Цифровой акселерометр Советский патент 1982 года по МПК G01P15/08 

(5) ЦИФРОВОЙ АКСЕЛЕРОМЕТР

1

Изобретение относится к измерительной технике и может быть исполь зовано при измерении линейных низкочастотных ускорений.

Известны акселерометры, состоящие из капиллярной трубки, напоя- ненной электролитом, контактирующим с шариком из ртути, являющимся чувствительным элементом. По обеим сторонам трубки расположены электроды, находящиеся в электрическом контакте с обеими сторонами капли ртути и служащие для обнаружения электрического потенциала , развиваемого на капле вследствие изменения формы поверхности раздела между ртутью и электролитом при изменении ускорения П.

Недостатком данных устройств является то, что выходной сигнал -, аналоговый, его величина весьма мала (единицы милливольт при величинах ускорений порядка единиц g) , а

измерение возможно лишь по одной проекции вектора ускорения, .

Известны акселерометры с чувствительным элементом в виде капли электропроводной жидкости, помещенной в некоторый канал и контактирующий с протяженным резистором, возможно получение выходного сигнала в виде импульсов. Качество которых несет информацию об измеряемом сиг10нале 121. .

Однако подобные акселерометры также являются одноосными измерителями.

Наиболее близким к предлагаемоtsму является акселерометр, содержащий чувствительный элемент, выполненный в виде ампулы с непрозрачным включением из вещества в жидкой фазе, оптический датчик переме20щения, состоящий из источника света, волоконных световодов, охватывающих ампулу и матрицы фотоприемников, тактовый генератор, триггеры, элементы и и ИЛИ, два двоичных счетчика и триггер знака, причем счетный выход матрицы фотоприемников соединен со входом первого счетчика через первый вход первого элемента И, первый вход первого элемента ИЛИ, а со вторым -счетчиком - через первый вход первого триггера, первый вход второго элемента И, причем выход второго элемента И соединен со входами второго и третьего триггеров, выходы которых соединены соответственно со вторыми входами первых элементов И и ИЛИ, а выход тактового генератора - со вторым рходом первого триггера. Акселерометр, выполненный по подобной схеме является двухос ным с дискретным выходным сигналом С31 Однако время измерения ускорения в одном устройстве, определяемое временем опроса фотоприемников в ма рице, сравнительно велико, особенно при больших величинах ускорений,так как возможна ситуация, когда требуется опросить почти все фотоприемни ки матрицы. {Дель изобретения - сокращение вр мени измерения ускорения путем адап тивного выбора начала счета. Указанная цель обеспечивается те что акселерометр дополнительно снаб жен схемой сравнения и двумя элемен тами И, первые входы которых соединены с соответствующими выходами схемы сравнения и установочными вхо дами триггера знака, вторые входы с выходом тактового генератора, а выходы дополнительных элементов И со входами матрицы фотоприемников, выполненной в виде двух одинаковых частей, потенциальные выходы которо соединены со входами схемы сравне щя. На чертеже представлена схема ци рового акселерометра. Акселерометр содержит ампулу t, выполненную из прозрачного материала и имеющую специальный арочный свод требуемого профиля, включение из ве щества в жидкой фазе 2, которое явл етс-я непрозрачнцм и служит чувствительным элементом, волоконные свето воды 3 и , охватывающие ампулу 1 по образующей и установленные друг против друга с разной стороны ампулы, источник света 5, матрицу фотоприемников 6, которая выполнена в виде двух одинаковых частей и име- , ет выходы двух типов - счетный и два потенциальных, схему сравнения 7, ВХОДЫ которой соединены с потенциальными выходами матрицы фотоприемников 6, тактовый генератор 8, схемы И , триггер знака 13,триггеры Н-16, схемы ИЛИ 17 и два двоичных счетчика 18 и 19. Акселерометр работает следующим образом. В отсутствие ускорений вдоль осей X и Y, являющихся измерительными, жидкое включение 2, являющееся чувствительным элементом, находится в центральной части ампулы 1 и имеет форму шара. Это обусловлено выбором формы рабочей полости ампулы 1 в виде арочного,свода, а также действием капиллярных сил; Наличие ускорения вдоль оси X приводит к смещению, жидкого включения 2 вдоль этой же оси на величину, пропорциональную величине смещения. Наличие ускорения вдоль оси Y приводит к изменению площади сечения жидкого включения 2 (в плоскости, нормальной оси Y). Знак ускорения определяется по направлению смещения чувствительного элемента 2 вдоль оси X. При этом световой поток от источника света 5 через волоконные световоды 3 и А, замыкаясь, поступает на матрицу фотоприемников 6, возбуждая последние. НевоЭбужденными оказываются лишь фотоприемники матрицы 6, которые затенены непрозрачным жидким включением 2: На потенциальных выходах матрицы 6 имеют место сигналы в виде потенциалов, величина которых пропорциональна количеству возбужденных фотоприемников в левой и правой частях матрицы. Вследствие этого схема сравнения 7 разрешает прохождение импульса опроса от тактового генератора 8 через схему И 9. Одновременно на установочный вход триггера знака 13 подается сигнал, по которому определяется знак ускорения. С поступлением импульсов от генератора 8 на матрицу 6 начинается опрос фотоприемников, причем опрос начинается с той стороны ампулы 1, в которую произошло смещение жидкого включения 2. Импульс с тактового rehspatopa 8 поступает также на триггер И, в результате чего подготавливается схема И 11 для прохождения следующего импульса с генератора 8 на двоичный счетчик 19- С оступлением первого импульса на матрицу 6 опрашивается первый правый фотоприемник, который возбужда-. ется, в результате чего со счетного выхода матрицы 6 снимается сигнал в виде импульса, который поступает на выход схемы И 12 и на вход триггера Н. Так как перед началом измерения все триггеры были установлены в нулевое положение, то импульс с матрицы 6 через открытую схему И 12 и схему ИЛИ 17 поступает на вход двоичного счетчика 18. Этим же импульсом триСдГер It лереводится в другое состояние, в результате чего закрывается схема И 11. Следующий импульс с тактового генератора 8 переводит триггер 1 в новое состояние - единичное. При опросе первого невозбужденного фотоприемника матрицы 6 на ее счетном выходе отсутствует сигнал и триггерlA остается в единичном состоянии.

