Дефференциальный струнный акселе-POMETP Советский патент 1981 года по МПК G01P15/10 G01P3/60 

(54) ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫЙ СТРУННЫЙ АКСЕЛЕРОМЕТР

Изобретение относится к измере-. нию параметров движения в частности к струнным акселерометрам. Известны струнные акселерометры -с линеаризацией выходной характеристи .ки путем использования системы стабилизации суммы TI или разности 2 частот. Первые из них обладают высокой чувствительностью, но узким диапазоном измерения, а вторые низкой чувствительностью и широким диапазоном измерения. Цель изобретения - расширение диа пазона измерений акселерометра. Цель достигается тем, что акселерометр снабжен управляемым переключателем , коммутируемые входы которо го подключены к выходам второго и третьего смесителей, одии выход связан со входами исполнительных механизмов, а второй - с измерителем выходной частоты, в качестве которог использован измеритель с автоматическим выбором предела измерения, пр этом .выход переключателя предела измерения измерителя частоты соединен с управляющим входом управляемого пе реключателя, а упругие элементы авто генераторов установлены так, что они создают разное начешьное натяжение струн. .. На фиг. 1 приведена структурная схема предлагаемого акселерометра; на фиг. 2 - его выходная характеристика. Акселерометр (фиг.1) содержит два струнных автогенератора со струнами l,l , упругими элементами 2,2 , инерционной массой 3,3 и системой 4,4 возбуждения и съема колебаний. Один конец струны 1 через массу 3 и упругий элемент 2 соединен с корпусом 5, а другой г с силовым исполнительным механизмом 6,6 . Струны включены, в цепи усилителей-автогенераторов 7,8, которые поддерживают незатухающие колебания струн. Выходы автогенераторов 7,8 подключены на вход первого смесителя 9, обеспечивающего выделение суммы и разности частот струн. Разность частот струн (f -fij) с выхода смесителя 9 через избирательный усилитель 10 поступает на один из входов второго смесителя 11, второй вход которого подключен к выходу генератора 12 опорных частот. Суммачастот струн () через избирательный усилитель 13 поступает иа вход третьего смесителя 14, второй вход которого связан с вторым выходом генератора 12 опорных частот. Выходы второго 11 и третьего 14 смесителей соединены со входа ми управляемого переключателя 15. Один выход 16 управляемого переключа теля 15 связан со входом измерителя 17 выходной частоты, содержащего сче ный регистр и переключатель предела измерения, выход которого 18 связан управляющим входом переключателя 15 Второй выход 19 переключателя 15 связан с управляющими входами силовых исполнительных механизмов 6,6. Управляемый переключатель 15 построен таким образом, что при работе измерителя 17 частоты на младшем поддиапазоне выход смесителя 14 под ключен к управляющему входу силовых исполнитель ных механизмов 6,6. Измеритель 17 частоты имеет декадный переключатель предела измерения. Упругие элементы 2,2 установлены т что они создают в струнах 1,l разное начальное натяжение. Массы 3,3 сделаны равными. Устройство работает следующим образом. Под действием инерционной силы, вызываемой ускорением, натяжение од ной струны возрастает, а другой.падает.. Диапазон измерений разбит на два поддиапазона. На первом поддиапазоне используется стабилиза ция разности частот струн, а на вто ром - суммы частот струн. При этом действие системы : стабилизации частот таково, что приращение частот собственных колебаний струн линейно связано с измеряемым ускорением Выходной сигнал акселерометра по шине 16 подается на вход измери теля 17 частоты, блок управления которого обеспечивает цикличность измерения Сз . При этом на первом поддиапазоне в счетчике может быть записан макси мальный код, равный Тб tlo (-f,,) где TO -предельное натяжение стр ны под действием ускорен (фиг.2) ; -интервал измерения часто ты измерителем, -длина струны; и - линейная плотность струн -Р f - начальные частоты автоге нераторов.. При дальнейшем приращении ускорения измерение производится на втором поддиапазоне. Значение максимального кода для второго поддиа зона определяется выражением 4.,%/ (2) . 65 де Т - пред льное натяжение струны под действием ускорения на втором поддиапазоне (фиг. 2) . При переходе с одного поддиапазона а другой (фиг.2, точки А и с) изеряемое усилие изменяется на поядок, но одновременно изменяется усиие прикладываемого от силового исполительного механизма. Это изменение роисходит так, что суммарное усилие рикладываемое к струне, не изменяетя. В результате такой работы обеспеивается одинаковое приращение часот на разных поддиапазонах. Из выражений (1) и (2) следует, NA Тб(,,) NC ) Для случая, когда коды в точках А и С (фиг.2) равны, выражение (3) может быть представлено в виде TC ОЛ 01(J,) откуда следует, что при соответствующем выборе начальных частот f и f(j2- необходимый диапазон измерения может быть разбит на два поддиапазона с различной крутизной преобразования. Таким образом, повышается точность и расширяется диапазон измерения. Если выбрать начальную частоту одной из струн f(j 11 кГц, а другой f02 9 кГц, то согласно выражению (4) диапазон измерения расширится на величину равную .. При. этом значения опорных частот генератора 12 составят fQp 20 кГц, 2 кГц. В предлагаемом акселерометре один поддиапазон может иметь макси- . мальную величину ускорения + -lOg и значение цены одного импульса , а второй поддиапазон, на котором .крутизна выше, может иметь максимальную величину ускорения + Ig и значение цены одного импульса д, ч:то дает расширение диапазона измерения от до lOg. При этом точность измерения ускорения оставит 10 относительных единиц. Таким образом, предлагаемое устройство позволяет расширить диапазон измерения за счет изменения крутизны преобразования при больших ускорениях. Формула изобретения Дифференциальный струнный акселерометр, содержащий корпус, два

струнных автогенератора, каждый из которых образован инерционной массой; связанной с корпусом упругим элементом, закрепленным на корпусе силовым исполнительным механизмом,струной, jnpHcoeдиненной концами к инерционной маесе и исполнительному механизму/ и системой возбуждения струны/ систему стабилизации частот, включающую в себя подключенный к выходам автогенераторов первый смеситель, связанные с выходами первого смесителя второй и третий смесители и генератор опорных частот, выходы которого соединены соответственно со вторыми входами второго и трет1,его смесителей, а также измеритель выходной частоты акселерометра, отличающийся тем, что, с целью расширения диапазона измерений, он снабжен управляемом переключателем, коммутируемь1е входы которого подключены к выходам второго

и третьего смесителей, один выход связан со входами исполнительных . механизмов автогенераторов, а второйс измерителем выходной частоты, в качестве которого использован измеритель с автс атическим выбором предела измерения, при эт.ом выход переключателя предела измерения измерителя частоты соединен с управляющим входом управляетюго переключателя, а упругие элементы автогенераторов установлены так, что они созда- . ют разное начальное натяжение струн.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

3.Шляндин В.М. Цифровые измерительные преобразователи и приборы. М., Высшая школа, 1973, с.144-147.