Устройство для градуировки акселерометров Советский патент 1987 года по МПК G01P21/00 

наковальней 6, Выполнение стержня 2 и Демпфера 5 аналогичными по массе и геометрическим размерам приводит к тому, что после соударения стержень 2 падает обратно на стержень 1, а

1

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для опредр.ления коэффициента чувствительности ударных акселерометров.

Цель изобретения - повышение надежности работы.

На фиг. 1 изображено пред 1агаёмое устройство, общий вид; на фиг. 2 - блок-схема устройства; на фиг. 3 - временные диаграммы, пояснянщие работу устройства.

Устройство содержит соЬтавной волновод, включающий в себя основной стержень 1 и дополнительный стержень 2. На свободном торце дополнительного стержня 2 размещены градуируемые акселерометры 3. Дополнительный стержень 2 снабжен выступом-бойком 4. Со- осно дополнительному стержню 2 рас- положен механический демпфер 5 с выступом-наковальней 6, которая удерживается в начальном положении ограничителем 7. Дополнительный стержень 2 и механический демпфер 5 установлены с возможностью перемещения в направляющих 8, в конце которых установлен амор газатор 9. Ударник 10 служит для нанесения удара.

Для более подробного рассмотрения работы всего устройства ниже приведен вариант исполнен 1Я блока регистрации показанный на фиг. 2.

Блок регистрации содержит согласующий усилитель (СУ) 11, компарато- ры К1 2 и К2 13, формирователь ФКИ 14 короткого импульса, RS-триг- геры 15 и 16, ждущий мультивибратор (ЖМ) 17, схему И-НЕ 18, схему И 19, генератор 20 тактовых импульсов (ГТИ), счетчик 21, интегратор-измеритель 22 площади импульса, схему умножения - решающее устройство 23, устройство 24 выделения первого полупериода (УВПП) и блок 25 управления.

демпфер 5 отлетает к амортизатору 9. В акселерометре возбуждаются сигналы в моменты отрыва стержня 2 и соударения его с демпфером 5, поступающие в блок регистрации. 3 ил.

Цепи начальной установки в О для элементов 15,16,21,22 и 23 не показаны.

Элементы блока регистрации с 12 по 21 образуют измеритель 26 скорости отлета дополнительного стержня.

Принцип действия устройства поясняется временными диаграммами на фиг, 3.

Устройство работает след ующим образом.

При нанесении удара ударником 10 по основному стержню I волна сжатия распространяясь по стержням 1 и 2, генерирует ударное возб уждение сво- бодногср торца стержня 2 и, отражаясь от него, вызывает отрыв стержня 2 с определенной скоростью отлета. При этом акселерометр 3 вырабатывает сигнал А11. Этот сигнал, поступая на компараторы 12 и 13, вызывает на выходе компаратора 12 сигнал А2. Уровни сигналов А2 - AID соответствуют логическому О - логической 1. Компаратор 12 срабатывает, если сигнал на его входе больше нуля, а компаратор 13 - если сигнал меньше нуля. Поскольку реальный сигнал с акселерометра может иметь знакопеременное последействие, то введена защита от ложных срабатываний. По заднему фронту сигнала А2 с помощью ФКИ 14 формируются сигналы A3 и первый же из них перебрасывает RS-триггер 15 (сигнал А4) в момент t,. Остальные сигналы на S-вход триггера 15 уже не действуют. От этого же сигнала A3 срабатывает ЖМ 17 (сигнал А5) и по входу схемы И-НЕ 18 блокирует выход компаратора 13 на времяt, которое выбирается заведомо больще времени затухания последействия с сигнала А11, но меньше ожидаемых временt p пролета. После прохождения стержнем 2 расстояния

312

1 боек 4 соударяется с наковальней 6. При этом в акселерометре возбуждается сигнал А12, Ввиду того, что стержень 2 и демпфер 5 аналогичны по массе и геометрическим разме- рам, то после указанного соударения дополнительный стержень 2 практически останавливается и падает обратно на основной стержень 1, а механический демпфер 5 отлетает к амортизато- РУ 9.

Сигнал А12 вызывает срабатывание обоих компараторов, однако сигнал А2 уже не изменяет состояния RS-

