Устройство для измерения ускорения Советский патент 1986 года по МПК G01P15/08 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения ускорения.

Цель изобретения - повьшение точности измерения .

На фиг,1 показана функциональная схема устройства; на фиг. 2 а, б - варианты выполнения конструкции силового компенсатора, упругого и воспринимающего элементов; фиг.З - схема измерительного преобразователя.

Устройство содержит силовой компенсатор 1, состоящий из управляю- щей токовой обмотки 2 и восприми- мающего элемента 3. Управляющая токовая обмотка 2 соединена с двухпо- лярным токовым выходом цифроаналого- вого преобразователя (ЦАП) 4, соединенного своим входом с выходом ре- вер .ивного счетчика 5 иМпульсов. Воспринимающий элемент 3 жестко связан с упругими элементами в виде двух механически дифференциально включенных тензорезисторов 6 и 7, жестко связанных с корпусом 8 устройства. Тензорезисторы 6 и 7 электрически включены в смежные плечи 9 моста, другими плечами которого ЯВЛЯЮТСЯ резисторы 10 и 11. Мост 9 одной диагональю через усилитель 12 подключен к измерительному входу фазочувствительного йыпрямителя 13, а другой - к его опорному входу.

связанному с выходом генератора 14 переменного напряжения.

Знаковый выход фазочувствительного выпрямителя 13 подключен к управляющему входу реверсивного счетчика 5 импульсов, а урозневый выход - к входу измерительного преобразователя 15, выход которого связан со счетным входом реверсивного счетчика 5 импульсов (фиг.1).

С целью обеспечения автоматичес- кой компенсации смещения нуля устройство содержит дополнительные последовательно соединенные реверсивный счетчик 16 импульсов, входы которого связаны со знаковым и уров- невым выходами фазочувствительного выпрямителя 13, и ЦАП 17 параллельно подключенный своим двухполярным токовым выходом к управляющей токовой обмотке 2 силового компенсатора 1 .

Силовой компенсатор 1 может быть выполнен либо на обратимом магнитоэлектрическом преобразователе

0 5 о

5

о

,,

5

(фиг.2а), либо, с целью повьшенйя точности и быстродействия, на обратимом электродинамическом преобразователе (фиг.2 б).

Измеряемое ускорение преобразуется в силу которая воздействует на воспринимающий элемент 3, вызьшая увеличение сопротивления одного тензорезистора и уменьшение другого. Выходной сигнал снимается в ви- де тока, который обычно точно преобразуется с помощью преобразователя тока в частоту, вход которого включается последовательно с высоко- омным выходом ЦАП 4 /сопротивление нагрузки 18, на фиг.1). В виде кода выходной сигнал мож:но сиять со входа ЦАП 4.

Устройство работает следующим образом.

Перед измерением на запрещающие t,V) и обнуляющие (R) входы реверсивных счетчиков 5 и 16 импульсов подают соответствующие напряжения и,, , и,2 UQ, , Uo2 При этом счетчики 5 и 16 обнуляются, а сигналы на счетном (С) и знаковом (1) входах не вызывают изменений состояний этих счетчиков. Затем при нулевом значении измеряемой величины сни- мают запрещающее U и обнуляющее и 02 напряжения на дополнительном счетчике 16.

При этом включается цепь отрицательной обратной связи и обуслов- ленньй смещением нуля сигнал рассогласования, преобразованный в напряжение на выходе моста 9, подается на вход усилителя 12, а после усиления - на измерительный вход (Ug ) фазочувствительного выпрямителя 13. На опорный вход фазочувствительного выпрямителя 13 постоянно поступает переменное напряжение (синусоидальное, прямоугольное или импульсное) от генератора 14. В результате на знаковом выходе (i) фазочувствительного выпрямителя 13 имеем напряжение, полярность которого соответствует знаку обусловленного смещения нуля сигнала рассогласования, а на уровневом выходе вык - напряжение, пропорциональное значению этого сигнала рассогласования, которое поступает на вход измерительного преобразователя 15 напряжения в частоту импульсов.

Сигнал с выхода измерительного преобразователя 15 напряжения в частоту одновременно со знаковым сигналом с выхода фазочувствительного выпрямителя 13 подается на дополнительный реверсивный счетчик 16 импульсов, в котором выполняется интегрирование частоты,а результат интегрирования в виде кода поступае на ЦАП 17, где пропорционально преобразуется в ток соответствующей полярности.

Этот ток поступает в низкоомную токовую обмотку 2, воздействуя на воспринимающий элемент 3 до тех пор пока напряжение на выходе моста 9 н станет равным нулю.

При этом в дополнительном счетчике 16, а следовательно, и в ЦАП 17 происходит запоминание ошибки от смещения нуля. После этого вновь подают напряжение U, на запрещающий вход дополнительного счетчика 16, а затем снимают запрешающее U, и обнуляющее U напряжения с входов (V и R) основного счетчика 5.

После коррекции ошибки выполняют измерение ускорения.

Во время измерения ускорения через основной счетчик 5 и ЦАП 4 включается цепь отрицательной обратной связи, которая работает также, как и при коррекции ошибки от смещения нуля. Разница заключается в том, что выходной ток ЦАП 4,воздействуя через токовую обмотку 2 на воспринимающий элемент 3, уравновешивает силу, в которую преобразуется измеряемое ускорение, т.е. выполняется соотношение I

где I

вых

- ток

Вмх

на выходе

- измеряемое ускореЦАП 4, Р

ние.

