Компенсационный акселерометр Советский патент 1984 года по МПК G01P15/13 

Изобретение относится к приборостроению и предназначено для измерения ускорения. Известен компенсационный акселерометр, содержащий инерционный элемент, установленные с противоположных сторон от него электромагниты, обмотки которых соединены с выходами соответст вующих усилительно-преобразовательных блоков, датчи положения инерционного элемента, подключенный к входу блока динамической коррекции, блок суммирования и блок вычитания, одни из входов которых подключены к источнику опорного сигнала, вторые - к вьйходу блока динамической коррекции, а выходы - к входам соответствугацих усилительно-преобразовательных блоков, и блок индикации, входы которого соединены с выходами усилитель но-преобразовательных блоков Cl. . В известном акселерометре ускорение, пропорциональное разности электромагнитных сил, компенсирующих инерционную силу, вычисляется по разности токов в обмотках электромагнитов, но разность токов нелинейно связана с разностью электромагнитных сил, причем нелинейность обусловлена изменением зазоров между электромагнитами и инерционным эпементом. Значия-елььую погрешность в изменение ускорения вносят нелинейность и гистерезнс характеристик намагничивания магнитопроводов электромагнитов и инерционного элемента, а также влияние температуры на магнитную проницаемость магнитопроводов. Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является KONmeHсационнЕлй акселерометр, содержащий инерционный элемент, расположенный в зазоре межлу двумя электромагнитами, обмотки которых соединены с входами усилитель-преобразователь ны блоков, датчик положения инерционно го элемента, подключенный к входу блока динамической коррекции, блок суммирования и блок вычитания, одн из входов которых подключены к исто нику опорного сигнала, другие к выходу блока динамической коррекции, блок индикации, датчики индукции, чувствительные элементы которых раз мещены в зазорах между инерционным элементом и соответствующим электро магнитом, два интегратора и две схе мы сравнения, причем одни из входов схем сравнения соединены с соответствугадими входами блока суммировани и блока вычитания и с входами блока индикации, а выходы с входами интег торов, выходы которых подключены к соответствующим входам усилительнопреобразовательных блоков Г23. . Недостатком известного компенсационного акселерометра является низкая точность измерения ускорения, обусловленная тем, что с низкой точностью измеряется индукция в зазорах между электромагнитами и инерционным элементом. Цель изобретения - повышение точности измерения. Поставленная цель достигается тем, что в компенсационный акселерометр, содержащий инерционный элемент, расположенный в зазоре между двумя электромагнитами, обмотки которых соединены с выходами усилительно-преобразовательных блоков, датчик положения инерционного элемента, подключенный к входу блока динамической коррекции, два регулятора индукции, чувствительные элементы которых размещены в зазорах между инерционным элементом и соответствующим электромагнитом, два блока сравнения, блок cyMNiHpoBaHHH и блок вычитания, одни из входов которых подключены к источнику опорного сигнала, а выходы - к входам соответствующих блоков сравнения, блок индикации, введен модулятор, один вход которого подключен к выходу блока динамической коррекции, другой - к источнику опорного сигнала, а выход - к блоку индикации и к вторым входам блоков суммирования и вычитания, при этом вторые входы блоков сравнения соединены с чувствительными элементами регуляторов индукции, а выходы - с входами усилительно-преобразовательных блоков. На чертеже изображена схема компенсационного акселерометра. Компенсационный акселерометр содержит инерционный элемент 1, расположенный в зазоре между двумя электромагнитами 2, датчик 3 положения инерционного элемента,подключенный к входу блока 4 динамической коррекции, два регулятора индукции, каждый из которых включает в себя чувствительный элемент 5 электродвижущей силы индукции, размещенной в зазоре между инерционным элементом и соответствующим электромагнитом, блок 6 сравнения и усилительно-преобразовательный блок 7, подключенный к обмотке соответствующего электромагнита, блок 8 суммирования и блок 9 вычитания, первые входы которых подключены к источнику 10 опорного сигнала, а выходы к одк :м из входов соответствующих блоков сравнения, вторые вхрды блоков сравнения подключены к чувствительным элементам электродвижущей силы индукции, а выходы - к входам усилительнопреобразовательных блоков, блок 11 , индикации и модулятор 12, вход ко- торого подключен к выходу блока динамической коррекции, а выход к блоку индикации и к вторым входамблока сум14ирования и блока вычитания, вход опорного сигнала модулятора подключен к источнику опорного сигнала. Компенсационный акселерометр работает следующим образом, При отсутствии ускорения инерционный элемент 1 находится в среднем положении относительно двух электромагнитов 2, Сигналы на выходах датчика 3 положения, блока -4 динамической коррекции, модулятора 12, на вторых входах блока 8 суммирования и блока 9 вычитания и на входе индикатор равны нулю. Равные сигналы