DE1027920B - Beschleunigungsempfindliches System - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Die Erfindung betrifft ein beschleunigungsempfindliches System mit einer Vorrichtung, welche ein drehbar gelagertes beschleunigungsempfindliches Organ besitzt. Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines derartigen Systems, bei welchem das Ansprechen der Vorrichtung .so gesteuert wird, daß sie nur auf erwünschte Beschleunigungen anspricht.

Die vorliegende Erfindung stellt eine X^erbesserung an beschleunigungsempfindlichen Vorrichtungen dar, wie sie in der Hauptpatentanmeldung beschrieben sind.

Die Hauptpatentanmeldung betrifft eine beschleunigungsempfindliche Vorrichtung, welche ein frei drehbar gelagertes beschleunigungsempfindliches Organ besitzt. Eine Unwuchtmasse ist im beschleunigungsempfindlichen Organ exzentrisch angebracht, so daß das Organ unwuchtig wird. Dies bewirkt, daß unter dem Einfluß von linearen Beschleunigungen ein Drehmoment auf das unwuchtige Organ ausgeübt wird, wodurch eine Drehbewegung des unwuchtigen Organs hervorgerufen wird. Ein Servosystem spricht auf diese Drehbewegung des unwuchtigen Organs an und übt auf dieses ein Gegendrehmoment aus, welches so gerichtet ist, daß es das Organ in die Ausgangsstellung zurückzudrehen sucht. Wenn Vorrichtungen dieser Art in Fortbewegungsmitteln, insbesondere gelenkten Projektilen, angebracht werden, sind sie gelegentlich Fehlern unterworfen, welche dadurch hervorgerufen werden, daß die Ansprechrichtung des unwuchtigen Elements aus der Richtung verschoben wird, in welcher die zu messenden Beschleunigungen liegen. Wenn z. B. in Fig. 1 die zu messende Beschleunigung in der Richtung α liegt, dann haben vor einer Drehung des Organs 10 um seine Achse Beschleunigungen, die in der Richtung senkrecht zur Meßrichtung, d.h. entlang der Linie A-Y liegen, keine Wirkung auf die Vorrichtung, da ihre Angriffslinie durch den Schwerpunkt des unwuchtigen Elements geht. Wenn jedoch das drehbare, unwuchtige, beschleunigungsempfindliche Organ unter dem Einfluß einer in Richtung α liegenden Beschleunigung infolge der Trägheit der Masse 15 und des dadurch hervorgerufenen Drehmoments Ta eine Drehbewegung über den kleinen Winkel E in Richtung des Uhrzeigersinns durchführt, so verschiebt sich gleichzeitig die Ansprechrichtung der Vorrichtung nach a. Die Drehung des Organs verändert ferner die Lage der Masse 15, wodurch die Masse und damit das unwuchtige Organ gegenüber unerwünschten seitlichen Beschleunigungen, d. h. solchen in der Richtung A-Y, empfindlich wird. Dies verursacht einen Fehler bei der Messung der in der Richtung α liegenden Beschleunigungen. Ein Servosystem der einfachen Ausführung, wie sie im allgemeinen verwendet wird, kann den Winkel E mittels Beschleunigungsempfindliches System

Zusatz zur Patentanmeldung G 18094 IX/42 ο
(Auslegeschrift 1 023 257)

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Anmelder:

General Electric Company,
ίο Schenectady, N. Y. (V. St. A.)

Vertreter: Dipl.-Ing. E. Prinz, Patentanwalt,
München-Pasing, Bodenseestr. 3 a

j. Beanspruchte Priorität:

V. St. v. Amerika vom 3. Januar 1955

Francis Bamford Woestemeyer, Schenectady, N. Y.

(V. St. A.),
ist als Erfinder genannt worden

des Rückstelldrehmoments Tj niemals bis auf Null verringern, da das Servosystem ein Fehlersignal benötigt, um das Gegendrehmoment zu erzeugen und die Messung der Beschleunigung zu bewirken.

