Устройство для градуировки акселерометров Советский патент 1985 года по МПК G01P21/00 

Устройство относится к измерительной технике, в частности к устройствам для градуировки акселерометров. Известно устройство для градуировки акселерометров, содержащее мехамичеекий волновод, ударный возбудитель схему управления и.измерительную часть. Градуируемый акселерометр кре пится на свободном торце волновода. Измерение пикового значения ускорения производится с помощью электронно-оптического измерителя перемещения сво бодного торца и затем двухкратного дифференцирования. Полученное пиковое значение сравнивается с амплитудои сигнала с акселеро14етра СОТакое устройство имеет крайне ограниченное применение, так как отличается- высокой сложностью как при изготовлении, так и при эксплуатации и процесс градуировки оказывается сложным и дорогостоящим. Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к изобретению является устройство, содержащее мехашгческий волновод, на свободном торце которого неподвижно закреплен градуируемый акселерометр. На боковой поверхности волновода размещены тенаопреобразователи, соединённые в измерительную схему, подключенную к источнику питания. Выход измерительной схемы подключен к запоминающему осциллографу, применяемому в качестве регистратора. Пиковое, значение ускорения определяется с помощью графического дифференцирования сигнала с указанной измерительной схемы, который прямо пропорционален относительной деформации в волноводе. Полученное пиковое значение сравнивается с амплитудой электрического сигнала от градуируемого акселерометра 12. Однако регистрация с помощью запо минающего осциллографа и графическое дифферен1щрование вносят очень больИ1ую погрешность. Цель изобретения - повышение точности градуировки. Поставленная цель достигается тем что устройство для градуировки акселерометров, содержащее механический волновод, на свободном торце которого неподвижно закреплен градуируемый акселерометр, измерительную схему с тензопреобразователями, размещенными на боковой поверхности волновода, и схему питания, электрически связанную с указанной измерительной схемой, снабжено последовательносоединенными блоком вьделения первой полуволны ускорения и измерителем площади импульса, а также регистратором пикового значения, решающим блоком и блоком управления, причем вход регистратора пикового значения соединен с выходом измерительной схемы, выходы регистратора пикового значения и измерителя площади импульса соединены с соответствующими входами решающего блока, вход блока выделения первой полуволны ускорения соединен с выходом градуируемого акселерометра, вход блока управления соединен с выходом измерительной схемы, а его выходы - с соответствующими входами регистратора пикового значения , измерителя площади импульса, решающего блока и блока выделения первой полуволны ускорения. На фиг. 1 приведена блок-схема устройства; на фиг. 2 - временная диаграмма его работы. Устройство содержит механический волновод 1. На свободном тррце неподвижно закреплен градуируемый акселерометр 2, другой торец взаимодействует с бойком 3. На боковой поверхности волновода размещена измерительная схема 4 с тензопреобразователями, она соединена со схемой 5 питания. Измерительная часть содержит блок выделения первой полуволны ускорения (УВППУ) 6, измеритель 7 площади импульса, регистратор 8 пикового значения, решающий блок 9 и блок 10 управления . f Отдельные элементы предлагаемого устройства могут бьп-ь выполнены следующим образом. Измерительная схема 4 может быть выполнена мостовой или потенциометрической; схема 5 питания представляет собой стабилизированный источник напряжения. Измеритель 7 площади представляет собой гщфровой интегратор с памятью. Решающий блок 9 представляет собой устройство деления одного цифрового кода на другой. ВВППУ 6 представляет собой аналоговый ключ, открывающийся сигналом с блока 10 управления, при этом первая отрицательная полувол1 а может отсекаться входным диодом, а длительность управляющего сигнала больше длительности первой положительной полуволны и такова, что последуюпцие положитель ные полуволны уже не проходят через ключ. (Время t мезкду положительными полуволнами рассчитывается из условия - 2е где 1 - длина волновода) Блок 10 управления представляет собо временной распределитель, запускаемы внешним сигналом с измерительной схе мы 4. Он может быть выполнен, например, на ряде ждущих мультивибраторов Сигналами с блока управления запу кается БВППУ 6, АЦП измерителя 7 на время, несколько большее длительности первой положительной полуволны, и регистратор 8, а также производится запись кодов с регистратора 8 и и мерителя 7 во входную память решающего устройства 9 и деление по установленному алгоритму. Устройство работает следующим образом. После удара бойком 3 по волноводу 1 в последнем возникает импульс деформации сжатия, который распространяется по направлению к свободному торцу со скоростью V,- . При прохождении импульсом деформации сечения, где расположена измерительная схема с тензопреобразователями 4, она вырабатывает импульсный сигнал, пропорциональный (t), пиковое значение которого f, измеряется и запоминается регистратором 8. Кроме того, импульсный сигнал (t)запускает блок 10 управления, который выдает управляющие сигналы. Импульс деформации, дойдя до свободного торЦа с акселерометром 2, возбуждает его ударное движение. УВШ1У 6 пропус кает только первую положительную полуволну, площадь которой S измеряется измерителем 7 и запоминается. Затем цифровые коды значений .S подаются на входы решающего устройства 3 которое реализует операцию S оу .