DE2619448C2

DE2619448C2 - Ringförmiger Beschleunigungsmesser

Info

Publication number: DE2619448C2
Application number: DE2619448A
Authority: DE
Inventors: James Robert Erspamer; Howard Ray Phoenix Ariz. McCombs
Original assignee: Sperry Corp New York NY; Sperry Corp
Current assignee: Sperry Corp
Priority date: 1975-05-12
Filing date: 1976-05-03
Publication date: 1985-09-26
Also published as: US3992951A; FR2311310B1; CA1067603A; DE2619448A1; JPS6026164B2; JPS51137447A; IT1073703B; FR2311310A1; GB1536169A

Description

tat entgegengesetzt sind. Auf diese Weise ist aufgrund der gleichen Schaltungstechnik für die Kopplungseinrichtungen und die Verstärkereinrichtungen eine gemeinsame Endverbindung möglich, die die Gefahr einer Polarisation der Elektrolytflüssigkeit weitei verringert

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand der Zeichnung noch r4her erläutert In der Zeichnung zeigt

F i g. 1 eine teilweise schematische und teilweise perspektivische Darstellung eines Beschleunigungsmessers gemäß der LC-OS 25 51 798;

Fig.2 ein Schaltbild, das einen Teil der Schaltung einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Beschleunigungsmessers zeigt;

F i g. 3 ein Schaltbild, das eine Ausführungsform der is vollständigen Schaltung des Beschleunigungsmessers gemäß der Erfindung zeigt

In F i g. 1 ist der ringförmige Beschleunigungsmesser oder Neigungsmeßfühler gemäß der DE-OS 25 51 798 dargestellt Ein zylindrisches Gehäuse U, das in seiner normalen senkrechten Stellung gezeigt ist (wobei die Mittel-Längsachse 27 horizontal ist) ist mit einer Elektrolytflüssigkeit 12 bis zu einem Pegel 13 gefüllt Das Gehäuse 11 enthält weiterhin zwei bogenförmige Elektroden 14 und 15, die einander gegenüberliegend ange- ordnet und an der inneren Oberfläche des äußeren Umfanges des zylindrischen Gehäuses U befestigt sind. Eine bogenförmige Hilfselektrode 16 ist zwischen den unteren Enden der Elektroden 14 und 15 angeordnet und ebenfalls an der inneren Oberfläche des Gehäuses 11 befestigt Eine gemeinsame Mittelelektrode 17 ist aniSer inneren Oberfläche des inneren Umfanges des Gehäuses 11 derart befestigt, daß die Elektrode 17 gleiche Abstände von den Elektroden 14,15 und 16 aufweist

Die gestrichelt in F i g. 1 dargestellten Widerstände 21,22 und 23 stellen die Impedanzen der Elektrolytflüssigkeit 12 zwischen den Elektroden 14,15 bzw. 16 und der Elektrode 17 dar. Eine Wechselspannungsquelle 24, die mit der Primärseite eines Transformators 25 verbunden ist, ist über die Sekundärwicklung des Transforma- tors 25 mit den Elektroden 14 und 15 verbunden, wobei die Mittelanzapfung der Sekundärwicklung geerdet ist Ein invertierender Eingang eines Verstärkers 26 ist mit der gemeinsamen Elektrode 17 verbunden und der Ausgang des Verstärkers 26 ist mit der Hilfselektrode 16 verbunden.

