RU2163380C1 - Device measuring acceleration - Google Patents
Device measuring acceleration Download PDFInfo
- Publication number
- RU2163380C1 RU2163380C1 RU99127056A RU99127056A RU2163380C1 RU 2163380 C1 RU2163380 C1 RU 2163380C1 RU 99127056 A RU99127056 A RU 99127056A RU 99127056 A RU99127056 A RU 99127056A RU 2163380 C1 RU2163380 C1 RU 2163380C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- output
- input
- sampler
- circuit
- information
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Analogue/Digital Conversion (AREA)
Abstract
Description
Изобретение предназначено для применения в качестве элемента в системах стабилизации, наведения и навигации. Изобретение может найти применение в приборах измерения механических величин компенсационного типа. The invention is intended for use as an element in stabilization, guidance and navigation systems. The invention may find application in measuring instruments for mechanical quantities of a compensation type.
Известно устройство для измерения ускорении, (патент РФ N 2098833, кл. 6 T 01 P 15/13, опубл. 10.12.97), содержащее чувствительный элемент, включающий в себя два неподвижных электрода и подвижную пластину, три усилителя, два резистора, при этом выход первого усилителя подключен к первому резистору, а вход второго усилителя соединен со вторым резистором и является выходом устройства. Для повышения помехоустойчивости при воздействии электрических помех в него введен источник опорного напряжения, генератор электрического сигнала, две транзисторные пары, три резистора, два конденсатора, позволяющих за счет охвата усилителей отрицательной обратной связью, осуществить компенсацию электрических помех. A device for measuring acceleration is known (RF patent N 2098833, class 6 T 01
Недостатком данного устройства является низкая точность измерения, так как выбор коэффициента усиления в жесткой отрицательной обратной связи ограничен условием устойчивости системы. Кроме того, устройство содержит аналоговый канал обработки информации, что приводит к низкой точности измерения, так как не производится запоминание информации за время ее преобразования и ее осреднение в процессе накопления. The disadvantage of this device is the low accuracy of the measurement, since the choice of gain in hard negative feedback is limited by the condition of stability of the system. In addition, the device contains an analog channel for processing information, which leads to low measurement accuracy, since information is not stored during its conversion and its averaging during accumulation.
Наиболее близким по техническому решению является устройство (авт.св. N 742801, опубл. в бюл. изобретений N 23, 1980), содержащее чувствительный элемент, датчик угла, интегрирующий усилитель обратной связи, датчик момента, дополнительный интегрирующий усилитель, электронный ключ, пороговый элемент, причем первый выход датчика угла подключен через интегрирующий усилитель обратной связи к датчику момента, а второй выход датчика угла через пороговый элемент, дополнительный интегрирующий усилитель подключены к управляющему входу электронного ключа. The closest in technical solution is the device (ed. St. N 742801, published in the bulletin of inventions N 23, 1980) containing a sensor, an angle sensor, an integrated feedback amplifier, a torque sensor, an additional integrated amplifier, an electronic key, a threshold element, and the first output of the angle sensor is connected through an integrating feedback amplifier to the moment sensor, and the second output of the angle sensor through a threshold element, an additional integrating amplifier is connected to the control input of the electronic key .
Недостатком устройства является низкая точность измерения, обусловленная точностью работы интегрирующих аналоговых усилителей и порогового элемента. Кроме того, точность измерения зависит от параметров схемы электронного ключа, осуществляющего выборку информации. Основная погрешность устройства связана с конечностью времени заряда конденсатора интегрирующего усилителя. Эта погрешность приводит к апертурной ошибке, свойственной подобной схеме выборки и обработки информации. The disadvantage of this device is the low accuracy of the measurement, due to the accuracy of the integrating analog amplifiers and a threshold element. In addition, the accuracy of the measurement depends on the parameters of the electronic key circuit that selects the information. The main error of the device is related to the finiteness of the charge time of the capacitor of the integrating amplifier. This error leads to an aperture error characteristic of a similar sampling and information processing scheme.
