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 соответствующих усилительно-преобразовательных блоков, датчик положения инерционного элемента, подключенный к входу блока динамической коррекции блок суммирования и блок вычитания, один из входов которых подключены к источнику опорного сигнала, вторые к выходу блока динамической коррекции, а выходы - к входам соответствующих усилительно-преобразовательных блоков, и блок индикации, входы которого соединены с выходами усилительно-преобразовательных блоков lj, 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 межд-у электромагнитами и инерционным элементом, наличием гистерезиса принамагничивании магнитопроводов и инерционного элемента, влиянием температуры на магнитную проницаемость магнйтопроводов, что обуславливает высокую погрешность измерения ускорения.

Наиболее близким к предлагаемому является компенсационный акселерометр, содержащий инерционный элемент расположенный в зазоре между двумя электромагнитами, обмотки которых соединены с выходами усилительнопреобразовательных блоков, датчик положения инерционного элемента, подключенный к входу блока динамической корретсции, блок суммирования и блок вычитания, одни из входов которых подключены к источнику опорного сигнала, другие - к вьжоду блока дина 1ической коррекции, блок индикаго и, датчики индукции, чувствительные элементы которых размещены в зазорах между инерционным элементом и соответствующим электромагнитом, два интегратора и две схемы сравне- ПИЯ, причем одни из входов схем

сравнения соединены с соответствующими выходами блока суммирования и блока вычитания и с входами блока индикации, а вькоды - с входами интеграторов, выходы которых подключены к соответствуюп(им входам усилительно-преобразовательных блоков, вторые входы схем сравнения подключны к выходам соответствующих датчиков индукции fl .

Недостатками этого компенсационного акселерометра являются низкая точность и узкий диапазон измеряемых ускорений, связанные с наличием двух .плеч управления силами в зазорах между инерционным элементом и электромагнитами с различными коэффициентами передачи. Относительная максимальная погрещность измерения ускорения этим компенсационным акселерометром определяется из выражения

bk a,

u«ma,x k

(1)

где д а Q - максимальная относительная погрешность измерения ускорения;

. тл

-- - относительная погреш0 ность коэффициента передачи плеча компенсационного акселерометра; man максимальное измеряемое

прибором ускорение; О - фактически измеряемое

прибором ускорение. Даже при относительно низкой погрешности коэффициента передачи плеча компенсационного акселерометра (не более 0,01%) погрешность изг мерения максимального ускорения составляет 0,02% и увеличивается в десять раз при каждом десятикратном уменьшении величины измеряемого ускрения. В этом случае легко определяется порог чувствительности компенсационного акселерометра. Например, при максимальном измеряемом ускорении 10, Д g ускорение силы земного притяжения, он составит 2«10rf, т.е. диапазон измеряемых ускорений менее четырех порядков. Снижая величину максимального измеряемого ускорения, мож;но снизить измеряемое ускорение на пороге чувствительности,- но диапазон измеряемых ускорений остается прежним.

Цель изобретения - увеличение точности и расширение диапазона измеряемых ускорений.

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, блок суммирования и блок вычитания, источйик опорного сигнала, блок индикации, датчики индукции, чувствительные элементы которых размещены в зазорах между инерционным элементом и соответствующим электромагнитом, два интегратора и две схемы сравненияу причем одни из входов схем сравнения соединены с соответствукш ини выходами блока суммирования и блока вычитания, а выходы - d входами интеграторов, выходы которых подключены к соответствующим входан усилительно-преобразовательных блоков, вторые входы схем сравнения подключены к выходам соответствующих датчиков индукции, введены управляемый делитель и управ усилитель, вход которого подключен к источнику опорного сислала, а выход - к вторым входам блока суммирования и блока вычитания, первые входы которых ПОДКЛЮЧЕНЫ к первому ВХОДУ управляемого усилителя, второй выход которого подключен к блоку индикации и к управляющим входам управляемого делителя и управляемого усилителя, а вход - к выходу блока ди-.

.намической коррекции.

На чертеже приведена функциональная схема компенсационного акселерометра.

