единый измерительный блок с преобразователями на поверхностной акустической волне
Классы МПК: | G01P15/08 с преобразованием в электрические или магнитные величины G01P3/44 для измерения угловой скорости |
Автор(ы): | Винокуров А.А. |
Патентообладатель(и): | Военный инженерно-космический университет |
Приоритеты: |
подача заявки:
1998-05-26 публикация патента:
20.08.1999 |
Блок предназначен для измерения линейного и углового ускорение и угловой скорости. В корпусе расположены двенадцать звукопроводов, каждый из которых имеет инерционную массу на свободном конце и преобразователи на поверхностной акустической волне (ПАВ) с обеих сторон. Звукопроводы попарно закреплены в шести гранях кубического корпуса. Каждая пара звукопроводов имеет общее консольное крепление в корпусе. Плоскости звукопроводов каждой пары разнесены на одинаковый острый угол. Выходы ПАВ-генераторов соединены со входами вычислительного блока. Вычислительный блок определяет значения измеряемых параметров по определенному алгоритму. Обеспечивается повышение точности, уменьшение массы и габаритов. 1 ил.
Рисунок 1
Формула изобретения
Единый измерительный блок с преобразователями на поверхностной акустической волне (ПАВ), содержащий корпус и консольно закрепленный в корпусе звукопровод с инерционной массой на свободном конце и преобразователями на ПАВ с обеих сторон, отличающийся тем, что он дополнительно снабжен вычислительным блоком и одиннадцатью аналогичными имеющемуся звукопроводами с инерционной массой на свободном конце и преобразователями на ПАВ с обеих сторон, попарно закрепленными в шести гранях кубического корпуса, причем каждая пара звукопроводов имеет общее консольное крепление в корпусе, а плоскости звукопроводов каждой пары разнесены на одинаковый острый угол, выходы ПАВ-генераторов соединены со входами вычислительного блока, определяющего девять параметров движения - три взаимно ортогональные проекции линейного ускорения Wх, Wу, Wz, три взаимно ортогональные проекции угловой скорости![единый измерительный блок с преобразователями на поверхностной акустической волне, патент № 2134886](/images/patents/337/2134886/2134886-33t.gif)
![единый измерительный блок с преобразователями на поверхностной акустической волне, патент № 2134886](/images/patents/337/2134886/2134886-34t.gif)
![единый измерительный блок с преобразователями на поверхностной акустической волне, патент № 2134886](/images/patents/337/2134886/2134886-35t.gif)
Wy = ky(f2-f1-f3+f4-f5+f6-f7+f8) = 8ky
![единый измерительный блок с преобразователями на поверхностной акустической волне, патент № 2134886](/images/patents/337/2134023/916.gif)
![единый измерительный блок с преобразователями на поверхностной акустической волне, патент № 2134886](/images/patents/337/2134886/2134886-36t.gif)
![единый измерительный блок с преобразователями на поверхностной акустической волне, патент № 2134886](/images/patents/337/2134886/2134886-37t.gif)
![единый измерительный блок с преобразователями на поверхностной акустической волне, патент № 2134886](/images/patents/337/2134886/2134886-38t.gif)
![единый измерительный блок с преобразователями на поверхностной акустической волне, патент № 2134886](/images/patents/337/2134886/2134886-39t.gif)
![единый измерительный блок с преобразователями на поверхностной акустической волне, патент № 2134886](/images/patents/337/2134886/2134886-40t.gif)
![единый измерительный блок с преобразователями на поверхностной акустической волне, патент № 2134886](/images/patents/337/2134886/2134886-41t.gif)
![единый измерительный блок с преобразователями на поверхностной акустической волне, патент № 2134886](/images/patents/337/2134886/2134886-42t.gif)
![единый измерительный блок с преобразователями на поверхностной акустической волне, патент № 2134886](/images/patents/337/2134886/2134886-43t.gif)
![единый измерительный блок с преобразователями на поверхностной акустической волне, патент № 2134886](/images/patents/337/2134886/2134886-44t.gif)
