АКСЕЛЕРОМЕТР Советский патент 1995 года по МПК G01P15/08 

Изобретение относится к области измерительной техники, а точнее к акселерометрам на поверхностных акустических волнах (ПАВ) для измерения ускорений подвижных объектов.

Целью изобретения является уменьшение температурной погрешности акселерометра.

На фиг.1 представлена конструкция акселерометра; на фиг.2 - блок-схема акселерометра.

На упругом чувствительном элементе 1 расположены входной встречно-штыревой преобразователь (ВШП) 2, выходной ВШП 3 первой линии задержки с направлением распространения волн вдоль продольной оси ЧЭ 1 (фиг.1). Входной ВШП 4 и выходной ВШП 5 второй линии задержки расположены так, что направление распространения волн второй линии задержки перпендикулярно продольной оcи ЧЭ. При этом обе линии задержки выполнены в общей области распространения волн, и длина каждой линии задержки расположена в пределах длины перпендикулярной ей линии задержки.

На первой линии задержки, образованной ВШП 2 и 3, выполнен первый генератор, полученный включением усилителя 6 между ВШП 2 и 3 (фиг.2). На второй линии задержки, образованной ВШП 4 и 5, выполнен второй генератор, полученный включением усилителя 7 между ВШП 4 и 5.

В акселерометр введены формирователи импульсов 8, 9, счетчики импульсов 10, 11, блок умножения 12, сумматор 13, постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) 14 и генератор тактовых импульсов 15.

Выход первого генератора, подключенный к ВШП 3, соединен с входом первого формирователя импульсов 8. Выход второго генератора, подключенный к ВШП 5, соединен с входом второго формирователя импульсов 9.

Выходы генератора тактовых импульсов 14 соединены с первыми входами первого счетчика импульсов 10, второго счетчика импульсов 11, блока умножения 12, сумматора 13, постоянного запоминающего устройства 14.

Выход первого формирователя импульсов 8 соединен с вторым входом первого счетчика импульсов 10, выход второго формирователя импульсов 9 подключен к второму входу второго счетчика импульсов 11. Выход первого счетчика импульсов 10 подсоединен к второму входу сумматора 13. К третьему входу сумматора 13 подсоединен выход блока умножения 12, к второму входу которого подключен выход второго счетчика импульсов 11. К третьему входу блока умножения 12 подсоединен выход ПЗУ 14. Выход сумматора 13 является выходом акселерометра.

Акселерометр работает следующим образом. Под действием инерционной силы, вызванной ускорением по оси, перпендикулярной плоскости ЧЭ, происходит деформация ЧЭ. При этом частота f₁ первого генератора на первой линии задержки с ВШП 2, 3 и усилителем 6, распространение волн в которой идет по продольной оси ЧЭ, изменяется пропорционально ускорению. Второй генератор на второй линии задержки в ВШП 4, 5 и усилителем 7 является генератором тактовой частоты f₂. Синусоидальный сигнал первого генератора поступает в первый формирователь импульсов 8, где происходит его преобразование в частотно-импульсный сигнал. В первом счетчике импульсов 10 происходит подсчет частоты импульсов после первого формирователя импульсов 8 и преобразование частоты импульсов в код. Синусоидальный сигнал второй линии задержки поступает в второй формирователь импульсов 9, где происходит его преобразование в частотно-импульсный сигнал. В втором счетчике импульсов 11 происходит подсчет числа импульсов после второго формирователя импульсов 9 и преобразование числа импульсов в код. В ПЗУ 14 записана константа k:
k = , (1) где α₁,α₂ - температурные коэффициенты чувствительности материала ЧЭ по продольной и поперечной осям ЧЭ соответственно.

По сигналу считывания с тактового генератора 15 с второго счетчика 11 и ПЗУ 14 в блок умножения 12 поступают значения частоты импульсов второго генератора и константы k соответственно, и происходит умножение этих величин. По сигналу тактового генератора 15 в сумматор 13 поступают значения частоты первого генератора с первого счетчика 10 и произведение величин с блока умножения 12. На выходе сумматора 13 получается разность между значением частоты первого генератора и скорректированным значением частоты второго генератора, т.к. с выхода первого счетчика 10 сигнал идет в прямом коде, а с инвертируемого выхода второго счетчика 11 в обратном коде.

Тактовый генератор 15 управляет по шинам адресов операциями считывания показаний и обнуления ячеек счетчиков импульсов 10, 11 блока умножения 12, сумматора 13, операцией считывания показаний с ПЗУ 14.

Т.к. частота первого генератора зависит от ускорения, а частота второго генератора от него не зависит, то разность частот с выхода сумматора 13 зависит от ускорения. Т.к. константа k установлена в соответствии с выражением (1), то разность частот с выхода сумматора 13 не зависит от температуры.

Действительно, частоты f₁ и f₂ первого и второго генераторов при изменении температуры на Δt принимают значения:
f₁=f_о(1+ α₁Δt), (2)
f₂=f_о(1+ α₂Δt), (3) где f_о - центральная частота генератора.

После умножения в блоке умножения 12 частоты f₂ на константу k получаем:
kf₂=kf_о(1+ α₂Δt) . (4)
После вычитания сигналов в сумматоре 13 получаем:
f₁-kf₂=f_о(1+ α₁Δt)-kf_о(1+ α₂Δ t)= =f_о(1-k)+f_о Δt( α₁- α₂k) (5)
В соответствии с выражением (1) второй член правой части выражения (5) равен нулю. Следовательно, выходной сигнал акселерометра не зависит от температуры.

Так как можно изменить частоту тактового генератора на любую константу k, то возможно применять для ЧЭ материалы с различными соотношениями между температурными коэффициентами чувствительности по продольной и поперечной осям ЧЭ.

Использование: измерительная техника, устройства для измерения ускорений. Сущность изобретения: акселерометр содержит чувствительный элемент с имеющими общую область распространения и взаимно перпендикулярное направление поверхностных акустических волн преобразователями. На основе преобразователей построены генераторы, с выходами которых связаны формирователи импульсов. Сигналы с формирователей импульсов поступают на счетчики. Сигналы счетчика и постоянного запоминающего устройства поступают на блок умножения. Сигналы счетчика и блока умножения поступают на сумматор. Счетчики, блок умножения, сумматор и постоянное запоминающее устройство управляются сигналами тактового генератора. 2 ил.

АКСЕЛЕРОМЕТР, выполненный на основе преобразователя поверхностных акустических волн, содержащий чувствительный элемент, на котором образованы две линии задержки с перпендикулярным направлением и общей областью распространения волн, а длина каждой линии задержки расположена в пределах длины перпендикулярной ей линии задержки, генераторы, образованные включением усилителей между входными и выходными встречно-штыревыми преобразователями линий задержки, отличающийся тем, что, с целью уменьшения температурной погрешности, в него введены формирователи импульсов, входами соединенные с выходами генераторов, счетчики импульсов, блок умножения, постоянное запоминающее устройство, сумматор и тактовый генератор, выходами соединенный с первыми входами счетчиков импульсов, блока умножения, постоянного у запоминающего устройства и сумматора, при этом вторые входы первого и второго счетчиков подсоединены соответственно к выходам формирователей импульсов первого и второго генераторов, выход второго счетчика подключен к второму входу блока умножения, третий вход которого подсоединен к выходу постоянного запоминающего устройства, а выходы первого счетчика и блока умножения соединены с входами сумматора, выход которого является входом акселерометра.