Устройство для воспроизведения малых угловых скоростей Советский патент 1993 года по МПК G01P21/00 

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для проведения ис пытаний, например, датчиков угловых скоростей.

Известно устройство рычажного типа с плечом большой длины. Устройство состоит из штанги с осью вращения, проходящей через эдин из ее концов, и снабжено микро- метри ским винтом, который упирается в подпятник, смонтированный на противоположном конце штанги. С помощью редуктора Ос л электродвигателя вращает с задан юй угловой скоростью микрометрический ЕИНТ. Он перемещается относительно основ шия и поворачивает штангу вокруг оси вращения на некоторый угол с угловой скоростью, величина которой определяется по известной формуле.

Те кое устройство имеет низкую помехозащищенность, например, в условиях воз- дейстгия на него вибраций, ограниченный динамический диапазон работы.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство рычажного типа с плечом большой длины. Оно состоит из штанги, установленной на основании на оси вращения, проходящей через один из ее концов, подпятника, закрепленного на противоположном конце штанги, привода, выполненного в виде пье- зовибратора, включенного к выходу генератора электрических колебаний и связанного со штангой, исследуемого датчика угловой скорости, закрепленного на платформе, жестко связанной с осью вращения, компенси- рующего датчика угловой скорости, установленного на основании соосно с исследуемым, дифференциального усилителя, входами подключенного к датчикам, узкополосного анализатора спектра, интегратора, подключенного к выходу анализатора, вход которого подключен к выходу дифференциального усилителя, блока вычитания спектра, двух запоминающих устройств, включенных входами к выходу интегратора.

з выходами - к входу блока вычитания спектра, индикатора и регистратора, включенных последовательно к выходу блока вычитания спектра.

Такое устройство имеет низкую точность и ограниченную области применения. Так, например, оно не позволяет проводить испытание одновременно двух исследуемых датчиков угловой скорости с целью оп- ределенияидентичности их характеристики, осуществлять допусковый контроль параметров исследуемого датчика в процессе испытания методом сличения характеристики образцового и исследуемого датчиков. Кроме того, известное устройство .не позволяет компенсировать возможное изменение величины остаточного сигнала вибровозмущений основания в процессе испытаний датчика, так как настройка на подавление уровня остаточной помехи осуществляется перед началом испытаний и остается неизменной в течение всего времени испытаний вне зависимости от изменения реального уровня остаточной помехи в измерительном канале устройства.

Целью изобретения является повышение точности и расширение области применения,

Цель достигается за счет того, что устройство снабжено вторым образцовым датчиком угловой скорости, установленным на второй платформе, жестко связанной с другим концом вала,, компенсирующей массой, закрепленной на основании симметрично с первым образцовым датчиком угловой скорости, третьим и четвертым масштабными усилителями, вторым и третьим дифференциальными усилителями, при этом второй образцовый датчик угловой скорости подключен к неинвертирующему входу второго дифференциального усилителя, инвертирующий вход которого через четвертый масштабный усилитель подключен к первому образцовому датчику угловой скорости, выход первого дифференциального усилителя соединен с неинвертирующим входом третьего дифференциального усилителя, инвертирующий вход которого соединен с выходом второго дифференциального усилителя, выход третьего дифференциального усилителя соединен с входом анализатора спектра, а выход интегратора соединен с регистратором.

На фиг. 1 показан главный вид устройства; на фиг. 2 - вид сверху.

Устройство для воспроизведения малых угловых скоростей имеет основание 1, на котором в подшипниках 2 установлен вал 3 с двумя жестко соединенными с ней платформами 4, предназначенными для крепления поверяемого датчика 5 угловой скорости и первого образцового датчика 6 угловой скорости. Вал 3 жестко связан с одним из концов горизонтально расположенной

штанги 7. На одном конце штанги 7 закреплен подпятник 8, опирающийся на привод 9, выполненный в виде пьезовибратора, подключенного к генератору 10 электрических колебаний с измерительным прибором 11, а

на другом - через вал 3 микрометрический винт 12 с балансировочным грузом 13. Пружина 14 с возможностью регулировки натяжения (механизм регулировки натяжения пружины 14 на фигурах не показан) установлена между штангой 7 и основанием 1 с противоположной стороны от микрометрического винта 12. Второй образцовый датчик 15 угловых скоростей установлен на основании 1 соосно с поверяемым 5 и первым образцовым 6 датчиками угловых скоростей, причем направление их чувствительности совпадает. Выход поверяемого датчика 5 и первого образцового датчика 6 подключен соответственно через

первый масштабный усилитель 16 и второй масштабный усилитель 17 к входам первого дифференциального усилителя 18, а выход второго образцового датчика 15 подключен через третий масштабный усилитель 20 к

неинвертирующему входу второго дифференциального усилителя 19, инвертирующий вход которого через четвертый масштабный усилитель 21 соединен с первым образцовым датчиком б угловой скорости. Выходы первого и второго дифференциальных усилителей 18 и 19 включены соответственно к неинвертируемому и инвертируемому входам третьего дифференциального усилителя 22, выход которого подключен к. регистратору 23 через , узкоплосный анализатор 24 спектра и интегратор 25.