Настоящее изобретение решает задачу повышения точности измерения ускорения. The present invention solves the problem of increasing the accuracy of measuring acceleration.
Это достигается тем, что в устройство для измерения ускорений, содержащее аналоговый канал, включающий последовательно соединенные чувствительный элемент, датчик угла и усилитель, датчик момента, введен цифровой канал, содержащий схему синхронизации и последовательно соединенные по информационным входам первый дискретизатор, сумматор, второй дискретизатор, компаратор, асинхронный D-триггер, схему совпадения, реверсивный счетчик и итоговый регистр, а в аналоговый канал дополнительно введены последовательно соединенные интегратор, стабилизирующий фильтр и преобразователь напряжение - ток, причем выход преобразователя напряжение - ток соединен со входом датчика момента, выход усилителя соединен со входом интегратора, второй выход которого, являющийся аналоговым выходом, соединен с первым входом первого дискретизатора, вторые входы первого дискретизатора, сумматора, второго дискретизатора, компаратора, итогового регистра, реверсивного счетчика, схемы совпадения соединены соответственно с первым, вторым, третьим, четвертым, пятым, шестым и седьмым выходами схемы синхронизации, второй выход первого дискретизатора соединен с первым входом схемы синхронизации, второй выход асинхронного D-триггера соединен со вторым входом схемы синхронизации, а выход итогового регистра является выходом цифрового кода. This is achieved by the fact that in the device for measuring acceleration containing an analog channel, including a series-connected sensor element, an angle sensor and an amplifier, a torque sensor, a digital channel is introduced containing a synchronization circuit and a first sampler, adder, second sampler connected in series with the information inputs, a comparator, an asynchronous D-flip-flop, a coincidence circuit, a reversible counter and a final register, and an integrator additionally introduced in series into the analog channel, a stabilizing filter and a voltage-current converter, and the voltage-current converter output connected to the input of the torque sensor, an amplifier output connected to an integrator input, the second output of which is an analog output connected to the first input of the first sampler, the second inputs of the first sampler, adder, second discretizer, comparator, final register, reverse counter, matching circuit are connected respectively to the first, second, third, fourth, fourth, fifth, sixth and seventh outputs of the sync circuit onization, the second output of the first sampler is connected to the first input of the synchronization circuit, the second output of the asynchronous D-trigger is connected to the second input of the synchronization circuit, and the output of the final register is the output of a digital code.
Введение в отрицательную обратную связь интегратора со стабилизирующим фильтром обеспечивает устойчивость устройства для измерения ускорений. Повышение точности осуществляется за счет астатизма первого порядка (интегратор в обратной цепи), а также за счет формирования в устройстве аналогового и цифрового выходов. Introduction to the negative feedback of the integrator with a stabilizing filter ensures the stability of the device for measuring accelerations. The accuracy is improved due to first-order astatism (an integrator in the reverse circuit), as well as due to the formation of analog and digital outputs in the device.
На фиг. 1 изображена блок-схема устройства; на фиг. 2 - структурная схема устройства. In FIG. 1 shows a block diagram of a device; in FIG. 2 is a block diagram of a device.