Компенсационный акселерометр содержит инерционный элемент 1, расположенный в зазоре между двумя электромагнитами 2. обмотки которых соединены с выходами усилительно-преобра1зовательньк блоков 3, датчик положения 4 инерционного элемента, подключенный к входу блока динамической коррекции 5, блок суммирования 6 и блок вычитания 7, источник опорного сигнала 8, блок индикации 9, датчикИ индукции 10, чувствительные элементы 11 которых размещены в зазорах между инерционньм элементом и

соответствующим электромагнитом, два интегратора 12, две схемы сравнения 13, управляемый делитель 14 и управляемый усилитель 15, причемодни из входов схем сравнения 13 соединены с соответствующими вь1ходами блока суммирования 6 и блока вычитания 7, а выходы - с входами интеграторов 12, выходы которых подключены к соответствующим входам усилительно-преобразовательных блоков 3, вторые входы схем сравнения 13 подключены к вы,ходам соответствующих датчиков индукции 10, вход управляемого делителя 14 подключен к источнику опорного сигнала 8, а выход - к вторым входам блока суммирования 6 и блока вычитания 7, первые входы которых подключены к первому выходу управляемого усилителя 15, второй выход управляемого усилителя 15 подключен к блоку индикации 9, к управляющим входам управляемого делителя 14 и управляемого усилителя 15, а вход - к выходу блока динамической коррекции.

Компенса1Д1онньй акселерометр работает следующим образом.

Ускорение, действующее на к тенсационный акселерсжетр в соответствии с законами Ньютона и формулой Максвелла, выражается через разность квадратов индукций в зазорах между инерционным элементом 1 и электромагнитами 2:

a4°t6V8l),((0,-.,(.B,2

где К - коэффициент передачи плеча акселерометра;

m - масса инерционного элемента,

В -.индукция в зазоре между

инерционным элементом и левым электромагнитом

В - индукция в зазоре междУ

инерционным элементом и правым электромагнитом;

BQ - некоторое значение индукции, задаваемое источником опорного сигнала;

ЛВ - приращение индукции, вырабатываемое на первом выходе управляемого усилителя.