![единый измерительный блок с преобразователями на поверхностной акустической волне, патент № 2134886](/images/patents/337/2134886/2134886-45t.gif)
f1 - f24 - текучее значение частот соответствующих ПАВ-генераторов;
![единый измерительный блок с преобразователями на поверхностной акустической волне, патент № 2134886](/images/patents/337/2134886/2134886-46t.gif)
![единый измерительный блок с преобразователями на поверхностной акустической волне, патент № 2134886](/images/patents/337/2134006/945.gif)
![единый измерительный блок с преобразователями на поверхностной акустической волне, патент № 2134886](/images/patents/337/2134006/945.gif)
Описание изобретения к патенту
Предложенное изобретение относится к области измерительной техники, в частности, к измерителям угловой скорости, линейного и углового ускорения. Угловые акселерометры на ПАВ измеряют угловое ускорение. При вычислении по результатам его ускорений угловой скорости (интегрирование углового ускорения по времени) погрешности прибора накапливаются с течением времени вследствие интегрирования выходного сигнала. Пьезоэлектрический виброгироскоп [1 - 4] и гироскоп на ПАВ обладают общими недостатками - большими массой и габаритами вследствие необходимости их оснащения двигателями, высокой сложностью вследствие необходимости их оснащения токоподводами и токосъемами вращения, что сводит на нет основные преимущества ПАВ-датчиков перед другими измерителями угловой скорости. ДУС (датчик угловой скорости) на ПАВ с использованием эффекта Кориолисовых сил [1, 4] не имеет вращающихся частей, обладает малыми габаритами и весом, но имеет низкую чувствительность. Наиболее близким к предложенному по технической сущности является датчик ускорения [5] , использующий ПАВ-генератор (генератор на основе эффекта поверхностной акустической волны) как измерительную систему и содержащий чувствительный элемент (звукопровод), выполненный в виде консольно закрепленной балки из пьезоэлектрического материала, инерционную массу, закрепленную на свободном конце чувствительного элемента, измерительную систему в виде двух ПАВ-генераторов на двух противоположных поверхностях чувствительного элемента, и смесителя, выделяющего разностный сигнал. Недостатками данного ПАВ-акселерометра является невозможность измерения угловой скорости. Целью изобретения является получение возможности измерения угловой скорости малогабаритным высокоточным единым измерительным блоком на ПАВ либо повышение точности и снижение массогабаритных характеристик датчика угловой скорости на ПАВ. Поставленная цель достигается тем, что единый измерительный блок с преобразователями на поверхностной акустической волне (ПАВ), содержащий корпус и консольно закрепленный в корпусе звукопровод с инерционной массой на свободном конце и преобразователями на ПАВ с обеих сторон, дополнительно снабжен вычислительным блоком и одиннадцатью аналогичными имеющемуся звукопроводами с инерционной массой на свободном конце и преобразователями на ПАВ с обеих сторон, попарно закрепленных в шести гранях кубического корпуса, причем каждая пара звукопроводов имеет общее консольное крепление в корпусе, а плоскости звукопроводов каждой пары разнесены на одинаковый острый угол, а выходы ПАВ-генераторов соединены со входами вычислительного блока, определяющего девять параметров движения - три взаимноортогональные проекции линейного ускорения Wx, Wy, Wz, три взаимноортогональные проекции угловой скорости![единый измерительный блок с преобразователями на поверхностной акустической волне, патент № 2134886](/images/patents/337/2134886/2134886-2t.gif)
![единый измерительный блок с преобразователями на поверхностной акустической волне, патент № 2134886](/images/patents/337/2134886/2134886-3t.gif)
![единый измерительный блок с преобразователями на поверхностной акустической волне, патент № 2134886](/images/patents/337/2134886/2134886-4t.gif)
