RU2049338C1

RU2049338C1 - Superconducting high-temperature accelerometer

Info

Publication number: RU2049338C1
Authority: RU
Inventors: А.П. Буравлев; Л.А. Левин; С.Л. Левин; О.Л. Мумин
Original assignee: Левин Лев Александрович
Priority date: 1992-04-03
Filing date: 1992-04-03
Publication date: 1995-11-27

Abstract

FIELD: inertial navigation. SUBSTANCE: tight housing 1 is arranged inside cryostat of cooling system. Vacuum is built up inside housing 1; arranged in housing are: disk 2 made of high-temperature super- conducting material, cylindrical coil 3 of permanent magnetic field, coil 4 of varying magnetic field, electrodes 5 of electrostatic centering suspension, electrode 6 of position sensor and inertial mass in form of permanent magnet 7. Electrodes 5 and 6 are connected to feed-back circuit which is provided with amplifier 8. EFFECT: enhanced reliability. 1 dwg

Description

Изобретение относится к прецизионному приборостроению и может быть использовано при создании криогенных высокочувствительных элементов, предназначенных для использования в навигационных системах и системах управления движущимися объектами. The invention relates to precision instrumentation and can be used to create cryogenic highly sensitive elements intended for use in navigation systems and control systems for moving objects.

Известен акселерометр, содержащий инерционную массу в виде постоянного магнита и систему обратной связи с датчиками перемещения и момента. Known accelerometer containing inertial mass in the form of a permanent magnet and a feedback system with displacement and torque sensors.

Недостатком этого акселерометра является сравнительно низкая точность измерений. The disadvantage of this accelerometer is the relatively low measurement accuracy.

Для устранения данного недостатка в акселерометр, содержащий установленные в корпусе инерционную массу в виде цилиндрического постоянного магнита, установленного в центрирующем подвесе, систему обратной связи с датчиком положения, усилителем обратной связи и катушкой постоянного магнитного поля, дополнительно введены диск из высокотемпературного сверхпроводника, катушка переменного магнитного поля и система охлаждения. Указаны также взаимосвязи всех элементов и их взаимное расположение. To eliminate this drawback, an accelerometer containing an inertial mass installed in the housing in the form of a cylindrical permanent magnet mounted in a centering suspension, a feedback system with a position sensor, a feedback amplifier and a constant magnetic field coil, additionally introduced a disk from a high-temperature superconductor, an alternating magnetic coil fields and cooling system. Interconnections of all elements and their mutual arrangement are also indicated.

На чертеже изображена упрощенная схема сверхпроводящего высокотемпературного акселерометра с магнитом, расположенным под диском. The drawing shows a simplified diagram of a superconducting high-temperature accelerometer with a magnet located under the disk.

На чертеже показаны герметичный кожух-корпус 1; диск 2 из высокотемпературного сверхпроводника; цилиндрическая катушка 3 постоянного магнитного поля; катушка 4 переменного магнитного поля; электроды 5 электростатического центрирующего подвеса; электрод 6 датчика положения; постоянный цилиндрический магнит 7; усилитель 8 обратной связи. The drawing shows a sealed casing-housing 1; disk 2 of a high temperature superconductor; a cylindrical coil 3 of a constant magnetic field; coil 4 of an alternating magnetic field; electrodes 5 of an electrostatic centering suspension; position sensor electrode 6; permanent cylindrical magnet 7; feedback amplifier 8.

