Способ определения динамической характеристики акселерометров с минимально-фазовыми характеристиками Советский патент 1992 года по МПК G01P21/00 

со

с

Использование: приборостроение, технология изготовления акселерометров с минимально-фазовыми характеристиками и их поверка. Сущность изобретения: чувствительный элемент испытуемого акселерометра 2 поочередно возбуждает на разных частотах. Одна частота равна резонансной. Другая частота равна граничному значению рабочего диапазона измеряемых частот. Измеряют фазовый сдвиг на этих частотах. О динамической характеристике акселерометра 2 судят по его динамической чувствительности на фиксированных частотах. Динамическую чувствительность определяют из соотношения измеренных параметров. 1 ил.

Изобретение относится к технологии изготовления акселерометров с минимально-Фазовыми характеристиками и может быть использовано при определении их динамической характеристики (ДХ).

Известен способ определения фазоча- стотной характеристики (ФЧХ) электронных усилителей путем замера амплитудно-частотной характеристики (АЧХ) усилителя с последующим ее пересчетом в ФЧХ по формуле

со

чм-i. J

-СО

ds du

/и/

So gCoth- dU7

.

Предлагаемый способ характеризуется сложностью замера АЧХ акселерометра в широком диапазоне частот и при больших

гии льжетдича-ных тотлее

О)

тся а в их

величинах амплитуд ускорения с высокой точностью, сложностью оценки погрешности ДХ акселерометра через АЧХ, замеренную в ограниченном диапазоне частот.

Известен способ определения ДХ акселерометра с жидкостным демпфером, включающий определение коэффициента передачи первичного преобразователя на фиксированных частотах при фиксированных температурах, в котором с целью упрощения контроля ДХ и расширения диапазона контролируемых параметров, предварительно определяют массу 43, собственную частоту его колебаний, конструктивную постоянную акселерометра и функцию температурной зависимости вязкости демпфирующей жидкости, после этого охлаждают акселерометр до температуры, равной нижнему пределу рабочего диапазона температур акселерометра, а затем пооче2

СО

о VI

Jb

редно возбуждают акселерометр на фикои рованных частотах, измеряют коэффициенты преобразования ЧЭ на каждой частоте, сравнивают их с расчетными и по результатам сравнения судят о динамической характери- стике акселерометра во всем рабочем диапазоне температур.

Этот способ характеризуется большой трудоемкостью, обусловленной необходимостью замера массы инерционного эле- мента, что для некоторых конструкций, например микроэлектронных, произвести трудно.

Цель изобретения - повышение точности контроля ДХ и его упрощение.

Цель достигается тем, что поочередно возбуждают ЧЭ на частоте, равной резонансной, и частоте, равной граничному значению рабочего диапазона измеряемых частот, измеряют фазовый сдвиг на этих частотах, а о ДХ акселерометра судят по его динамической чувствительности на фиксированных частотах, определяемой по формуле

5ф-

где о)р - резонансная частота;

ftv - граничное значение рабочего диапазона частот;,

- сдвиг фазы на резонансной частоте;

- сдвиг фазы на граничной частоте рабочего диапазона частот;

а - фиксированная частота

В предложенном способе для проверки минимальной фазовости акселерометров дополнительно измеряют его динамиче- скую чувствительность на резонансной час- тоте и частоте, равной граничному значению частоты рабочего диапазона, сравнивают из- меренные значения динамической чувствительности с расчетными, определенными через фазовые сдвиги на названных частотах, и по величине их отклонений от нормы, например 5%, судят о минимальной фазово- сти акселерометра.

Реализация заявляемого способа может осуществляться с помощью устройства, изображенного на фиг. 1. В состав устройства входят: вибрационный стенд 1, генератор си- нусоидальных колебаний 7, измеритель сдвига фазы 4 колебаний выходного сигнала испытуемого акселерометра 2 относительно выходного сигнала контрольного датчика 3,

0

5

0

5

5

установленного на столе вибростенда 1. Функционируют устройство известным образом. Вибростенд возбуждают на фиксированных частотах с помощью генератора 7. Измерительные приборы (вольтметры) измеряют выходные сигналы акселерометра 2 и контрольного датчика 3. Прибор 4 измеряет ФЧХ испытуемого акселерометра,

