DD214934A1

DD214934A1 - ARRANGEMENT FOR CALIBRATING ACCELERATING MEASURING DEVICES

Info

Publication number: DD214934A1
Application number: DD25007783A
Authority: DD
Inventors: Hans-Juergen Von Martens
Original assignee: Standardisierung Messwesen Amt
Priority date: 1983-04-21
Filing date: 1983-04-21
Publication date: 1984-10-24

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum Kalibrieren von Beschleunigungsmessgeraeten nach der Methode der Neigung im Erdschwerefeld. Bei der Anordnung werden von aussen einwirkende Stoerschwingungen erfindungsgemaess dadurch unterdrueckt, dass das Beschleunigungsmessgeraet an ein Teil angekoppelt wird, das mittels einer am schwenkbaren Teil befestigten reibungsarmen Geradfuehrung verschiebbar in der Richtung gelagert ist, welche mit der vorgesehenen Messrichtung des angekoppelten Beschleunigungsmessgeraetes uebereinstimmt, und auf das eine Feder wirkt, welche die in dieser Richtung abwaerts wirkende Komponente der Gewichtskraft des gefuehrten Teils kompensiert. Dabei bilden Feder und Masse ein mechanisches Uebertragungssystem mit Tiefpasscharakter fuer die in die vorgesehene Messrichtung fallenden Komponenten mechanischer Stoerschwingungen.The invention relates to an arrangement for calibrating accelerometers by the method of inclination in the earth's gravity field. In the arrangement, external interference vibrations are suppressed according to the invention by coupling the accelerometer to a part slidably mounted in the direction by means of a low-friction straight line fixed to the pivotable part, which coincides with the intended direction of measurement of the coupled accelerometer, and to the acting a spring which compensates for the downward in this direction component of the weight of the guided part. In this case, spring and mass form a mechanical transmission system with a low-pass character for the components of mechanical interference oscillations falling in the intended measuring direction.

Description

Arrangement; for calibrating acceleration gauges Field of application of the invention

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zum Kalibrieren von Besohleunigungsmeßgeräten, Verzögerungsmeßgeräten und Beschleunigungsaufnehmern, die eine konstante Anregungsbeschleunigung bis zum Wert der örtlichen Fallbeschleunigung erzeugt·The invention relates to an arrangement for calibrating acceleration measuring devices, deceleration measuring devices and acceleration transducers, which generates a constant excitation acceleration up to the value of the local gravitational acceleration.

Characteristic of the known technical solutions

Zur Messung der Empfindlichkeit von Beschleunigungsmeßgeräten und Verzögerungsmeßgeräten sowie zur Messung des Übertragungsfaktors von Beschleunigungsaufnehmern bei konstanter Anregungsbeschleunigung ist die Anordnung bekannt, bei der eine Plattform mit dem darauf befestigten Meßgerät oder Aufnehmer im Erdschwerefeld um einen bestimmten Winkel, der die in der vorgesehenen Meßrichtung wirkende Komponente der örtlichen. Fallbeschleunigung festlegt, verstellt wird (ISO/DP 5347 Standard Methods for the Calibration of Vibration and Shock Pickups, ISO/TC 108/SC 3 1979). Der Neigungswinkel der vorgesehenen Meßrichtung des Meßgerätes bzw« des Aufnehmers bestimmt die in Meßrichtung einwirkende Anregungsbeschleunigung nach der BeziehungFor measuring the sensitivity of Beschleunigungsmeßgeräten and delay meters and for measuring the transmission factor of accelerometers at constant excitation acceleration, the arrangement is known in which a platform with the attached measuring device or transducer in the earth's gravity field by a certain angle, which acts in the intended direction of measurement component of local. Acceleration is set (ISO / DP 5347 Standard Methods for the Calibration of vibration and shock pickups, ISO / TC 108 / SC 3 1979). The angle of inclination of the intended measuring direction of the measuring device or of the pickup determines the excitation acceleration acting in the direction of measurement according to the relationship

a = g . since. (1)a = g. since. (1)

In Gleichung (1) bedeuten a die Anregungsbeschleunigung, g die örtliche Fallbeschleunigung und cC den Neigungswinkel in bezug auf die Horizontale, der im Grenzfall - 90° betragen kann.In equation (1), a is the excitation acceleration, g is the local acceleration of acceleration, and cC is the angle of inclination with respect to the horizontal, which in the limiting case can be - 90 °.

