Акселерометр Советский патент 1984 года по МПК G01P15/93 

Изобретение относится к измерител ной, технике и может быть использован для измерения низкочастотных линейны ускорений. Известны акселерометры, содержаюие полый цилиндр. с жидкостью, которая составлена из смеси двух компо нентов различной вязкости, плотности и прозрачности, привод постоянной скорости и фотоэлектрический датчик положения жидкости 1J . Недостатком данных акселерометров является ограниченный срок службы. Известны акселерометры, в которых чувствительным элементом служит жидкость, частично заполняющая полый ро тор , приводимый в равномерное вра- . щение двигателем. Жидкость имеет зер кальную свободную поверхность, а съем информации осуществляется с помощью оптико-электронного датчика 2J Недостатком такого акселерометра является наличие температурной погрешности, обусловленной зависимость объема жидкости от температуры, Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемо му результату является акселерометр, содержащий цилиндрический сосуд, час тично заполненньй жидкостью с зеркальной свободной поверхностью, привод постоянной скорости, оптический излучатель и фотоприемник, установленные вблизи разных торцов сосуда, и источник питания оптического излучения sj. Недостатком такого акселерометра является наличие погрещности, обусло ленной ускоренным перемещением в направлении, ортогональном измерительной оси акселерометра. Цель изобретения - снижение погрешности, обусловленной ускоренным перемещением в направлении, ортогональном измерительной оси акселерометра. Указанная цель достигается тем, что акселерометр, содержащий цилиндрический сосуд, частично заполненный жидкостью с зеркальной свободной поверхностью, привод постоянной скорости оптический излучатель и фото- .приемник, установленные вблизи торцов сосуда, и источник питания onTHMecKoif-o излучения, дополнительно снабжен восемью коммутаторами ruifepaTOpOM, устройством управления, ycтpoйcтвo l регистрации и датчиком частоты вращения сосуда, причем оп- тический излучатель выполнен из четырех источников света, установленных под равными углами по отношению к измерительной оси акселерометра, выход источника питания оптического излучения соединен с первыми входами первого, второго, третьего и четвертого коммутаторов, выходы каждого из которых соединены с соответствующим источником света, второй вход первого, второго, третьего и четвертого коммутаторов соединены соответственно .с первым, вторым, третьим и четвертым выходами устройства управления, первый вход которого соединен с выходом генератора, второй вход - с выходом датчика частоты вращения сосуда, при этом выход фотоприемника соединен с первыми входами пятого, шестого, седьмого и восьмого коммутаторов, выходы которых соединены со входом устройства регистрации, а второй вход пятого, шестого, седьмого и восьмого коммутаторов соединены соответственно с первым, вторым, третьим и четвертым выходами устройства управления. Устройство управления содержит делитель частоты, формирователь, три преобразователя число импульсов код и мультиплексор, при этом первый вход устройства управления соединен со входом делителя частоты и с первым входом второго преобразователя, второй вход устройства управления соединен через формирователь со вторыми входами преобразователей и с пер вым выходом устройства управления, выход делителя частоты соединен с первым входом первого преобразователя, соответствующие выходы которого соединены с соответствующими входами первой группы мультиплексора, его выход соединен с первым входом третьего преобразователя и с третьим входом второго преобразователя,соответствующие выходы которого соединены с соответствующими входами второй группы мультиплексора, а первьй, второй и третий выход;,) третьего преобразователя соединены соответственно со вторым, третьим и четвертым выходами устройства управления. Сущность изобретения состоит в снижении погрещности, обусловленной ускоренным перемещением акселерометра в направлении ортогональном его измерительной оси, обеспечиваемой путем формирования в течение одного оборота сосуда, в котором помещена жидкость с зеркальной свободной поверхностью четырех оптических лучей, последовательно следующих во времени один за другим и падающих на разные участки свободной поверхности жидкости, регистрации отраженных световых сигналов и их последующем суммировании в устройстве регистрации. На фиг.1 представлена схема акселерометра; на фиг,2 - функциональная схема устройства управления; на фит.