонтальных площадки. В центре каждой из площадок установлена вертикальная стойка, средняя часть которой с помощью перемычки соединена с верхней частью металлического конуса.

Конус с площадками, вертикальные стойки и перемычки образуют жесткий замкнутый металлический каркас ИИМ, практически развязанный от ситаллового БЧЭ. К этому каркасу крепятся электронные блоки, разъёмы и, если будет необходимо, внешний магнитный экран. Сверху на вертикальные стойки во время калибровки ИИМ может быть временно закреплена горизонтальная площадка для возможности размещения дополнительного оборудования, например, точного уровня.

Электроника ИИМ размещается в 6-ти блоках, выполненных в виде замкнутых экранирующих вертикальных коробок. Эти коробки помещаются на площадках (по две на каждой) и прикреплены, кроме того, к вертикальным стойкам. На площадках также расположены два блока вторичных источников питания и места крепления для трех (по одному на каждой площадке) разъемов РС-10 (вилка), которыми заканчивается токоподвод устройства вращения. Электроника ИИМ в свою очередь замыкается на три кабельных разъема РС-10 (розетка), расположенных на кабелях, закрепленных с необходимой свободой (для возможности завинчивания) в районе каждой из площадок.

ИИМ термостатирован при рабочей температуре 20…25^оС с точностью 1^оС. Термостатирование приводит к повышению точности и надежности ЛГ.

Технические характеристики

ИИМ в корпусе системы совершает два оборота в одну сторону, затем быстрый реверс и два оборота в другую сторону. Время одного оборота составляет 3.6 с.

Измеряемые величины - квазикоординаты: приращения на рабочей частоте угла поворота (от ЛГ) и кажущейся линейной скорости (от акселерометров) ИИМ в проекциях на приборные оси модуля.

Частота опроса датчиков - 1 кГц

Частота выдачи информации - 200 Гц

Канал выдачи информации - 3-х проводной CAN интерфейс

Напряжение питания - 24 В

Потребляемая мощность - не более 45 Вт

Габаритные размеры - Ø370мм, h = 261мм

Вес ~ 20…25кг

Электроника

Электроника, расположенная в ИИМ, решает задачи обеспечения функционирования ЛГ, а также съема, преобразования и передачи по каналу связи информации с ЛГ и акселерометров в цифровом виде.

Решение всех задач, связанных с поджигом, регулировкой амплитуды, периметра и контролем за работой этих систем, осуществляется с помощью микроконтроллера типа ММ 167 фирмы PHYTEC (Германия) с применением дополнительных внешних преобразователей и усилителей.

Задача съема, преобразования и передачи информации решается с помощью второго микроконтроллера ММ 167.