Струнный акселерометр Советский патент 1981 года по МПК G01P15/10 

1

Изобретение .относится к измерениюi параметров движения, в частности к акселерометрам с дифференциальным струнным преобразователем.

Известные конструкции дифференциальных струнных датчиков ускорений имеют относительно небольшой диапазон измеряемых ускорений, обусловленный существованием зоны нечувствительности, вызванной захватыванием (взаимной синхронизацией).струнных автогенераторов tl.

Для устранения этого недостатка используются различные конструктивные и схемные решения Г1, однако их. реализация связана с усложнением конструкции механической и электрической частей акселерометров, либо недостаточно эффективна.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является струнный акселерометр, содержащий инерционную массу, закрепленную в корпусе с помощью упругого подвеса и двух идентичных струн, образующих дифференциальный преобразователь и включенных в схемы автогенераторов, блоки выделения суммарной иРазностной частоты, входы которых соединены с

выходами автогенераторов, генератор эталонной .частоты, блок выделения-ошибки суммарной частоты, одинвход которого соединен с выходом

5 блока выделения суммарной частоты, а другой - с генератором эталонной . частоты, исполнительное устройство, установленное одной из струн и корпусом, преобразователь ошибки

И суммарной частоты, выход которого соединен с исполнительньвл устройством 2 .

Недостаток устройства - относительно малый диапазон измерения малых значений линейных ускорений, обусловленный .синхронизацией частот автогенераторов.

Цель изобретения - расширение диапазона измерения за счет умень20;шения зоны нечувствительности акселерометра. .

Указанная цельдостигается тем, что в .струнный акселерометр введены блок формирования выходного сигнала

25 и логическое устройство-переключатель, информационный вход которого соединен с выходом блока выделения ошибки сул ларной частоты, управляющий вход соединен с выходом блока выЗб деления разностной частоты, упрай ляющий выход соединен со входом преобразователя ошибки суммарной частоты, а информационный выход, соединен с одним из входов блока формирования выходного сигнала, другой вход которого соединен с выходом блока вы деления разностной частоты. На фиг, 1 представлена схема струнного акселерометра; на фиг. 2 схема лЬгич1еского устройства-переклю чателя. Струнныйакселерометр содержит корпус 1, инерционную массу 2, подвешенную с помощью .струн 3 и 4 частотного дифференциального преобразователя и растяжек 5 и 6. Струны расположены в зазорах магнитов 7 и 8 и включены в схемы автогенераторов 9 и 10, Для формирования информации об измеря:емом ускорении датчик содер жит блок 11 выделения разностной час тоты и блок 12 формирования .выходног си.гнала Для поддержания постоянства суммы собственных частот колебаний .струн служат блок 13 вьщеленйя суммарной частотй, генератор 14 эталонной удвоенной начальной частоты колебаний струн, блок 15 выделения ошибки сум марной частоты, преобразоват.ель 16 ошибки суммарной частоты и исполнит.ельное устройство 17, с помощью которого осуществляется изменение натя жения струн. Для формирования выход.ной информации в диапазоне малых зна чений измеряемых линейных ускорений служат блок 13 выделения суммарной частоты, генератор 14 эталонной удво .енной начальной частоты, блок 15 выделения ошибки суммарной частоты и логическое устройство-переключатель 18, имеющее информационнее и управляющие входы и выходы (Hg , H.gb, Vg , У(, ) . В состав логического устройства-переключателя 18 йходят л .гичёские элементы И, НЕ и два ключа к;, и к,. . , Струнны й акселерометр работает следующим образом. При движений корпуса 1 датчика вдоль измегзнтельвой оси с ускорением под действием силы инерции массы 2 изменяется натяжение струи 3 и 4, приводит к изменению собственных частот их, колебаний, т.е. частота f., колебаний одной струны возрастает,, f колебаний второй струны. частота уменьшается чГ VT 0. V-liM где Tg - начальное натяжение струн; m - величина инерционной массы; W - изгйеряемое ускорение; (i - линейная плотность струны; I - .длина .струны, Однако при малых значениях ускорений наличие механической и электрической связей между колеблющимися трунами приводит к тому, что одна з струн, например, первая, получая риращение, частоты f , заставляет такой же частотой колебаться втоую струну, т.е. имеет место явление захвата частот, сохраняющееся в- неотором диапазоне измеряемых ускореий . Этот режим работы акселерометра арактеризуется равенством частот олебаний струн, т. ё. f. - о. При том выходной сигнал блока 11 выдеения разностной частоты отсутствует ак как f , а выходной сигнал лока 13 выделения суммарной частоты, пропорциональный величине т , Ут 2 - 2 поступает на вход блока 15 выделения ошибки суммарной частоты, где сравнивается с удвоенной начальной частотой 2fg генератора 14 частоты. Сигнал на выходе блока 15 вьщеленйя ошибки суммарной частоты пропорционален величине ). Vn-K/ г- ГГ 2f., - 2f, 2 1 О - Ибг 14661 Домножая обе части равенства (1) на 2f + 2 fg и преобразуя относительно W, имеем W. i6(2f., - 2fj,) (2f, . (2) Так как при измерении малых ускорений в режиме захвата частоты f, мало отличаются друг от друга. можно положить 2f. + 2fo const Таким образом вместо. (2) имеем W ,, (2-f. - 2fo). m Это вглраж.ениё определяет зависимость между измеряемым ускорением и выходным, сигналом акселерометра. Такое допущение приводит к незначительным погрешностям измерений от нелинейности, Кроме того, принятое Допущение позволяет отказаться от включения двух дополнительных блоков в схему прибора,реализующую полную полученную зависимость (2). Выходной сигнал блока 15 вьщеленйя ошибки суммарной частоты, пропорциональный величине 2f, - 2f(j , поступает на информационный вход логического, устройства-переключателя 18. В . режиме -измерения малых ускорений из-за явления .захвата сигнал на выходе блока 11 выделения разностной частоты отсутствует и, следовательно, отсутствует сигнал на управляющем входе переключателя 18. В этом случае лoгичeckий элемент. НЕ (фиг. 2) переключателя 18 (фиг. 1) открывает ключ К, , и выходной сигнал блока 15 вьщеле-ния ои1ибкй суммарной частоты через информационный выход переключателя 18 поступает на выходное регистрирующее устройство 12. в режиме