Die Kalibriergenauigkeit wird beeinträchtigt durch am Aufstellungsort vorhandene Bodenbewegungen, die z» B. durch Straßen- und Schienenverkehr in der Umgebung hervorgerufen werden». Zur Verminderung des verfälschenden Einflusses solcher Störschwingungen läßt sich die Kalibrieranordnung auf einem bekannten Schwingfundament aufstellen, das den Teil des Frequenzspektrums, der Störschwingungen unterdrückt, der oberhalb der Resonanzfrequenz des tief abgestimmten Feder-Masse-Systems liegt.Calibration accuracy is affected by ground movement at the site caused by, for example, road and rail traffic in the area ». To reduce the distorting influence of such spurious oscillations, the calibration can be set up on a known vibration foundation, which suppresses the part of the frequency spectrum, the spurious oscillations, which is above the resonance frequency of the low-tuned spring-mass system.

Nachteilig ist dabei, daß Verlagerungen des Schwerpunktes des federnd gelagerten Systems zu Änderungen des Neigungswinkels und damit zu einer Verfälschung des Wertes der Anregungsbeschleunigung führen können. Ein weiterer .Nachteil,besteht in dem hohen Aufwand, der zur Auslegung des Schwingfundamentes für eine ausreichend niedrige Resonanzfrequenz getrieben werden muß. Dabei wird der Aufwand nicht nur durch die große, nachgiebig zu lagernde Masse bestimmt, sondern auch durch die Forderung, daß die Tiefpaßwirkung sowohl in horizontaler als auch in vertikaler Richtung vorhanden sein muß. Diese Forderung ergibt: sich aus dem Neigung3bereich der Plattform,The disadvantage here is that displacements of the center of gravity of the spring-mounted system can lead to changes in the inclination angle and thus to a falsification of the value of the excitation acceleration. Another .Nachteil, consists in the high cost, which must be driven to design the Schwingfundamentes for a sufficiently low resonant frequency. The effort is determined not only by the large, yielding mass to be stored, but also by the requirement that the Tiefpaßwirkung must be present both in the horizontal and in the vertical direction. This requirement results: from the slope area of the platform,

Object of the invention

Ziel der Erfindung ist es, eine Anordnung zum Kalibrieren von Beschleunigungsmeßgeräten mit.konstanter Anregungsbeschleunigung bis zum Wert der örtlichen Fallbeschleunigung zu schaffen* bei der von außen einwirkende Störschwingungen unterdrückt werden und die Nachteile der Anwendung eines.Schwingfundamentes in bezug auf unkontrollierte Winkeländerungen und auf den hohen Aufwand bei Auslegung für eine tiefe Resonanzfrequenz vermieden werden, ' .The aim of the invention is to provide an arrangement for calibrating accelerometers mit.konstante excitation acceleration up to the value of the local acceleration * are suppressed in the externally applied parasitic oscillations and the disadvantages of the application of a.Schwingfundamentes with respect to uncontrolled angle changes and on the high Expensive design can be avoided for a low resonant frequency, '.

Explanation of the essence of the invention

- Technische Aufgabe der Erfindung : Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Anordnung;zum Kalibrieren von Beschleunigungsmeßgeräten nach der Methode der Neigung im Erdschwerefeld zu schaffen, bei der sich auf dem schwenkbaren Teil ein mechanisches Übertragungssystem mit, Tiefpaß-TECHNICAL OBJECT OF THE INVENTION It is an object of the invention to provide an arrangement for calibrating accelerometers according to the method of inclination in the earth's gravity field, in which a mechanical transmission system with low-pass

Charakter befindet, welches die in die Meßrichtung des angekoppelten Beschleunigungsmeßgerätes fallenden Komponenten von Bodenbewegungen, die auf das schwenkbare Teil gelangen, unterdrückt.Character is located, which suppresses the falling in the measuring direction of the coupled accelerometer components of ground movements that reach the pivotal part.

