Устройство для измерения ускорений Советский патент 1985 года по МПК G01P15/11 

Изобретение относится к измерител ной технике и может быть использовано для устройства измерения ускорений . Известно устройство для измерения линейных и вибрационных ускорений, содержащее последовательно включенны преобразователь питания с выходным трансформатором, дифференциальный ин дуктивный датчик, включенный в одно из плеч измерительного моста, демоду лятор, фильтр нижних частот и усилитель постоянного тока Щ. Недостатком данного устройства яв ляется наличие в выходном сигнале устройства составляющей тока, обусловленное, не симметрией размеров и физических свойств элементов конструкции Датчика и остаточной намагниченность сердечника, изменяющих свое значение во времени и при изменении условий . внешней среды. Наиболее близким к предлагаемому является устройство для измерения ус корений, содер жащее последовательно соединер Ные преобразователь питания с выходным трансформатором, дифферен циальный индуктивный датчик с резист ным делителем., включенные в одно из плеч измерительного моста, усилитель переменного напряжения, синхронный демодулятор, фильтр нижних частот и усилитель постоянного тока 2j . Однако известное .-устройство хара теризуется низкой точностью измерений из-за несовершенства балансировк устройства. . Цель изобретения - повышение точности измерений за счет комПен.сацни остаточной намагниченности и несимметричности датчика путем автоматичес.кой,балансировки дифференциального индуктивного датчика, I . Поставленная цель достигается тем что в устройство, содержащее после- довательно соединенные источник пита ния С выходным трансформатором, диф ференциальный индуктивный датчик с резистивным делителем, включенные в одно из Плеч измерительного моста, усилитель переменного напряжения, синхронный демодулятор, соединенный с выходным трансформатором, фильтр Ш1жних частот, усилитель постоянного тока, дополнительно введены обмотки подмаГничиванИя дифференциального индуктивного датчика, три аналоговых ключа, три триггера, дискретный источник тока, дешифратор, счетчик,. три схемы совпадения, два диода,два компаратора, входы которых соединены между собой и через третий аналоговый ключ подключены к выходу усилителя постоянного тока, а выходы подключены к счетным входам второго и третьего триггеров, а затем через диоды к вторым входам первой, второй и третьей схем совпадения и к счетному входу первого триггера, прямой выход которого подключен к управляющему входу третьего аналогового ключа, причем к первому входу первой схемы совпадения подключен выходной трансформатор, а выход последовательно соединен со счетчиком, дешифратором и дискретным источником тока, выход которого подключен к обмоткам подмагничивания индуктивного датчика через первый и второй аналоговые ключи, управляющие входы которых соединены с прямыми выходами второго и третьего триггеров, а инверсные выходы подключены к первым входам второй и третьей схем совпадения,выходы Которых соответственно соединены с установочными входами третьего и второго триггеров, . На фиг.1 приведена структурная схема предлагаемого устройства. Устройство для измерения ускорений содержит источник 1 питания с выходным трансформатором 2, измерительный мост 3, состоящий из дифференциального индуктивного датчика 4 и резистивного делителя 5, обмотки 6 подмагничивания индуктивного датчика, усилитель 7 переменного напряжения, синхронный демодулятор 8, фильтр 9 нижних частот, усилитель 10 постоянного тока, первый аналоговый ключ 11, второй аналоговый ключ 12, первый триггер 13, третий аналоговый ключ 14, первый компаратор 15, второй компаратор 16, первый диод 17, второй диод 18, первую скему 19 совпадения, счетчик 20, дещифратор 21, дискретный источник 22 тока, второй триггер 23, вторую схему,24 совпадения, третий триггер 25, третью схему 26 совпадения. Выход преобразователя 1 питания через выходной трансформатар 2 подключен к измерительному мосту 3, одно плечо KOTOjporo образовано полу- обмотками дифференциального индуктивного датчика 4, имеющего обмотки 6 подмагничивания, а другое плечо резистивным делителем 5, к синхронному