SU987531A1 - Molecular electronic angle acceleration meter - Google Patents

Description

(Sk) МОЛЕКУЛЯРНО-ЭЛЕКТРОННЫЙ УГЛОВОЙ (Sk) MOLECULAR ELECTRONIC ANGULAR

Изобретение относитс  к измериттельной технике, в частности к моле-. кул рно-электронным преобразовател м механических сигналов в электрический сигнал, предназначенных дл  регистрации угловых ускорений, скоростей, углов наклона движущихс  объектов, а также угловых смещений земной коры и др.The invention relates to a measuring technique, in particular to the mole. cool-electronic converters of mechanical signals into an electrical signal intended for recording angular accelerations, velocities, angles of inclination of moving objects, as well as angular displacements of the earth's crust, etc.

Известен молекул рно-электронный угловой акселерометр электрокинетического типа, представл ющий собой полый контур, имеющий форму тора, заполненный пол рной жидкостью, например ацетоном, с расположенным в нем электрокинетическим преобразователем потока в электрический сигнал Ci A molecular-electron angular accelerometer of the electrokinetic type is known, which is a hollow circuit shaped like a torus, filled with a polar liquid, such as acetone, with an electrokinetic flow converter into an electric signal Ci located in it

Недостатком электрокинетического углового акселерометра  вл етс  большое внутреннее сопротивление (пор дка 1 МОм ), невозможность регистрировать воздействи  инфранизкочастотного диапазона (например, меньше АКСЕЛЕРОМЕТРThe disadvantage of the electrokinetic angular accelerometer is the large internal resistance (on the order of 1 MΩ), the inability to record the effects of the infra-low frequency range (for example, less than ACCELEROMETER

0,1 Гц, а также изменение чувствительжэсти во времени.0.1 Hz, as well as a change in sensitivity over time.

Известен также молекул рно-электг ронный угловой акселерометр диффузионного типа, представл ющий собой полую спираль, заполненную электролитом , например типа йод-йодид, и содеркащую диффузионный преобразователь потока в электрический сигнал, электроды которого образуют совместно с электролитом обратимую окислительно-восстановительную систе-«У t2.Also known is a molecular-electrons angular accelerometer of diffusion type, which is a hollow spiral filled with an electrolyte, for example, iodine-iodide, and containing a diffusion flow converter into an electrical signal, the electrodes of which together with the electrolyte form a reversible redox system. t2.

Недостатком этого акселерометра  вл етс  его способность реагировать на угловые ускорени , направленные перпендикул рно оси чувствительности, что существенно снижает точность регистрации сигналов. Кроме того, чувствительность акселерометра со време-: нем уменьшаетс , что требует периодической проверки и калибровки датчика . Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому  вл етс  молекул рно-электронный угловой акселерометр диффузионного типа, содержащий корпус с установленным в нем на опоре замкнутым контуром, заполненным электролитом и снабженным преобразовател ми потока электролита в электрический сигнал Г3J. Недостатком известного датчика также  вл етс  падение его чувствительности со временем, что при выполнении томных измерений требует периодической проверки и калибровки прибора. Цель изобретени  - повышение точ ности измерени . Указанна  цель достигаетс  тем, что внутри корпуса дополнительно установлен жестко св занный с ним пьезопреобразователь с подвижным штоком, на котором х естко смонтирован замкнутый контур и которое посредством пружин св зано с опорой при этом ось вращени  коромысла ори ентирована перпендикул рно плоскости замкнутого контура. На чертеже представлена схема предлагаемого устройства. Устройство содержит корпус 1 с установленным в нем на опоре 2 полым контуром 3, заполненным электро литом, например йод - йодид, и соде жащим преобразователи потока в элек рический сигнал диффузионного типа электроды которых образуют совместнThe disadvantage of this accelerometer is its ability to respond to angular accelerations directed perpendicular to the axis of sensitivity, which significantly reduces the accuracy of signal acquisition. In addition, the sensitivity of the accelerometer decreases with time, which requires periodic testing and calibration of the sensor. The closest in technical essence to the present invention is a diffusion-type molecular-electron angular accelerometer, comprising a housing with a closed loop mounted on a support filled with electrolyte and equipped with electrolyte flow converters into an G3J electrical signal. A disadvantage of the known sensor is also a drop in its sensitivity with time, which, when performing heavy measurements, requires periodic testing and calibration of the device. The purpose of the invention is to improve the measurement accuracy. This goal is achieved by the fact that inside the body there is additionally installed a piezo transducer with a movable rod rigidly connected with it, on which a closed loop is rigidly mounted and which by means of springs is connected to the support while the axis of rotation of the yokes is oriented perpendicular to the plane of the closed contour. The drawing shows a diagram of the proposed device. The device comprises a housing 1 with a hollow loop 3 installed in it on a support 2 filled with an electrolyte, for example iodine - iodide, and containing flow converters into an electric signal of diffusion type whose electrodes form a joint