Ein Verfahren, um die Verschiebung der Ansprechrichtung der Vorrichtung zu verringern, beruht darin, daß man das Servosystem mit einer hohen Regel verstärkung ausführt, so daß das beschleunigungsempfindliche Organ innerhalb eines sehr kleinen Bereichs des Regelfehlers in seiner Ausgangs- oder Nullstellung gehalten wird. Eine solche Ausführung ist etwas schwieriger und ermöglicht weniger Freizügigkeit beim Entwurf als ein Servosystem mit geringerer Verstärkung. Darüber hinaus macht die Ausführung mit hoher Regal verstärkung dias Servosystem empfindlich für unerwünschte Beschleunigungen hoher Frequenz, wie sie von Erschütterungen oder Schwingungen des Fortbewegungsmittels hervorgerufen werden können. Hierdurch werden weitere schwierige Probleme bei der Ausführung des Servosystems aufgeworfen und zusätzliche Fehler im Beschleunigungsmeßsystem verursacht. Bei vielen Anwendungen ist die Regelverstärkung, die erforderlich ist, um das Ansprechen auf Beschleunigung in unerwünschten Richtungen zu verringern, viel größer als diejenige, die zur Messung der unerwünschten Beschleunigungen mit der erforderlichen Genauigkeit notwendig ist.

Es ist daher eine besondere Aufgabe der voliegenden Erfindung, eine beschleunigungsempfindliche Vor-

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richtung der beschriebenen Art zu schaffen, welche ein Servosystem mit niedriger Verstärkung enthält und in der dennoch die Bewegung des beschleunigungsempfindlichen Organs auf kleine Winkel beschränkt ist, so daß das Ansprechen auf unerwünschte Beschleunigungen verhindert wird.

Die Erfindung betrifft ein beschleunigungsempfindliches System mit einer Vorrichtung, welche ein drehbar gelagertes beschleunigungsempfindliches Organ besitzt. Die Vorrichtung umfaßt ferner eine Einrichtung, durch welche das Organ unwuchtig gemacht wird, so daß unter dem Einfluß von Beschleunigungen ein Drehmoment auf dieses ausgeübt wird, und eine Abtastvorrichtung, welche beim Auftreten einer von diesem Drehmoment verursachten Bewegung ein erstes Spannungssignal liefert. Nach der Erfindung ist ein Hilfsbeschleunigungsmesser vorhanden, welcher unter dem Einfluß der zu messenden Beschleunigungen ein Spannungssignal liefert. Ein Schaltkreis addiert das erste und zweite Spannungssignal. Eine Rückstellvorrichtung spricht auf dieses addierte Spannungssignal an und übt auf das beschleunigungsempfindliche Organ ein Gegendrehmoment aus, um dieses in seine Ausgangsstellung zurückzuführen. Der Hilfsbeschleunigungsmesser kann so· gewählt werden, daß sein Ausgangsspannungssignal die richtige Größe besitzt, um das Rückstellsignal für die Rückstellvorrichtung zu liefern, wodurch eine Begrenzung der Bewegung des beschleunigungsempfindlichen Organs gewährleistet wird.

Die Zeichnung zeigt eine beispielsweise Ausführung der Erfindung, und zwar ist

Fig. 1 eine schematische Skizze des beschleunigungsempfindlichen Organs, welche darstellt, wie sich die Ansprechrichtung ohne Verwendung der vorliegenden Erfindung verschiebt,

Fig. 2 ein Schnitt durch ein beschleunigungsempfindliches System, welches die vorliegende Erfindung verkörpert, und

Fig. 3 ein Schaltbild der elektrischen Verbindungen der in Fig. 1 dargestellten Vorrichtung, wobei der Hilfsbeschleunigungsmesser eingeschlossen ist.

Die Zeichnung zeigt eine beschleunigungsempfindliche Vorrichtung mit einem drehbar gelagerten beschleunigungsempfindlichen Organ. Wie gezeigt, besteht dieses Organ aus dem hohlen Behälter 10, der in den Lagerzapfen 11 so gelagert ist, daß er sich um die Achse 0-0 drehen kann. Die Lagerzapfen 11 sind im Gehäuse 12 angebracht, welches in fester Lage an dem Teil befestigt ist, dessen Beschleunigung gemessen werden soll.