с,причем постоянная величина ja-n 2Vjg может присутствовать в Постоянной памяти решающего устройства 9. Принцип градуировки акселерометров с помощью предлагаемого устройства поясняется следующим образом. Как известно ускорение на торде механического волновода a(t) и импульсная относительная деформация в волноводе E(t) связаны соотношением: c,(,,: (1) где Vjj скорость звука в материале волновода. Импульс деформации в волноводе после удара бойка, если отсутствует специальные формирующие устройства, имеет форму, близкую к синусквадратной, а ускорение на торце - форму, близкую к периоду синусоиды. Первая положительная полуволна ускорения соответствует переднему фронту импульса деформации, т.е. от момента времени (начало импульса деформации) до момента времени , когда импульс деформации имеет пиковое значение, т.е. 6(t) „. Затем на заднем фронте E(t) ускорение a(t) отрицательно. Вьфажение a(t) может быть представлено следующим обраэйм o.(t) «.Ct) , (2) где ап -пиковое значение ускорения;-безразмерная функция, описывающая форму кривой. Проинтегрировав (1) от до с учетом (2) получаем )) .„Jnt) ,(3) ак как . e(tn)nie(OHO. другой стороны площадь S первой олуволны электрического сигнала (t) с испытуемого акселерометра равttnД u(t)dt ul f( , (4.1 .К. U(t) можно аналогично (2) предтавить как и(1) и„ U) , U) де f(t) - та же функция, что и в (2). Электрический сигнал с акселероетра повторяет форму ускорения. Разелив (4) на (3), имеем п.5,. 7) ,С й П де Кд - искомый результат, т.е. коффициент преобразования по напряжеию испытуемого акселерометра. Тазшм образом, исходными данными для градуировки акселерометра являются площадь первой положительной полуволны под электрическим сигналом с указанного акселерометра и пиковое значение относительной деформации с тензопреобразователя, что и лежит в основе работы предлагаемого устройства. На фиг. 2 представлена временная диаграмма работы устройства, где(t) - сигнал,снимаемый с измерительной схемы 4 при многократном прохождении волны деформации с отражениями ,aCt) - сигнал с акселероме т V,e t время прохождения волной де формащш от сечения с измерительной схемой до торца с акселерометром; А1 - сигнал, вырабатываемый в блоке управления и служащий для запуска вс го устройства,А2 и A3 - сигналы. разрешакище работу измерителя 7 и БВППУ .2 ,а t,j больше длительностиположительной полуволны;А4 разрешает работу регистратора 8; t приблизительно равно длительности импульса деформации E(t). Сигналы А2-А4 заканчиваются в одно и то же время, и по заднему фронту любого из них вырабатывается сигнал А5, разрешающий работу решающего блока 9. Сигнал А6 блокирует вход блока управления, предохраняя его от повторных запусков до полного затухания процесса в волноводе (реально - единицы секунд).-Сигнал А7 служит для начальной установки элементов устройства (цепи установки на схеме не показаны).. Достоинством изобретения является повьццение точности, так как отсутствует операция дифференцирования, вносящая значительную погрешность и чрезвычайно чувствительная к помехам.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ГРАДУИРОВКИ АКСЕЛЕРОМЕТРОВ, содержащее механический волновод, на свободном торце которого неподвижно закреплен градуируемый акселерометр, измерительную схему с тензопреобразрватепями, размещенными на боковой поверхности волновода, отличающе еся тем, что, с целью повышения точности градуировки, оно снабжено последовательно соединенньми блоком выделения первой полуволны ускорения и измерителем площади импульса, а также регистратором пикового значения, решающим блоком и блоком управления, при этом вход регистратора пикового значения соединен с выходом измерительной схемы, выходы регистратора пикового значения и измерителя пло1цади импульса соединены с соответствующими входами решающего блока, вход блока вьщеления первой полуволны ускорения соединен 3 с выходом градуируемого акселеромет(Л ра, вход блока управления соединен с выходом измерительной схемы, а его выходы - с соответствующими входами регистратора пикового значения, измерителя площади импульса, решающего блока и блока выделения первой полуволны ускорения. ел оо о

/

А ..