Для обеспечения симметрирования входных сигналов устройства в схеме используются четыре идентичных масштабных усилителя 16, 17, 20, 21 и два идентичных дифференциальных усилителя 18,19. Компенсирующая масса 26 закреплена на основании 1 симметрично с первым

образцовым датчиком б угловой скорости.

Устройство работает следующим образом.

Перед началом работы необходимо ре- гулировкой положения балансированного груза 13 относительно оси вращения и натяжения пружины 14 механизмом регулировки обеспечить нормированную величину контактного давления в месте контакта подпятника 8 и рабочей части привода 9 по

показаниям измерительного прибора (на фигурах не показан).

Так как поверяемый 5. первый б и второй 15 образцовые датчики установлены на основании 1, не защищенном от воздействия угловых вибровозмущений фундамента, то ча их выходе возникают пропорциональные этим вибровозмущениям электрические сигналы, величины которых из-за неюлной идентичности выходных характе- ри :тик датчиков 5, 6, 15 несколько различны. Сигналы образцового датчика 6, пройдя через второй масштабный усилитель 17 и четвертый масштабный усилитель 21, посту- па от одновременно на инвертируемый вхо- дь Б первого 18 и второго 19 дифференциальных усилителей. Одновременно сигналы поверяемого 5 и образцового 5 датчиков, пройдя соответственно через пезвый масштабный усилитель 16 и третий усилитель 20, поступают на неинвертируе- мье входы А соответственно первого 18 и второго 19 дифференциальных усилителей. Затем последовательной регулировкой второ

о масштабного усилителя 17 необходимо

25 yci

максимально скомпенсировать различие выходных сигналов исследуемого 5 и образце зого 6 датчиков угловой скорости по минимальному уровню выходного сигнала пеэвого дифференциального усилителя 1.8. сп жтр которого контролируется узкополосным анализ.атором 24 и интегрируются на заданном временном отрезке интегратором При этом третий дифференциальный

литель 22 включен в синфазный режим

ра зоты по входу А. После этого необходимо ре-улировкой четвертого масштабного усилителя 21 максимально скомпесировать различие выходных сигналов образцовых да-чиков 15, 6 угловой скорости по мини- мапьному уровню выходного сигнала второго дифференциального усилителя 19, спектр которого контролируется узкйполосным ан злизатором 24 и интегрируется на заданно ч временном отрезке интегратором 25. При этом третий дифференциальный усилитель 22 включен в синфазный режим работы по выходу Б. После этого необходимо переключить третий дифференциальный усилитель 22 в дифференциальный режим работы (режим вычитания выходных сигналов пер- во о 18 и второго 19 дифференциальных усилителей) и проконтролировать узкополо ;ным анализатором 24 спектра, интегра- тоза 25 степень взаимной компенсации сигналов исследуемого 5 и образцового 15 датчиков угловой скорости. По величине их минимизированного остаточного сигнала судят о степени готовности устройства к работе.

Затем необходимо включить генератор 10 электрических колебаний, настроить его на выбранный режим работы, например при задании постоянной угловой скорости необ- 5 ходимо подать на привод 9 электрический сигнал пилообразной формы, заданной длительности и амплитуды, определяющих величину задаваемой угловой скорости, необходимо подать на привод 9 электриче0 ский сигнал синусоидальной формы, заданной длительности и амплитуды, контроль которых осуществляется измерительным прибором 11. После этого на выходе исследуемого 5 и образцового 15 датчиков угло5 вой скорости появляются сигналы, пропорциональные заданному входному воздействию плюс составляющая от действия на чувствительные элементы этих угловых вибровозмущений основания 1,

0 которые одновременно поступают на неинвертируемые входы А первого и второго дифференциальных усилителей 18 и 19. В это время на инвертируемые входы Б этих дифференциальных усилителей поступает

5 сигнал компенсирующего датчика 6 угловой скорости, пропорциональный только величине угловых вибровозмущений основания 1.

Таким образом, на выходе первого и

0 второго дифференциальных усилителей 18 и 19, работающих в режиме вычитания входных сигналов, появляются сигналы исследуемого 5 и образцового 15 датчиков, пропорциональные заданному входному

5 воздействию плюс остаточный нескомпенсированный сигнал угловых вибровозмущений основания 1, вызванный, например, остаточной нескомпенсировзнностью угловых вибровозмущений основания 1 при на0 стройке устройства перед началом работы либо некоторым самопроизвольным изменением коэффициентов усиления масштабных усилителей в процессе работы устройства. Затем сигналы исследуемого 5

5 и образцового 15 датчиков угловой скорости поступают на входы третьего дифференциального усилителя 22 (соответственно сигнал исследуемого 5 - на неинвертируемый вход А, а образцового 15 - на инвертируе0 мый вход Б), на выходе которого появляется разностный сигнал, пропорциональный величине отклонения параметров исследуемого датчика 5 угловой скорости по сравнению с параметрами образцового датчика 15.

