Устройство для воспроизведения малых угловых скоростей Советский патент 1992 года по МПК G01P21/00 

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для проведе- ния калибровки, например, датчиков угловых скоростей.

Известно устройство, содержащее эксцентрик с приводом, поворотный стол для установки испытуемого объекта и передаточный механизм с регулируемым коэффициентом передачи, кинематически связывающий эксцентрик со столом, выполненный в виде консольно закрепленной упругой балки и двух траверс, концы которых соединены шарнирными тягами, при этом центральная часть одной из траверс соединена с упругой балкой посредством передвижного вдоль балки зажима, а другой траверсы - со столом.

Однако известное устройство обладает низкой помехозащищенностью в условиях воздействия на него вибраций, температуры и т.п. факторов при воспроизведении малых угловых колебаний из-за нежесткости конструкции. Многозвенная кинематическая связь в цепи управления приводит к появлению искажений при задании параметров угловых колебаний.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство рычажного типа с плечом большой длины. Устройство состоит из штанги с осью вращения, проходящей через один из ее концов и снабжено микрометрическим винтом, который упирается в подпятник, смонтированный на противоположном конце штанги. С помощью редуктора вал электродвигателя вращает с заданной угловой скоростью микрометрический винт. Он перемещается относительно основания и поворачивает штангу вокруг вращения на некоторый угол с требуемой угловой скоростью.

Однако динамический диапазон работы устройства, его нижняя граница, при задании угловой скорости в данном случае определяется уровнем углоаых скоростей фундамента, на котором установлено основание устройства. Таким образом, на испытуемый объект, например датчик угловой скорости, воздействует помимо заданной с помощью устройства угловой скорости угловая скорость фундамента, обусловленная вибровозмущеяиями от воздействия промышленного фона. Причем устройство не позволяет оценить уровень выходного сигнала испытуемого датчика угловой скорости без учета угловых скоростей фундамента. В результате выходной сигнал испытуемого датчика угловой скорости пропорционален совокупному воздействию угловых скоростей. В этом случае устройство не позволяет задавать угловые скорости, уровни которых

соизмеримы, либо меньше уровней угловых скоростей фундамента, на котором оно установлено. Опыт показывает, что в промышленной зоне уровни угловых

виброскоростей составляют 10 1/С. Кроме того, крепление испытуемого датчика угловых скоростей со смещением относительно оси вращения непосредственно на штанге приводит к тому, что на

0 испытуемый объект при работе привода помимо заданной угловой скорости воздействуют так же линейные составляющие. Это приводит к появлению дополнительной погрешности при задании угловой скорости.

5 Установка исследуемого объекта на штанге приводит также к неучтенным погрешностям устройства, обусловленным смещением фактического центра поворота штанги из-за наличия изгибных деформаций, вели0 чина которых прямо зависит от массы и места установки исследуемого датчика -угловых скоростей. И, наконец, отсутствие разгружающего устройства (компенсатора веса штанги) приводит к появлению зоны

5 нечувствительности в месте контакта подпятника и микрометрического винта.

Использование в качестве привода механического редуктора с электродвигателем приводит к появлению типичных для меха0 нических трущихся частей недостатков, например, мертвых ходов, выделение тепла, вибрация и т.д., что в целом снижает точность, надежность и стабильность работы устройства, особенно при задании весьма

5 малых значений угловых скоростей, на малых углах.

Цель изобретения - расширение динамического диапазона работы устройства в области малых значений угловых скоростей,

0 в том числе на малых углах отклонений.

Поставленная цель достигается тем, что устройство снабжено платформой, жестко связанной с одним из концов вала, на котором установлен поверяемый датчик угловой

5 скорости. Кроме того, в него введены аналогичный поверяемому образцовый датчик угловой скорости, установленный на основании соосно с поверяемым датчиком, первый и второй масштабные усилители,

0 дифференциальный усилитель, на входы которого подключены выходы поверяемого и образцового датчиков угловых скоростей через соответственно первый и второй масштабные усилители, узкополосный

5 анализатор спектра, интегратор, подклю: ченный на выход узкополосного анализатора

спектра, вход которого подключен на выход

/ дифференциального усилителя, первый и

второй запоминающие устройства, выходы

которых подключены через коммутатор параллельно на выход интегратора, блок вычитания спектров, на выходы которого через коммутатор подключены выходы первого и второго запоминающих устройств, индикатор, подключенный на выход блока вычитания спектров, регистратор, подключенный на выход индикатора. Известное устройство включает в свой состав балансировочный груз, расположенный с другой стороны штанги, относительно оси вращения, на микрометрическом винте, являющемся продолжением штанги, пружиной, связанной одним концом с основанием, другим - со штангой, привод выполнен в виде пьезовиб- ратора, подключенного на вход генератора электрических колебаний.

