1. Блок – схема и характеристика элементов в составе акселерометра.

Функционально необходимые элементы.

Это группа элементов ИП, наличие которых необходимо для основного контура преобразования измеряемого параметра среды в форму, удобную для непосредственной или косвенной визуализации, с целью использования этой информации для решения поставленной задачи.

Функционально необходимые элементы, их передаточные функции или коэффициенты находят отражение на структурной схеме в звеньях структуры со своими передаточными функциями. Это – ЧЭ, непосредственно воспринимающий измеряемый параметр и преобразующий его в промежуточный параметр в структуре ИП (в деформацию, смещение, угол, силу, момент силы и др.);

ЧЭ – это узел, способный непосредственно воспринимать измеренную величину и преобразовывать ее в форму, удобную для дальнейшего преобразования.

КЗ – колебательное звено, под воздействием внешних и внутренних силовых факторов смещающееся относительно корпуса прибора. Например, линейное или угловое смещение ЧЭ акселерометра.

ДП или ДУ. Преобразователь линейного или углового смещения ЧЭ в электрический сигнал. Иначе – это прямой преобразователь механической энергии, запасаемый ЧЭ в электрическую энергию для последующего преобразования, измерения и визуализации информации.

- Упругая связь ЧЭ с корпусом.

• Механический упругий элемент с жесткостью С для акселерометров и датчиков угловой скорости (ДУС) разомкнутой структуры.

• «Электрическая жесткость» - С_э. – Для компенсационных акселерометров и ДУС с главной отрицательной обратной связью, осуществляющей обратное преобразование электрической энергии в механическую (в силу или момент сил).

- Скоростная связь ЧЭ с корпусом. К_д – коэффициент демпфирования.

- Усилитель – преобразователь электрического сигнала. – Усилитель по току - К_i, напряжению – К_u, мощности - К_p.

Демпфер – это устройство для гашения, успокоения (демпфирования) колебаний или предотвращения механических колебаний, возникающих в машинах и приборах при их работе. Применяются гидравлические и пневматические демпферы в автоматических регуляторах и измерительных приборах, демпферы магнитоэлектрические в виде короткозамкнутых обмоток в магнитном поле и др.

Усилитель – преобразователь. Это устройство, в котором осуществляется усиление и преобразование энергетических параметров (сигналов) входного (управляющего) сигнала (воздействия) за счёт использования энергии вспомогательного (управляемого) источника. В усилителе, в отличие от преобразователя, связь между выходными и входными сигналами непрерывная и однозначная. По виду энергии управляющего сигнала и управляемого источника различают усилители электрические, магнитные, гидравлические, пневматические, механические. В рамках настоящего курса речь идет об усилителях электрических сигналов первичных датчиков по напряжению, по мощности, по току, с целью последующего отображения информации и формирования управляющих воздействий в системах управления. А также для преобразования в более удобную форму для последующего применения. Например, из аналоговой – в дискретную, частотную, цифровую.

Дополнительные элементы.

Это элементы, которые скрытно присутствуют в структурной схеме ИП и лишь косвенно проявляют себя в выходных характеристиках, если они не являются идеальными в инструментальном смысле. Неидеальность реализации дополнительных узлов и элементов в конечном итоге проявляется в появлении дополнительных источников дестабилизирующих факторов на ЧЭ, источники которых полезно прогнозировать и минимизировать конструктивными или алгоритмическими способами.

Корпус – конструкционный узел, объединяющий все элементы в единый, взаимосвязанный узел. Должен иметь наружные базовые поверхности и гарантировать однозначную ориентацию оси чувствительности относительно строительных осей ЛА или осей платформы, несущей приборное оборудование, в свою очередь однозначно ориентированной относительно осей ЛА.

Корпус должен:

- герметизировать внутренний объем, изолировать основные функционально необходимые узлы от дестабилизирующего влияния внешней среды. Внутренняя полость корпуса может быть вакуумирована, заполнена инертным газом или приборной жидкостью.

- экранировать внутренние элементы и схемы от внешних электромагнитных наводок.

- обеспечить базировку «внутренней» приборной оси чувствительности ИП относительно его внешних базовых поверхностей, с помощью которых оси ИП выставляется на борту ЛА.

