Устройство для измерения ускорений Советский патент 1992 года по МПК G01P15/08 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения вибрационных и линейных ускорений.

Известно устройство для измерения линейных ускорений, содержащее последова- тельно включенные преобразователь питания с выходным трансформатором, дифференциальный индуктивный датчик, включенный в одно из плеч измерительного моста, демодулятор, фильтр низких частот и усилитель постоянного тока.

Недостатком данного устройства является низкая виброустойчивость, когда искажения полезного выходного сигнала проходят напрямую через демодулятор и приводят к значительной погрешности измерений.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство для измерения ускорений, содержащее преобразователь питания с выходным трансформатором, измерительный мост, одно плечо которого образовано полуобмотками дифференциального индуктивного датчика, а второе плечо - резистив- ным делителем, усилитель переменного

напряжения, синхронный ключевой демодулятор на операционном усилителе и управляемый ключ в цепи неинвертирующего входа операционного усилителя, фильтр низких частот и усилитель постоянного тока.

Недостатком указанного устройства является низкая помехоустойчивость, вызываемая паразитными реактивными параметрами дифференциального индуктивного датчика. Большое влияние на точность измерения оказывают в первую очередь паразитные емкости, образованные как в самом индуктивном датчике - межвитковая емкость, так и на выходе его - емкость соединительной линии связи.

Эти паразитные емкости образуют с рабочей индуктивностью резонансные контура, которые, возбуждаясь, накладываются на полезный выходной сигнал индуктивного датчика.

Выходные сигналы индуктивного датчика при отсутствии паразитных емкостей, имеющего реальные паразитные конструктивные емкости, представлены на фиг.1а и б.

2

О О

VI

О)

Целью изобретения является повышение точности измерения ускорений за счет исключения влияния паразитных наводок.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство, содержащее преобразователь питания с выходным трансформатором, измерительный мост, одно плечо которого образовано полуобмотками дифференциального индуктивного датчика, а второе плечо - рези- стивным делителем, усилитель переменного напряжения, подключенный к синхронному ключевому демодулятору, последовательно соединенные фильтр нижних частот и усилитель постоянного тока, введены схема выделения конца импульса и схема выборки и хранения, состоящая из управляющего ключа и конденсатора памяти, причем выход усилителя переменного напряжения соединен с входом схемы выборки и хранения, выход которой соединен с входом фильтра низкой частоты, а управляющее напряжение на схему выборки и хранения подается со схемы выделения конца импульса, вход которой соединен с обмоткой выходного трансформатора.

На фиг.2 приведена схема предлагаемого устройства,

Устройство для измерения ускорений содержит преобразователь 1 с выходным трансформатором 2, измерительный мост 3, одно плечо которого образовано полуобмотками дифференциального индуктивного датчика 4, а второе плечо - резистивным делителем 5, усилитель переменного напряжения 6, синхронный ключевой демодулятор 7, схему выборки и хранения 8, схему выделения конца импульса 9, последовательно соединенные фильтр нижних частот 10 и усилитель постоянного тока 11.

Измерительный мост 3 запитан от вторичной обмотки трансформатора 2 преобразователя 1, выход измерительного моста 3 соединен с входом усилителя переменного напряжения 6, выход которого соединен с синхронным ключевым демодулятором 7, управление которого осуществляется с трансформатора 2, и схемой выборки и хранения 8, управление которой осуществляется схемой выделения конца импульса 9, вход которой соединен с трансформатором 2. Выход схемы выборки и хранения 8 соединен с входом фильтра нижних частот 10. Устройство для измерения ускорений работает следующим образом.

В исходном состоянии при отсутствии линейных или вибрационных ускорений величины индуктивного сопротивления полуобмоток датчика 4 равны, измерительный мост сбалансирован и выходное напряжение измерительного моста 3 равно нулю.

Соответственно, равны нулю исходное напряжение усилителя переменного напряжения б, синхронного ключевого демодулятора 7, схемы выборки и хранения 8, фильтра нижних

частот 10, усилителя постоянного тока 11. При наличии ускорения якорь индуктивного датчика под действием сил инерции смещается, изменяются в противоположные стороны значения индуктивных сопротивлений полу0 обмоток датчика 4 и баланс измерительного моста 3 нарушается, в результате чего на выходе моста появляется переменное напряжение, величина которого в пределах линейной рабочей зоны датчика пропорциональна величине

5 ускорения; частота напряжения равна опорной частоте преобразователя 1, а фаза изменяется на 180° при изменении направления ускорения.

Переменное напряжение с выхода из0 мерительного моста 3 усиливается усилителем переменного напряжения 6 и подается на синхрс-жый ключевой демодулятор 7 и схему выборки и хранения 8, управление которой сфазировано с опорным напряже5 нием. Управляющий ключ схемы выборки и хранения 8 открывается и выходное напряжение усилителя переменного напряжения б заряжает конденсатор памяти схемы выборки и хранения 8. Открывание управляю0 щего ключа схемы выборки и хранения 8 происходит в момент окончания периода опорного напряжения преобразователя, когда колебательные процессы паразитных контуров индуктивного датчика 4 уже закон5 чились или имеют допустимую для нормального функционирования последующих узлов величину. Выходное напряжение со схемы выборки и хранения 8 поступает на фильтр нижних частот 10, который формиру0 ет частотный диапазон и далее на усилитель постоянного тока 11 для формирования амплитудного диапазона устройства для измерения ускорений.

Таким образом, введя схему выделения

5 конца импульса 9 и схему выборки и хранения 8 и используя положительные свойства синхронного демодулятора, исключаем влияние паразитных помех, которые присутствуют во входном сигнале индуктивного

0 датчика.

В предлагаемом устройстве для измерения ускорений по сравнению с прототипом достигается повышение точности измерений за счет использования схемы выделения

5 конца импульса, схемы выборки и хранения, которые исключают из информативного сигнала колебательные процессы паразитных контуров, и пропускают на фильтр нижних частот сигнал, пропорциональный измеряемому ускорению.

Формула изобретения Устройство для измерения ускорений, содержащее преобразователь напряжения с выходным трансформатором, соединенный с измерительным мостом, включающим в себя реэистивный делитель и дифференциальный индуктивный датчик, к выходу которого подключен усилитель переменного напряжения, соединенный выходом с синхронным демодулятором, последовательно соединенные фильтр нижних частот и уси0

литель постоянного тока, отличающее- с я тем, что, с целью повышения точности, в него введены схема выборки и хранения, включающая в себя управляемый ключ и запоминающий конденсатор и подключенная входом к выходу усилителя переменного напряжения, а выходом - к фильтру нижних частот, и схеМа1ыделенШ1к6нца импульса, вход которой соединен с выходным трансформатором, а выход - с управляющим входом схемы выборки и хранения.

Использование: приборостроение, измерение вибрационных и линейных ускорений. Сущность изобретения: акселерометр содержит измерительный мост 3, одно плечо которого образовано полуобмотками 4 дифференциального индуктивного датчика. Выход измерительного моста 3 подключен к схеме обработки выходного сигнала, в состав которой введены схема выборки и хранения 8 и схема выделения конца импульса 9. 2 ил.

а

иь

И

Фиг /

1

N

Ј