Предлагаемое устройство содержит чувствительный элемент 1, выполненный в виде маятника, датчик угла 2, выход датчика угла 2 соединен с входом усилителя 3, выход которого соединен с входом интегратора 4, первый выход интегратора 4 соединен с входом стабилизирующего фильтра 5, выход которого связан с входом преобразователя напряжение - ток 6, а выход преобразователя напряжение - ток 6 соединен с входом датчика момента 7, второй выход интегратора 4 соединен с первым входом первого дискретизатора 8, первый выход которого соединен с первым входом сумматора 9, выход сумматора 9 соединен с первым входом второго дискретизатора 10, выход второго дискретизатора 10 соединен с первым входом компаратора 11, выход компаратора 11 соединен с входом асинхронного D-триггера 12, второй и третий выходы D-триггера 12 соединены с первым и вторым входами схемы совпадения 13, первый и второй выходы схемы совпадения 13 соединены соответственно с первым и вторым входами реверсивного счетчика 14, выход реверсивного счетчика 14 является первым входом итогового регистра 15, второй вход которого соединен с пятым выходом схемы синхронизации 16, второй вход первого дискретизатора 8 соединен с первым выходом схемы синхронизации 16, второй выход первого дискретизатора 8 является первым входом схемы синхронизации 16, второй вход сумматора 9 соединен со вторым выходом схемы синхронизации 16, второй вход второго дискретизатора 10 соединен с третьим выходом схемы синхронизации 16, второй вход компаратора 11 соединен с четвертым выходом схемы синхронизации 16, первый выход асинхронного D-триггера 12 соединен со вторым входом схемы синхронизации 16, третий вход схемы совпадения 13 соединен с седьмым выходом схемы синхронизации 16, третий вход реверсивного счетчика 14 соединен с шестым выходом схемы синхронизации 16, второй вход итогового регистра 15 соединен с пятым выходом схемы синхронизации 16. The proposed device contains a
Внутреннее содержание блоков, реализующих устройство для измерения ускорения, описаны в книге Майоров, С.А. Новиков Г.И Принципы организации цифровых машин. Л.: Машиностроение, 1974. 432 с. Схема синхронизации - 64 с., асинхронный D-триггер - 64-67 с., регистры - 113., сумматоры - 152 с., компараторы -151 с, функциональная схема дискретизатора описана в книге Карташев В.Г. Основы теории дискретных сигналов и цифровых фильтров М: Высшая школа, 1982, с. 18-29. Кроме того, блоки описаны в книге П. Хоровиц. У.Хилл: Искусство схемотехники, М: Мир., т. 1-3, 1993 г. The internal content of the blocks that implement the device for measuring acceleration are described in the book by Mayorov, S.A. Novikov G.I. Principles of organization of digital machines. L .: Engineering, 1974.432 s. The synchronization circuit is 64 s., The asynchronous D-trigger is 64-67 s., The registers are 113., the adders are 152 s., The comparators are 151 s. The functional circuit of the sampler is described in the book by V. G. Kartashev. Fundamentals of the theory of discrete signals and digital filters M: Higher school, 1982, p. 18-29. In addition, the blocks are described in the book of P. Horowitz. W. Hill: The Art of Circuit Engineering, M: Mir., Vols. 1-3, 1993
Устройство для измерения ускорений работает следующим образом. A device for measuring acceleration works as follows.
При действии ускорения W на чувствительный элемент 1, выполненный в виде маятника, действуют инерционный момент, равный mlW (l, m - длина и масса маятника). Под действием этого момента происходит отклонение чувствительного элемента 1 на угол α. Величина этого угла фиксируется датчиком угла 2, сигнал с которого в виде напряжения поступает на вход усилителя 3, а затем на вход интегратора 4. Сигнал с интегратора 4, в виде напряжения, поступает на вход стабилизирующего фильтра 5, используемый не только дли обеспечения устойчивости устройства для измерения ускорения (схемы реализации фильтра приведены в книге Г. Лэм Аналоговые и цифровые фильтры. Расчет и проектирование. М: Мир, 1982, с. 127-195), но и для расширения полосы пропускания. Under the action of the acceleration W on the