Die Betriebsweise dieses ringförmigen Beschleunigungsmessers oder Neigungsmeßfühlers ist ausführlich in der DE-OS 25 51 798 beschrieben. Allgemein wird jedoch das längs der Sekundärwicklung des Transformators 25 erzeugte und den Elektroden 14 und 15 zugeführte Potential von dem Verstärker 26 gemessen. Wenn sich der Beschleunigungsmesser in seiner Normalstellung befindet, ist der Widerstand 21 gleich dem Widerstand 22, d. h, die Impedanz zwischen oer Elektrode 14 und der Elektrode 17 ist gleich der Impedanz zwischen der Elektrode 15 und der Elektrode 17. Wenn diese Impedanzen gleich sind, ist das Potential an der gemeinsamen Elektrode 17, das von dem Verstärker 26 gemessen wird, gleich O oder weist einen Nullwert auf. Wenn der Beschleunigungsmesser geneigt oder im Uhrzeigersinn (gemäß F i g. 1) um die Bezugsachse 27 gedreht wird, vergrößert sich der Teil der Elektrode 15, der in die Elektrolytflüssigkeit 12 eingetaucht ist, während sich der in die Elektrolytflüssigkeit 12 eingetauchte Teil der Elektrode 14 entsprechend verringert. Das Potential an der Elektrode 17 ändert sich daher ausgehend von dem Nullwert und es wird eine Anzeige dieser Verschiebung oder Verdrehung am Ausgang des Verstärkers 26 erzeugt In gleicher Weise tritt eine gleiche jedoch entgegengesetzte Änderung des Nullpotentials für eine Drehung oder Neigung im Gegenuhrzeigersiiin auf.

Die Hinzufügung der Hilfselektrode 16 in Kombination mit der elektrischen Verbindung dieser Elektrode mit dem Ausgang des Verstärkers 26 kompensiert das Ausgangssignal des ringförmigen Beschleunigungsmessers gegen Temperaturänderungen, im einzelnen führt, wie dies in der Beschreibung der vorstehend genannten deutschen Patentanmeldung beschrieben ist die Einfügung der Impedanz 23 in die Verstärkungsgleichung des Verstärkers 26 einen zweiten Parameter ein, der eine Temperaturabhängigkeit auf Grund der Elektrolytflüssigkcit aufweist und der die in den Impedanzen der Widerstände 21 und 22 auftretenden Auswirkungen der Temperaturänderung der Elektrolytflüssigkeit in dieser Gleichung aufhebt Wie es weiter oben beschrieben wurde, wird die Elektrolytflüssigkeit durch die Einfügung der Hilfselektrode 16 irgendwelchen GJeichspannungs- oder Ruhepotentialen ausgesetzt, die von dem Verstärker 26 erzeugt werden und es kann sich hierdurch eine Polarisierung der Elektrolytflüssigkeit ergeben.

F i g. 2 zeigt (in voll ausgezogenen Linien) eine Ausführungsform einer Schaltung 30, die eingefügt werden kann, um eine Polarisierung der Elektrolytflüssigkeit zu beseitigen. Die Elektroden 14,15,16 und 17 sowie die dazwischen befindlichen Impedanzen (21, 22 und 23) sind mit dem Verstärker 26 in einer der F i g. 1 ähnlichen Weise verbunden. Zusätzlich ist ein Widerstand 31 zwischen dem Ausgang des Verstärkers 26 und dem invertierenden Eingang eines Operationsverstärkers 32 eingeschaltet Ein Widerstand 33 ist zwischen Erde und den nichtinvertiejenden Eingang des Verstärkers 32 eingeschaltet Ein Kondensator 34, der vorzugsweise bipolar ist, ist zwischen dem invertierenden Eingang und dem Ausgang des Operationsverstärkers 32 eingeschaltet, während ein Widerstand 35 zwischen dem Ausgang des Operationsverstärkers 32 und dem Verbindungspunkt eines geerdeten Widerstandes 36 mit dem nichtinvertierenden Eingang des Verstärkers 26 eingeschaltet ist.

Der Verstärker 32 bildet in Verbindung mit dem Widerstand 31 und dem Kondensator 34 eine Integraturschaltung 37, die irgendeinen Gleichspannungsausgang des Verstärkers 26 integriert. In Abhängigkeit von einem derartigen Gleichspannungsausgang wird ein Signal am Ausgang des Verstärkers 32 erzeugt, das nach Zuführung über das durch die Widerstände 35 und 36 gebildete Widerstands-Teilnetzwerk dem nichtinvertierenden Eingang des Verstärkers 26 zugeführt wird. Die Zuführung dieses Ausgangssignals vom Verstärker 32 zum nichtinvertierenden Eingang des Verstärkers 26 wirkt in Richtung einer Verringerung des Ausganges des Verstärkers 26 auf eine Gleichspannung von 0 Volt. Weiterhin steuert der Ausgang des Verstärkers 32 den Verstärker 26 so lange an, bis effektiv eine Gleichspannung von 0 Volt erreicht wird.