Эффект, обусловленный отличительными признаками, заключается в следующем.

Устройство для воспроизведения малых угловых скоростей позволяет существенным образом расширить динамический диапазон работы устройства в области весьма малых величин угловых скоростей, в том числе на малых углах, с высокой стабильностью. Кроме того, устройство позволяет уменьшить погрешность задания угловых: скоростей за счет, например, исключения влияния линейных составляющих на поверяемый датчик угловых скоростей, возникающих при работе привода, уменьшения смещения центра фактического поворота штанги из-за наличия изгибных деформаций, нормирования контактного давления (подпятник - подвижная часть привода), исключение вредных факторов, возникающих при работе механического привода (выделе- ние тепла, вибрация, трение).

На фиг. 1 представлено устройство, общий вид; на фиг. 2 - структурная схема.

Устройство для воспроизведения малых угловых скоростей состоит из основания 1, на котором в подшипниках 2 установлен вал 3 с платформой 4, предназначенной для крепления поверяемого датчика 5 угловой скорости и жестко связанной с одним из концов горизонтально расположенной штанги 6. На одном конце штанги 6 закреплен подпятник 7, а на другом - через вал 3, микрометрический винт 8 с балансировочным грузом 9. Пружина 10 с возможностью регулировки натяжения (механизм регулировки натяжения пружины 10 на чертеже не показан) установлена между штангой 6 и основанием 1 с противоположной стороны от микрометрического винта 8 с балансировочным грузом 9. Образцовый датчик 11 угловой скорости установлен на основании 1 соосно с исследуемым датчиком 5 угловых скоростей.Выходы поверяемого 5 и образцового 11 датчиков угловых скоростей

подключены к входам дифференциального усилителя 12 через первый 13 и второй 14 масштабные усилители, обеспечивающие помимо симметрирования входных цепей 5 компенсацию выходных характеристик датчиков 5 и 11 угловых скоростей, Выход дифференциального усилителя 12 подключен через узкополосный анализатор спектра 15 к входу интегратора 16, Выход интегратора

10 16 через коммутатор 17 может быть подключен к входу первого 18 или второго 19 запоминающего устройства, выходы которых подключены через переключатель 20 к входам блока 21 вычитания спектров, выход

5 которого через индикатор 22, подключен к входу регистратора 23. Привод 24, выполненный в виде пьёзовибратора и установленный на основании 1, рабочая часть которого упирается в подпятник 7, подклю0 чен к выходу генератора 25 электрических колебаний. Измерительный прибор 26 подключен также к выходу генератора 25 электрических колебаний,

Устройство работает следующим обра5 зом. ..

Перед началом работы необходимо регулировкой положения балансировочного груза 9 относительно вала 3 и натяжения пружины 10 механизмом регулировки (на

0 фиг. 1, 2 не показан) обеспечить нормированную величину контактного давления в месте контакта подпятника 7 и рабочей части привода 24.

Так как поверяемый 5 и образцовый 11

5 датчики угловой скорости установлены на основании 1, незащищенном от воздействия угловых виброскоростей фундамента, то на их выходах возникнут пропорциональные этим вибровозмущениям электриче0 ские сигналы, величины которых из-за неполной идентичности выходных характеристик датчиков 5 и 11 несколько различны. Сигналы поверяемого 5 и образцового 11 датчиков угловой скорости поступают через

5 первый 13 и второй 14 масштабные усилители одновременно на оба входы дифференциального усилителя 12. Выходной сигнал дифференциального усилителя 12, пропорциональный разности Этих сигналов, посту0 . пает на вход узкополосного анализатора 15 спектра. Регулировкой второго масштабного усилителя 14 необходимо добиться минимального уровня выходного сигнала дифференциального усилителя 12 (с целью

5 компенсации различных начальных сигналов поверяемого 5 и образцового 11 датчиков угловых скоростей). После этого остаточный нескомпенсированный выходной сигнал (остаточная угповэя еиброско- рость фундамента или основания, на

котором установлено устройство) необходимо подать на узкополосный анализатор спектра 15 с тем, чтобы получить спектр этого сигнала, проинтегрировать его с помощью интегратора 16 на заданном интервале времени, и запомнить во втором запоминающем устройстве 19 (при этом коммутатор 17 должен подключить предварительно вход второго запоминающего устройства 19).