Сигнал с выхода стабилизирующего фильтра 5 поступает на вход преобразователя напряжение - ток 6, сигнал с выхода которого в виде тока поступает на вход датчика момента 7. Датчик момента 7 развивает момент, который компенсирует действие инерционного момента, вызванного действием ускорения. Чувствительный элемент 1 под действием момента, развиваемого датчиком момента 7, возвращается в исходное положение (сигнал на выходе датчика угла Uду2 = 0 Выходной сигнал с интегратора 4 служит оценкой величины действующего ускорения W в аналоговой форме Uинт=kW, где k - коэффициент пропорциональности. Сигнал с второго выхода интегратора 4 в виде напряжения поступает на первый вход первого дискретизатора 8, на второй вход которого поступает управляющий сигнал в виде импульсов с первого выхода схемы синхронизации 16. Первый дискретизатор 8 фиксирует величину аналогового сигнала с интегратора 4 на время преобразования.The signal from the output of the stabilizing filter 5 is fed to the input of the voltage-current 6 converter, the signal from the output of which is supplied to the input of the torque sensor 7 as a current sensor. The torque sensor 7 develops a torque that compensates for the inertial moment caused by the acceleration. The
Напряжение на выходе первого дискретизатора 8 фиксируется с приходом каждого импульса со схемы синхронизации 16. Со второго выхода первого дискретизатора 8 сигнал поступает на первый вход схемы синхронизации 16 и используется для формирования знака поступающей информации, которая смещает сигнал параметрической компенсации в положительную или отрицательную область. Сумматор 9, на первый вход которого поступает сигнал в виде ступенчатого напряжения с первого выхода первого дискретизатора 8, а на второй вход сумматора 9 поступает с второго выхода схемы синхронизации 16 параметрический треугольный сигнал Uτ, складывает сигнал с выходов схемы первого дискретизатора 8 и треугольной пилы, смещаемой в зависимости от знака, вверх или вниз. Сигнал с первого выхода сумматора 9 поступает на первый вход второго дискретизатора 10, на второй вход которого поступает управляющий сигнал с третьего выхода схемы синхронизации 16. Второй дискретизатор 10 запоминает информацию с выхода сумматора 9 на время преобразования. Сигнал с первого выхода второго дискретизатора 10 поступает на первый вход компаратора 11. В компараторе 11 происходит сравнение сигнала с выхода второго дискретизатора 10 в аналоговой форме с сигналом треугольной формы, выделенного из стабильного по частоте и амплитуде прямоугольного сигнала с четвертого выхода схемы синхронизации 16.The voltage at the output of the first sampler 8 is fixed with the arrival of each pulse from the
Если сигнал с первого выхода второго дискретизатора 10 больше треугольного напряжения с выхода схемы синхронизации 16, то на выходе компаратора 11 будет высокий логический уровень, если меньше, то на выходе компаратора 11 - низкий логический уровень. Сигнал с выхода компаратора 11 в виде уровня поступает на вход асинхронного D-триггера 12, сигналы со второго и третьего выхода которого (прямой и инверсный) поступают на первый и второй входы схемы совпадения 13. Первый выход асинхронного триггера 12 поступает на второй (прямой) вход схемы синхронизации 16, которая используется для формирования управляющих сигналов записи информации в итоговый регистр 15 и установки реверсивного счетчика 14 в исходное состояние, если число переходов выхода D-триггера 12 с низкого уровня на высокий равно заданному количеству. В зависимости от уровня сигнала с асинхронного D-триггера 12, сигналы поступают либо на прямой, либо на инверсные входы схемы совпадения. На третий вход схемы совпадения 13 поступают импульсы счета с седьмого выхода схемы синхронизации 16. Выходные сигналы схемы совпадения 13 поступают соответственно на первый и второй входы реверсивного счетчика 14. В зависимости от уровня сигнала со схемы совпадения 13 сигнал поступает либо на первый суммирующий вход реверсивного счетчика 14, либо на вычитающий со второго выхода схемы совпадения 13. Сигнал в виде цифрового кода с выхода реверсивного счетчика 14 поступает на информационные входы итогового регистра 15, на второй вход которого поступает импульс записи информации с пятого выхода схемы синхронизации 16. По импульсу с шестого выхода схемы синхронизации 16 осуществляется установка счетчика 14 в начальное состояние. Выход итогового регистра 15 является выходом цифрового кода устройства для измерения ускорений. If the signal from the first output of the second sampler 10 is greater than the triangular voltage from the output of the