- обеспечить термостабилизацию внутреннего объема ИП с требуемой точностью во всем эксплуатационном диапазоне температур. См.рисунок

Система термостатирования.

Это достаточно сложная система регулирования, стабилизации температуры внутреннего объема, размещенная в корпусе ИП. Содержит термочувствительные элементы, логические устройства, реагирующие на отклонение температуры в интересующей зоне ИП от требуемого значения, исполнительные элементы.

Как правило, это тепловыделяющие устройства, подключающиеся к источнику питания при понижении температуры во внутренней области ИП ниже номинальной. Для такой схемы стабилизации необходимо, чтобы температура стабилизации была выше наивысшей эксплуатационной температуры с учетом возможного дополнительного перегрева при наличии внутренних источников тепловыделения от функционально необходимых узлов и элементов.

Это – активное термостатирование, в противовес с пассивной термоизоляции ИП от внешней среды, например, с использованием сосуда Дюара, попросту – принципа термоса.

Полезно сочетание пассивного и активного методов, увеличивающее постоянную времени системы термостатирования.

Особенно важно иметь систему термостатирования в прецизионных маятниковых акселерометрах поплавкового типа, в которых внутренняя полость ИП заполнена приборной жидкостью. Таким путем удается минимизировать статические и динамические характеристики ИП.

Плюсы и минусы термостатированных ИП.

Сильфон.

В поплавковых ИП (акселерометрах, ДУС-ах, трехстепенных гироскопах) наличие приборной жидкости во внутренней полости требует введения в конструкцию специфического узла, компенсирующего объемное расширение приборной жидкости в эксплуатационном диапазоне температур. В противном случае при полном заполнении внутренней полости, т.е. при отсутствии не заполненных жидкостью объемов, что является непременным условием правильной работы, из-за «несжимаемости» жидкости возможна разгерметизация корпуса при повышении температуры среды.

Задачу компенсации объемного расширения приборной жидкости может выполнять анероидная коробка, плоская или гофрированная мембрана, разграничивающая внутреннюю полость ИП от внешней среды, и сильфон (см. конструкцию – ).

Опоры ЧЭ.

• Контактные: - с трением скольжения;

- трением качения: шарикоподшипниковые;

• Упругие.

• Неконтактные.

• Комбинированные:

Ограничители хода ЧЭ.

Ограничивают предельные смещения ЧЭ относительно корпуса. Это – упоры, расстояние между которыми превосходят удвоенное предельное рабочее смещение ЧЭ при максимальном измеряемом ускорении. В зоне «от упора до упора наблюдаемая точка ЧЭ не должна выпадать из поля зрения датчика перемещения.

Арретирующие устройства.

В гироскопических датчиках, в первую очередь, в трехстепенных свободных или корректируемых гироскопах необходимы специальные устройства и механизмы, принудительно фиксирующие взаимное расположение рамок карданового подвеса в исходном взаимно ортогональном положении и относительно строительных осей ЛА.

Это необходимо как в условиях транспортировки прибора в нерабочем, обесточенном состоянии, так и при вводе его в рабочий режим непосредственно на борту. В таком заарретированном состоянии включается питание гиромотора и функционально необходимых элементов. При достижении номинальных оборотов в заарретированном состоянии такой прибор готов к началу работы. Непосредственно перед началом работы происходит разарретирования и оси гироскопа образуют дазовую, приборную систему координат, относительно которой оценивается положение осей ЛА и принимаются меры, например, по их стабилизации относительно этих направлений.

Гермовводы.

Или гермопроходники. Обеспечивают ввод питания и подсоединение электрических и электронных элементов внутри корпуса к внешним потребителям. Это гальванически развязанные и между собой и от корпуса проводники, количество которых определяется спецификой электрических цепей, расположенных во внутреннем объеме.

Узлы балансировки ЧЭ.

В основном для гироскопических приборов. Обеспечивают статическую балансировку гироузла при сборке и настройке прибора на заводе.

Токоподводы.

Безмоментные токоподводы к подвижным элементам. К ЧЭ элементам акселерометра, к рамкам подвеса гироузла и к самому гироузл