Затем необходимо включить генератор 25 электрических колебаний, настроить его на выбранный режим работ, например при задании постоянной угловой скорости необходимо подать на привод 24 электрический сигнал пилообразной формы, заданной длительности и амплитуды, определяющих величину задаваемой угловой скорости, а при задании переменной по величине и направлению угловой скорости необходимо подать на привод 24 электрический сигнал синусоидальной формы, заданной длительности и амплитуды, контроль которых осуществляется измерительным прибором 26.

Появившийся при этом выходной сигнал дифференциального усилителя 12, состоящий из сигнала остаточной помехи - угловых виброскоростей фундамента плюс заданная угловая скорость, необходимо пропустить через узкополосный анализатор спектра 15 с тем, чтобы получить спектр этого сигнала, проинтегрировать его интегратором 16 на заданном временном интервале и запомнить в первом запоминающем устройстве 18. При этом коммутатор 17 должен подключить предварительно вход первого запоминающего устройства 8.

После этого переключателем 20 необходимо подключить выходы первого 18 и второго 19 запоминающих устройств к входам блока вычитания спектра 21 и произвести вычитание из спектра хранящегося в первом запоминающем устройстве 18 (спектр остаточной помехи - угловой виброскорости фундамента плюс заданное значение угловой скорости) спектр, хранящийся во втором запоминающем устройстве 19 (спектр остаточной помехи -угловой виброскорости фундамента).

Таким образом, производится окончательная компенсация остаточной помехи - угловой виброскорости фундамента. Индикатором 22 и регистратором 23 производится измерение уровня сигнала. При этом

переключатель 20 подключает входы блока вычитания спектра 21 к выходам запоминающих устройств 18 и 19.

Перед проведением калибровки на других режимах необходимо очищать (обнулять) содержимое первого 18 и второго 19 запоминающих устройств и проводить калибровку поверяемого датчика 5 угловой скорости по описанной методике.

Ф о р м у л а и з о б р е т е н и я

Устройство для воспроизведения малых угловых скоростей, содержащее основание, вал, на котором одним концом закреплена штанга, при этом ось вала перпендикулярна

продольной оси штанги, на другом конце которой закреплен подпятник, привод, связанный со штангой и поверяемым датчиком угловой скорости, и блок обработки сигнала, отличающееся тем, что, с целью

расширения динамического диапазона в области малых значений угловых скоростей, в том числе на малых углах отклонений, оно дополнительно содержит платформу, жестко связанную с одним концом вала, образг

цовый датчик угловой скорости, балансировочный груз, упругий элемент, генератор электрических колебаний и измерительный прибор, при этом на платформе установлен поверяемый датчик угловой скорости так, что его ось чувствительности совпадает с осью вала, образцовый датчик угловой скорости установлен на основании соосно с поверяемым датчиком угловой скорости, штанга снабжена микрометрическим

винтом, являющимся её продолжением с другой стороны вала, балансировочный груз расположен на микрометрическом винте, упругий элемент одним концом связан с основанием, а другим - с штангой, а привод

выполнен в виде пьезовибратора, причем привод и измерительный прибор подключены к выходу генератора электрических колебаний, а блок обработки сигнала выполнен в виде последовательно соединенных дифференциального усилителя, узкополосного анализатора спектра, интегратора, коммутатора, первого и второго запоминающих устройств, переключателя, блока вычитания спектров, индикатора и регистратора, при

этом выходы поверяемого и образцового датчиков угловой скорости через первый и второй масштабные усилители соответственно подключены к соответствующим входам дифференциального усилителя.

9 8

24

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для калибровки датчиков угловой скорости. Целью изобретения является расширение динамического диапазона работы устройства в области малых значений угловых скоростей, в том числе на малых углах отклонений. Поставленная цель достигается за счет установки поверяемого датчика угловой скорости 5 на платформе 4, жестко связанной.с валом 3, соосно которому на основании 1 установлен аналогичный образцовый датчик угловой скорости 11, а также за счет нормирования величины контактного давления в месте контакта подпятника и рабочей части привода 14 (пьезовибратора, подключенного к генератору 25) с помощью балансировочного груза 9 и натяжения пружины. Выходные сигналы.датчиков через масштабные усилители 13 и 14 поступают на входы дифференциального усилителя 12, с выхода которого разностный сигнал через анализатор спектра 15 и интегратор 16 поступает в запоминающее устройство 19 для фиксации остаточной угловой виброскорости фундамента или в запоминающее устройство 18 при работе пьезовибраторз 24 для фиксации заданного значения угловой скорости плюс остаточной помехи - угловой виброскорости фундамента. После вычитания этих сигналов (бл 21) индикатором 22 и регистратором 23 производится измерение уровня сигнала.2 ил. 25 (Л С vi ю о о ю со

Физ.1