Техническую эффективность предлагаемого устройства можно оценить с помощью передаточных функций по структурной схеме, изображенной на фиг. 2. В структурной схеме использованы следующие обозначения:
T1, T2 - постоянные времени чувствительного элемента;
Kα - коэффициент передачи датчика угла;
К3 - коэффициент передачи усилителя;
Т3 - постоянная времени усилителя;
Тс - постоянная времени сглаживающего фильтра;
Ти, Т'г, Тф - постоянные времени интегратора (Т'г = Тг);
Кос - коэффициент передачи обратной связи;
p=d/dt - символ преобразования Лапласа,
τ, tд, ft - длительность импульса, время дискретизации, тактовая частота;
N, NS - цифровой код, накопленный цифровой код;
Uα, Uу, Uс, U, Uд - напряжения с выхода датчика угла, усилителя, сглаживающего фильтра, интегратора, дискредизатора; (Uд = tдK, где K=0,1,2...);
ωср - частота среза аналоговой части предлагаемого устройства;
δ - относительная ошибка;
n - разрядность однократного преобразователя (разность счетчика);
KS - число суммирований;
А - амплитуда пилы;
INT(Uд, tд KS ft/A) - целая часть от произведения напряжения дискретизации за время дискретизации на число суммирования и тактовую частоту, деленное на амплитуду пилы;
B1 = Σ
Δ Uс=А/(2nKS)
Ci=Uд+B1
τ = Citд/A - преобразование сигнала в длительность;
NS = Σ
N=INT( τ tT)
На вход устройства поступает относительное ускорение W/g (g - ускорение силы тяжести). Величина этого ускорения действует на чувствительный элемент, динамика работы которого определяется двумя постоянными времени T1 и T2. Отклонение чувствительного элемента фиксируется датчиком угла с коэффициентом передачи Kα (чувствительный элемент имеет ограничение по углу отклонения ± 1/30 рад). Выходной сигнал Uα с датчика угла поступает на вход полосового усилителя Uу, который усиливает сигнал на несущей частоте и передаточная функция которого имеет вид:
Kуp/(Tуp2 +2ζуTуp+1),
где Kу - коэффициент усиления, Tу, ζу - постоянная времени усилителя, относительный коэффициент демпфирования.The technical efficiency of the proposed device can be estimated using the transfer functions according to the structural diagram depicted in FIG. 2. The following notation is used in the structural diagram:
T 1 , T 2 - time constants of the sensing element;
K α is the transmission coefficient of the angle sensor;
K 3 - gain of the amplifier;
T 3 - time constant of the amplifier;
T with - time constant of the smoothing filter;
T and , T ' g , T f - time constants of the integrator (T' g = T g );
To OS - feedback transfer coefficient;
p = d / dt - symbol of the Laplace transform,
τ, t d , f t - pulse duration, sampling time, clock frequency;
N, NS - digital code, accumulated digital code;
U α , U у , U с , U, U д - voltage from the output of the angle sensor, amplifier, smoothing filter, integrator, discreditor; (U d = t d K, where K = 0,1,2 ...);
ω cf - cutoff frequency of the analog part of the proposed device;
δ is the relative error;
n is the bit capacity of a single converter (counter difference);
KS is the number of summations;
A is the amplitude of the saw;
INT (U d , t d KS f t / A) is the integer part of the product of the sampling voltage during the sampling time by the summing number and the clock frequency divided by the amplitude of the saw;
B 1 = Σ
Δ U s = A / (2 n KS)
C i = U d + B 1
τ = C i t d / A - signal to duration conversion;
NS = Σ
N = INT (τ t T )
The relative acceleration W / g (g is the acceleration of gravity) is input to the device. The magnitude of this acceleration acts on the sensitive element, the dynamics of which is determined by two time constants T 1 and T 2 . The deviation of the sensor is detected by an angle sensor with a transmission coefficient K α (the sensor has a limit on the deviation angle of ± 1/30 rad). The output signal U α from the angle sensor is fed to the input of a strip amplifier U у , which amplifies the signal at the carrier frequency and whose transfer function has the form:
K at p / (T at p 2 + 2ζ at T at p + 1),
where K y is the gain, T y , ζ y is the time constant of the amplifier, the relative damping coefficient.
Если усилитель усиливает сигнал Uу по огибающей, то передаточная функция усилителя запишется как
K3/(Т3p+1),
где Kэ = Kу/2ζу, Tз = Tу/ζу.