З временные диаграммы, поясняющие принцип действия устройства управления. Сосуд 1, частично заполненный жидкостью 2, имеющей зеркальную свободную-поверхность, установлен в опорах 3. Сосуд приводится во вращение при помощи привода 4. Оптический излучатель 5 установлен в нижней части сосуда и содержит четыре источ ника света 6. В верхней части сосуда расположен фотоприемник 7. Датчик числа оборотов сосуда содержит зеркало 8, источник излучения 9 и приемник 10. Источник питания il оптического излучения подключен ко входа первого, второго, третьего и четвертого коммутаторов 12-15, а выход фотоприемника 7 - ко входам пятого, шестого, седьмого и восьмого коммута торов 16-19 соответственно. Генератор 20 подключен к первому входу уст ройства управления 21, ко второму входу которого подключен выход приемника 10 датчика числа оборотов. Выходы устройства управления подключены к управляющим входам коммутаторов 12-19. Выходы коммутаторов 16-19 подключены ко входу регистрирующего устройства 22. К первому входу 23 устройства управления подключен делитель 24, пред назначенный для деления частоты следования электрических импульсов на четыре, а к второму входу 25 - форми рователь 26, обеспечивающий формирование импульса заданной амплитуды и длительности. Выходы элементов 24 и 26 подключены ко входу преобразователя 27 последовательности электрических импульсов в параллельный код, Преобразователь 27 обеспечивает хранение преобразованного кода между двумя импульсами, поступающими на его вход, т.е. в течение одного пе- риода вращения сосуда. Преобразователь 27 состоит из схемы управления 28, двоичного счетчика 29 и регистра сдвига 30. Выходы преобразователя 27 подключены на первые входы мультиплексора 31, на вторые входы которого подключены выходы преобразователя 32. Преобразователь 32 обеспечивает четырежды преобразованные последовательности электрических, импульсов в параллельный двоичный код на интервале между импульсами, поступающими на его второй вход и содержит схему управления 33 и двоичньй счетчик 34. Первый вход преобразователя 32 подключен, ко входу 23 устройства управления , второй вход - к выходу формирователя 26, третий вход - к выходу мультиплексора 31. Преобразователь 35, подключенный своим первым вкодом к выходу мультиплексора 31, а.вторым к выходу формирователя 26, предназначен для формирования сигналов на соответствующих выходах в зависимости от числа импульсов на «ходе. Преобразователь 35 содержит двоичный счетчик 36 и дешифратор 37. Преобразователь 35 своими выходами 38-41 подключен ко входам управления коммутаторов 12-15 и 16-19 соответственно. Акселерометр работает следующим образом. Сосуд 1, заполненный жидкостью 2, приводится во вращение в опорах 3 при помощи привода 4. Наличие ускорения вдоль оси враения, являющейся измерительной осью акселерометра, приводит к тому, что свободная поверхность жидкости 2 принимает форму усеченного парабооида вращения. Световой сигнал от оптического излучателя 5 направлен под углом () , падает на свободьгую поверхность жидкости на уровне Н(2 (Н - высота сосуда, отражается и поступает на фотопрпемш1К 7. При этом, так как на первый вход устройства правления 21 поступает сигнал от генератора 20, а на его второй вход За каждый оборот сосуда 1 - импульс с датчика частоты вращения сосуда выхода приемника 10), то в течение первой четверти периода вралцения сосуда 1 с первого выхода устройства управления 21 на вторые входы коммутаторов 12-16 поступают сигналы

