Устройство для измерения ускорений Советский патент 1982 года по МПК G01P15/08 

/-.- , I

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения вибрационных и линейных ускорений.

Известен емкостной прибор для измерения виброперемещений, содержащий опорный и измерительный генераторы, смеситель, усилитель, дискриминатор и преобразователь изменения напряжения в изменение тока l.

Недостатком указанного ycтpoйctвa является возникновение дополнительных ошибок в связи с наличием двух генераторов. Для уменьшения ошибок измерения требуются дополнительные средства для стабилизации частоты генераторов.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство для измерения линейных и вибрационных ускорений, содержащее дифференциальный индукционный датчик, включенный в одну из плеч измерительного моста, Преобразователь

питания с выходным трансформаторомj ( демодулятор, фильтр низкой частоты и усилитель постоянного тока 2.

Недостатком указанного устройства является его низкая помехозащищенность, ограничивающая его применение на автономных объектах с большим :уровнем электрических помех и огра10ниченными энергоресурсами. В случае удаления измерительного датчика на значительное расстояние электрические наводки на кабель питания датчика детектируются демодулятором и со15здают ошибку измерения. Повышение напряжения запитки датчика для уменьшения относительного уровня напряжения ошибки и уменьшения погрешности, вызванной наводками и падением напряМжения на выпрямительных диодах демодулятора, ведет к резкому увеличению мощности преобразователя и увеличению объема аппаратуры. .3 Цель изобретения - повышение помехозащищенности от внешних помех и взаимных наводок. Указанная цель достигается введением- в устройство для измерения ускорений последовательно соединенных усилителя переменного тока, синхронного ключевого демодулятора на операционном усилителе с управТГя щим ключом в цепи, неинвертирующего входа операционного усилителя, и ре зистивного делителя в одно из плеч измерительного моста. Причем вход усилителя переменного напряжения соединен с выходом измерительного моста, выход синхронного ключевого демодулятора - с входом фильтра нижних частот, а управляемый ключ синхронного демодулятора соединен с управляющей обмоткой выходного тран форматора. .На чертеже приведена схема предлагаемого устройства. Устройство для измерения ускорений содержит преобразователь 1 с выходным трансформатором 2, измерительный мост 3 одно плечо которого образовано полуобмотками дифференци ального индуктивного датчика k, а второе плечо - резистивным делителе 5, усилитель 6 переменного напряжения, синхронный ключевой демодулято 7 на операционном усилителе и управ ляемый ключ 8 в цепи неинвертирующе го входа операционного усилителя, последовательно соединенные фильтр 9 нижних частот и усилитель 10 пост янного тока. Измерительный мост 3 запитан от вторичной обмотки трансформатора 2 преобразователя 1, выход измеритель ного моста 3 соединен с входом усилителя 6 переменного напряжения, вы ход которого соединён с входом синхронного ключевого демодулятора 7 вход управляемого ключа 8 демодулятора 7 запитан от управляющей обмот ки тра,нсформатора 2. Выход синхронного ключевого демодулятора 7 соеди нен с входом фильтра 9 нижних часто Устройство для измерения ускорений работает следующим образом. В исходном состоянии, при отсутс вии линейных или вибрационных ускорений величины.индуктивного сопротивления полуобмоток датчика k равн измерительный мост сбалансирован и вы одное напряжение измерительного 14 моста равно нулю. Соответственно равны нулю исходное напряжение демодулятора 7 фильтр 9 нижних частот и усилитель 10 постоянного тока. При наличии ускорения якорь индуктивного датчика А под действием сил инерции смещается, изменяются в противоположные стороны значения индуктивных сопротивлений полуобмоток и баланс измерительного моста нарушается, в результате чего на выходе моста появляется переменное напряжение, величина которого в пределах линейной рабочей зоны датчика Ц пропорциональна величине ускорения,- частота напряжения равна опорной частоте преобразователя 1 , а фаза изменяется на IBO при изменении направления перегрузки. Переменное напряжение с выхода измерительного моста 3 демодулируется синхронным ключевым демодулятором 7Ключ 8 периодически замыкается и размыкается с частотой и фазой опорного напряжения преобразователя 1. Ключевой демодулятор 7 имеет коэффициент передачи (-1) при замкнутом состоянии ключа 8 и (+1) при разомкнутом состоянии ключа 8. Таким образом, если переменное напряжение с измерительного моста 3 совпадает по фазе с опорным напряжением управляющей обмотки трансформатора 2, демодулятор 7 выполняет функцию двухполупериодного выпрямителя с коэффициентом (-1), а если напряжение противоположно опорному - с .коэффициентом (+1). Достоинством синхронного ключевого демодулятора является его обратимость, он является демодулятором для всех сигналов, синхронизированньгх по частоте и фазе (с точностью до +.180) с управляющим опорным напряжением на ключе 8 и модулятором для всех паразитных сигналов, не синхронизированных .с опорным. Выходное напряжение с демодулятора поступает на фильтр нижних частот, который отфильтровывает пульсации несущей частоты полезного сигнала и паразитные модулированные.сигналы напряжения помехи. Таким образом, синхронный ключевой демодулятор 7 с управляемым ключом 8 в цепи неинвертирующего входа совместно с фильтром 9 нижних частот образуют сийхронный фильтр, который усиливает, детектирует и выделяет только полезный сигнал, пропорциональ