Полосовой усилитель имеет ограничения по выходному сигналу (± 10 B). После преобразования несущей частоты в сигнал по огибающей имеет место значительный уровень помех; для выделения постоянной составляющей помехи используют два сглаживающих фильтра с постоянной времени Tс. Сигнал Uс с фильтра поступает на вход интегратора, причем параметры интегратора связаны передаточной функцией как
(T'rp+1)(Tфp+1)/Tиp,
где - Ти > T'г; Tи > Tф.If the amplifier amplifies the signal U y along the envelope, then the transfer function of the amplifier is written as
K 3 / (T 3 p + 1),
where K e = K y / 2ζ y , T s = T y / ζ y .
The strip amplifier has output limits (± 10 V). After converting the carrier frequency into an envelope signal, a significant level of interference occurs; To isolate the constant component of the interference, two smoothing filters with a time constant T s are used . The signal U s from the filter is fed to the input of the integrator, and the parameters of the integrator are connected by the transfer function as
(T ' r p + 1) (T f p + 1) / T and p,
where - T and > T 'r; T and > T f .
Параметры интегратора выбраны таким образом, чтобы обеспечить равенство Т2=T'2.The integrator parameters are selected in such a way as to ensure the equality of T 2 = T ' 2 .
Постоянная времени Тф обеспечивает необходимые запасы устойчивости аналогового канала устройства для измерения ускорений. Сигнал с выхода интегратора U через коэффициент обратной связи поступает в цепь компенсирующей обратной связи.The time constant T f provides the necessary stability margins of the analog channel of the device for measuring accelerations. The signal from the output of the integrator U through the feedback coefficient enters the compensating feedback circuit.
В фиксированные моменты времени сигнал с выхода интегратора запоминается в дискретизаторе на время преобразования (Uд).At fixed times, the signal from the output of the integrator is stored in the sampler for the conversion time (U d ).
Дискретизированный сигнал Uд складывается с сигналом со схемы синхронизации, преобразуется в длительность τ и с помощью счета временного интервала преобразуется в цифровой код N, а затем на выходе, путем накопления - в цифровой код NS.The sampled signal U d is added to the signal from the synchronization circuit, converted to a duration τ and, using the time interval count, converted to a digital code N, and then output, by accumulation, to a digital code NS.
Для оценки точности работы предлагаемого устройства предположим, что на вход устройства поступает относительное ускорение, изменяющееся по синусоидальному закону, и устройство работает в установившемся режиме. Пусть также Tз ≪ 1/ωср и Tс ≪ 1/ωср. С учетом принятых ограничений структурная схема (фиг. 2) преобразуется к виду:
В структурной схеме использованы следующие обозначения:
T2=ТоТи/KоКос, 2 ζ T=Ти/KоKос,
T0 = T1/(1+KαKзKосTф/Tи),
K0 = KαKз/(1+KαKзKосTф/Tи).
Амплитуда частотной характеристики A(ω) аналоговой части определяется как:
Если выбрать параметры устройства так, чтобы выполнялось условие 2T2ω2 = 4ζ2T2ω2, то получим:
Потребуем, чтобы A(ω) аналоговой части устройства не отличалась от требуемой на величину относительной ошибки δ, которая определяется зависимостью:
δ =1/(2n-1)KS
С учетом значения относительной ошибки параметры эквивалентной структурной схемы определятся, как:
При параметрах n=12; KS=27-1 получим
δ = 1.92·10-6
T ω = 4.428·10-2
На частоте полезного сигнала ω = 5c-1 постоянная времени аналоговой части Т=8.856·10-3с.To assess the accuracy of the proposed device, suppose that the input of the device receives relative acceleration, which varies according to a sinusoidal law, and the device operates in a steady state. Let also T s ≪ 1 / ω sr and T s ≪ 1 / ω sr . Given the accepted limitations, the structural diagram (Fig. 2) is converted to:
The following notation is used in the structural diagram:
T 2 = T about T and / K about K OS , 2 ζ T = T and / K about K OS ,
T 0 = T 1 / (1 + K α K s K os T f / T u ),
K 0 = K α K s / (1 + K α K s K os T f / T u ).
