Устройство для динамической градуировки ударного акселерометра Советский патент 1983 года по МПК G01P21/00 

Изобретение относится к измерительной технике и может применяться при градуировке ударных акселерометров в импульсном режиме.

Известны устройства для градуиро ки ударных акселерометров, реализующие метод градуировки по импульсу ударного ускорения. Сущность баллистического метода заключается в измерении импульса ускорения по приращению скорости акселерометра в результате удара и в сравнении с ни проинтегрированного по времени сигнала акселерометра .

Метод баллистической градуировки достиГ высокого уровня развития, однако во всех известных устройствах градуировочный коэффициент аксе«лерометра получается в результате математической обработки результатов ручного обмера осциллограммы ударного процесса, полученной-Ъутем регистрации выходного сигнала акселерометра.

При этом следует отметить, что эти операции отличаю: сп сложностью, требуют от обслуживающего персонала достаточно высоких профессиональных навыков, и, кроме того, занимают примерно половину времени, необходимого для градуировки акселерометра, т.е. имеет место существенное снижение производительности труда при градуировочных работах, а также неизбежно вносятся дополнительные погрешности в градуировку .

Наиболее близким по. технической сущности к предлагаемому является устройство, содержащее стенд для задания ударного импульса, измеритель скорости встречи и отскока платформы ударного стенда, ключ, интегратор, согласующий усилитель и электропроводный .тормозной элемент 2,

Недостаток этого устройства состоит в том, что оно фактически не производит градуировку, т.е. не позволяет определить в эксперименте коэффициент чувствительности акселерометра и величину пикового ускорения, при котором-производилась градуировка, как это предусмотрено нормативно-технической документацией, а только лишь оценивает погрешность градуировочного коэффициента, да и то по косвенным данным через различие значений начальной скорости платформы, зафиксированнЕлм в эксперименте.

Кроме того, в указанном устройстве для управления схемой измерения используется весьма сложная система содержащая датчик положения платформы, компаратор, вьщеляющий момент, когда скорость равна нулю, ключи и т.д. Наличие датчика положения платформы относительно тормозного элемента требует или предварительной весьма тщательной юстировки его под конкретный тормозной элемент, или налаженного производства тормозных элементов по весьма высокому классу точности. И то и другое увеличивает трудозатраты на градуирку.

Цель изобретения - повышение точности градуировки путем автоматизации получения -необходимых данных и сокращения трудозатрат на подготовку эксперимента.

Указанная цель достигается тем, что в устройство для градуировки ударного акселерометра, содержащее стенд для задания ударного импульса измеритель скорости встречи и отскока платформы ударного стенда, ключИ интегратор, согласующий усилитель и электропроводный тормозной элемент, введены пиковый вольтметр, дв блока деления, имеющих входы Делимое и Делитель , два блока оторажения информации, причем первый блок деления входом Делимое подключен к выходу интегратора, входом Делитель - к выходу измерителя скорости встречи и отскока платформ ударного стенда, а выходом к входу первого блока, отображения информации и входу Делитель второго блока деления, который входом Делимое подключен к выходу пикового вольтметра, а выходом - к входу второго блока отображения информации, выход согласующего усилителя подключен через ключ к входам интегратора и пикового вольтметра, а элекропроводный тормозной элемент подключен к управляющим входам ключа и измерителя скорости встречи и отскока платформы и к одному из входов триггера, выход которого подключен к входу интегратора для начальной нулевой установки.

Информация о коэффициенте чувст.вительности градуируемого акселерометра с первого устройства отображения информации, а с второго устройства отображения информации снимается информация о пиковом ускорении, при котором получено значение коэффициента чувствительности акселерометра.

На чертеже представлена структурная схема устройства для динамической градуировки акселерометра.

Устройство содержит стенд для задания ударного импульса, включающий платформу 1, электропроводный тормозной элемент 2, электроизолирующую прокладку 3 между тормозным элементом и узлом 4 стенда, в котором он закрепляется, а также градуируемый акселерометр 5, согласующий усилитель 6, устройство 7 для измерения скорости встречи платформы с тормозным элементом стенда и скорости отскока платформы после удара, ключ 8, интегратор 9, первое 10 и второе 11 -делительные устройства, первое 12 и второе 13 устройства для отображения информации, триггер 14 и пиковый вольтметр 15. Первое делительное устройство 10 входом Делимое подключено к выходу интегратора 9, входом Делитель - к выходу устройства 6 для измерения скорости встречи и отскока платформы, а выходом - к входу первого устройства 12 отображения-информации и входу Делитель второго делительного устройства 11. Второе делительное устройство 11 входом Делимое подключено к выходу пикового вольтметра 15, а выходом - к входу второго устройства 13 отображения информации.