5 Кроме того, третий дифференциальный усилитель 22 обеспечивает минимизацию остаточной помехи угловых вибровозмущений основания 1 за счет взаимной компенсации (вычитания) остаточных помех, которые могут присутствовать на его входах как составляющие, входящие в сигналы исследуемого 5 и образцового 6 датчиков угловой скорости. Выходной сигнал третьего дифференциальногоусилителя 22, пропорциональный величине отклонения параметров исследуемого датчика 5 угловой скорости от параметров образцового датчика 15, поступает на вход узкополосного анализатора 24 спектра и в виде спектра этого сигнала на интегратор 25. усредняющий полученные спектры выходного сигнала за время проведения испытаний, с тем чтобы обеспечить требуемую статическую точность результатов испытаний и затем сравнить их с величиной предварительно заданного допуска, позволяя судить о степени идентичности характеристик исследуемого 5 и образцового 15 датчиков угловой скорости.

Используя вышеописанный принцип работы, устройство позволяет проводить

подбор пар датчиков угловой скорости с идентичными характеристиками. При этом вместо образцового датчика 15 необходимо установить один из подбираемых датчиков

и методом селективного отбора по результатам испытаний осуществить подбор пар датчиков с идентичными характеристиками. Регистратор 23 обеспечивает регистрацию полученных результатов испытаний.

Устройство выгодно отличается от прототипа тем, что позволяет проводить компенсацию остаточной помехи в реальном масштабе времени, увеличивая соотношение сигнал/шум, обеспечивает проведение

допускового контроля исследуемого датчика угловой скорости методом сличения его характеристики с характеристикой образцового датчика угловой скорости в процессе

испытаний, а также селективный отбор датчиков угловой скорости с идентичными характеристиками.

Оэласть техни применения - измерительная а, испытания датчиков угловых скоростей. Устройство содержит штангу, имеющую на одном своем конце вал. через который штанга связана с основанием. Другой конец штанги опирается на пьезовйбратор, установленный на основании и подключенный к генератору электрических колебаний. На обоих концах вала установлены платформы, на котором установлены образцовые и поверяемый датчики угловой скорости, вь)- ходы которых подключены к схеме обработки сигналов, содержащей четыре масштабных усилителя, три дифференциальных усилителя, интегратор, узкополос - ный анализатор спектра и регистратор. 2 ил.

Формула изобретения .

Устройство для воспроизведения малых угловых скоростей, содержащее основание, вал, на котором одним из своих концов закреплена штанга, микрометрический винт с балансировочным грузом, жестко закрепленный на валу, продольная ось симметрии которого совпадает с осью симметрии штанги, платформу, жестко связанную с одним из концов вала, поверяемый датчик угловой скорости, установленный на платформе, подпятник, закрепленный на противоположном конце штанги, упругий элемент, связанный одним концом с основанием, а другим - со штангой, привод, выполненный в виде пьезовибратора и связанный со штангой через подпятник, генератор электрических колебаний, подключенный к приводу, измерительный прибор, включенный на выход генератора электрических колебаний, образцовый датчик угловой скорости, установленный на основании соосно с поверяемым и с совпадением направлений осей чувствительности их, первый дифференциальный усилитель, неинвертирующий и инвертирующий входы которого через первый и второй масштабные усилители соответственно соединен с поверяемым и с образцовым датчиками угловой скорости, а выход

соединен с узкополосным анализатором спектра, выход которого соединен с интегратором и регистратор, от л и ч а ю щ е.е- с я тем, что, с целью повышения точности и расширения области применения, оно снабжено вторым образцовым датчиком угловой скорости, установленным на второй платформе, жестко связанной с другим концом вала, компенсирующей массой, закрепленной на осйовании симметрично с первым образцовым датчиком угловой скорости, третьим и четвертым масштабными усилителями, вторым и третьим дифференциальными усилителями, при этом второй образцовый датчик угловой скорости подключен к неинвертирующему входу второго дифференциального усилителя, инвертирующий вход которого через четвертый масштабный усилитель подключен к первому образцовому датчику угловой скорости, выход первого дифференциального усилителя соединен с неинвертирующим входом третьего дифференциального усилителя, инвертирующий вход которого соединен с выходом второго дифференциального усилителя, выход третьего дифференциального усилителя соединен с входом узкополосного анализатора спектра, а выход интегратора соединен с регистратором.