Wy = ky(f2-f1-f3+f4-f5+f6-f7+f8) = 8ky
![единый измерительный блок с преобразователями на поверхностной акустической волне, патент № 2134886](/images/patents/337/2134023/916.gif)
![единый измерительный блок с преобразователями на поверхностной акустической волне, патент № 2134886](/images/patents/337/2134886/2134886-5t.gif)
![единый измерительный блок с преобразователями на поверхностной акустической волне, патент № 2134886](/images/patents/337/2134886/2134886-6t.gif)
![единый измерительный блок с преобразователями на поверхностной акустической волне, патент № 2134886](/images/patents/337/2134886/2134886-7t.gif)
![единый измерительный блок с преобразователями на поверхностной акустической волне, патент № 2134886](/images/patents/337/2134886/2134886-8t.gif)
![единый измерительный блок с преобразователями на поверхностной акустической волне, патент № 2134886](/images/patents/337/2134886/2134886-9t.gif)
![единый измерительный блок с преобразователями на поверхностной акустической волне, патент № 2134886](/images/patents/337/2134886/2134886-10t.gif)
![единый измерительный блок с преобразователями на поверхностной акустической волне, патент № 2134886](/images/patents/337/2134886/2134886-11t.gif)
![единый измерительный блок с преобразователями на поверхностной акустической волне, патент № 2134886](/images/patents/337/2134886/2134886-12t.gif)
![единый измерительный блок с преобразователями на поверхностной акустической волне, патент № 2134886](/images/patents/337/2134886/2134886-13t.gif)
![единый измерительный блок с преобразователями на поверхностной акустической волне, патент № 2134886](/images/patents/337/2134886/2134886-14t.gif)
f1 - f24 - текущее значение частот соответствующих ПАВ-генераторов;
![единый измерительный блок с преобразователями на поверхностной акустической волне, патент № 2134886](/images/patents/337/2134886/2134886-15t.gif)
k = 1/sin(
![единый измерительный блок с преобразователями на поверхностной акустической волне, патент № 2134886](/images/patents/337/2134006/945.gif)
![единый измерительный блок с преобразователями на поверхностной акустической волне, патент № 2134886](/images/patents/337/2134006/945.gif)
Wy = ky(f2 - f1 - f3 + f4 - f5 + f6 - f7 + f8) = 8ky
![единый измерительный блок с преобразователями на поверхностной акустической волне, патент № 2134886](/images/patents/337/2134023/916.gif)
где ky - коэффициент пропорциональности,
![единый измерительный блок с преобразователями на поверхностной акустической волне, патент № 2134886](/images/patents/337/2134023/916.gif)
![единый измерительный блок с преобразователями на поверхностной акустической волне, патент № 2134886](/images/patents/337/2134006/968.gif)
![единый измерительный блок с преобразователями на поверхностной акустической волне, патент № 2134886](/images/patents/337/2134007/936.gif)
![единый измерительный блок с преобразователями на поверхностной акустической волне, патент № 2134886](/images/patents/337/2134007/981.gif)
Wx = kx(f18 - f17 - f19 + f20 - f21 + f22 - f23 + f24) = = 8kx
![единый измерительный блок с преобразователями на поверхностной акустической волне, патент № 2134886](/images/patents/337/2134023/916.gif)
Wz = kz(f10 - f9 - f11 + f12 - f13 + f14 - f15 + f16) = = 8kz
![единый измерительный блок с преобразователями на поверхностной акустической волне, патент № 2134886](/images/patents/337/2134023/916.gif)
![единый измерительный блок с преобразователями на поверхностной акустической волне, патент № 2134886](/images/patents/337/2134886/2134886-16t.gif)
![единый измерительный блок с преобразователями на поверхностной акустической волне, патент № 2134886](/images/patents/337/2134886/2134886-17t.gif)
![единый измерительный блок с преобразователями на поверхностной акустической волне, патент № 2134886](/images/patents/337/2134886/2134886-18t.gif)
