¿Qué es Acelerómetro?

Un instrumento para medir la aceleración lineal de un portador. Los acelerómetros para medir las sobrecargas de las aeronaves son uno de los primeros instrumentos de aeronaves que se utilizan. Los acelerómetros también se usan comúnmente en aeronaves para monitorear fallas de motor y daños por fatiga en las estructuras de la aeronave.

En la prueba de vuelo de varias aeronaves, el acelerómetro es una herramienta importante para estudiar el aleteo y la fatiga de la aeronave.

En el sistema de control de vuelo, el acelerómetro es un importante componente de corrección de características dinámicas. En un sistema de navegación inercial, un acelerómetro de alta precisión es uno de los componentes sensibles más básicos.

Medidor de aceleración de diferentes ocasiones muy diferente en rendimiento, el sistema de navegación inercial de alta precisión requiere alta resolución del acelerómetro 10 ^{- >. 9} G , pero no rango ; el acelerómetro de medición de sobrecarga de la aeronave puede requerir 10 ² G El rango de medición y el requisito de precisión no es alto.

Elacelerómetro modelo básico está compuesto por masa de detección (también llamada masa sensible), soporte, potenciómetro, resorte, amortiguador y carcasa.

La calidad de la inspección está restringida por el soporte y solo puede moverse a lo largo de un eje, que a menudo se denomina eje de entrada o eje sensible. Cuando la carcasa del instrumento acelera a lo largo de la dirección del eje sensible con el portador, de acuerdo con la ley de Newton, la masa inspeccionada con cierta inercia intenta mantener sin cambios su estado original de movimiento.

Habrá un movimiento relativo entre él y la carcasa, que deformará el resorte, por lo que la masa de prueba acelerará su movimiento bajo la acción de la fuerza del resorte.

Cuando la fuerza del resorte se equilibra con la fuerza de inercia generada cuando la masa de detección se acelera, ya no hay movimiento relativo entre la masa de detección y la carcasa, y la deformación del resorte refleja la magnitud de la aceleración medida.

El potenciómetro se utiliza como elemento sensor de desplazamiento para convertir la señal de aceleración en una señal eléctrica de salida. El acelerómetro es esencialmente un sistema oscilante de un grado de libertad y se debe utilizar un amortiguador para mejorar la calidad dinámica del sistema.

Clasificación y principio de funcionamiento Existenmuchos tipos de acelerómetros: según el método de desplazamiento de la masa de detección, existen acelerómetros lineales (la masa de detección es el desplazamiento lineal) y acelerómetros de péndulo (la masa de detección gira alrededor del eje de apoyo); según el método de soporte, hay soportes de gemas, soporte flexible, levitación de aire, levitación líquida, levitación magnética y levitación electrostática, etc.; de acuerdo con la composición del sistema de medición, hay bucle abierto y bucle cerrado; de acuerdo con el principio de funcionamiento, hay son de cuerda vibrante, haz vibrante y péndulo aceleración giroscópica integral Según el número de ejes de entrada, hay acelerómetros de eje único, dos ejes y tres ejes; según los elementos sensores, hay tipos piezoeléctricos, piezorresistivos y potenciómetros.

Las características de varios métodos de clasificación diferentes generalmente se combinan para nombrar un acelerómetro.

El principio de funcionamiento del acelerómetro flotante de líquido de circuito cerrado es: cuando la carcasa del instrumento acelera a lo largo del eje de entrada, la masa de detección gira alrededor del eje de salida debido a la inercia, y el elemento sensor convierte este ángulo de rotación en una señal eléctrica, que es amplificado posteriormente La alimentación al dispositivo de torsión constituye un bucle cerrado.

El momento de retroalimentación producido por el dispositivo de par se equilibra con el momento de inercia recibido por la masa de prueba. La señal eléctrica (la magnitud de la corriente o el número de pulsos por unidad de tiempo) entregada al dispositivo de torsión se utiliza para medir la magnitud y la dirección de la aceleración.

El conjunto del péndulo se coloca en un flotador, y la flotabilidad generada por el líquido flotante puede eliminar la carga del conjunto del péndulo del flotador en el cojinete de la joya, reducir el par de fricción de soporte y mejorar la precisión del instrumento.

El líquido flotante no puede desempeñar el papel de eje fijo, por lo que en el acelerómetro de péndulo de alta precisión, el método de suspensión magnética también se utiliza para suspender el conjunto del péndulo flotante descargado en la posición central para que quede fuera de contacto con el soporte y elimine aún más el momento de fricción.

La viscosidad del líquido flotante tiene un efecto amortiguador en el conjunto del péndulo, lo que puede reducir el error dinámico y mejorar la capacidad de resistir vibraciones y golpes. El fuelle se utiliza para compensar el cambio de volumen del líquido flotante causado por la temperatura.