Выход согласу гадего усилителя б через ключ 8 подключен к входу интегратора 9 и к входу пикового вольтметра 15. Тормозной элемент 2 электрически соединен с входом триггера 14 и управляющим входом ключа 8, а выход триггера 14 подключен к входу интегратора 9, что обеспечивает начальную нулевую установку интегратора ,

Перед началом работы устройства триггер 14 устанавливают в таком состоянии, чтобы сигнал с его выхода обеспечивал начальную нулевую установку интегратора 9, а сигнал, снимаемый с незаземленного тормозного элемента 2, обеспечивал закрытое состояние ключа 8. В процессе рабочего цикла платформа 1 разгоняется, перемевГаясь в направляющих, до сопр1икосновения с тормозным элементом 2, после этого платформа начинает тормозиться, испытывая замедление, а тормозной элемент при этом испытывает пластическую и упругую деформации (есть стенды, в которых используется только упругая деформация) .

Когда кинетическая энергия, запасенная платформой в процессе разгона, будет израсходована (закончится формирование переднего фронта ударного импульса), то платформа по действием сил упругой деформации тормозного элемента начнет обратное движение (отскок), при этом будет формироваться задний фронт ударного импульса, и как только энергия упругой деформации тормозного элемента полностью перейдет в кинетическую энергию платформы, платформа, дости нув определенной скорости (скорости отскока), выйдет из соприкосновения с тормозным элементом, при этом закончится формирование ударного импульса, и далее в работу вступают так называемые улавливающие устройства, предназначенные погасить энергию отскока и пре&1твратить повторные удары по тормозному элементу.

Так как тормозной элемент 2 выполнен электропроводным и изолированным от остальных .конструкций стен да, то в электрической цепи, в которую он включен, будет возникать импульс, передний фронт которого будет совпадать с началом ударного процесса (платформа, электрически соединенная с общей шиной измерительной схемы через металлические конструкции стенда и корпус градуируемого акселе{эометра 5, вошла в соприкосновение

5 с тормозным элементом и заземлила его), а задний фронт его будет совпадать с окоччанием ударного процесса (платформа выиша из соприкосновения с тормозным элементом и заземQ ляющая цепь разорвалась). Этот импульс поступает на управляющий вход ключа и, открывая его, обеспечивает прохождение на измерительно-вычислительную часть устройства только

, сигналов, соответствующих ударному процессу, а паразитные сигналы, воэникакяцие в результате действия улавлив ющих устройств и от повторных ударов, отсекаются ключом 8 и не вносят погрешностей в измерения.

0 Передний фронт импульса/ возникающего в цепи тормозного элемента, переводит триггер 14 в друIгое устойчивое состояние, в резуль1тате чего на. его выходе возникает

5 сигнал, разрешающий интегратору 9 нормальную работу в режиме интегрирования. Сигнал с выхода интегратора 9, пропорциональный изменению скорости платформы 1, полученной в

0 результате удара о тормозной элемент, поступает на вход Делимое первого делительного устройства 10,

Делитель

поступает сига на вход

нал с выхода измерителя б скорости с встречи и отскока платформы ударного стенда. Измеритель скорости встречи и отскока платформы ударного стенда обеспечивает измерение скорости встречи платформы непосредственно в момент, предшествующий началу торло50жения платформы тормозным элементом, а также в момент окончания ударного процесса, осуществляет скалярное суммирование этих скоростей и обеспечивает сохранение этой информации 5 на своем выходе в течение времени, необходимого для работы делительных устройств. Управление измерителем скорости встречи и отскока . платформы осуществляется сигналом, 0 возникающим в цепи электропроводного тормозиого элемента. Скорость встречи фиксируется в момент возникновения переднего фронта импульса, а скорость отскока - в момент формирования заднего фронта импульса.

