Методы измерения ускорений

ДАТЧИКИ ИЗМЕРЕНИЯ ЛИНЕЙНЫХ УСКОРЕНИЙ

Назначение и классификация

ИУ, предназначенные для измерения ускорений летательных аппаратов и вращающихся элементов их агрегатов, называются акселерометрами.

Приборы и датчики линейных ускорений применяются в пилотажных и навигационных системах ВС для решения различных задач, в том числе:

а) для формирования сигнала обратной связи, пропорционального ускорению летательного аппарата, в системах телеуправления траекторией полета;

б) для выдачи предупреждающего сигнала при достижении летательным аппаратом предельно допустимой перегрузки; сигнал может быть использован летчиком или системой автоматического ограничения опасных режимов;

в) для выдачи сигнала на отключение коррекции гировертикали при достижении самолетом заданного ускорения;

г) для выдачи сигналов, пропорциональных ускорению летательного аппарата, в инерциальную систему навигации, где они интегрируются с целью определения путевой скорости и местоположения.

В пилотажных системах датчики должны выдавать информацию о линейных ускорениях по осям x, y, z, связанных с ВС; поэтому датчики линейных ускорений пилотажных систем жестко связываются с ВС, а их оси чувствительности ориентируются по главным осям летательного аппарата.

В инерциальных навигационных системах, в зависимости от их типа, датчики линейных ускорений инерциальных систем навигации устанавливаются на гироскопической платформе, стабилизированной в горизонтальной плоскости, или жестко связываются с летательным аппаратом.

Датчики угловых ускорений используются в системах стабилизации летательного аппарата относительно центра масс, где их сигналы воздействуют на рули для компенсации возмущений. Сигналы датчиков угловых ускорений могут интегрироваться, и в этом случае образуются сигналы, пропорциональные угловой скорости летательного аппарата. Оси чувствительности датчиков угловых ускорений ориентируются по главным осям летательного аппарата.

Для получения полной информации о линейных и угловых ускорениях летательного аппарата необходимо иметь шесть датчиков (три линейных и три угловых), оси чувствительности которых ориентированы по главным осям летательного аппарата и каждый из которых воспринимает соответствующую составляющую линейного или углового ускорения.

В системах телеуправления траекторией полета обычно ограничиваются применением двух датчиков, воспринимающих составляющие линейных ускорений по поперечным осям летательного аппарата.

Акселерометры классифицируются по разным признакам:

1. по области применения;

2. по виду подвесов чувствительного элемента;

3. по способу снятия сигналов;

4. по числу измеряемых компонентов ускорения;

5. по виду выходного сигнала и т.д.

Методы измерения ускорений

Измерение линейных ускорений возможно инерциальным методом, методом дифференцирования скорости полета и методом двукратного дифференцирования расстояния до неподвижной базы.

1. Инерциальный метод заключается в измерении силы, развиваемой инерционной массой при ее движении с ускорением. Приборы и датчики, основанные на этом принципе действия, называются акселерометрами.

В зависимости от способа измерения силы различают акселерометры пружинные и компенсационные.

В пружинных акселерометрах сила, развиваемая инерционной массой, вызывает упругую деформацию пружины, которая создает противодействующую силу. Деформация пружины служит мерой измеряемого ускорения и при необходимости преобразуется в электрический сигнал.

В компенсационных акселерометрах инерционная сила уравновешивается силой, развиваемой магнитоэлектрическим или другим преобразователем. Эта сила пропорциональна силе тока, которая и служит выходным сигналом. Структурная схема таких акселерометров содержит позиционную отрицательную обратную связь.

Инерциальный метод используется также и в интегрирующих акселерометрах, сигнал которых пропорционален интегралу от линейного ускорения за определенный промежуток времени.

Интегрирующие акселерометры отличаются тем, что противодействующая сила является не позиционной, а скоростной. Интегрирующие акселерометры могут быть прямого измерения, в которых противодействующая сила создается демпфером со стабильным коэффициентом демпфирования, и компенсационные, в которых для создания противодействующей силы применяется скоростная обратная связь.

Существуют также компенсационные акселерометры с дву­кратным интегрированием ускорений; противодействующая сила создается обратной связью по относительному ускорению инер­ционной массы.

2. Метод дифференцирования скорости полета заключается в дифференцировании одним из известных способов сигнала датчика скорости полета. Возможно дифференцирование не только электрических сигналов, но и пневматических. Например, если подать полное давление встречного потока воздуха в вариометр, то показания последнего будут функцией продольного ускорения.

3. Метод двукратного дифференцирования расстояния до неподвижной базы пригоден в основном для измерения вертикального ускорения и заключается в двукратном дифференцировании одним из известных способов сигнала высотомера.

Измерение угловых ускорений возможно аналогичными методами.

При инерциальном методе измерения инерционная масса подвешивается на оси с одной степенью свободы, проходящей через центр тяжести этой массы. Измеряется момент инерционных сил, развиваемый массой при ее вращении с угловым ускорением. Применимы те же два способа измерения инерционных сил, что и в линейных акселерометрах, – пружинный и компенсационный.

При определении угловых ускорений методом дифференциро­вания производится дифференцирование сигнала гироскопического датчика угловых скоростей.

Для определения угловых ускорений методом двукратного дифференцирования используется сигнал гироскопического датчика угла.

На летательных аппаратах основное применение нашел инерциальный метод измерения ускорений.

В пилотажных системах датчики должны выдавать информацию о линейных ускорениях по осям х, у, z, связанным с летательным аппаратом; поэтому датчики линейных ускорений пилотажных систем жестко связываются с летательным аппаратом, а