![единый измерительный блок с преобразователями на поверхностной акустической волне, патент № 2134886](/images/patents/337/2134886/2134886-19t.gif)
![единый измерительный блок с преобразователями на поверхностной акустической волне, патент № 2134886](/images/patents/337/2134886/2134886-20t.gif)
![единый измерительный блок с преобразователями на поверхностной акустической волне, патент № 2134886](/images/patents/337/2134886/2134886-21t.gif)
При движении объекта, на котором установлен предложенный ЕИБ на ПАВ, с угловой скоростью
![единый измерительный блок с преобразователями на поверхностной акустической волне, патент № 2134886](/images/patents/337/2134007/936.gif)
![единый измерительный блок с преобразователями на поверхностной акустической волне, патент № 2134886](/images/patents/337/2134886/2134886-22t.gif)
![единый измерительный блок с преобразователями на поверхностной акустической волне, патент № 2134886](/images/patents/337/2134886/2134886-23t.gif)
![единый измерительный блок с преобразователями на поверхностной акустической волне, патент № 2134886](/images/patents/337/2134886/2134886-24t.gif)
![единый измерительный блок с преобразователями на поверхностной акустической волне, патент № 2134886](/images/patents/337/2134886/2134886-25t.gif)
![единый измерительный блок с преобразователями на поверхностной акустической волне, патент № 2134886](/images/patents/337/2134886/2134886-26t.gif)
![единый измерительный блок с преобразователями на поверхностной акустической волне, патент № 2134886](/images/patents/337/2134886/2134886-27t.gif)
![единый измерительный блок с преобразователями на поверхностной акустической волне, патент № 2134886](/images/patents/337/2134886/2134886-28t.gif)
![единый измерительный блок с преобразователями на поверхностной акустической волне, патент № 2134886](/images/patents/337/2134886/2134886-29t.gif)
где k = 1/sin(
![единый измерительный блок с преобразователями на поверхностной акустической волне, патент № 2134886](/images/patents/337/2134006/945.gif)
![единый измерительный блок с преобразователями на поверхностной акустической волне, патент № 2134886](/images/patents/337/2134006/945.gif)
![единый измерительный блок с преобразователями на поверхностной акустической волне, патент № 2134886](/images/patents/337/2134006/968.gif)
![единый измерительный блок с преобразователями на поверхностной акустической волне, патент № 2134886](/images/patents/337/2134007/981.gif)
![единый измерительный блок с преобразователями на поверхностной акустической волне, патент № 2134886](/images/patents/337/2134886/2134886-30t.gif)
![единый измерительный блок с преобразователями на поверхностной акустической волне, патент № 2134886](/images/patents/337/2134886/2134886-31t.gif)
Сигналы с выходов ПАВ-преобразователей 14 - 37 поступают на входы вычислительного блока 38, который производит преобразование сигналов f1 - f24 в код и вычисление количественного значения измеряемых параметров Wx, Wy, Wz,
![единый измерительный блок с преобразователями на поверхностной акустической волне, патент № 2134886](/images/patents/337/2134886/2134886-32t.gif)
1. Tjersten E. N. , Stvens D.S., Das P.K. SAWaccelerometer. Ultrason. Symp. Proc., USA, 1980, p. 692 - 695. 2. Опалев В.Н. Шершун Е.Ф., Кушко Н.И. Пьезоэлектрический датчик угловой скорости. А.с. СССР 265963, кл. H 04 R 17/00, 1970 г. 3. Информация компании Collins Avionics / Electronics Austraia. 1985. vol. 47, N 2, p. 6 - 7. 4. Giroscopic effect in surface acoustic wave. B.Y. Lao / Ultrason. Symp. Proc., USA, 1980, pp 687 - 691. 5. Пат. США N 3.950.713
6. Пат. Франции N 2.452.714
7. А. И.Морозов, В.В.Проклов, Е.А. Станковский. Пьезоэлектрические преобразователи для электронных устройств.- М.: Радио и связь, 1981. 8. Вестник КПИ "Радиотехника", 1983, вып. 20, с. 68. 9. Поверхностные акустические волны, под ред. А.Олинера.- М.: Мир, 1981.
Класс G01P15/08 с преобразованием в электрические или магнитные величины
Класс G01P3/44 для измерения угловой скорости