управления. Вследствие этого источник питания 1,1 подключается к пер.вому источнику света 6, а фотоприемник 7 - к первому входу устройства регистрации 22. Излучатель 5 содержит четыре источника света, равномерно расположенных по окружности и наклоненных к плоскости торца цилиндра сосуда 1 под углом ф.

В течение второй четверти периода вращения сосуда 1 до сигналу со второго выхода устройства управления 2 подается питание только на второй источник света оптического излучателя 5 (через коммутатор IЗ), а фотоприемник 7 подключается через коммутатор 7 на второй вход устройства регистрации 22.

В течение третьей, и четвертой четвертей периода вращения работают соответственно третий и четвертый источники света, коммутируемые соответственно по сигналам с третьего и четвертого выходов устройства управления 21 коммутаторами 14 и 15, а фотоприемник 7 подключается соответстгвенно к третьему и четвертому входам устройства регистрации 22 с помощью коммутаторов 18 и 19.

Устройство регистрации суммирует сигналы, поступающие на его входы.

Устройство управления работает следующим образом.

Каждьй импульс с приемника 10 поступает на вход 25 устройств управления. Импульсы от генератора 20 поступают на вход 23, после деления частоты их следования в делителе 24 на четыре они поступают на вход пре образователя 27 и далее в виде параллельного кода - на первые входы мультиплексора 31. С поступлением импульса от вхрда 25 и формирования заданных его параметров формирователем 26 осуществляется обнуление выходных сигналов преобразователей 32 и

35 и подготовка преобразователя 27 .(обнуляются показания счетчика 29 при сохранении информации на вькоде регистра ЗО). Одновременно на выходе 38 появляется сигнал, Затем преобразователь 32 производит преобразование последовательности импульсов, поступающих на его первый вход, в параллельный двоичный код,, который поступает на вторые входы мультиплексора 31. При этом емкость счетчика 34 этого преобразователя выбрана такой, что она равна четвертой части числа импульсов, заполняющих интервал между двумя импульсами на входе 25, Вследствие этого через Т/4, где Т интервал между двумя импульсами на входе 25, с выхода мультиплексора 31 снимается сигнал, по которому состояние преобразователя 32 обнуляется, а на первом выходе преобразователя 35, т.е. на выходе 39 появляется импульс Преобразователь 32 начинает преобразование аналогично рассмотренному и через Т/2, от момента появления импульса на выходе формирователя 26 на выходе мультиплексора 31 снова появляется сигнал. Далее рабрта устройства управления повторяется, в результате чего последовательно формируются сигналы на выходах 40 и 41.

С поступление второго импульса от входа 25 происходит обнуление выходов преобразователей 32 и 35, а в преобразователе 27 - обнонление информации, т.е. состояние счетчика 29 переносится, в регистр 30 и затем этот код поступает на первые входы мультиплексора 31, где хранится в течение времени Т. Затем цикл работы повторяется.

Таким образом, изобретение позволяет снизить погрешности, обусловленные ускоренным перемещением акселерометра в направлении, ортогональном его измерительной оси.

2 /

22

Фиг.1

1. АКСЕЛЕРОМЕТР, содержащий цилиндрический сосуд, частично заполненный жидкостью с зеркальной свободной поверхностью, привод постоянной скорости, оптический излучатель и фотоприемник, установленные вблизи разных, торцов сосуда, и источник питания оптического излучения, отличающийся тем, что, с целью снижения погрешности, с условленной ускоренным перемещением в направлении, ортогональном измерительной оси акселерометра, он дополнительно снабжен восемью коммутаторами, генератором, устройством управления, устройством регистрации и датчиком частоты вращения сосуда, причем опти.ческий излучатель выполнен из четырех источников света, установленных под равными углами по отношению к измерительной Оси акселерометра, выход источника питания оптического излучения соединен с первыми входами первого, второго, третьего и четвертого коммутаторов, выходы каждого из которых соединены с соответствующим .источником света, второй вход первого, второго, третьего и четвертого коммутаторов соединены соответственно с первым, вторым, третьим и четвертым выходами устройства управления, первый вход KOTQporo соединен с выходом генератора, второй вход - с выходом датчика частоты вращения сосуда, при этом выход фотоприемника - . соединен с первыми входами пятого, шестого, седьмого и восьмого коммутаторов, выходы которых соединены со входом устройства регистрации, а второйвход пятого, шестого, седьмого и восьмого коммутаторов соединены соответст веяно с первым,втором,третьими четвертым выходами устройства управления . 2. Акселерометр по п.1, отли§ чающийся тем, что устройство . управления содержит делитель частоты, (Л формирователь, три преобразователя число импульсов - код и мультиплексор, при этом первьм вход устройства управления соединен со входом делителя частоты и с первым входом второго преобразователя, второй вход устройства управления соединен через формирователь со вторыми входами преобразователей и с первым выходом устройства управления, выход делителя частоты соединен с первым входом первого преобразователя, соответствующие выходы которого соединены С соответствующими входами первой группы мультиплексора, его выход соединен с первым входом третьего преобразователям с третьим входом второго преобразователя,соответствующие выходы которого соединены с соответствующими входами второй группы мультиплексора, а первый,второй и третий выходы третье- го преобразователя соединены соответственно со вторым, третьим и четвертым выходами устройства управления.