Согласно заявляемому способу акселерометр 2 возбуждают на резонансной частоте акселерометра, что контролируют по наибольшему значению амплитуды выходного сигнала прибора 2 при изменении частоты возбуждения. Измеряют АЧХ и ФЧХ акселерометра на резонансной частоте. Затем возбуждают акселерометр на частоте, равной грани ;ному значению рабочего диапазона частот акселерометра. Измеряют АЧХ и ФЧХ акселерометра на этой частоте. Фиксируют значения АЧХ и ФЧХ испытуемого акселерометра на указанных частотах. Контролируют наличие свойства минимальной фазовости акселерометра. Для этого вычисляют АЧХ акселерометра, используя замеры его ФЧХ на названных частотах по формуле (2), сравнивают вычисленные значения АЧХ с измеренными, если разница не превышает 5%, то акселерометр считают обладающим свойством минимальной фазовости.

В этом случае его ДХ определяют с учетом измеренных значений ФЧХ по формуле (2).

Теоретическое обоснование заявляемого способа основано на предположении допустимости представления ДХ акселерометра уравнением;

тх + Ох + сх Ф(т),

(3)

здесь т, D, с - соответственно масса ЧЭ акселерометра, коэффициент демпфирования и жесткость акселерометра,

Ф (т.) - измеряемое воздействие.

При стандартных обозначениях

ah - V-z-- собственная частота колебаний подвеса акселерометра;

б D

Ј м I - степень успокоения колебаний инерционного элемента акселерометра. АЧХ и ФЧХ акселерометра приобретает вид

ОТ

со

Т )

„У2

-ИГ - С0$

(4)

t.$Ј VM-

Динамическая чувствительность акселерометра на резонансной частоте определена из (4) условием:

35/

,

9w/to 6)f

(б)

равна

5р-5(б,

2f -fii-p1

Фазовый сдвиг выходного сигнала на частоте ft) р. равной резонансной

(WP ok vi - 2Ј2

согласно (5) будет равен

f( Cfp-arctg-y-;-.

ФЧХ на частоте равна

.-arctj

со0

В заявленном способе предлагается определять ДХ акселерометра с минимально- фазовыми характеристиками, используя ФЧХ на двух фиксированных характерных частотах ш . Исходя из (5) и используя условие

у СО о / W ,1 Ue / СО )

ает- тт-ТйГйтЬ1 (11)

Отсюда для собственной частоты акселерометра будет

„Q.-cOatgCfe

ОЗХ 0),С02

0со Ч -соДзЦ а

С учетом этого формула для степени успокоения колебаний акселерометра запишется как

Ц1) ..-ЦЧ г Ы, .-сО.Цч 2 f«-- Q.tj.Q. (0,t,-uaigq J

ДХ акселерометров формируется с выраженным резонансом.т.е.при - г-Это позволяет использовать при определении ДХ характерные для акселерометров частоты: граничную (От и резонансную ft)p . Поэтому из выражения (9) получится

(5)

(14)

5 заменяя в формуле (12) , ад ОҐ, с учетом (14) окончательно получают

Ю

а„-и

От Up tVlf,,

Pll (Op

ur

14 Qr

(15)

Подставив (14) и (15) в (4), получают выражение АЧХ акселерометра через фазовые 15 сдвиги выходного сигнала:,

,5(W)16)

(8)

20

(9)

10)

опьно-ьзуя ных ьзуя

(11)

еро(12)

окоется

Поскольку измерения ФЧХ для акселерометров с жидкостным демпфером можно осуществить с большей точностью в рабочем диапазоне частот по сравнению с заме- 25 рами его АЧХ, то заявляемый способ обладает не только меньшей трудоемкостью, но и большей точностью по сравнению с известными решениями.

30 Формула изобретения

Способ определения динамической характеристики акселерометров с минимально-фазовыми характеристиками, заключающийся в поочередном возбуждении

35 его чувствительного элемента на фиксированных частотах, отличающийся тем, что, с целью повышения точности контроля и его упрощения, чувствительный элемент акселерометра возбуждают на частоте, рав40 ной резонансной, и частоте, равной граничному значению рабочего диапазона измеряемых частот, измеряют фазовый сдвиг на этих частотах, а о динамической характеристике акселерометра судят по его

45 динамической чувствительности S( ад) на фиксированных частотах, определяемой по формуле

50

5( (г) р - резонансная частота; а) г - граничное значение рабочего диапазона;

р р - сдвиг фазы на резонансной частоте;

- сдвиг фазы на граничной частоте рабочего диапазона частот;

ал - фиксированная частота.