Датчики углового ускорения

Датчики измеряют составляющие угловых ускорений в связанных осях. Работа датчика может быть построена на прямых и косвенных методах измерения углового ускорения.

Прямые методы измерения используют закон момента количества движения. Косвенные методы измерения основаны на свойствах гироскопической системы дифференцировать угловую скорость и возможности электрического дифференцирования угловой скорости.

В датчиках чаще применяется прямой метод, базирующийся на измерении момента инерции массы чувствительного элемента датчика при действии на него углового ускорения. По структурной схеме различают датчики прямого преобразования и компенсационные приборы. Основными элементами датчика прямого преобразования являются инерционная масса (маховик), пружина, демпфер и преобразователь углового перемещения. В компенсационном приборе, кроме того, содержится датчик момента и усилитель обратной связи (электрическая пружина). Чувствительным элементом датчика является точно сбалансированный маятник крутильных колебаний в виде маховика, обладающий одной степенью свободы углового перемещения вокруг своей оси и удерживаемый от вращения пружинами.

Схему преобразования измеряемого параметра в электрический сигнал представим в следующем виде: .

При действии углового ускорения самолета основание датчика реагирует на составляющую углового ускорения в направлении измерительной оси (например, ОХ), которое совпадает с осью маховика датчика. При этом на маховике возникает момент инерции М_М, маховик поворачивается и деформирует пружины. Мерой измеряемого ускорения служит угловое перемещение массы маховика, при котором момент инерционных сил уравновешивается моментом упругих сил пружины.

Величина углового перемещения маховика , где k – частота собственных колебаний маятника. Угловое перемещение преобразуется в изменение, например, индуктивности и далее в электрический сигнал .

В компенсационном приборе угловое перемещение маховика может быть преобразовано в электрический сигнал с помощью индукционного датчика угла, связанного с магнитоэлектрическим датчиком противодействующего момента через фазочувствительный детектор. При ускоренном вращении самолета вокруг измерительной оси между основанием датчика и маховиком (взвешенным в жидкости) возникает угол рассогласования, а на выходе датчика угла появляется напряжение, по величине пропорциональное углу рассогласования, и по фазе соответствующее знаку этого угла. Напряжение датчика угла подается на автономный усилитель.

Инструментальные погрешности являются определяющими в суммарной погрешности датчиков. К инструментальным погрешностям компенсационного прибора следует отнести, прежде всего, статическую и динамическую погрешности коэффициента передачи, т.е. отношения величины выходного сигнала прибора к величине углового ускорения. Погрешность датчика углового ускорения, с индуктивным преобразователем обусловлена, в основном, нестабильностью во времени упругих свойств и физических характеристик элементов и узлов датчика, а также электрических параметров источника питания. Существенная доля в погрешности датчика обусловлена влиянием неизмеряемых составляющих угловой скорости и углового ускорения. Необходимым для стабильной работы датчика при воздействии составляющих угловой скорости по неизмеряемым осям является обеспечение равенства главных моментов инерции маховика маятника Нечувствительность датчика к неизмеряемым угловым ускорениям, а также составляющие инструментальной погрешности сводятся к приемлемому значению путем применения специальных схемно–конструктивных и технологических решений. Динамические свойства этих датчиков отличаются весьма высокой собственной частотой ( 300 Гц) и оцениваются амплитудно–частотными характеристиками.

Датчики на ЛА крепятся жестко. Требования к их установке аналогичны требованиям к установке линейных акселерометров и датчиков угловой скорости.