The amplitude of the frequency response A (ω) of the analog part is defined as:
If we select the device parameters so that the condition 2T 2 ω 2 = 4ζ 2 T 2 ω 2 is satisfied, then we obtain:
We require that A (ω) of the analog part of the device does not differ from the required relative error δ, which is determined by the dependence:
δ = 1 / (2 n -1) KS
Given the value of the relative error, the parameters of the equivalent structural scheme are determined as:
With parameters n = 12; KS = 2 7 -1 we get
δ = 1.92 · 10 -6
T ω = 4.428 · 10 -2
At the frequency of the useful signal ω = 5c -1 the time constant of the analog part T = 8.856 · 10 -3 s.
Оценим относительную ошибку аналогового (δа), цифрового каналов (δц), суммарную относительную ошибку (δΣ) предлагаемого устройства
Величины ошибок рассчитываются при следующих отношениях.We estimate the relative error of the analog (δа), digital channels (δц), the total relative error (δ Σ ) of the proposed device
Error values are calculated in the following respects.
Примем значения
αmax = Wmax/g = 0,1 - максимально возможный угол отклонения чувствительного элемента;
α = 0,09sinwt - закон изменения текущего угла отклонения чувствительного элемента;
Kос = 0,01; Uд = 0,09Aωsinωt/Kос;
A=10
Относительная ошибка δа устройства для измерения ускорений равна
δa = (α-UдKос)/0,1,
Относительная ошибка цифрового канала устройства δц может быть определена, как
δц= U/A=NS/(212-1)KS
Суммарная относительная ошибка цифрового канала устройства δц может быть оценена, как:
Результаты расчета ошибок устройства сведены в таблицу. Из таблицы следует, что δa и δц не принимают расчетного значения относительной ошибки
δ =1.92·10-6
Суммарная ошибка δΣ превышает расчетное и поэтому параметры устройства Тω следует выбирать меньше в 1.11 раза.Take the values
α max = W max / g = 0,1 - the maximum possible angle of deviation of the sensing element;
α = 0,09sinwt - the law of change of the current angle of deviation of the sensing element;
K OS = 0.01; U d = 0.09Aωsinωt / K wasps ;
A = 10
The relative error δa of the accelerometer is
δa = (α-U d K OS ) / 0.1,
The relative error of the digital channel of the device δ c can be determined as
δ c = U / A = NS / (2 12 -1) KS
The total relative error of the digital channel of the device δ c can be estimated as:
The results of calculating device errors are summarized in a table. From the table it follows that δa and δc do not accept the calculated value of the relative error
δ = 1.92 · 10 -6
The total error δ Σ exceeds the calculated one and, therefore, the device parameters Tω should be chosen 1.11 times less.
При тактовой частоте fт= 10·106 Гц время дискретизации сигнала будет равно
tд=KS(2n-1)/tT=(27-1)(212-1)/ 10·106=5.2·10-2с
При этом период синусоиды (входная информация) α = 0,09sinωt опрашивается при значении ω = 5 с-1.
Nопроса = (2π/ω)(1/tд) = 24 раза.
(6 значений опроса 1/4 синусоиды приведены в таблице). Время преобразования вторым дискретизатором цифрового канала предлагаемого устройства составило
tдв=tд/KS=5.2·10-2/127=4.094488188·10-4с
и будет в 127 раз меньше времени первой дискретизации.When the clock frequency f t = 10 · 10 6 Hz, the sampling time of the signal will be equal
t d = KS (2 n -1) / t T = (2 7 -1) (2 12 -1) / 10 · 10 6 = 5.2 · 10 -2 s
In this case, the period of the sinusoid (input information) α = 0.09 sinot is interrogated at a value of ω = 5 s -1 .
N polling = (2π / ω) (1 / t d ) = 24 times.
(6 polling values of 1/4 sine wave are given in the table). The conversion time by the second digitizer of the digital channel of the proposed device was
t dw = t d /KS=5.2·10 -2 /127=4.094488188·10 -4 s
and will be 127 times less than the time of the first sampling.
