Вимірювання параметрів лінійного руху

В основі всіх методів вимірювань параметрів лінійного руху твер­дого тіла лежить вимірювання сили інерції, пропорційної його масі га прискоренню:

f = та.

Для вимірювань лінійного прискорення вибирають деяку "інерційну" масу т, з'єднану з досліджуваним об'єктом і вимірюють її силу інерції. Для вимірювань змінних прискорень з частотами від одиниць Гц до десятків кГц найчастіше застосовуються п'єзоелектричні перетворювачі, для вимірювань сталих та низькочастотних прискорень - перетворювачі інерційної дії. Вимірюючи параметри руху з врахуванням конкретної задачі ви­мірювання, необхідно вибрати систему відліку. Так, визначаючи пара­метри руху елементів корабля відносно самого корабля (наприклад, параметрів вібрацій корпуса двигуна), систему відліку треба зв'язати з кораблем.

Залежно від методу, покладеного в основу принципу дії вимі­рювального засобу, всі вимірювальні засоби можуть бути розділені на дві групи: Інерціальні та контактні. В інерціальних засобах вимірювань відсутній безпосередній контакт між досліджуваним об'єктом та неру­хомою системою відліку, а вхідною величиною первинних перетво­рювачів є сила інерції, що сприймається корпусом давача, з котрим зв'язана власна (рухома) система відліку. Інерціальні прилади для вимірювань параметрів лінійного руху прийнято називати сейсмічними, а кутового - гіроскопічними.

До контактних належать засоби, основані на безпосередньому контакті між рухомим об'єктом і системою, прийнятою за нерухому. Контакт не обов'язково повинен бути механічним, він може забезпе­чуватись оптичними, акустичними чи іншими способами.

Розгляд засобів вимірювань параметрів руху почнемо з "предка" сучасних вимірювачів швидкості поступального руху, так званого інтегрувального акселерометра (велосиметра), що на рис. 1.

Рис..1. Інтегрувальний акселерометр

Цей прилад - це герметична циліндрична камера 1, заповнена рідиною, в якій плаває інерційна маса 2. Камера приводиться в обертання зі сталою кутовою швидкістю за допомогою допоміжного двигуна. Під дією центробіжних сил, що виникають при обертанні рідини, інерційна маса встановлюється на осі симетрії циліндра.

Рис. 2.Схема акселерометра зрівноважувального перетворення

Якщо вимоги до точності вимірювань невисокі, використовують маятникові перетворювачі прямого перетворення, зокрема з диферен­ціальними ємнісними перетворювачами. В таких акселерометрах мірою вимірюваної величини є напруга розбалансу моста, у який ввімкнений диференціальний ємнісний перетворювач (рис.2). Недоліком таких схем є дуже малий діапазон вимірювань через нелінійність функції перетворення, а похибка таких акселерометрів знаходиться в межах декількох процентів.

На рис. 3 наведені схеми пружинних акселерометрів з реостат­ним та ємнісним вторинними перетворювачами. Інерційна маса 1 за допомогою плоских пружин 2 сумарною пружністю W підвішена в корпусі перетворювача, який кріпиться до досліджуваного рухомого тіла. Заспокоєння здійснюється за допомогою демпфера 3.

Переміщення у може перетворюватись у вихідний електричний сигнал реостатним перетворювачем або досконалішим диференціаль­ним ємнісним перетворювачем.

а б

Рис. 3. Схеми пружинних акселерометрів

Використовуються такі акселерометри в транспортній авіації для вимірювань переобтяжних прискорень.