Принцип действия датчика линейных ускорений.

МОСКОВСКИЙ АВИАЦИОННЫЙ ИНСТИТУТ

(ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ)

Кафедра 303

                                                   УТВЕРЖДАЮ

                                                      Заведующий кафедрой 303

                                                                    _______________Осипов В.Г.

                                                                        «____»__________200__ г.

Лабораторная работа № 9

«Исследование датчика линейных ускорений».

                  По дисциплине: «Основы проектирования приборов и систем».

Специальность 200103 Авиационные приборы и измерительно-

вычислительные комплексы.

Обсуждено на заседании кафедры                                                             «___»________________200__г.

                                                           Протокол № ____

МАИ 200 __г.  

О Г Л А В Л Е Н И Е

1. Назначение датчика линейных ускорений...........................................................................................................................................3

2. Цель работы................................................................................................................................................3

3. Теоретическая часть....................................................................................................................................................4

3.1. Принцип действия датчика линейных ускорений....................................................................................................................................4

3.2. Электрическая схема датчика линейных ускорений....................................................................................................................................8

3.3. Особенности конструкции датчика линейных ускорений....................................................................................................................................9

3.4. Метрологические характеристики датчика линейных ускорений…………………......................................................................................................12

3.5. Основные технические характеристики датчика линейных ускорений………………………………………………………………………………....…..15

4. Экспериментальная часть……..........................................................................................................................................17

4.1. Описание лабораторной установки..................................................................................................................................17

4.2. Методика исследования метрологических характеристик ДЛУ и порядок проведения работы.......................................................................................................................................19

4.2.1. Снятие статической выходной характеристики и определение ее крутизны…………………………………………………………………………..…...19

4.2.2. Определение методической погрешности от несовпадения осей чувствительности датчика с направлением действующего ускорения……………………………..………………………………………….....…21

4.2.3. Определение амплитудно-частотной характеристики ДЛУ………………………………………………………………………………...….22

4.2.4. Экспериментальное определение переходного процесса ДЛУ………………………………………………………………………………...….23

5. Требования, предъявляемые к отчету................................................................................................................................................24

6. Литература.......................................................................................................................................25

НАЗНАЧЕНИЕ ДАТЧИКА ЛИНЕЙНЫХ УСКОРЕНИЙ.

Датчик линейных ускорений (ДЛУ) предназначен для измерения линей­ных ускорений летательных аппаратов и выдачи электрического сигнала, величина которого пропорциональна линейному ускорению, действующему вдоль оси чувствительности. Этот сигнал используется для получения ин­формации о траектории движения летательного аппарата или о величине воздействий, которым он подвергается в процессе полета. В первом слу­чае датчики линейных ускорений, или акселерометры, используются в инерциальных навигационных системах с целью определения скорости и ко­ординат центра тяжести летательного аппарата путем интегрирования из­меренных ускорений. Во втором случае ДЛУ применяются в автоматических устройствах управления полетом (автопилотах) для поддержания заданного режима и улучшения качества управления. В некоторых случаях ДЛУ служат для измерения и регистрации с целью ограничения допустимых перегрузок летательного аппарата или его экипажа (датчики перегрузок).

ЦЕЛЬ РАБОТЫ.

Настоящая работа ставит своей целью:

- изучить назначение, принцип действия и принципиальную схему датчика линейных ускорений;

- ознакомиться с кинематической схемой, конструктивными особенностями и основными техническими характеристиками датчика линейных ускорений;

- разобраться со структурной схемой ДЛУ, проанализировать его метрологические характеристики и погрешности измерения;

- ознакомиться с методикой испытаний и лабораторной установкой для исследования датчика линейных ускорений;

- определить экспериментально и проанализировать статические и динами­ческие характеристики ДЛУ.

ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ.

Принцип действия датчика линейных ускорений.

Существуют три метода измерения линейных ускорений: инерци­альный метод, метод дифференцирования скорости полета и метод двукрат­ного дифференцирования пути, пройденного летательным аппаратом.

Инерциальный метод состоит в измерении силы или пропорционального ей перемещения, которые возникают при движении с ускорением инерциаль­ной массы. По второму методу значение ускорения получается путем диф­ференцирования электрического выходного сигнала с датчика скорости по­лета. Третий метод основан на двукратном дифференцировании по времени некоторого перемещения летательного аппарата на мерной базе (например, выходных сигналов дальномера или высотомера).

На летательных аппаратах основное применение нашел инерциальный метод измерения ускорений. В зависимости от способа измерения инерци­онной силы приборы для измерения ускорений делятся на пружинные и ком­пенсационные. В настоящей работе рассматривается инерционный ком­пенсационный датчик линейных ускорений.

Электрокинематическая схема датчика линейных ускорений приведена на рис. 1.

Под действием линейных ускорений, направленных по входной оси X датчика, возникает инерционный момент, который отклоняет маятник М от положения равновесия вокруг оси Y на определенный угол, пропор­циональный линейному ускорению:

                                                  (1)                       

где m - масса маятника, кг;

a - действующее линейное ускорение, м/c²;

l - плечо центра тяжести маятника, м;

 M_И - инерционный момент, Hm.

Так как действующая перегрузка равна: n = a/g, то M_И = mlgn. Поворот маятника относительно оси Y преобразуется датчиком угловых перемещений ДУ в электрический сигнал переменного тока, пропорцио­нальный углу отклонения. Сигнал с датчика угла поступает на вход фазо­чувствительного детектора усилителя БУ-44-2-11, преобразуется в напря­жение постоянного тока полярности соответствующей знаку воздействующего ускорения, и через усилитель постоянного тока УПТ-9 подается на элект­рическую пружину моментного преобразователя МП прибора. Моментный пре­образователь создает момент Мпр, пропорциональный току I, который уравновешивает момент Ми инерционных сил, действующих на массу маятни­ка:

           (2)                         

где K_МП - коэффициент преобразования моментного преобразователя.

Отклонение подвижной части датчика прекратится при равенстве инерционного момента и момента электрической пружины (моментного дат­чика):

mal = K_MAI                   (3)

     (4)

Таким образом, ток в катушке моментного датчика прямо пропорцио­нален действующему линейному ускорению (перегрузке).

Выходное напряжение снимается с сопротивления, включенного последовательно с катушкой моментного преобразователя, и имеет величи­ну, пропорциональную действующему ускорению:

      (5)

Малогабаритный блок питания (универсальный) МУБП-1-1 предназначен для питания напряжением постоянного тока 25 +/-2,5 В со средней точкой усилителя обратной связи. Блок питания состоит из трансформатора, вып­рямителя и фильтра. Усилитель обратной связи, состоящий из блока уси­лителя БУ-44-2-1 и усилителя постоянного тока УПТ-5, предназначен для питания обмотки возбуждения датчика угла, выделения постоянной состав­ляющей сигнала, поступающего с датчика.

Функциональная схема усилителя обратной связи может быть представлена блоком усилителя, который состоит из генератора Г синусоидальных колеба­ний с частотой 4...6 кГц для питания обмотки возбуждения датчика угла, фазочувствительного детектора Д, предназначенного для выпрямления вы­ходного сигнала, поступающего с датчика угла; корректирующих цепей КЦ, которые обеспечивают необходимые статические и динамические характе­ристики датчика линейных ускорений. Усилитель постоянного тока УПТ-9, собранный на транзисторах, предназначен для усиления выпрямленного фа­зочувствительным детектором сигнала.