На выходе первого делительного устройства по окончании вьтолнения операции деления выделится сигнал, пропорциональный коэффициенту чувствительности градуируемого акселерометра. Это вытекает из соотношений, приведенных ниже.

Изменение скорости объекта, полученное в результате соударения, может быть определено интегрированием ускорения, которое испытал объект в процессе удара:

Kv JA)t)dt,(1)

где A(fc) - ускорение объекта;

Сн длительность ударного

процесса.

В частном случае соударения платформы ударного стенда о неподвижную массивную наковальню изменение скорости равняется сумме скорости встре чи и скорости отскока платформы, т.е соотношение (1) можно записать в следующем виде

V-rf |A{t)dt, (2)

о .

где V.

-скорость встречи платвстрформы с тормозным элементом;

-скорость отскока платотекформы после удара.

С другой стороны, сигнал с выхода акселерометра линейно связан с ускорением, действующим на акселерометр

I3(t} h.A(t

(3)

) где UQ(t)

- выходной сигнал акселерометра ;

; h - коэффициент чувствительности акселерометра. I Сигнал на выходе интегратора в предлагаемом устройстве с учетом формул (2) и (3) будет выражаться ;следу ощим соотношением;

)di.

J TV

U .ИИТ. 1 о

.kiiLi

CVBCTP VCK). ., , W)

где и сигнал на выхода инВЫЧ.ИКТ. тегратора по окончани ударного процесса;

т постоянная времени интегратора;

с коэффициент усиления согласующего усилителя.

Решив соотношение (4) относитель но коэффициента чувствительности аксвлерометга, получим основное выражение (5), которое показывает, что на выходе первого делительного устройства после окончания ударного процесса и выполнения операции деления будет сигнал, пропорциональный коэффициенту чувствительности градуируемого акселерометра

V,I ЦбЬ№.МЬТ.

Tl К,., м4V (

CV

Выбрав надлежащим образом постоянные Т и KCS легко получить информацию о коэффициенте чувствительности градуируемого акселерометра на первом устройстве 12 отображения без коэффициента пересчета.

Сигнал с выхода первого делительного устройства поступает на вход

Делитель

второго делительного

устройства 11, а на вход ДелиI

с выхода пикового вольтметра 15. Пиковый вольтметр выдает сигнал, равный пиковому значению сигнала с выхода акселерометра. На выходе второго делительного устройства 11 после окончания операции деления будет сигнал, пропорциональный пиковому ускорению. Это следует из формулы (б), которая получена из (3) путем замены текущих значений пиковыми

к:г(6)

мокс

С1

где - пиковое ускорение;

и

сигнал на выходе пиковомакс

го вольтметра.

Величина пикового ускорения отображается на втором устройстве отображения информации.

Учитывая быстродействие современных электронных схем, сигналы, соответствуквдие градуированному коэффициенту акселерометра и величине пикового ускорения, при котором производилась градуировка, в предлагаемом устройстве могут быть получены и отображены на устройствах отображения информации практически мгновенно.

Не требуется также никаких предварительных юстировок, кроме того снижаются требования к точности изготовления тормозных элементов ударного стенда. Производительность труда при градуировочных работах повышается в среднем на 50% и снижаются требования к профессиональной подготовке обслуживающего персонала. .

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ДИНАМИЧЕСКО ГРАДУИРОВКИ УДАРНОГО АКСЕЛЕРОМЕТРА содержащее стенд для задания ударно го импульса, измеритель скорости встречи и отскока платформы ударного стенда, ключ, интегратор, согласующий усилитель и электропроводящай тормозной элемент, отличающееся тем, что, с целью повышения точности градуировки, в него введены пиковый вольтметр, два .f блока деления, имеющих входы Делимое и Делитель, два блокаОтображения информации, причем пэрвый блок деления входом Делимое подключен к выходу интегратора, входом Делитель - к выходу измерителя скорости встречи и отскока платформы ударного стенда, а выходом к входу первого блока отображения информации и входу Делитель второго блока деления, который ё :одом Делимое подключен к выходу пикового вольтметра, а выходом - к входу второго блока отображения информации, выход согласующего усилителя подключен через ключ к входам интегратора и пикового вольтметра, | а электропроводный тормозной элемент подключен.к управляющим входам ключа и измерителя скорости встречи и отскока платформы и к одному из входов триггера, выход которого подключен к входу интегратора для начальной нулевой установки.