Die RC-Zeitkonstante der Verstärkerschaltung 37 (die von dem Widerstandswert des Widerstandes 31 und der Kapazität des Kondensators 34 abhängt) ist so bemessen, daß sie sehr groß gegenüber der Periode der Frequenz des Ausgangssignals von dem Verstärker 26 ist, was die Neigung des Beschleunigungsmessers um die Bezugsachse 27 darstellt. Wenn beispielsweise die Frequenz der Wechselstrompotentialquelle 24 angenähert 5 kHz beträgt, so sind typische Werte für den Wi-

IO

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derstand 31 und den Kondensator 34 10⁴ Ohm bzw. 2,2 Mikrofarad. Die Wechselspannungsverstärkung des Verstärkers 26 ist in der gewünschten Weise durch die Impedanzen zwischen den Elektroden festgelegt, während die Gleichspannungsverstärkung des Verstärkers 26 den Wert von 0 erreicht.

F i g. 3 zeigt eine vollständige Ausführungsform des ringförmigen Beschleunigungsmessers, wobei gleiche Teile wie in den Fig. 1 und 2 mit den gleichen Bezugsziffern bezeichnet sind. Insbesondere zeigt Fig.3 die Einfügung einer Halbleiterschaltung 41, die den Transformator 25 gemäß dem früheren Vorschlag ersetzt.

Die Wechselspannungsquelle 24 ist zwischen dem Eingangsanschluß E_tN und Erde eingeschaltet. Ein Widerstand 42 ist zwischen dem Eingangsanschiuß Ein und dem nichtinvertierenden Eingang eines Verstärkers 43 eingeschaltet, während ein zweiter Widerstand 44 zwischen dem Ausgang und dem invertierenden Eingang des Verstärkers 43 eingeschaltet ist. Ein Widerstand 45 ist zwischen dem Ausgang des Verstärkers 43 und dem Verbindungspunkt des invertierenden Eingangs eines Verstärkers 46 und eines Widerstandes 47 eingeschaltet. Die freie Leitung des Widerstandes 47 ist mit dem Ausgang des Verstärkers 46 verbunden, während der nichtinvertierende Eingang des Verstärkers 46 über einen Widerstand 48 mit Erde verbunden ist. Der Ausgang des Verstärkers 43 ist mit einer Elektrode 51 verbunden während der Ausgang des Verstärkers 46 mit einer Elektrode 52 verbunden ist.

Das Gehäuse 53 weicht von dem Gehäuse 11 nach F i g. 1 insofern ab, als die gemeinsame Elektrode 54 an der Innenfläche des äußeren Umfanges befestigt ist, während die übrigen Elektroden 51, 52 und 55 an der Innenoberfläche des inneren Umfanges des Gehäuses 52 befestigt sind. Es ist jedoch zu erkennen, daß die beiden Anordnungen im Hinblick auf ihre Betriebsweise äquivalent sind und daß die Elektroden in weiteren abgeänderten Ausführungsformen angeordnet werden können, die auf gleiche Weise arbeiten.

Die Verstärker 43 und 46 sind ein Präzisionsverstärkerpaar mit sorgfältig eingestellten Verstärkungen. Weil der invertierende Eingang des Verstärkers 43 lediglich mit seinem eigenen Ausgang über den Widerstand 44 verbunden ist, muß die Verstärkung des Verstärkers 43 gleich +1 sein. Weiterhin ist, wenn der Wert des Widerstandes 45 gleich dem Wert des Widerstandes 47 ist, die Verstärkung des Verstärkers 46 gleich —1. Diese Anordnung stellt sicher, daß das Potential am Mittelpunkt oder Nullpunkt zwischen der Größe des Potentials am Ausgang des Verstärkers 43 und der Größe des Foieiiüäis aiii Ausgang des Vefsiäfkers 46 aufrechterhalten wird. Daher liegt an der Elektrode 54 das Nullpotential an, solange die Impedanz zwischen der Elektrode 54 und der Elektrode 51 sowie zwischen der Elektrode 54 und der Elektrode 52 gleich sind. Zusätzlich ermöglicht die Einfügung dieser Schaltung die Verwendung einer gemeinsamen Erdverbindung in dem gesamten Beschleunigungsmesser.

