Способ компенсации нелинейности акселерометра Советский патент 1979 года по МПК G01P21/00 

(54) СПОСОБ КШПЕНСАЦИИ НЕЛИНЕЙНОСТИ АКСЕЛЕРОМЕТРА

1

Изобретение относится к технике контроля параметров движения и может быть использовано для повышения точности преобразования ускорения в электрический сигнал акселерометрами, построенными по методу силового уравновеишвания..

Известны акселерометры, в которых используются дифференциальные магнитоэлектрические обратные преобразователи. Однако они облсщаиот нелинейностями ..

Нелинейность компенсационного акселерометра с магнитоэлектрическим обратным преобразователем образуется вследствие искажения магнитного поля катушки с током магнитопроводом обратного преобразователя (соленоидный эффект) и неравномерности магнитной ..индукции в воздушном зазоре магнитной сисTeNM обратного преобразователя.Нелинейность Д.Н от этих причин выражается в виде

)а2 + (Рзу -Pi«f)a5

дН-кС(Рг« +Р2Ф K() 7

- крутизна ,статичесгде К кой грудуироарчной характеристикиакселерометра J

коэффициенты квад 2Уратичной икубической нелинейности вследствие соленоидного эффекта Pjy, - коэффициенты квадра 2fтичной и кубической нелинейности вследствие неравномерности магнитной индукции;

0 2. суммарный коэффициент квадратичной нелинейности;

PJ - суммарНЕлй коэффициент кубической нелиней5ности;

а - ускореяия. Известен способ уменьшения нелинейности акселерометра с магнитоэлектрическим обратным преобразова0телем путем перемещения катушки относительно магнитрпровода обратного преобразователя, в котором устанавливают измерительную ось датчика акселерометра под различ5ными углами по отношению к вектору ускорения силы тяжести и измеряют выходные сигналы акселерометра; определяют нелинейность путем сравнения полученной статической

0 градуировочной характеристики акселерометра с расчетной и производят относительное перемещение катушки .и магнитопровода обратного преобра зователя, затем повторяют операции до получения необходимой величины негтинейности fsj. Однако вследствие малых величин нел:инейности точность определения нелинейности по статической гоа-;дуировочной характеристике акселерометра мала, поэтому невысокая то ность, достигаемая при уменьшении нелинейности. Полученная информаци не позволяет определить величину и направление перемещения, так как в этой информации нет зависимости между перемещением и нелинейностью Целью изобретения является повы шение точности, с которой производится уменьшение нелинейности. Эта цель достигается тем, что в обмотку обратного преобразователя подают переменный ток, измеряют постоянные составляющие выходного сигнала акселерометра на одной частоте переменного тока, затем измеряют постоянные составляющие выходного сигнала на другой частоте, а по знакам и величинам приращений постоянных составляющих выходкого сигнала акселерометра опре деляют направление и величину перемещения статора силового преобра зователя . При установке датчика акселерометра в положение, когда по измери тельной оси направлено статическое ускорение а, 1() / и при подаче в обмотку Обратного преобразователя, переменного тока с частотой с, вследствие нелинейности статически характеристики акселерометра в выходном сигнале акселерометра появляется дополнительная постоянная составляющая л3 со , (а), равная дЗ«оК)(ТгуЛР«Н (.V VH 5fK«oL Л - амплитуда приведенного ко входу синусоидально го сигна та акселерометра;tj,, - коэффициент. tla max где uj max - амплитуда тока рбратт ного преобразователя на частоте ш. переменного тока, пйдавае мого в обратный преобразователь, (), где ®„ - фазовый сдвиг между возм пгакхцнм переменным током и током в нагрузочнсзм р зисторе на частоте ы ©21 фазовый сдвиг между возмущающим током и током обратного преобразователя на частоте с, , У аксёлеро етров с диапазоном измерения, значительно превышающим 1 Igf, малы составляющие приращения сигнала акселерометра с коэффициентами %у ЗФ зк значение а о находится у самого начала координат. Это понижает точность, достигаемую при уменьшении нелинейности акселерометра. При включении резистора в цепь обратной связи доля сигнала акселерометра с коэффициентами кубической нелинейности , РЗ увеличивается. При статическом ускорении а 1 с включением резистора в цепь обратной связи, на частоте OJ переменного тока, подаваемого в обратный преобразователь, дополнительная постоянная составляющая ЛЗил (а) выходного сигнала акселерометра a(0/ao)(P2,-iДy)af чяЛу-1 5 -, где п - коэффициент, п 1. п uL 0 где Vg - постоянное выходное напряжение усилителя следящей системыакселерометра при статическом ускорении 0 и включенном в цепь обратной связи резисторе; Vo - постоянное выходное напряжение усилителя при ускорении GO без включения резиртора а цепь обратной связи. i Так как п 1, то составляющие с коэффициентами , Р, вьзражений (5) имеют большую величину в сравнении с (2). При статическом ускорении , с включением резистора в цепь обратной связи на частоте и, переменного тока дополнительная постоянная составлякяцая ( (-a) .,V/V5y-i 3y- l ViHv)/l (7) частота х выбирается таким образом, чтобы при выполнении уелоВИЯ (3) амплитудаперемещения чувствительного элемента была такой же, как и при приведенном ко вхоДу синусоидальном сигнале акселерометра df . Амплитуда перемещения такая же, как и при а« , если tJbJ.moA Jw.majc . ,(8) где - амплитуда переменного выходного напряжения усилителя при подаче в обратный преобразователь переменного тока; Зд- постоянный ток обратно преобразователя при статическом ускорении а„- Для определения коэффициентов не линейности и их составляющих необхо димо измерить постоянные составляющие выходного сигнала акселерометра на другой частоте iij переменного тока подаваемого в обратный преобразователь. Частота может быть, например, выбрана та, чтобы ла ней выполнялось условие: гУил, may , (9) где Juje™ амплитуда тока обратного преобразователя на частоте шд переменного тока, подавае мого в обратный преоб разователь. На частоте tua условие (8 не вы полняется, так как амплитуды тока обратного.преобразователя и перемещения чувствительного элемента изме няются по разным законам с частотой переменного тока, подаваемого в обратный преобразователь. На частоте (Uj при условии (9) Зю, так , . -Sa«i где U( - амплитуда переменного выходного напряжения усилителя на часто те UJ2 ; - коэффициент. В соответствии с выражениями (10 и 11) дополнительная постоянр (a 4())7q.