демодулятору 8, а также к первому входу первой схемы 19 совпадения, Выход дифференциального индуктивного датчика 4 последовательно соединен с усилителем переменного напряжения 7, синхронным демодулятором 8, фильтром 9 нижних частот, уси лителем 10 постоянного тока 10. Выход усилителя 10 постоянного тока подключен через третий аналоговый ключ 14 к прямому входу первого компаратора 15 и инверсному, входу вт рого компаратора 16, выходы которых соответственно подключены к счетным входам третьего и второго триггеров 25 и 23, а затем через диоды 17 и 18 к вторым входам схем 19, 24 и 26 совпадения и к счетному входу первого триггера 13 на S вход которого подаё сигнал запуска автоматической балансировки, а выход подключен к управляющему входу третьего аналогового ключа 14, Выходной трансформатор 2 подключе к синхронному демодулятору 8, а такж к первому входу первой схемы 19 совп дения, выход которой последовательно соединен со счетчиком 20, дешифратор 21, дискретным источником 22 тока,вы ход которого подключён через первый и второй аналоговые ключи 11 и 12 к обмоткам 6 подмагничивания индуктивного датчика, К управляющим входам первого и второго -аналоговых ключей 11 и 12 соответственно подключены пр мые выходы третьего и вт.орого-тригге ров 25 и 23, инверсные выходы которы соответственно соединены с первыми входами третьей и второй схем 26 и 2 совпадения, выходы которых, в свою очередь, соответственно подключены к В входам второго и третьего, тригге- ров 23 и 25. Уст ойство работает следующим обр I. . с преобразователя 1 питания прямоугольные импульсы поступают на выходной трансформатор 2, с которого подаются на измерительный мост 3,одно плечо которого образовано резистивным делителем 5, а другое плечо - полуобмотками дифференциального индуктивного датчика 4, содержащего обмотки 6 подмагничивания, В исходном состоянии при атсутствии линейных или вибрационных ускорений выходное напряжениеизмерительного моста 3, как правило, оказывается отличным от нуля вследствие разбаланса его при изменении индуктивности дифференциального индуктивного датчика, а также других факторов, связанных с изменениями внешней среды. Соответственно не равны нулю напряжения на вьгхрде усилителя 7 переменного напряжения, синхронного демодулятора 8, фильтра 9 нижних частот, усилителя 10 постоянного тока, чтобы скомпенсировать это напряжение т.е. сбалансировать измерительный мост 3, для чего служат обмотки 6 подмагничивания индуктивного датчика. Балансировка производится следующим образом. Вначале переменным резистором выставляется ноль на выходе электрической схемы датчика при закороченном входе усилителя 7 переменного напряжения, затем перемычка с входа убирается, вход подключается к выходу дифференциального индуктивного датчика 4 и посредством третьего аналогового ключа 14 включается автоматическая балансировка. На установочный S вход первого триггера 13 подается сигнал для автоматической балансировки дифференциального индуктивного датчика 4, третий аналоговый ключ 14 подключает прямой вход первого компаратора 15 и инверс- ньш вход второго компаратора 1 к выходу усилителя 10 постоянного тока. При наличии сигнала разбаланса его значение поступает на входы обоих компараторов, на выходе одаюго из которых, в зависимости от полярности сигнала разбаланса, появляется уровень 1 и в зависимости от полярности сигнала разбаланса второй триггер 23 или- трет1Й триггер 24 устанавливается в состояние 1, которая подается на управляющие входы аналоговых ключей 11 или 12, Уровень 1 после диодов 17 и 18 независимо от полярности сигнала разбаланса поступает на второй вход первой схемы 19 совпадения, на первый вход которой подаются импульсы с выходного трансформатора 2, При наличии уровня 1 на втором входе первой схемы 19 совпадения с ее выхода импульсы с частотой преобразователя 1 питания поступают иа вход счетчика 20 и далее на вход дешифраг тора 21. Значение числа отсчитанных импульсов с выхода дешифратора 21 поступают на вход дискретного источника 22 тока, который преобразует его в ток, величина которого прямо пропорииональна этому числу и через первый или второй аналоговые ключи 11 и 12 поступает на одну из обмоток б подмагничивания индуктивного датчика. Ток, прОходя через обмотку 6 подмагничивания индуктивного датчика, изменяет магнитные свойства одной из полуобмоток дифференциального индуктивного датчика 4 таким образом, чтобы скомпенсировать существующую асимметричность, и как только значения сигнала разбаланса на выходе усилителя 10 постоянного тока .