Герметичный корпус 1 прибора помещен внутрь криостата системы охлаждения (не показана), обеспечивающей температуру 77 К (температура жидкого азота). Внутри прибора создан вакуум. В корпусе 1 жестко связанные с ним установлены диск 2 из высокотемпературного сверхпроводника с критической температурой выше 77 К, например YBa₂Cu₃O₇, цилиндрическая катушка 3, соосная диску, катушка 4 переменного магнитного поля, внутри которой установлен диск 2, электроды 5 центрирующего подвеса, соосного диску 2, электрод 6 емкостного датчика положения. Между электродами 5 установлен свободно перемещающийся вдоль оси чувствительности ZZ постоянный цилиндрический магнит 7 из высокоэруитивного сплава, например Sm-Co. Вне системы охлаждения установлен усилитель 8 обратной связи. Сигнал, пропорциональный действующему ускорению, снимается с сопротивления R, установленного на выходе усилителя обратной связи.The sealed housing 1 of the device is placed inside the cryostat of the cooling system (not shown), providing a temperature of 77 K (temperature of liquid nitrogen). A vacuum has been created inside the device. In case 1, a disk 2 made of a high-temperature superconductor with a critical temperature above 77 K, for example, YBa ₂ Cu ₃ O ₇ , a cylindrical coil 3, a coaxial disk, a coil 4 of an alternating magnetic field inside which a disk 2 is installed, and centering electrodes 5 are mounted rigidly connected to it. suspension, coaxial disk 2, electrode 6 of the capacitive position sensor. Between the electrodes 5, a permanent cylindrical magnet 7 of a highly eruitive alloy, for example, Sm-Co, freely moving along the sensitivity axis ZZ, is installed. Outside the cooling system, feedback amplifier 8 is installed. A signal proportional to the current acceleration is removed from the resistance R installed at the output of the feedback amplifier.

В предлагаемом акселерометре вместо изображенного на чертеже емкостного датчика положения (электрод 6) может быть установлен бесконтактный датчик другого типа, например оптический. In the proposed accelerometer, instead of the capacitive position sensor (electrode 6) shown in the drawing, a non-contact sensor of another type, for example optical, can be installed.

Усилитель 8 обратной связи может быть размещен внутри герметичного кожуха. The feedback amplifier 8 can be placed inside a sealed enclosure.

Герметичный кожух 1 может охватывать только магнит 7 и электроды 5 электростатического центрирующего подвеса, так как вакуум нужен только для центрирующего подвеса. В этом случае весь прибор может быть заключен в негерметичный кожух. The tight casing 1 can only cover the magnet 7 and the electrodes 5 of the electrostatic centering suspension, since the vacuum is needed only for the centering suspension. In this case, the entire device can be enclosed in an unpressurized casing.

Система охлаждения может охлаждать только диск из высокотемпературного сверхпроводника. A cooling system can only cool a disk of a high-temperature superconductor.

Устройство работает следующим образом. The device operates as follows.

Прибор в корпусе 1 помещен в криостат системы охлаждения (не показан), заполненный жидким азотом, и охлаждается до температуры сверхпроводимости высокотемпературного диска 2. Включается усилитель 8 обратной связи. Ток, который создает усилитель 8 с помощью сигнала от датчика съема информации, протекает по цилиндрической катушке 3, взвешивает и удерживает во взвешенном состоянии постоянный магнит 7. Включается электростатический центрирующий подвес (электронные блоки подвеса не показаны). Магнит 7 центрируется в подвесе. Подается переменный ток в катушку 4 переменного магнитного поля (ток частотой 10-1000 Гц, создает слабое переменное магнитное поле, величиной примерно 5-50 Гс). Прибор готов к работе. The device in the housing 1 is placed in a cryostat of the cooling system (not shown), filled with liquid nitrogen, and is cooled to the superconductivity temperature of the high-temperature disk 2. The feedback amplifier 8 is turned on. The current generated by the amplifier 8 using the signal from the data pickup sensor flows through a cylindrical coil 3, weighs and holds the permanent magnet 7 in suspension. The electrostatic centering suspension is turned on (electronic suspension units are not shown). Magnet 7 is centered in the suspension. An alternating current is supplied to the coil 4 of an alternating magnetic field (a current with a frequency of 10-1000 Hz creates a weak alternating magnetic field of about 5-50 Gs). The appliance is ready for use.