с электролитом обратимую окислительно-восстановительную систему. Опораwith electrolyte reversible redox system. Support

2св зана с коромыслом 5, концы которого жестко соединены с контуром2cb with zana beam 5, the ends of which are rigidly connected to the contour

3посредством крестовых пружин 6. При этом внутри корпуса 1 располагаетс  пьезообразователь 7, жестко св занный с корпусом 1. Причем шток 8 пьезопреобразовател  7 соединен с коромыслом 5 в точке коромысла, расположенный между опорой и контуром.3 by means of the cross springs 6. At the same time inside the housing 1 there is a piezo-former 7, rigidly connected to the housing 1. Moreover, the rod 8 of the piezotransducer 7 is connected to the rocker arm 5 at the beam point located between the support and the contour.

Предлагаемый акселерометр работает следующим образом.The proposed accelerometer works as follows.

При воздействии углового, ускорени , вектор которого направлен вдоль оси чувствительности акселерометра (перпендикул рно плоскости контура 3 ), на преобразовател х потока в электрический сигнал k возникает перепад давлени , величина которого пропорциональна угловому ускорению. Перепад давлени /вызывает через преобразователи пропорциональный угловоопредел ема  по паспортным данным, становитс  невысокой, поскольку истинна  чувствительность акселерометра в данный момент времени неизвестна , а периодическа  проверка чувствительности акселерометра невозможна из-за отсутстви  тарировочного стенда. Однако и при наличии тарировочного стенда дл  определе ни  чувствительности необходимы отключение акселерометра от измерительной системы, сн тие акселерометра с объекта, установка на тарировочный стенд, что св зано с большой потерейWhen exposed to angular acceleration, the vector of which is directed along the axis of sensitivity of the accelerometer (perpendicular to the plane of contour 3), a pressure drop occurs on the flow converters into an electrical signal k, the value of which is proportional to the angular acceleration. The differential pressure / ratios through the transducers, which are proportional to the angle determined by the passport data, becomes low because the true sensitivity of the accelerometer is unknown at this time, and the periodic verification of the sensitivity of the accelerometer is impossible due to the absence of the calibration stand. However, in the presence of a calibration stand, to determine the sensitivity, it is necessary to disconnect the accelerometer from the measuring system, remove the accelerometer from the object, install it on the calibration stand, which is associated with a large loss

° рабочего времени. Поэтому основное достоинство предлагаемого акселерометра в том, что по вл етс  возможность определить его чувствительность в любой данный момент времени (в те5 чение всего срока эксплуатации, не снима  акселерометра с объекта.° working time. Therefore, the main advantage of the proposed accelerometer is that it is possible to determine its sensitivity at any given point in time (for the entire lifetime, do not remove the accelerometer from the object.