Es ist eine Einrichtung vorgesehen, durch welche das beschleunigungsempfindliche Organ unwuchtig gemacht wird, so daß auf dieses unter dem Einfluß der zu messenden Beschleunigungen ein Drehmoment ausgeübt wird. In der dargestellten Ausführung besteht diese Einrichtung aus der Unwuchtmasse 15, die im Gehäuse 10 exzentrisch angebracht ist und bewirkt, daß der Schwerpunkt des Behälters 10 nicht in dessen Drehachse liegt. Eine Abtastvorrichtung erzeugt dann ein erstes Spannungssignal, wenn von dem oben beschriebenen Drehmoment eine Bewegung hervorgerufen wird. Diese Abtastvorrichtung besteht aus der beweglichen Spule 21, welche am Behälter 10 angebracht ist und sich im Luftspalt eines geschlossenen magnetischen Kreises gemeinsam mit dem Behälter bewegt. Der magnetische Kreis besteht aus den magnetisierbaren Teilen 22 und 23, die an der Innenseite des Gehäuses 12 befestigt sind und durch die Spule 24 erregt werden.

Es ist ein Hilfsbeschleunigungsmesser vohanden, welcher unter dem Einfluß der zu messenden Beschleunigungen ein zweites Spannungssignal erzeugt. Der Hilfsbeschleunigungsmesser kann eine handelsübliche Ausführung sein. Ein derartiger Beschleunigungsmesser ist schematisch dargestellt. Am Gehäuse 12 ist das Gehäuse 33 eines solchen Hilfsbeschleunigungsmessers fest angebracht. Es enthält die beiden magnetisierbaren Teile 34 und 35, welche durch die Spule 36 erregt werden und einen magnetischen Kreis bilden. In dem von den Teilen 34 und 35 gebildeten Luftspalt ist die Spule 37 angebracht, welche durch die am Gehäuse 33 befestigten Federn 38 und 39 zentriert wird. Unter 'dem Einfluß von Beschleunigungen in der Richtung a bzw. in Richtung der zu messenden Beschleunigungen bewegt sich die Spule 37 aus ihrer durch die Federzentrierung bestimmten Stellung. Durch die Bewegung der Spule 37 gegenüber den magnetisierbaren Teilen λ 34 und 35 wird in der Spule 37 ein Spannungssignal induziert, welches in dieser Beschreibung als zweites Spannungssignal bezeichnet wird.

Ferner ist ein Schaltkreis vorgesehen, um die in der Spule 21 und der Spule 37 erzeugten Spannungssignale zu addieren. Dieser Schaltkreis besteht aus den Leitungen 25 und 26, durch welche die Spulen 21 und 37 in Serie geschaltet werden, so daß deren Spannungssignale addiert werden.

Eine Rückstellvorrichtung spricht auf dieses addierte Spannungssignal an und übt auf das beschleunigungsempfindliche Element ein Gegendrehmoment aus, um dieses in seine Ausgangsstellung zurückzuführen. In der dargestellten Ausführung besteht diese Vorrichtung aus einer geschlossenen Regelschleife mit einem Elektromotor, welcher im Behälter 10 angebracht ist. Der Motor besteht aus dem Stator 16, :

dem Rotor 17 und dem auf der Rotorwelle 19 befestigten Schwungrad 18. Die Welle 19 ist in den im Behälter 10 angebrachten Zapfenlager 20 drehbar gelagert. Zur Rückstellvorrichtung gehört ferner ein Stromkreis, welcher die Leitungen 25 und 26 über den Verstärker 27 mit der einen Phase 16 a des Stators 16 des zweiphasigen Motors verbindet. Die andere Phase 166 des Stators 16 ist an eine passende Wech- :; selstromquelle 30 angeschlossen. Die Energie für den Verstärker 27 und zur Erregung der Abtastspule 24 sowie der Spule 36 wird ebenfalls der Stromquelle 30 entnommen. Biegsame, entsprechend isolierte Leitun-;;; gen (in Fig. 2 und 3 nicht dargestellt) dienen zur ":;, Übertragung der Energie und der Signale zwischen dem Behälter 10 und dem Gehäuse 12 entsprechend dem in Fig. 3 dargestellten Schaltbild. Das addierte Spannungssignal wird dem Motor so zugeführt, daß die Drehung des Rotors und des Schwungrades in der Richtung des Drehmoments erfolgt, welches durch die zu messenden Beschleunigungen auf den Behälter ausgeübt wird, so daß das Reaktionsmoment am Stator in der entgegengesetzten Richtung angreift und bewirkt, daß der Behälter in seine Ausgangs- oder Nullstellung zurückgeführt wird.