Para mantener la gravedad específica y la viscosidad del líquido flotante básicamente sin cambios y para garantizar el rendimiento estable del instrumento, generalmente se requiere un dispositivo de control de temperatura estricto.

El acelerómetro de péndulo flexibleadopta un acelerómetro de péndulo que tiene un soporte flexible. El conjunto del péndulo está conectado con la carcasa del instrumento mediante dos varillas flexibles. La rigidez a la flexión de la varilla flexible alrededor del eje de salida es muy baja, mientras que la rigidez en otras direcciones es alta. Su principio de funcionamiento básico es similar al de un acelerómetro flotante líquido.

Este sistema tiene un servoamplificador de alta ganancia, por lo que el conjunto del péndulo siempre funciona cerca de la posición cero. De esta forma, la flexión de la varilla flexible es muy pequeña y el momento elástico introducido también es pequeño, por lo que el instrumento puede lograr una alta precisión.

Hay dos tipos de acelerómetros: llenos de aceite y secos. El tipo lleno de aceite se llena con líquido de alta viscosidad como líquido amortiguador, lo que puede mejorar las características dinámicas del instrumento y mejorar la resistencia a la vibración y al impacto.

Los acelerómetros secos utilizan amortiguación electromagnética o de película de aire, que es conveniente para la miniaturización, la reducción de costos y el tiempo de puesta en marcha, pero la precisión es menor que la de los acelerómetros llenos de aceite.

Un acelerómetro decuerda vibrante es un acelerómetro lineal sostenido por dos cuerdas idénticas. Las dos cuerdas vibran en una vibración sinusoidal de amplitud constante en el campo magnético del entrehierro del imán permanente.

La frecuencia de vibración de la cuerda es proporcional a la raíz cuadrada de la tensión de la cuerda. Cuando no hay aceleración, la tensión de las dos cuerdas es igual, la frecuencia de vibración también es igual y la diferencia de frecuencia es igual a cero.

Cuando hay aceleración a lo largo del eje de entrada, la fuerza de inercia que actúa sobre la masa de prueba aumenta la tensión de una cuerda y la frecuencia de vibración, mientras que la tensión de la otra cuerda disminuye y la frecuencia de vibración disminuye.

El instrumento está equipado con un dispositivo de control de frecuencia de suma para mantener inalterada la suma de las frecuencias de vibración de las dos cuerdas. De esta forma, la diferencia entre las frecuencias de vibración de las dos cuerdas es proporcional a la aceleración de entrada.

Esta diferencia de frecuencia se convierte en una señal de pulso por el circuito de detección, la frecuencia de pulso es proporcional a la aceleración y el número total de pulsos es proporcional a la velocidad, por lo que este instrumento también es un acelerómetro integral. La tensión de la cuerda se ve muy afectada por las características del material y la temperatura, por lo que se requieren dispositivos de control de temperatura de precisión y mecanismos de ajuste de la tensión de la cuerda.

El acelerómetro de giroscopio de integración de péndulo es un instrumento queutiliza un giroscopio de doble grado de libertad con un péndulo determinado en el eje de rotación para medir la aceleración. El centro de masa del rotor del giróscopo se desvía del eje del anillo interior, formando un péndulo. Si el rotor no gira, el componente del giróscopo es básicamente un acelerómetro de péndulo.

Cuando hay aceleración a lo largo del eje de entrada (es decir, el eje del anillo exterior del giróscopo), el péndulo gira alrededor del eje de salida (es decir, el eje del anillo interior), de modo que la señal de salida del sensor de ángulo en el eje se amplifica y alimenta al motor de torsión del eje del anillo exterior para forzar el giroscopio. El componente se mueve alrededor del eje del anillo exterior, generando un momento giroscópico en el eje del anillo interior.

Se equilibra con el momento de inercia y mantiene el sensor de ángulo cerca de la posición cero. La velocidad angular del componente giroscópico que gira alrededor del eje del anillo exterior es proporcional a la aceleración de entrada, y la magnitud del ángulo de rotación es la integral de la aceleración de entrada, es decir, el valor de velocidad.

Por lo general, se instala un dispositivo de salida de pulsos en el eje del anillo exterior para obtener la información de aceleración y velocidad medida por el acelerómetro: la frecuencia de pulso representa la aceleración; el número total de pulsos representa la velocidad.

Este tipo de acelerómetro se basa en el momento del giroscopio para equilibrar el momento de inercia. Puede mantener una alta precisión de medición en un rango amplio, pero tiene una estructura compleja, un gran volumen y un precio relativamente caro.