Если ускорение отсутствует., то инерционный элемент 1 находится в среднем положении, относительно электромагнитов 2. Датчик положения 4 вырабатывает кулевой сигнал. Нулевой сигнал будет на выходе блока динамической коррекции 5, на обоих выходах управляемого усилителя 15, на входе блока индикации 9, на первых входах блока суммирования 6 и блока вычитания 7. На вторые входы блока суммирования 6 и блока вычитания 7 пода.ется сигнал, численно равный В-, с источника опорного сигнала 8 через управляемый делитель 14. Сигнал В сохранится на выходах блока суммирования 6 и блока вычитания 7 и на входах, схем сравнения 13. Регуляторы индукций, каждый из которых включает в себя датчик индукции 10 с чувствительным элементом 11, схему сравнения 13, интегратор 12, усилительно-преобразовательный блок 3 и электромагнит 2, задают, равные индук ции в зазорах между инерционным элементом 1 и электромагнитами 2, следовательно, будут равны силы, дейст9УЮ1цие на инерционный элемент 1 со стороны электромагнитов 2, а блок индикации покажет нулевое ускорение В случае действия ускорения на компенсационный акселерометр имеет место смещение инерционного элемента 1 относительно электромагнитов 2 Датчик положения 4 вырабатывает сиг нал, которьй блоком динамической коррекции 5 и управляемым усилителе преобразуется в сигнал, численно равный дБ, подаваемый на первые вхо ды блока суммирования 6 и блока вычитания 7. Блок суммирования 6 вычи ляет сумму индукции Вр ч- &В, а блок вычитания 7 - разность индукций В..- ДБ, которые подаются на схемы сравнения 13. Регуляторы индукций за-40 дают индукции в зазорах между инерционным элементом 1 и электромагнитами 2, равные + и В и В - дВ и, следовательно, задают электромагнитные силы, компенсируюп ие перемещение 45 инерционного элемента. Ускорение, действующее на компенсационный акселерометр, определяется по приращению индукции ДВ, преобрйзованному в сигнал измеряемого ускорения на вто- 50 ром выходе управляемого усилителя 15, и индицируется блоком индикации 9. При измерении ускорений, близких к максимальному, в зазорах между инерционным элементом 1 и электро-- 55 магнитами 2 индукции имеют максимальный диапазон изменения от Вр - и В до BO + жесткость электромаг 246 нитной системь компенсации смещения инерционного элемента акселерометра максимальна. Погрешность измерения ускорения определяется вьфажением (1). -При снижении измеряемого ускорения до одной десятой доли от максимального погрешность прибора возрастает до 0,2%. Выходной сигнал с второго выхода управляемого усилителя снижается до 0,1 от максимального. Пусть этот сигнал, поступающий на управляющие входы управляемого делителя 14 и управляемого усилителя 15, уменьшит коэффициенты передачи управляемого делителя в 10 раз, управляемого усилителя по первому выходу в 10 раз, по второму выходу - в llO раз. В этом случае индукция В., уменьшится в раз, максимальное отклонение индукции йВ„,„ также / -|11}{Л% уменьшитсячв -д|10 раз, а жесткость электромагнитной системы компенсации смещения инерционного элемента акселерометра снизится в 10 раз. Сигнал на втором выходе управляемого усилителя сохранится без изменения, но погрешность изменения ускорения, как следует из выражения (1), снизится в 10 раз, так как снизилось в 10 , как следствие снижения жесткости электромагнитной системы компенсации смещения инерционного элемента акселерометра. Автоматически снижая коэффициент передачи.управляемого делителя 14 и управляемого усилителя 15 по первому выходу в ЦТР раз, а по второму выходу Б 10 раз при десятикратном снижении величины измеряемого ускорения, погрешность измерения ускорения не превысит 0,2%. Если коэффициенты передачи управляемого делителя 14 и управляемого усилителя 15 изменять непрерывно в зависимости величины измеряемого ускорения. то жесткость электромагнитной системы компенсации смещения инерционного элемента акселерометра будет изменяться плавно и погрешность из„ерения ускорения не превысит 0,02%. Порог чувствительности компенсационного акселерометра в этом случае определится ростом других составляюш;их погрешности при уменьшении величины измеряемого ускорения, зависящих от свойств элементов электромагнитной компенсации усилий, и составит 1СГ - 1(f), т.е. диапазон из11295248

меряемых ускорений увеличится до 8-10 порядков.

Таким образом, изобретение увеличивает точность измерения ускорений и расширяет диапазон измеряемых

ускорений за счет управления жесткостью электромагнитной системы компенсации смещения инеринонного элемента акселерометра сигналом, проS порциональным измеряемому ускорению.

КОМПЕНСАЦИОННЫЙ АКСЕЛЕРОМЕТР, содержащий инерционный элемент, расположенный в зазоре между деумя: электромагнитами, обмотки которых соединены с выходами усилительнопреобразовательных блоков, датчик положения инерционного элемента, подключённый к входу блока динамической коррекции, блок суммирования и блок вычитания, источник опорного сигнала, блок индикации, датчики индукции, чувствительные элементы которых размещены в зазорах меяду инерционным элементом и соответст- , вующим электромагнитом, два интегратора и две схемы, сравнения, причем одни из входов схем сравнения соединены с соответствунмцими выходами блока суммирования и блока вычитания, a выходы - с входами интеграторов, выходы которых подключены к соответствующим входам усилительно-преобразовательных блоков, вторые входы схем сравнения подключены к выходам соответствующих датчиков индукции, отличающийся тем, что, с целью увеличения точности и расширения диапазона измеряемых ускорений, в него введены управляемый делитель и зтравляемый усилитель, вход которого подключен к источнику опорного сигнала, a выход - к вторым входам блока суммирования и блока вычитания, первые йходы которых подключены к первому входу управляемого усилителя j второй выход которого подключен к блоку индикации и к управляющим входам управляемого делителя и управляемого усилителя, a вход к выходу блока динамической коррек:л ции. Nd lib