При известном ускорении (например 1g) ток, протекающий через сопротивление R, создает падение напряжения, которое принимается за начало отсчета. При действии на взвешенный постоянный магнит 7 ускорения, отличающегося от начального, для удержания магнита в "нулевом" положении, которое определяется чувствительностью датчика положения, изменяется с помощью усилителя 8 обратной связи ток, протекающий через цилиндрическую катушку 3, это изменение тока пропорционально отклонению ускорения от ускорения, принятого за "ноль". With a known acceleration (for example 1g), the current flowing through the resistance R creates a voltage drop, which is taken as the reference point. When acting on a weighted permanent magnet 7, an acceleration that is different from the initial one, to keep the magnet in the "zero" position, which is determined by the sensitivity of the position sensor, is changed by the feedback amplifier 8, the current flowing through the cylindrical coil 3, this change in current is proportional to the deviation of the acceleration from acceleration, taken as "zero".

Возможна другая система управления. На вход усилителя обратной связи подается эталонный сигнал (например, от батареи или стабилизатора напряжения). При этом магнит 7 должен находиться примерно в среднем положении, а сигнал с датчика положения должен отсутствовать. При перемещении магнита 7 с датчика положения подается на вход усилителя 8, который изменяет ток через цилиндрическую катушку 3. Another control system is possible. A reference signal is supplied to the input of the feedback amplifier (for example, from a battery or voltage regulator). In this case, the magnet 7 should be approximately in the middle position, and the signal from the position sensor should be absent. When moving the magnet 7 from the position sensor is fed to the input of the amplifier 8, which changes the current through the cylindrical coil 3.

Еще один вариант управления заключается в том, что катушка 3 имеет две обмотки. В одну из постороннего стабильного источника подается ток, взвешивающий магнит 7 в среднее положение. Другая обмотка подключается к выходу усилителя 8 обратной связи. Another control option is that the coil 3 has two windings. In one of the extraneous stable source current is supplied, the weighing magnet 7 in the middle position. Another winding is connected to the output of the feedback amplifier 8.

Работа устройства при горизонтальном положении оси ZZ не отличается от рассмотренного, когда ось ZZ направлена по ускорению силы тяжести. Единственное требование центрирующий электростатический подвес должен удерживать магнит 7 во взвешенном положении. The operation of the device with the horizontal position of the ZZ axis does not differ from that considered when the ZZ axis is directed to accelerate gravity. The only requirement is that the centering electrostatic suspension must hold the magnet 7 in suspension.

Таким образом, применение в сверхпроводящем высокотемпературном акселерометре системы электростатического центрирования, взвешенного постоянного магнита, катушки переменного магнитного поля, усилителя обратной связи с расположением диска из высокотемпературного сверхпроводника внутри катушки переменного магнитного поля, подключение катушки, установленной рядом с диском, соосно ему со стороны, противоположной постоянному магниту, и соединение ее с выходом усилителя обратной связи, на вход которого подается сигнал с датчика съема информации, создает положительный эффект и позволяет получить сверхпроводящий высокотемпературный акселерометр с точностью более высокой, чем в прототипе. Thus, the use of a system of electrostatic centering, a weighted permanent magnet, an alternating magnetic field coil, a feedback amplifier with a location of a disk of a high-temperature superconductor inside an alternating magnetic field coil in a superconducting high-temperature accelerometer, connecting a coil installed next to the disk, coaxial to it from the side opposite to permanent magnet, and its connection with the output of the feedback amplifier, the input of which is fed a signal from the pickup sensor and Information, creates a positive effect and allows you to get a superconducting high-temperature accelerometer with an accuracy higher than in the prototype.

Claims

A superconducting high-temperature accelerometer containing an inertial mass in the form of a cylindrical permanent magnet mounted in its centering suspension, a feedback system including a position sensor, feedback amplifier and a constant magnetic field coil, as well as a housing, characterized in that a high-temperature disk is inserted into it a superconductor, the diameter of which is larger than the diameter of a permanent magnet, an alternating magnetic field coil and a cooling system, the disk being made of high temperature light hprovodnika installed inside the coil of the alternating magnetic field coaxially with the permanent magnet, the permanent magnetic field coil installed on drive side coaxially opposite the permanent magnet, and an accelerometer in the housing is mounted inside the cooling system.