Предлагаемое изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при разработке акселерометров для систем управления современных комплексов.
Известен способ измерения ускорения маятниковым компенсационным акселерометром с дискретным выходом путем повышения дискретности его выходной информации при помощи частотно-зависимого делителя тока обратной, связи аналоговой части акселерометра (см., например, авт. св. №1839853 от 24.08.78 г.). Недостатком этого способа является резкое уменьшение диапазона измеряемых ускорений, что ограничивает область применения данного способа измерением ускорений, меньших 1 g.
Наиболее близким к заявляемому является способ измерения линейных ускорений при помощи маятникового компенсационного акселерометра с аналого-цифровым преобразователем (АЦП) с входным интегрирующим конденсатором, в котором повышение дискретности достигается установкой дополнительных входных компараторов. Недостатком указанного способа является то, что при использовании его для акселерометра, в котором для повышения помехозащищенности установлен RC-фильтр между выходом аналоговой части акселерометра и входом его АЦП (см., например, авт. св. №1839856 г.), он обладает существенной погрешностью в режиме измерения малых ускорений, вследствие того, что при расчете напряжения срабатывания промежуточных компараторов не учитывается емкость конденсатора RC-фильтра.
Целью предлагаемого изобретения является повышение точности измерения малых ускорений.
Эта цель достигается тем, что в способе измерения ускорения маятниковым компенсационным акселерометром с аналого-цифровым преобразователем с входным конденсатором путем повышения дискретности его выходной информации при помощи дополнительных входных компараторов при одновременном повышении помехозащищенности при помощи RC-фильтра, включенного между выходом аналоговой части акселерометра и входом аналого-цифрового преобразователя, импульс эталонного разряжающего тока на входной конденсатор подают при достижении на нем напряжения, величина которого равна отношению произведения значений эталонного тока и эталонного времени к сумме величин емкостей входного конденсатора аналого-цифрового преобразователя и конденсатора RC-фильтра, в то время как дополнительные информационные выходные импульсы акселерометра формируют при достижении на входном конденсаторе преобразователя части этого напряжения, пропорциональной отношению порядкового номера дополнительного компаратора к общему числу компараторов.
Среди известных авторам технических решений не обнаружена предлагаемая совокупность новых признаков, которая позволяет повысить точность измерения малых ускорений выбором напряжения срабатывания компараторов аналого-цифрового преобразователя акселерометра в зависимости от величин емкостей конденсаторов RC-фильтра, включенного между выходом аналоговой части акселерометра и входом аналого-цифрового преобразователя, и входного конденсатора преобразователя. Следовательно, предложенный способ соответствует критерию "существенные отличия".
Предлагаемый способ предусматривает проведение следующих операций.
1. Исходя из заданной точности измерения и диапазона измеряемых перегрузок определяют величины эталонного времени Тэт, эталонного тока Iэт и емкости входного конденсатора аналого-цифрового преобразователя Свх.
2. Исходя из необходимой степени подавления помех на входе преобразователя определяют величину резистора Rф и емкость конденсатора СФ фильтра.
3. Исходя из необходимой дискретности выходной информации определяют количество дополнительных компараторов n, имея в виду, что выходная частота fвых=f0(n+1), где f0 - исходная выходная частота акселерометра.
4. Определяют напряжение срабатывания основного компаратора преобразователя
5. Определяют напряжение срабатывания каждого дополнительного компаратора
где i=1, 2, 3...m,
n=1, 2, 3...m.
На фиг.1 приведен пример структурной реализации предлагаемого способа, на фиг.2 приведена схема включения входного конденсатора и RC-фильтра на входе преобразователя, на фиг.3 приведены графики, поясняющие принцип настройки промежуточных компараторов в режиме малых выходных частот.
На фиг.1 приняты следующие обозначения:
1 - маятниковый чувствительный элемент,
2 - формирователь аналогового сигнала обратной связи,
3 - корректирующий RC-фильтр,
4 - аналого-цифровой преобразователь (АЦП),
5 - входной конденсатор АЦП,
6 - основной компаратор АЦП,
7 - блок дополнительных компараторов АЦП,
8 - формирователь эталонного времени АЦП,
9 - источник эталонного тока АЦП.
На фиг.2 обозначены:
Сф, Rф - конденсатор и резистор фильтра соответственно.
На фиг.3 обозначены - напряжение срабатывания промежуточных компараторов без учета Сф;
Uср0 - напряжение срабатывания основного компаратора;
Т1, Т2, Т3, Т0 - период выходной частоты акселерометра, определяемой основным и дополнительными компараторами при Сф=0;
1 - характер изменения напряжения на Свх при Сф=0;
2 - характер изменения напряжения на Свх с учетом Сф;
- период выходной частоты акселерометра с учетом Сф;
- напряжение срабатывания промежуточных компараторов, рассчитанных с учетом Сф.
Сущность предлагаемого способа заключается в следующем. В случае, когда измерение ускорения производится акселерометром с дополнительными компараторами 7 на входе АЦП 4, импульс эталонного разряжающего тока с выхода источника 9 подают на конденсатор 5 фиг.1 при напряжении на нем, равном
где величина
В этом случае, как показано на фиг.3 для случая трех дополнительных компараторов, напряжения срабатывания каждого из них равны между собой, как и периоды следования дополнительных выходных импульсов Т1, Т2, T3. Однако неучитывание влияния конденсатора Сф (фиг.2) фильтра 3 (фиг.1) приводит к неравномерности следования выходных импульсов акселерометра. Действительно, как это видно из рассмотрения схемы, изображенной на фиг.2, напряжение U0 на конденсаторе Cвх в промежутках между подачей разряжающего импульса эталонного тока Iэт·Tэт будет изменяться в соответствии с выражением
где Iвых - выходной ток формирователя аналогового сигнала обратной связи 2 (фиг.1);
где Rф - резистор фильтра 3 (фиг.1);
Очевидно, что при t→0, т.е. выражение для Uс примет вид
(график 1 на фиг.3), в то время как при t→∞, т.е. ,
(график 2 на фиг.3).