триггера 15, тогда как по переднему фронту сигнала А6 с компаратора 13, прошедшего через схему И-НЕ 18, изменяет состояние RS-триггер 16 (сигнал А7) и дальнейшие сигналы по S- входу на него уже не действуют. Прямой выход триггера 15 и инверсный выход триггера 16 подаются на вход схемы И 19 и образуют строб-сигнал А8, во время которого разрешается счет импульсов с ГТИ 20 на счетчике 21, Время счета ,-t - это время от момента отрыва дополнительного стержня 2 до момента его соударения с телом 5, Таким образом, вре- мл пролета будет выражено как Nj. где N - число импульсов, поступивших на вход счетчика 21, а f - частота ГТИ 20, Скорость отлета будет равна У 1дДпр (без учета потерь на трение). Кроме того, сигнал с акселерометра 3 подается на вход цифрового интегратора 22, на. выходе которого формируется код, пропорциональный площади импульса А11, УВПП 24 выделяет сигнал А10, соответствующий первому полупериоду сигнала А1, во время которого и производится интегрирование. Это делается для того, чтобы последействие сигнала А1 1 и сигнал А12 не влияли на результат интегрирования. Так как интегрирование и измерение времени пролета происходят в различные промежутки времени, то в интеграторе 22 код запо- N«HaeTCH и по окончании измерения промежутка времени i-np (по переднему А7) коды с интегратора 22 и счетчика 21 подаются на входы схемы 23 умножения, которая по тактовым сигналам с блока 25 управления осуществляет их перемножение. На выходе схемы умножения код пропорционален определяемому коэф4ициенту чувстви

тельности акселерометра с точностью до постоянного коэффициента.

Сущность описанной колибровки заключается в следующем.

Скорость отлета дополнительного стержня в момент отрыва равна

п о

егл а (t)clt,(1)

о

где a(t) - ударное ускорение;

tjj - длительность первого полупериода.

Площадь под сигналом с акселерометра для первого полупериода равна

Г

S I y(t)dt.

(2)

где U(t) - сигнал с акселерометра.

Коэффициент чувствительности акселерометра равен

К - yiti

-°- a(t)

(3)

Таким образом,

„

- V,.. - U

(4)

Предлагаемое устройство реализует значение , Поскольку Eg является фиксированным и известным, то тем самым, определяется и искомое значение KQ,, Определение К может быть реализовано и в ЭВМ, В этом случае от падает необходимость в схеме умножения и интеграторе. Необходимо только АЦ-преобразование сигнала акселерометра и ввод этого массива данных, а также кода со счетчика в ЭВМ с.соответствующей программой. Устройство может быть реализовано на стандартных ИМС серий 155,572 и 521,

Предлагаемое устройство обладает простотой конструкции и надежностью работы. Это достигается за счет того, что в области ударных взаимодействий отсутствуют все уязвимые элементы, кроме, калибруемого акселерометра, который и предназначен для работы в этой области. Кроме того, фиксирование начала и конца мерной базы одним и тем же элементом устраняет возможный разброс порогов срабатывания и, тем самым, повышает точность. Исключение из предлагаемого устройства всех периферийных элементов измерения скорости и передача их функций непосредственно калибруемому аксе512

лерометру значительно упрощает конструкцию и повышает ее надежность.

К другому достоинству предлагаемого устройства следует отнести то, что падение дополнительного стержня на основной происходит с очень малой скоростью, так как он полностью тормозится на очень малой высоте, равной fg. В результате соприкасающиеся торцы основного и дополнительного стержней сохраняют состояние своей поверхности, что существенно для обеспечения требуемой степени акустического контакта.

Формула изобретения

Устройство для градуировки акселерометров, содержащее механический волновод, включающий в себя основной стержень и акустически связанный с ним дополнительный стержень, на свободном торце которого закреплен гра

дуируемый акселерометр, блок регистрации, включающий в себя измеритель скорости отдела дoпoлнитe ьi oгo стержня, измеритель площади импульса и решающее устройство, один вход которого связан с выходом измерителя скорости отлета дополнительного стержня , а другой вход - с выходом измерителя площади импульса, вход которого связан с выходом градуируемого акселерометра, отличающееся тем, что, с целью повьшения надежности работы, в него введен механический демпфер с амортизатором, расположенный соосно с дополнительным стержнем и имеющий массу и геометрические размеры, равные дополнительному стержню, причем механический демпфер и дополнительный стержень имеют выступы, обращершые друг к другу, расположенные на расстоянии мерной базы, а вход измерителя скорости отдела дополнительного стержня связан с выходом градуируемого акселерометра.

Изобретение относится к измерительной технике и позволяет повысить надежность работы устройства. Механический волновод состоит из основного 1 и дополнительного 2 стержней, на торце одного из которых размещены градуируемые акселерометры 3. Соосно дополнительному стержню 2 установлен механический демпфер 5 с амортизатором 9.сЛри ударе по стержню I ударником 10 происходит отрыв стержня 2, приводящий к соударению бойка 4 с (Л nypl« iw J l TtK - ampavtfU луовум/ К5 СО о со СП

:|

Фтг

42

ЛЛг

гш n

1ПППГ

A6

ППП

АЬ-АЛ-Af

A9

tnp tt-t,

Составитель Т, Макарова Редактор А. РевинТехред А.Кравчук Корректор О, Луговая

Заказ 772/47Тирах 777Подписное

ВНИИПИ 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

пппп

innm

ПП П