Claims (3)

Принцип калибровки заключаетс  в следующем. му ускорению поток электроактивных ионов, который на электродах преобразовател  преобразуетс  в электрический сигнал. С течением времени вследствие процессов старени  электролита , загр знени  активной поверхности измерительного канала гел ми (это уменьшает эффективную площадь измерительного электрода преобразовател  ) чувствительность акселерометра понижаетс . Поэтому дл  проведени  точных измерений необходимо знание . чувствительности акселеро метра в любой данный момент времени . Однако в насто щее врем  определение чувствительности углового акселерометра  вл етс  довольно сложной задачей, поскольку дл  этого требуетс  установка акселерометра на специальный тарировочный стенд (довольно громоздкий по своим габаритам и, главное, требующий сложной и трудоемкой наладки и юстировки). Поэтому , как правило, определение чувствительности углового акселерометра провод т один раз сразу после его изготовлени  (значение чувствительности указывают в паспорте акселерометра ). Затем, после установки акселерометра на объекте, указанное значение чувствительности (по паспорту используетс  при обработке результатов измерений. В случае снижени  чувствительности акселерометра со временем точность регистрации. 5 С помощью пьезопреобразовател  7 на вход « ojoporo подаетс  синусоида ный сиРнал напр жени  с амплитудой 100-150 В, и коромысла котором закреплен замкнутый контур 3, один конец которого соединен со штоком 8 пьезопреобразовател , а другой - с несущей опорой, крестовыми пружинами 6 осуществл етс  преобразование поступательного движени  штока 8 во вращательное перемещение коромысла, т.е. замкнутого контура 3. При этом амплитуда задаваемых угловых ускорений определ етс  из соотношени  п 2 43F ГК .po.A.cf (Я где f - частота синусоидального сиг нала, Гц; длина плеча коромысла; коэффициент преобразовани  пьезокалибратора, м амплитуда синусоидального напр жени  генератора, пода ваемого на вход пьезопреобр зовател , В. Если учесть, что относительна  погрешность величин, вход щих в со отношение (l ), не превышает -2% (например, пьезокалибратор аттестуетс  с помощью лазерного интерферометра }, то погрешность задани  угло вого ускорени  с помощью встроенног калибратора имеет величину пор дка 5-7 (на тарировочном стенде точность задани  углового ускорени  по р дка 1,5-3 ) Использу  соотношение (1 ), можно определить чувствительность предлаг емого акселерометра: ли „ А В-с род выходной сигнал акселеро метра, В; задаваемое угловое ускорение , определ емое по. формуле (1 ). Например, при значени х параметров акселерометра Ку, , мВ, А 2, чувствительность аксе лерометра в соответствии с (эмулой ( 2 ) определ етс  из выражени  К,.1. e-cVA- ( ) --Ur 1 Точность определени  чувствительности К в соответствии с формулой (3) на верхней границе динамического диапазона имеет величину пор дка 10% (при условии,если регистраци  выходного сигнала осуществл етс  с помощьЮ) цифропечати, например 1Ц68000К) Таким образом предлагаемьй акселерометр позвол ет определ ть входное воздействие в течение всего времени эксплуатации с посто нной точностью пор дка 10. Предлагаемый акселерометр, обеспечивающий градуировку и прюверку в любой момент времени, позвол ет не только повысить точность регистрации измер емого воздействи  и тем самым повысить достоверность получаемой информации, но и продлить срок службы акселерометра например с 1,5 года до 3-5 лет. При этом в любой момент эксплуатации точность регистрации входного сигнала остаетс  посто нной, не хуже чем 10%. Формула изобретени  Молекул рно-электронный угловой акселерометр, содержащий корпус с установленным в нем на опоре замкнутым контуром, заполненным электролитом и снабженным преобразовател ми потока электролита в электрический сигнал, отличающийс  тем, что, с целью повышени  точности измерени , внутри корпуса дополнительно установлен жестко св занный с ним пьезопреобразователь с подвижным штоком, соединенным с коромыслом, на котором жестко смонтирован контур и которое посредством пружин св зано с опорой, при этом ось вращени  коромысла ориентирована перпендикул рно плоскости контура. Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе 1.