Es ist verständlich, daß der beschriebene ringförmige Beschleunigungsmesser temperaturkompensiert ist und eo Einrichtungen aufweist, die eine Polarisation der Elektrolytflüssigkeit in dem Gehäuse verhindern. Weiterhin haben die Einrichtungen zur Verhinderung einer Polarisation praktisch keine Auswirkung auf das Neigungssignal /von dein Beschleunigungsmesser und sie weisen keine Zeitabhängigkeit sowie keine Abhängigkeit von den Temperaturen und den Impedanzen der Elektroden in dem Gehäuse auf. Durch die Einfügung der Halbleiterschaltung 41 zur Ankopplung der Wechselspannungsquelle an die Elektroden des Beschleunigungsmessers werden die Kosten, der Raumbedarf und die Masse des Beschleunigungsmessers weiter verringert.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

30

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Claims

1 2 (24) in Größe gleich und in Polarität entgegenge-Patentansprüche: setzt sind.

1. Ringfönniger Beschleunigungsmesser mit ei- :

nem nichtleitenden Gehäuse, das eine allgemein 5

kreisringförmige und symmetrische innere Anord- Die Erfindung bezieht sich auf einen ringförmigen nung um eine Bezugsachse bildet, mit ersten und Beschleunigungsmesser, der im Oberbegriff des Patentzweiten bogenförmigen Elektroden, die im Gehäuse anspruchs 1 angegebenen Art

befestigt und einander gegenüberliegend angeord- Bei einem bekannten Beschleunigungsmesser dieser net sind, mit einer dritten innerhalb des Gehäuses to Art (DE-OS 23 51 798) ist eine Hilfselektrode zu Zwekbefestigten bogenförmigen Elektrode, die zwischen ken der Temperaturkompensation eingefügt Diese den Enden der ersten und zweiten Elektrode ange- Hilfselektrode ist so in dem Beschleunigungsmesser ordnet ist, mit einer vierten in dem Gehäuse befe- oder Neigungsmeßfühler angeordnet daß sie vollstänstigten Elektrode, von der entsprechende Teile glei- dig zu allen Zeiten in eine Elektrolytflüssigkeit eingeche Abstände von den ersten, zweiten bzw. dritten 15 taucht ist Weiterhin ist die Hilfselektrode elektrisch mit Elektroden aufweisen, mit einer eine Impedanz- dem Ausgang eines Verstärkers gekoppelt der die Drecharakteristik aufweisenden Elektrolytflüssigkeit hung oder Neigung um eine Bezugsachse feststellt die sich in dem Gehäuse befindet und in die die Durch die Einfügung dieser Hilfselektrode anstelle eines ersten und zweiten Elektroden teilweise eingetaucht Widerstandes im Gegenkopplungskreis des Verstärkers sind, während die dritte Elektrode vollständig und 20 ergibt sich ein temperaturabhängiger Parameter in der zumindest der der dritten Elektrode entsprechende Verstärkerschaltung, mit dem Ergebnis, daß die Tempe-Teii der vierten Elektrode vollständig eingetaucht raturabhängigkeit des Ausgangssignals des Beschleuniist mit einer Wechselspannungsquelle, die über gungsmessers beseitigt wurde. Diese Einfügung der Kopplungseinrichtungen mit den ersten und zweiten Hilfselektrode ergibt jedoch Schwierigkeiten, weil ir-Elektroden verbunden ist und diesen ein Wechsel- 25 gendein am Ausgang des Verstärkers erzeugtes Gleichspannungspotential mit einem definierten Mittel- spannungs- oder Ruhepotential über die Hüfselekektropunktpotential zuführt, und mit mit den dritten und de der Elektrolytflüssigkeit zugeführt wird. Wenn dieses vierten Elektroden verbundenen Verstärkereinrich- Gleichspannungspotential einen bestimmten Pegel ertungen zur Lieferung eines Signals am Ausgang des reicht, typischerweise mehr als einige 100 Millivolt so Beschleunigungsmessers, das die Neigung des Be- 30 beginnt eine Polarisierung der Elektrolytflüssigkeit die schleunigungsmessers um die Bezugsachse anzeigt innerhalb einer kurzen Zeitperiode zum Ausfall des Begekennzeichnet durch eine mit den Verstär- schleunigungsmessers führt