переменного напряжения синусоидальной формы с источника 10 опорного сигнала через блок 8 сумми рования и блок 9 вычитания подаются на одни из входов блоков б сравн ния. Эти сигналы являются управляющими сигналами регуляторов индукции, в соответствии с ними устанав ливаются равные синусоидальные индукции со стабилизированной амплитудой и формой в зазорах между элек ромагнитами 2 и инерционным элементом 1. Погрешность задания индук ции в каждом зазоре будет определят ся погрешностью регулятора индукции которая складывается из статической погрешности регулятора и погрешност датчика электродв1-шущей силы индукции, причем статическая погрешность уменьшается с увеличением коэффициента усиления контура регулирования индукции, а звенья в контуре таковы, что устойчивость его мож но обеспечить при увеличении коэффициента усиления до десятков тысяч в то же время погрешность датчика электродвижущей силы индукци мала. Суммарная относительная погрешность регулятора индукции может быть снижена до тысячных долей процента, а относительная погрешность измерения ускорения на верхнем пределе определится как удвоенная относительная погрешность регулятора иншукции. При действии ускорения инерционный элемент 1 смещается, например, вправо , на выходе датчика 3 положения появляется сигнал положительной полярности и поступает на вход блока 4 динамической коррекции, который вводит производную от измен ния величины напряжения в структуру сигнала и тем самым формирует необходимые динамические характерно тики в системе стабилизации зазоров между электромагнитами 2 и инерционным элементом 1, Скорректированный сигнал модулируется модулятором 12, причем частота и форма выходного сигнала модулятора определяется выходным напр)жением источника 10 опорного сигнала, а фаза - полярностью входного напряжения в модулятор. При положительной полярности входного напряжения в модулятор фаза выходного напряжения совпадает с фазой опорного напряжения, пЬданного с источника 10 опорного сигнала. Вблоке 8 суммирования переменные напряжения с источника 10 опорного сигнала и с модулятора 12 складываются, а в блоке 9 ВЕлчитания вычитаются. Результирующие синусоидальные напряжения подаются на одни из входов соответствующих блоков сравнения. При этом на левом блоке 6 сравнения результирующий сигнал оказывается больше чем на правом, регуляторы индукции увеличивают индукцию в зазоре между левым электромагнитом и инерционным элементом и уменьшают в зазоре между правым электромагнитом и инерционным элементом. Электромагнитная сила левого электромагнита -становится больше Электромагнитной силы правого элект|ромагнита, разностная электромаг- нитная сила компенсирует инерционную силу, пропорциональную измеряемому ускорению. Величина ускорения определяется по величине переменного синусоидального напряжения на выходе модулятора, а направление действия ускорения по фазе этого напряжения. Таким образом, предлагаемое усовершенствование компенсационного акселерометра увеличивает точность измерения ускорения за счет снижения погрешности передачи сигналов по це-. пям от измерителей электродвижущей силы индукции до индикатора. Достижение положительного эффе.хта в предлагаемом акселерометре заключается в повышении точности измерения ускорения. Этот эффект достигается при одновременном действии следукхдих факторов: формированием сфазированных управляющих сигналов на перВЕлх входах блоков сравнения, что достигается введением модулятора, вход которого подключен к выходу блока динамической коррекции, а выход к вторым входам блока суммирования и блока вычитания, вход опор- .; ного сигнала модулятора подключен к источнику опорного сигнала, регулированием текущего-значения ЭДС индукции в каждом электромагнитном контуре, второй вход блока сравнения которого подключен к чувствительному элементу ЭДС индукции, наличием постоянного фазового сдвига между ЭДС индукции, и ин-дукцией , не зависящего от параметров электро1 . магнита и зазора, точной связью иидукцией в.зазорах между инерциейным элементом и электромагнитгида с 1068820« последующим ускорением .в соответсгсвии с законами Ньютона и формулой Максвелла.

КОМПЕНСАЦИОННЫЙ АКСЕЛЕРОМЕТР, содержавши инерционный элемент, расположенный в зазоре между двумя электромагнитами, обмотки которых соединены с выходами усилительно-преобразовательных блоков, датчик положения инерционного элемента, подключенный к входу блока , динамической коррекции, два регулятора индукции, чувствительные элементы которых размещены в зазорах между инерционным элементом и соответствующим электромагнитом, два блока сравнения, блок суммирования и блок вычитания, одни из входов которых подключе 1ы к источнику опорного сигнала, а выходы - к входам соответствующих блоков сравнения, блок индикации, отличаюцийс я тем, что, с целью повышения точности измерений, в него введен модулятор, один вход которого подключен к выходу блока динамической коррекции, другой - к источнику опорного сигнала, а выход - к блоку индикации и к вторым входам блоков суммирования и вычитания, при этом вторые входы блоков сравнения соединены с чувствительными элементами регуляторов индукции, а выходы с входами усилительно-преобразовательных блоков.