Из рассмотрения фиг.3 следует, что при регулировке напряжения срабатывания промежуточных (дополнительных) компараторов имеют величины:
при Cф=0 периоды выходной частоты Т1=Т2=Т3=Т4=Т0/4. Однако при наличии Сф выбор напряжений срабатывания, равными приводит к тому, что при проявляется существенная неравномерность периодов Это приводит к заметной погрешности измерения малых ускорений, возрастающей по мере уменьшения действующего ускорения.
На фиг.3 показано, что выбор напряжений срабатывания с учетом выражения (7), т.е.
восстанавливает равномерность периодов выходной частоты.
Лабораторные исследования эффективности реализации предлагаемого способа показали, что в отличие от способа-прототипа он позволил уменьшить неравномерность следования выходных импульсов с 20-25% до погрешности регулировки напряжения срабатывания дополнительных компараторов 5-7%, что практически исключает погрешность измерения малых ускорений от неравномерности следования выходных импульсов.
Очевидно, что при этом повышается неравномерность следования выходных импульсов акселерометра на средних и больших перегрузках. Однако режим измерения малых ускорений является определяющим по точности измерения ускорений на конечном этапе работы беспилотных летательных аппаратов.
название | год | авторы | номер документа |
---|---|---|---|
СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ЛИНЕЙНЫХ УСКОРЕНИЙ | 1987 |
|
SU1839889A2 |
ФОРМИРОВАТЕЛЬ ИМПУЛЬСОВ ИЗ СИГНАЛОВ ИНДУКЦИОННЫХ ДАТЧИКОВ ЧАСТОТЫ ВРАЩЕНИЯ | 2012 |
|
RU2490787C1 |
СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ АДДИТИВНОЙ ПОГРЕШНОСТИ ЭЛЕКТРОННОГО ПРИБОРА МАЯТНИКОВОГО КОМПЕНСАЦИОННОГО АКСЕЛЕРОМЕТРА | 1988 |
|
SU1839932A1 |
Аналого-частотный преобразователь | 1979 |
|
SU766008A1 |
ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ИНЕРЦИАЛЬНОЙ ИНФОРМАЦИИ | 2006 |
|
RU2325620C2 |
КОМПЕНСАЦИОННЫЙ АКСЕЛЕРОМЕТР | 2012 |
|
RU2513665C1 |
АНАЛОГО-ЦИФРОВОЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ С УПРАВЛЯЕМОЙ ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТЬЮ НА БАЗЕ МИКРОКОНТРОЛЛЕРА | 2005 |
|
RU2298872C1 |
СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ИМПУЛЬСНЫМ СТАБИЛИЗАТОРОМ НАПРЯЖЕНИЯ | 2012 |
|
RU2509337C1 |
СПОСОБ РЕГУЛИРОВАНИЯ ВРЕМЕНИ СРАБАТЫВАНИЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ | 2021 |
|
RU2773298C1 |
ФОРМИРОВАТЕЛЬ ИМПУЛЬСОВ ИЗ СИГНАЛОВ ИНДУКЦИОННЫХ ДАТЧИКОВ ЧАСТОТЫ ВРАЩЕНИЯ | 2014 |
|
RU2541095C1 |
Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при разработке акселерометров для систем управления современных комплексов. Сущность: для измерения линейных ускорений компенсационным акселерометром с аналого-цифровым преобразователем с входным интегрирующим конденсатором повышают дискретность его выходной информации при помощи дополнительных входных компараторов преобразователя. Одновременно повышают помехозащищенность при помощи RC-фильтра, включенного между выходом аналоговой части акселерометра и входом преобразователя. При этом импульс эталонного разряжающего тока подают на входной интегрирующий конденсатор преобразователя при достижении на нем напряжения с величиной, равной отношению произведения эталонного тока и эталонного времени к сумме величин емкостей входного интегрирующего конденсатора аналого-цифрового преобразователя и конденсатора RC-фильтра. Кроме того, дополнительные информационные выходные импульсы формируют при достижении на входном конденсаторе части этого напряжения, пропорциональной отношению порядкового номера дополнительного компаратора к общему числу компараторов. Технический результат: повышение точности. 3 ил.
Способ измерения линейных ускорений компенсационным акселерометром с аналого-цифровым преобразователем с входным интегрирующим конденсатором путем повышения дискретности его выходной информации при помощи дополнительных входных компараторов преобразователя при одновременном повышении помехозащищенности при помощи RC-фильтра, включенного между выходом аналоговой части акселерометра и входом преобразователя, отличающийся тем, что, с целью повышения точности при измерении малых ускорений, импульс эталонного разряжающего тока на входной интегрирующий конденсатор преобразователя подают при достижении на нем напряжения с величиной, равной отношению произведения эталонного тока и эталонного времени к сумме величин емкостей входного интегрирующего конденсатора аналого-цифрового преобразователя и конденсатора RC-фильтра, а дополнительные информационные выходные импульсы формируют при достижении на входном конденсаторе части этого напряжения, пропорциональной отношению порядкового номера дополнительного компаратора к общему числу компараторов.
Авторы
Даты
2006-06-20—Публикация
1985-11-11—Подача