,р дЗы(aQ)ДЭш,faЖSЭw2faJtдЭu 2 e(o) 2v

А(о,(до),Ьзь)( qg)) - л )У2(цп-0 ),n-)Jaaao

.,(ao)-4tf(u/-oie)(2qs-n)-.2()K2qf-)

Kr(2v 24s r lH2v Xa4,nM)7«fc,,

дДшХао ДЗ Но)( )(-qo Я2Ч,-%)/

дЗсо,о)-аЭцЫ)(2 а д;-2п.-а)ЧАЭеиа Оо)(-«а)}Сгу2д K(2vnX2nq V lH V 2i -H

Дополнительные постоянные составлякяцие выходного с1Ггнала акселерометра служат для определения направления и величины перемещения статора обратного преобразователя при уменьшении нелинейности акселерометра.

Нелинейность акселерометра д , , причиной которой является неравно« 2Чa-q,)F

мерность магнитной индукции, имеет следуклцее выражение:

(РЙУ . а), (21)

Нелинейность минимальная, если

Рдц, ,a

Найдя производную по ускорению 65 выражения (22) и приравняв ее нулю, ная составляющая дЭш. (а) на частоте переменного тока, при статическом ускорении ад « 1 и с включением резистора в цепь обратной свизй Д За(а„)к( 2%Р2у) 3 -&уbPi r zlsVK где 9з коэффициент; -( -cos(© a ®22 де фазовый сдвиг между возмущакяцнм переменньм током и током в нагрузочном резисторе на частоте Ug ; фазовьлй сдвиг между возмущающим током и током обратного преобразователя на частоте U32 . Дополнительная постоянная составяющая дЗш (-Лд) выходного сигнаа акселерометра на частоте из ри статическом ускорении а,-- 1 с включением резистора в цепь братной связи имеет вид ()кШРау- 2ЧзР2ч.)° -иЛф4 Уп(2С зРз 2Ч|Рз)а|c.oj . На основании выражений (5), (7), 12), (14) определяются составляюие коэффициентов Pgy , Pjt , Pjy , Рдф суммарные коэффициенты нелинейости РЗ ii VSsT :S4 6 определяют при ййЙЪМпУскорбнии нелинейность имеет экстремум . (23) Так как перемещение Вц,, чувствительного элемента связано с ускорением зависимостью Лэ -Я, (24) где перемещение чувствительного элемента на единицу уск рения (статизм следящей си темы), то направление и ве- личина перемещения 5 статора обратного преобразователя с J-fe Ра Ч ст 3 PJ tf . Выражение (25) определяет направ;ление перемещения статора. Статор необходимо Перемещать в том направ Ленин,- В каком смещается чувствительный элемент при ускорении, определенном по формуле (23). С помощью предложенного способа повышается точность, так как повышается доля сигнала акселерометра с коэффициентами кубической нелинейности Р РЭУ У акселерометров, диапазон измеряемых ускорений которых значит.ельно превышает t 1 При включении резистора в цепь обратной связи акселерометра за счет статического перемещения чув ствительного элемента синусоидальное входное воздействие уже прикла давается не относительно точкиад 1, а относительно а 1. Это ведет к увеличению постоянной составляющей выходного сигнала акс лерометра. Сигнал с кеэффициентами , увеличивается потому, что п 1. При перемещении статора обратно преобразователя в направлении и на величину, определяемые из выражения (25), диапазон рабочих перемещений чувствительного элемента при 8 водится 9 интервал, где магнитная индукция равномерна. Поэтому нелинейность акселерометра стан- вится минимальной и, таким образом, точность процесса уменьшения нелиней ности повышается. Формула изобретения . . . -а Способ компенсации нелинейности акселерометра, содержащего дифференциальный магнитоэлектрический обратный преобразователь ,путем установки измерительной хэси в различные положения относительно вектора силы тяжести и перемещения статора относительно катушки ротора обратного преобразов.ателя, о тличающийся тем, что, с целью повышения точности компенсации, измеряют на резисторе, включенном в цепь обратной связи, и определяемом величиной заданного ускорения постоянные составляющие выходного сигнала акселерометра при одной частоте переменного тока, подаваемого в обмотку обратного преобразователя, изменяют частоту переменного тока и измеряют постоянные составляющие выходного сигнала при новой частоте, а по знакам и величинам приращений постоянных составляющих о пределяют направление и величину перемещения статора обратного преобразователя. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Инерциальные системы управления. Под ред. Д.Питтмана, М., 1964, с. 335-357. 2.Сотникова Г.И. Влияние магнитного поля катушки на характеристику магнитоэлектрического исполнительного механизма Известия ВУЗов, серия Приборостроетом. XII, 10, 1969,с.54-Ь8.