Компенсационный акселератор Советский патент 1992 года по МПК G01P15/08 G01P15/13 

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для измерения статических и динамических ускорений.

Известны акселерометры, содержащие инерционный элемент, колебательную систему, преобразователь перемещения в электрический сигнал, усилитель цепи прямого преобразования, соединенный с первой обмоткой обратного преобразователя, а также самостоятельный канал демпфирования, состоящий из последовательно соединенных второй обмотки и усилителя, выход которого соединен с третьей обмоткой обратного преобразователя, и имеющий характеристику, близкую к характеристике идеального дифференциатора.

Недостатком указанных акселерометров является значительное энергопотребление, вызванное необходимостью выделения части обмотки обратного преобразователя для получения сигнала, пропорционального скорости перемещения.

Известен акселерометр, содержащий инерционный элемент, колебательную систему и преобразователь перемещения в электрический сигнал, предварительный усилитель и оконечный усилитель цепи прямого преобразования, соединенный с первой обмоткой обратного преобразователя и канал демпфирования на основе корректирующего дифференцирующего усилителя. вход которого подключен к выходу предварительного усилителя цепи прямого преобразования, а выход - ко второй обмотке обратного преобразователя.

Недостатком данного акселерометра является низкая динамическая точность акХ|

г

N4

селерометра, вызванная отличием динамических характеристик канала демпфирования от характеристик идеального дифференцирующего звена, и зависимостью регулировок его АЧХ и ФЧХ.

Изобретение направлено на повышение динамической точности за счет раздельного регулирования АЧХ и ФЧХ канала демпфирования.

.Согласно изобретению в компенсационный акселерометр, содержащий инерционный элемент, колебательную систему, преобразователь перемещения в электрический сигнал, подключенный через предва- рительный усилитель к оконечному усилителю цепи прямого преобразования, выход которого соединен с первой обмоткой обратного преобразователя, и канал демпфирования, содержащий подключенный к выходу предварительного усилителя дифференцирующий усилитель и вторую обмотку обратного преобразователя канала демпфирования, введен усилитель постоянного тока, вход которого подключен к выходу дифференцирующего усилителя, а выход- к второй обмотке обратного преобразователя канала демпфирования.

Схема предлагаемого акселерометра приведена на фиг. 1, где 1 - масса инерционного элемента, 2 - колебательная система и преобразователь перемещения, 3 - предварительный усилитель, 4 - оконечный усилитель цепи прямого преобразования, 5 - обратный преобразователь, Канал демпфирования состоит из дифференцирующего усилителя 6. вход которого подключен к выходу предварительного усилителя 3, а выход - к усилителю постоянного тока 7, соединенному с обмоткой обратного преобразователя канала демпфирования 8. На фиг. 2 приведены также обозначения резисторов R1, R2, R3, R4, R5, С1. С2, СЗ.

Акселерометр работает следующим образом.

При воздействии на инерционный элемент 1 постоянного или переменного ускорения возникает сила, преобразуемая колебательной системой в перемещение и преобразователем перемещения 2 в электрический сигнал. Этот сигнал усиливается в предварительном усилителе 3 и с его выхода подается на оконечный усилитель 4 и вход канала демпфирования. Вследствие этого по обмоткам 5 и 8 обратного преобразователя, соединенным с выходами усилителей 4 и 7, протекают токи, взаимодействие которых с полем постоянного магнита приводит к возникновению силы, стремящейся возвратить инерционный элемент 1 в исходное состояние, Совокупное

действие этих сигналов приводит к формированию заданных статических и динамических характеристик. Канал демпфирования работает следующим образом: переменный

сигнал с выхода усилителя 3 преобразовывается в дифференцирующем усилителе б так, что его выходной сигнал по амплитуде пропорционален частоте и амплитуде входного сигнала, а по фазе сдвинут относительно него на угол, близкий к п /2. Далее этот сигнал усиливается в усилителе 7 по амплитуде, не изменяя фазового сдвига, и подается в катушку 8 обратного преобразователя, формируя демпфирующую силу.

Передаточная функция предлагаемого канала демпфирования (см. фиг.2) при условии R2-C3 2R1-C1 и R2 R3 имеет вид

2R2C1p

.д. ,ч ЛГ.0 1Н

(P)p2R2 C2C3+7-J;W

Ж ад к сз

+1

У У -1- f

R4

R5 R4

2R2C1p

R4 -Е + 2G -t- + 1 оЈыд

30

где ftЈ

1

хч

R2 C2C3 сз

При условии регулирования ФЧХ корректирующего устройства изменением конденсатора С1, а АЧХ изменением отношения R5/R4 обеспечивается независимость между постоянными времени числителя и знаменателя. Т.к. на точность

коррекции влияют значения постоянных времени числителя, выбор параметров R2, С2, СЗ проводят таким образом, чтобы изменение фазового сдвига в заданном интервале частот не превышало

требуемой величины. Совпадение ПФ вида

-5 с ПФ колебательной

4+2G + 1

системы 2 порядка позволяет осуществить выбор параметров корректирующего усилителя по графикам АЧХ и ФЧХ, на участке, соответствующем слабым изменениям АЧХ

(D 0,7; -- 0 -0,3). При этом аналогом

амплитудной ошибки является отличие динамической чувствительности от статической, аналогом фазовой ошибки отличие ФЧХ от нуля, аналогом коэффициента демпфирования - коэффициент G аналогом

собственной частоты - частота ад. Более точно такой выбор можно осуществить, пользуясь расчетами. Процедура выбора параметров предлагаемого устройства коррекции заключается в следующем:

по ФЧХ колебательной системы при

ы

G 0,7 определяют отношение --г-, соотШ()

ветствующее заданной фазовой ошибке. Задаваясь частотой («max, соответствующей максимальному значению частоты дифференцируемого сигнала, равной, например, собственной частоте акселерометра соь. определяют параметры корректирующего устройства по формулам

С2 G2 СЗ

сод

1

R22 С2СЗ R2C3 2R1C1

DK4

К7 2DK4

147 (Oof

Полученные теоретические выводы хорошо согласуются с экспериментальными

данными, полученными при разработке акселерометров серии Вт.

Формула изобретения

Компенсационный акселерометр, содержащий инерционный элемент, колебательную систему, преобразователь перемещения в электрический сигнал, под

ключенный через предварительный усилитель к оконечному усилителю цепи прямого преобразования, выход которого соединен с первой обмоткой обратного преобразователя, и канал демпфирования, содержащий

подключенный к выходу предварительного усилителя дифференцирующий усилитель и вторую обмотку обратного преобразователя канала демпфирования, отличающий- с я тем, что, с целью повышения динамической точности измерений за счет раздельного регулирования амплитудно- частотных и фазочастотных характеристик канала демпфирования, в него введен усилитель постоянного тока, вход которого

подключен к выходу дифференцирующего усилителя, а выход - к второй обмотке обратного преобразователя канала демпфирования.

Использование: компенсационный акселерометр для измерения статических и динамических ускорений. Цель - повышение динамической точности за счет раздельного регулирования АЧХ и ФЧХ канала демпфирования. Сущность изобретения: акселерометр содержит инерционный элемент, колебательную систему и преобразователь перемещения, предварительный усилитель, оконечный усилитель основного канала, обратный преобразователь основного канала, дифференцирующий усилитель, усилитель постоянного тока, обмотку обратного преобразователя. Акселерометр позволяет повысить динамическую точность за счет введения дополнительного усилителя, обеспечивающего возможность независимой регулировки АЧХ и ФЧХ канала демпфирования. 2 ил. у Ј

а(Р )

Фиг 1

U8bix()