Die Beschleunigung des Rotors 17 des Motors und des Schwungrades 18 ist proportional der Linearbeschleunigung, welche auf die Vorrichtung einwirkt. Somit kann eine Beschleunigungsmessung durchgeführt werden, bei welcher die Drehbewegung des unwuchtigen Organs und der durch die Verschiebung der Ansprechrichtung der Vorrichtung aus der gewünschten Meß richtung hervorgerufene Fehler auf ein Mindestmaß zurückgeführt werden. ^;*.;

Wird im Betrieb das System Beschleunigungen*·! unterworfen, die in der erwünschten Meß richtung >_; ^Ί

liegen, und nimmt man an, daß das Spannungssignal des Hilfsbeschleunigungsmessers genau die richtige Größe hat, die vom Servosystem benötigt wird, um das entsprechende Gegendrehmoment zu erzeugen, welches das unwuchtige Element in seiner Ausgangsstellung hält, dann hat der Regelverstärker die nötige Eingangsspannung, ohne daß es erforderlich ist, daß sich der Behälter 10, d. h. das unwuchtige, beschleunigungsempfindliche Organ überhaupt bewegt. Wenn das Signal des Hilfsbeschleunigungsmessers nicht genau die richtige Größe hat, dann dreht sich der Behälter 10, bis das Spannungssignal seiner eigenen Abtastspule 21 zusammen mit dem Spannungssignal der Spule 37 des Hilfsbeschleunigungsmessers das notwendige Signal ergibt. Auf diese Weise ist es möglieh, die Verstärkung des Servosystems zu verringern, da die einzige Bewegung des beschleunigungsempfindlichen Organs diejenige ist, welche zur Korrektur von Ungenauigkeiten im Hilfsbeschleunigungsmesser notwendig ist. Damit ergibt sich ein Servosystem mit niedriger Verstärkung, welches trotzdem eine kleine Ausgangsspannung der Abtastvorrichtung und dementsprechend eine geringe Bewegung des beschleunigungsempfindlichen Organs aufweist, da der größte Teil des Fehlersignals für das Servosystem vom Hilfsbeschleunigungsmesser geliefert wird.

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Beschleunigungsempfindliche Vorrichtung gemäß Patentanmeldung G 18094 IX/42 o, dadurch gekennzeichnet, daß ein Hilfsbeschleunigungsmesser vorgesehen ist, welcher auf die zu messenden Beschleunigungen anspricht und mit der Vorrichtung verbunden ist, mittels welcher auf den drehbaren Behälter ein Gegendrehmoment ausgeübt wird..

2. Beschleunigungsempfindliche Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Schaltkreis vorhanden ist, mittels dessen das Signal des Hilfsbeschleunigungsmessers zu dem Signal addiert wird, welches durch die Bewegung des Behälters erzeugt wird.

3. Beschleunigungsempfindliche Vorrichtung gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Signal des Hilfsbeschleunigungsmessers die Größe hat, welche von der das Gegendrehmoment erzeugenden Vorrichtung benötigt wird, um das unwuchtige Element in seiner Ausgangsstellung zu halten.

4. Beschleunigungsempfindliche Vorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Hilfsbeschleunigungsmesser magnetisierbare Teile enthält, welche in fester Lage am Lagergehäuse des drehbaren Behälters angebracht sind und zwischen sich einen Luftspalt bilden, und daß sich im Luftspalt eine Spule befindet, welche durch am Gehäuse befestigte Federn zentriert ist, wobei die Federn eine Bewegung der Spule in Richtung der zu messenden Beschleunigung ermöglichen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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