При этом погрешность от смещения нуля исключается из результата измерения.

Ввиду того, что в основной контур устройства введен интегрирующий ЦАП, при использовании некоторых типов силовых компенсаторов может возникнуть неустойчивый режим. Для повышения устойчивости частотно- импульсной системы в нем измерительный преобразователь 15 напряжения в частоту выполнен так, что входное преобразуемое напряжение одновремен но вместо постоянного порогового

т

12527304

напряжения подается на пороговьй

(прямой) вход блока сравнения,

В этом случае частота на выходе преобразователя 15 имеет, кроме сос- 5 тавочяющей, пропорциональной входному напряжению, составляющую, пропорциональную производной от входного напряжения преобразователя 15. Такой измерительный преобразователь 0 напряжения и производной от него в частоту импульсов со следующим уравновешиванием показан на фиг.З, Он содержит интегратор 19, выполненный на операционном усилителе 20 с pes зисторами 21 и 22 на входе и конденсатором 23 в цепи отрицательной обратной связи.Его выход связан с инперснмм входом блока 24 сравнения, выход которого подключен к генерато- 0 ру 25 одиночных импульсов (ГОИ). С выхода ГОИ 25 сигнал поступает на ключ 26, замг,1кая его во время импульса и тем самым подклочая источник 27 опорного напряжения к ин5 тегратору 19, От источника 28 преобразуемого напряжения (от уровне- вого выхода фазочувствительного выпрямителя 13 на фиг.1) напряжение Ug|, подается на вход интегратора

0 19 и одновременно (на фиг,1 показано пунктиром) на прямой вход блока срав)ення либо непосредственно (на фиг.З показано пунктиром), либо через регулируемое усилт1тельно-дели тельное устройство 29, состоящее из последовательно соединенных усилителя 30 и делителя 31 напряжения.

При таком построении измерительного преобразователя частота на вы0 ходе имеет две составляющие, пропорциональные соответственно входному напряжению и производной от него, а регулировка соотношения между этими составляющими выполняется путем

5 изменения коэффициента деления делителя 32 напряжения.

Формула изобретения

0Устройство для измерения ускорения, содержащее размещенные в корпусе силовой компенсатор, воспринимающий элемент которого жестко связан с упругим элементом датчика, а

5 управляющая токовая обмотка соединена с выходами первого и второго цифроаналоговых преобразователей, входы которых соединены соответственно с выходами первого н второго реверсивных счетчиков импульсов, отличающееся тем, что, с целью повьппения точности измерения, датчик выполнен в виде тензо- метрического моста, а в устройство введены генератор, усилитель рассогласования, фаэочувствительный выпрямитель и измерительный преобра- эс)атель, выход которого соединен с первыми входами первого и второго реверсивных счетчиков, вход - с вторым выходом фаэочувствительного выпрямителя, первый выход которого , соединен с вторыми входами первого

Я JJVHfrtpu tCHO I

T г5

- r; el

л 4yScmSumejtbnoef

ynpaSflnffutatt rrjofsoffott обмотка

К }/1 ктрич скону мосту

T f4opejacmef ti (растягиfOTHtft UMI СЛиМШНЫв)

К ifiSKmpu4 exoMi/ MoCff y

Веспрининающии

SnpaBJ llЮu ol топовая овматко

TruMpriucitiopv росттивое- нн или с1Кимач 1)

Отстздили атора тока

и второго реверсивных счетчиков,ттер- ВЫ11 вход фазочувствительного выпрямителя соединен с генератором,второй - с выходом усилителя рассогласования, вход которого соединен с одной диагональю тензометрического моста, с другой диагональю которого соединен генератор, при этом тензо- метрический мост выполнен на двух постоянных резисторах и двух механически дифференциально включенных тензорезисторах, жестко связанных одними концами с воспринимающим элементом, а другим с корпусом,

Ujt UnU« Ue

Фи1 1

Н ллвятр4 усяому MOCfrtu fut-t

ачлЗ

Редактор 0. Бугир

Составитель А. Пашков

Техред В.Кадар Корректор Л. Патай

4618/46

Тираж 778 Подписное ВНИШИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная,4

ачлЗ

Изобретение относится к измерительной технике и позволяет повысить точность измерения. Устройство содержит силовой компенсатор 1, состоящий из управляющей токовой обмотки 2 и воспринимающего злемента 3,аналого-цифровой преобразователь 4,реверсивный счетчик 5 импульсов, тензорезисторы 6 и 7, корпус 8, смежные плечи 9 моста, резисторы 10 и 11, усилитель 12, фазочувстви- тельный выпрямитель 13, генератор 14 переменного напряжения, измерительный преобразователь 15. Для обеспечения автоматической компенсации смещения нуля устройство содержит реверсивный счетчик 16 импульсов, фазочувствительный выпрямитель 13 и цифроаналоговый преобразователь 17. Введение новых элементов и образование новых связей между элементами устройства обеспечивает то, что частота на выходе измерительного преобразователя 15 будет иметь две составляющие, пропорциональные соответственно входному напряжению и производной от него, а регулировка соотношения между этими составляющими выполняется путем изменения коэффициента деления делителя напряжения. 4 ил. § (Л с кэ ел 1C ч 00