станет равным нулю, логический уровень 1 на выходе сработавшего компаратора 15 или 16 и после диодов 17 и 18 станет равным нулю, импульсы с выхода первой схемы 19 совпадения не поступают на вход счетчика 20 и далее на дешифратор 21 и дискретный источник 22 тока. На выходе дискретного источника 22 устанавливается по стоянное значение тока пропорциональ ное сигналу разбаланса, компенсирующее его На счетном входе первого триггера 13 появляется значение логического уровня О и триггер 13 переходит в состояние О отключая /ретий аналоговый ключ 14, Логический уровень О после диодов 17 и 18 поступает также на вторые входы вто|)ой и третьей схе 24 и 26 совпа.дения, выходы которых подключены к R входам второго и третьего триггеров 23 и 25, которые удерживают первый или второй аналоговые ключи 11 и 12 в зависимости от полярности сигнала разбаланса. Величина тока пропорциональная сигналу разбаланса с дискретного источника тока 22 через один из аналоговых ключей 11 или 12 поступает на соответствуюш,у1о обмотку 6 подмагничивания. Далее устройство для измерения ускорений может быть подключено к работе. В предлагаемом устройстве для измерения ускорений по сравнению с известным достигается повьшгение точности измерения путем введения обмоток подмагничивания и схемы автоматической балансировки,что позволяет обеспечить симметрии механической части датчика, компенсировать остаточную намагниченность сердечников обмоток датчика и вследствие этого устранить Паразитную составляюп ую, несовпадаю- ШУЮ с направлением оси чувствительности датчика. Несимметричность дифференциального индуктивного датчика обусловлена не точностью изготовления элементов конструкции, а также различной остаточной намагниченностью сердечников.обмо-г ток датчика, различием упругих свойств прзгасин, В предлагаемом устройстве за счет компенсации недостатком удается повысить точность измерения ускорений в прямом и обратном направлениях перемещения по продольной оси датчика в 2,5-3 раза по сравнению с прототипом.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ УСКОРЕНИЙ, содержащее последовательно соединенные источник питания с выходным трансформатором, дифференц;иапьный индуктивный датчик, включенный в одно из плеч измерительного моста, второе плечо которого образовано резистивным делителем, усилитель переменного напряжения, синхронный демодулятор, соединенный с выходным трансформатором, фильтр нижних .частот, усилитель постоянного тока, ,отоп(ичающееся тем, что, с целью повышения точности за счет автоматической балансировки дифференциального индуктивного датчика, в устройстве дополнительно введены обмотки подмагничивания дифференциального индуктивного датчика, три аналоговых ключа, три триггера.дискретный источник тока, дешифратор, счетчик, три схемы совпадения,два диода, два компаратора, входы которых соединены между собой и через третий аналоговый ключ подключены к выходу усилителя постоянного тока, а выходы подключены к счетным входам второго и третьего триггеров, а затем через диоды - к вторым входам первой, второй и третьей схем совпадения и к счетному входу первого триггера, прямой выход которого подключен к управляющему входу третьего аналогового ключа, причем к первому (Л входу первой схе№ совпадения подключен выходной трансформатор, а выход последовательно соединен со счетчиком, дешифратором и дискретным источником тока, выход которого подключен к обмотгсам подмагничивания индуктивного датчика через первый и вторбй аналоговые ключи, управляющие входы которых соединены с прямыми ел выходами второго и третьего триггесо ров, а их инверсные выходы подключены IN9 к первым входам второй и третьей схем совпадения, выходы кото|йлх соответст- веннр соединены с установочными вхо- р дами .третьего и второго триггеров. 1