kereinrichtungen (26) gekoppelte und auf diese an- Es wurde bereits vorgeschlagen, zur Beseitigung diesprechende Kompensationsschaltung (30) zur Fest- ser Polarisierung der Elektrolytflüssigkeit ein Potentiostellung irgendwelcher in den Verstärkereinrichtun- 35 meter einzufügen, durch das der Gleichspannungsausgen (26) erzeugter Gleichspannungskomponenten gang des Verstärkers auf Null gebracht werden kann, und zur Zuführung eines Kompensationssignals an Diese Technik ist jedoch über längere Zeit nicht kondie Verstärkereinrichtungen {26) derart, daß die stant und sie ist weiterhin gegenüber Temperaturände-Gleichspannung praktisch beseitigt ist rungen und Impedanzänderungen zwischen den Elek-

2. Beschleunigungsmesser nach Anspruch 1, da- 40 troden in dem Beschleunigungsmesser empfindlich, durch gekennzeichnet, daß die Kompensationsschal- Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen tung (30) eine Integratorschaltung (37) aufweist, die ringförmigen Beschleunigungsmesser der eingangs gezwischen dem Ausgang und einem Eingang der Ver- nannten Art zu schaffen, bei dem keine Gefahr einer Stärkereinrichtungen (26) eingeschaltet ist Polarisierung der Elektrolytflüssigkeit besteht

3. Beschleunigungsmesser nach Anspruch 2, da- 45 Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden durch gekennzeichnet daß die Integratorschaltung Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale ge-(37) einen Operationsverstärker (32), einen zwischen löst

den Ausgang der Verstärkereinrichtungen (26) und Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen dem invertierenden Eingang des Operationsverstär- der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, kers (32) eingeschalteten Widerstand (31) un einen 50 Die zur Verhinderung einer Polarisierung der Elek-Kondensator (34) einschließt der zwischen dem trolytflüssigkeit dienende Kompensationsschaltung Ausgang des Operationsverstärkers (32) und dessen stellt Gleichspannungen am Ausgang der Verstärkerinvertierendem Eingang eingeschaltet ist. einrichtungen fest und erzeugt in Abhängigkeit hiervon

4. Beschleunigungsmesser nach Anspruch 3, da- ein Signal, das dem Eingang der Verstärkereinrichtundurch gekennzeichnet, daß die Widerstands-Kon- 55 gen solange zugeführt wird, bis das Gleichspannungspodensator-Zeitkonstante des Widerstandes (31) und tential praktisch beseitigt ist. Die Kompensatorschaldes Kondensators (34) ausreichend groß gegenüber tung weist vorzugsweise eine Integratorschaltung auf, der Frequenz des Ne'gungssignals ist, so daß das die zwischen dem Ausgang und einem Eingang der Ver-Neigungssignal durch die Kompensationsschaltung Stärkereinrichtungen eingeschaltet ist und deren Zeit-(30) nicht beeinflußt ist. 60 konstante ausreichend groß gegenüber der Frequenz

5. Beschleunigungsmesser nach einem der An- des Neigungssignals ist, so daß die Kompensationsschalsprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die tung keine Auswirkungen auf das Neigungssignal von Kopplungseinrichtungen (41) zweite (43) und dritte den Verstärkereinrichtungen aufweist.

(46) Verstärker mit zweiten und dritten Ausgängen Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfin-

einschließen, die mit den ersten und zweiten Elek- 65 dung sind die Kopplungseinrichtungen durch zwei Ver-

troden (51, 52) verbunden sind und daß die Ver- stärker gebildet, deren Ausgänge mit den ersten und

Stärkungen des zweiten und dritten Verstärkers zweiten Elektroden gekoppelt sind, wobei die Verstär-

(43, 46) bezüglich der Wechselspannungsquelle kungen der beiden Verstärker gleich und in ihrer Polari-