Предлагаемое устройство для измерения ускорения с 12-ти разрядным преобразованием по точности будет эквивалентно устройству для измерения ускорений с 19-ти разрядным преобразователем. The proposed device for measuring acceleration with a 12-bit conversion in accuracy will be equivalent to a device for measuring acceleration with a 19-bit converter.
Таким образом, введение в устройство цифрового канала, содержащего первый дискретизатор, сумматор, второй дискретизатор, компаратор, синхронный D-триггер, схему совпадения, реверсивный счетчик, итоговый регистр, схему синхронизации, а также введение аналогового канала, содержащего интегратор, стабилизирующий фильтр, позволило повысить точность измерения за счет сканирования аналогового сигнала в цифровой код. Thus, the introduction of a digital channel into the device containing the first sampler, adder, second sampler, comparator, synchronous D-flip-flop, coincidence circuit, reverse counter, final register, synchronization circuit, as well as the introduction of the analog channel containing the integrator, stabilizing filter, allowed improve measurement accuracy by scanning an analog signal into a digital code.
Наличие дискретизаторов приводит к запоминанию информации на время преобразования, что исключает апертурную ошибку, связанную с изменением входной информации, что в свою очередь увеличивает точность измеряемой величины (ускорения). Устройство содержит накопитель цифровой информации, что уменьшает ошибку измерения, связанную с искажением входной информации на частоте входного сигнала, близкой к времени преобразования информации. В предлагаемом устройстве происходит усреднение входной информации в процессе ее накопления, что также повышает точность. The presence of discretizers leads to the storage of information for the conversion time, which eliminates the aperture error associated with a change in the input information, which in turn increases the accuracy of the measured quantity (acceleration). The device contains a digital information storage device, which reduces the measurement error associated with distortion of the input information at the input signal frequency close to the information conversion time. In the proposed device, the averaging of input information occurs during its accumulation, which also increases accuracy.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU99127056A RU2163380C1 (en) | 1999-12-27 | 1999-12-27 | Device measuring acceleration |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU99127056A RU2163380C1 (en) | 1999-12-27 | 1999-12-27 | Device measuring acceleration |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2163380C1 true RU2163380C1 (en) | 2001-02-20 |
Family
ID=20228490
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU99127056A RU2163380C1 (en) | 1999-12-27 | 1999-12-27 | Device measuring acceleration |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2163380C1 (en) |
-
1999
- 1999-12-27 RU RU99127056A patent/RU2163380C1/en active
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US4642555A (en) | Differential capacitance detector | |
RU2449293C1 (en) | Compensation accelerometer | |
RU2363957C1 (en) | Compensation accelerometer | |
RU2397498C1 (en) | Compensation accelerometre | |
EP0322802B1 (en) | Watthour meter or wattmeter comprising hall sensors | |
US4085375A (en) | Combined angular displacement measuring system and multiplier | |
US4949364A (en) | Count error detecting device for count type measuring instruments | |
RU2161773C2 (en) | Angle determination device | |
RU2163380C1 (en) | Device measuring acceleration | |
RU2165625C1 (en) | Gear measuring accelerations | |
RU2539826C2 (en) | Compensation-type accelerometer | |
JP2003157142A (en) | Phase digitizer | |
RU2190226C1 (en) | Gear measuring accelerations | |
RU2676217C1 (en) | Compensation accelerometer | |
RU2190858C1 (en) | Device measuring acceleration | |
RU2676177C1 (en) | Compensation accelerometer | |
RU2308039C1 (en) | Device for measuring accelerations | |
RU2740875C1 (en) | Device for measuring accelerations | |
RU2189046C1 (en) | Device measuring acceleration | |
RU2017161C1 (en) | Capacitance measurement device | |
SU898342A1 (en) | Conductometric pickup resistance meter | |
RU2360258C1 (en) | Compensation accelerometre | |
SU1620947A1 (en) | Digital meter of displacements | |
RU2171995C1 (en) | Device for measurement of accelerations | |
RU2279094C1 (en) | Arrangement for measuring accelerations |