Следующий импульс с выхода генератора 8, проходя через открытую по сигналу от триггера И, схему И 11, поступает на вход счетчика 19 и переводит триггер 15 в единичное состояние. В результате этого схема И 12 закрывается. При этом число невозбужденных фотоприемников матрицы 6 определяется шириной жидкого включения 2. До тех пор, пока не появится импульс со счетного выхода матрицы 6, импульсы с выхода генератора 8 через схему И 11 поступают. на вход .двоичного счетчика 19 и через триггер 16 и схему ИЛИ 17 на вход двоичного счетчика 18. Триггер 16 является делителем, что необходимо для определения координаты середины жидкого включения 2. С появлением на счетном выходе матрицы 6 импульса схема И П запирается до конца измерения.

Таким образом, в результате измерения в счетчиках 18 и 19 записываются соответственно коды, пропорциональные расстоянию центра жидкого включения 2 от правого торца ампулы 1, что принято за начало отсчета, и ширине этого включения. Направление смещения жидкого включения 2 определяется с помощью триггера знака 13- Если наличие ускорения приводит к тому, что жидкое включение 2 смещается вдоль ампулы 1 влево, то потенциал на левом потенциальном выходе матрицы фотоприемников 6 по абсолютной величине больше, чем потенциал на правом потенциальном вуходе этой матрицы. В результате этого опрос матрицы 6 с помощью тактового генератора 8 производится через схему И 10, причем опрос проводится слева (направо, т.е. от ближайшего к жидкому включению 2 торца ампулы 1. Далее схема работает аналогично..

Процесс измерения ускорения заканчивается тогда, когда в счетчиках 18 и 19 записаны соответствующие коды, т.е. с появлением первого импульса на счетном выходе матрицы 6 после невозбужденных фотоприемников. При этом с увеличением величины ускорения жидкое включение 2 смещается относительно центра ампулы 1 на большую величину, все более и более приближаясь к одному из ее торцов, от которой и организуется начало счета. В результате подобной организации начала опроса, т.е. выбора начала света в зависимости от положения жидкого включения, время измерения ускорения снижается.

Формула изобретения

Цифровой акселерометр, содержащий чувствительный элемент, выполненный в виде ампулы с непрозрачным включением из вещества в жидкой фазе, оптический датчик перемещения,состоящий из источника света, волоконных световодов, охватывающих ампулу и матрицы Фотоприемников, тактовый генератор, триггеры, элементы И и ИЛИ, два двоичных счетчика и триггер знака, причем счетный выход-матрицы фотоприемников соединен с входом первого счетчика через первый вход первого элемента И, первый вход первого элемента ИЛИ, а с вторым счетчиком через первый вход первого триггера,

первый вход второго элемента И, причем выход второго элемента И соединен с входами второго и третьего триггеров, выходы которых соединены соответственно с вторыми входами первых элементов И и ИЛИ, а выход тактового генератора - с вторым входом первого триггера, о т л и ч. а ю|щ и и с я тем, что, с целью сокращения времени измерения, в акселеро метр введены схема сравнения и дополнительно два элемента И, первые еходы которых соединены с схемы сравнения и установочными входами триггера знака, вторые входы с выходом тактового генератора, а выходы дополнительных элементов И с входами матрицы фотопрзиемников, выполненной в виде двух одинаковых частей, потенциальные выходы которой

соединены с входами схемы сравнения.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Патент США № 3530726, кл. 73-516, 1970.

кя. 73-503, 1965.

(прототип).