захвата этот сигнал содержит информацию об измеряемом ускорении. При этом на выходе логического элемента И (фиг. 2) сицнал отсутствуе , следовательно ключ К закрыт, и выходной сигнал блока 15 выделения ошибки суммарной частоты (фиг. 1)на управляющий выход переключателя 18.и на вход перобразователя 16 ошибки суммарной частоты не поступает, т.е. цепь обратной связи поддержания постоянства суммы собственных частот колебаний струн разорвана..

В этом случае если при возрастании измеряемого ускорения явление захвата исчезает, частоты колебаний струн становятся отличными друг от друга, выходной сигнал блока 11 вьдделения разностной частоты, пропорциональный разности частот колебаний струн, f 1, поступает на вход блока 12 формирования .выходного сигнала. в данном режиме этот сигнал- содержит информацию об измеряемом ускорении.

Выходной сигнал блока 15 выделения ошибки суммарной частоты, пропорцио нальный величине (f + f ) - 2f(, , поступает на информационный вход логического устройства-переключателя 18. На его управляющий вход поступает выходной сигнал блока 11 выделения разностной частоты. Это определяет наличие сигналов на обоих входах логического элемента И (фиг. 2) переключателя 18 (.фиг, 1) . Ключ К. открывается, ивыходной сигнал блока 15 выделения ошибки суммарной частоты (фиг. 1) через, управляющий выход переключателя 18 поступает на вход преобразователя .16 ошибки суммарной частоты, т.е. цепь обратной связи поддержания постоянства суммы частот колебаний акселерометров замыкается. В этом режиме на входе логического элемента НЕ (фиг. 2) переключателя 18 (фиг. 1) присутствует выходной сигнал блока 11 выделения разностной частоты, следовательно, ключ К. закрыт и выходной сигнал блока 15 выделения ошибки суммарной частоты на информационный переключателя 18 не поступает.

Конструкция струнного акселерометра позволяет расширить диапазон измерения малых линейных ускорений без изменения .механической части конструкции.

Формула изобретения

Струнный акселерометр, содержащий инерционную массу, .закрепленную в корпусе с помощью упругого подвеса и

0 двух идентичных струн, образующих дифференциальный преобразователь и включенных в схемы автогенераторов, блоки выделения сугдмарной и разностной частоты, входы которых соеди5нены с выходами автогенераторов, генератор эталонной частоты, блок вьщеления ошибки суммарной частоты, один вход которого соединён с выходом блока выделения суммарной частоты, адругой - с генератором эталонной

0 частоты, исполнительное устройство, установленное между одной из струн и корпусом, преобразователь ошибки суммарной частоты, выход которого соединен с исполнительным устройством,.

5 отличающийся тем, что, с целью расширения диапазона измерения за счет уменьшения зоны нечувствительности акселерометра, в него введены блок формирования выходного о

0 сигнала и логическоеустройство-переключатель, информационный вход которого соединен с выходом блока выделения ошибки суммарной частоты, управляющий, вход соединен с выходом блока

5 выделения разностной частоты, управляющий выход соединен со входом преобразователя ошибки суммарной частоты, а информационный выход соединен с одним из входов, блока формирования

0 выходного сигнала, другой вход которого соединен с выходом блока эьщеления разностной частоты.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Новицкий П. В. и др. Цифровые

5 приборы с частотными датчиками. Л., Энергия. 1970, с.125,126, 136.

2.Патент США № 33290057, кл. 73-517, опублик. 04.07.67.

-tf

dr

а IT. IfAAfe

L

Ж

яшгм