Патент США К 26kk3G, кл. ЗТО-2, 1953. The principle of calibration is as follows. accelerated flow of electroactive ions, which is converted to an electrical signal at the converter electrodes. Over time, due to electrolyte aging processes, contamination of the active surface of the measuring channel with gels (this reduces the effective area of the transmitter measuring electrode), the sensitivity of the accelerometer decreases. Therefore, knowledge is necessary for accurate measurements. Accelero meter sensitivity at any given time. However, at present, determining the sensitivity of an angular accelerometer is quite a challenge, since it requires installing an accelerometer on a special calibration stand (rather cumbersome in its dimensions and, most importantly, requiring complicated and time-consuming adjustment and adjustment). Therefore, as a rule, the determination of the sensitivity of the angular accelerometer is carried out once immediately after its manufacture (the sensitivity value is indicated in the passport of the accelerometer). Then, after installing the accelerometer on the object, the specified sensitivity value (according to the passport is used when processing the measurement results. In case of accelerometer sensitivity decreases with time, the registration accuracy. 5 Using a piezoelectric transducer 7, a sinusoidal voltage voltage is applied to the ojoporo input with an amplitude of 100-150 In, and the rocker arm of which the closed loop 3 is fixed, one end of which is connected to the rod 8 of the piezoelectric transducer, and the other to the bearing support, the cross springs 6 are transformed along obtuse movement of the rod 8 into the rotational movement of the yoke, i.e., closed loop 3. In this case, the amplitude of the specified angular accelerations is determined from the ratio n 2 43F GK .po.A.cf (I where f is the frequency of the sinusoidal signal, Hz; length the arm of the rocker arm; the transformation coefficient of the piezocalibrator, m is the amplitude of the sinusoidal voltage of the generator, fed to the input of the piezo transformer, B. If we consider that the relative error of the values in the ratio (l) does not exceed -2% (for example, the piezocalibrator is certified via laser interferometer}, then the error of setting the angular acceleration using the built-in calibrator has a value of about 5-7 (on the calibration bench, the accuracy of setting the angular acceleration in the range of 1.5-3) Using relation (1), you can determine the sensitivity of the proposed accelerometer : whether the “A B-s kind of output signal of the accelerometer, B; specified angular acceleration determined by. formula (1). For example, with the values of the parameters of the accelerometer Ku,, mV, А 2, the sensitivity of the accelerometer in accordance with (emule (2) is determined from the expression K, .1. E-cVA- () --Ur 1 The accuracy of determining the sensitivity K in according to formula (3) on the upper limit of the dynamic range, has a value in the order of 10% (provided that the output signal is recorded with the aid of U) of digit printing, for example, 1TS68000K) Thus, the accelerometer allows to determine the input effect during the entire operation time with constant accuracy of the order of 10. The proposed accelerometer, which provides calibration and calibration at any time, not only improves the accuracy of recording the measured effect and thereby increasing the reliability of the information received, but also extends the life of the accelerometer, for example, from 1.5 years to 3 5 years. At the same time, at any time of operation, the accuracy of recording the input signal remains constant, no worse than 10%. The invention is a molecule-electron angular accelerometer, comprising a housing with a closed loop mounted on a support, filled with electrolyte and equipped with electrolyte flow converters into an electrical signal, characterized in that, in order to improve measurement accuracy, a rigidly connected with it a piezoelectric transducer with a movable rod connected to a rocker on which the circuit is rigidly mounted and which is connected by means of springs with a support, while the axis of rotation of the box ysla oriented perpendicular to the plane of contour. Sources of information taken into account in the examination 1.US Patent K 26kk3G, cl. ZTO-2, 1953. 2.Воронков Г.Я.,Федорин В.А. Хемотронные устройства. М,, ВНИИЭМ, 1965, с.86. 2. Voronkov G.Ya., Fedorin V.A. Chemotronic devices. M ,, VNIIEM, 1965, p.86. 3.Исследование электрохимического преобразовател  угловых ускорений с пр моугольным контуром. - Труды метрологических институ;гов СССР Измерение угловых ускорений. Вып. 1 3/203, М-Л., Изд-во стандартов, 1973, с.107-113 (прототип). 3. Research of an electrochemical converter of angular accelerations with a rectangular contour. - Proceedings of metrological institutes; Gov USSR Measurement of angular accelerations. Issue 1 3/203, M-L., Publishing house of standards, 1973, p.107-113 (prototype).