- Merkmale der Erfindung .Features of the invention.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Beschleunigungsmeßgerät an ein Teil angekoppelt .wird, das mittels einer am schwenkbaren Teil befestigten reibungsarmen .Geradführung verschiebbar in der Richtung gelagert ist, welche mit der vorgesehenen Meßrichtung des angekoppelten Beschleunigungsmeßgerätes übereinstimmt, und auf das eine Feder wirkt, welche die in dieser Richtung abwärts wirkende Komponente der Gewichtskraft des geführten Teils kompensiert* Dabei bilden Feder und Masse ein mechanisches Übertragungssy-The object is achieved in that the accelerometer is coupled to a part .Wird, which is mounted by means of a pivotable part attached to the low-friction .Geradführung slidably in the direction which coincides with the intended measuring direction of the coupled Beschleunigungsmeßgerätes, and acts on a spring which compensates for the component of the weight of the guided part which is acting downwards in this direction * In this case, spring and mass form a mechanical transmission system.

. stern mit TiefpaßCharakter, das unabhängig vom eingestellten Winkel des schwenkbaren Teils die in die vorgesehene Meßrichtung fallenden Komponenten.der Frequenzanteile mechanischer Störschwingungen, die oberhalb der Resonanzfrequenz des Übertragungssystems liegen, unterdrückt,, star with a low-pass character, which suppresses, irrespective of the set angle of the pivotable part, the components of the frequency components of mechanical disturbing vibrations falling in the intended direction of measurement which are above the resonance frequency of the transmission system,

Ausführungsbeispiel . Embodiment .

Anhand der zugehörigen Zeichnung wird die erfindungsgemäße Anordnung an einem Ausführungsbeispiel erläutert. Fig. 1 zeigt das Schema einer Ausführungsform der Anordnung mit kurzhubiger magnetischer Geradführung und mit einer, nichtlinearen Feder, welche im Bereich kleiner Anregungsbeschleunigungen eine besonders wirksame Unterdrückung der Störschwingungen ermöglicht,With reference to the accompanying drawing, the arrangement according to the invention will be explained using an exemplary embodiment. 1 shows the diagram of an embodiment of the arrangement with short-stroke magnetic straight guide and with a non-linear spring, which enables a particularly effective suppression of the disturbing oscillations in the region of small excitation accelerations,

Gemäß Fig. 1 enthält die Anordnung ein Gestell .1, in dem das schwenkbare Teil 2 gelagert ist, Auf diesem ist die magnetische Geradführung 3 befestigt, die das Teil 4 mit dem angekoppelten Beschleunigungsaufnehmer 5 in der Richtung, die den Winkel c< zur Horizontalen bildet, reibungsfrei führt. Am Teil 4 ist eine nichtlineare Biegefeder.β angebracht, deren Federauge 7 auslenkbar ist. Dieses Federauge ist mittels des Seilzuges 8, der über die ümlenkrolle 9 läuft, mit dem Ausleger 10 der Zahnstange 11 verbunden, Die Zahnstange wird durch eine Geradführung 12 inAccording to Fig. 1, the arrangement comprises a frame .1, in which the pivotable part 2 is mounted, on which the magnetic linear guide 3 is fixed, the part 4 with the coupled accelerometer 5 in the direction, the angle c <to the horizontal forms, frictionless leads. Part 4 is a non-linear Biegefeder.β mounted, the spring eye 7 is deflected. This spring eye is connected by means of the cable 8, which runs over the ümlenkrolle 9, with the arm 10 of the rack 11, the rack is by a straight guide 12 in

vertikaler Richtung geführt. Das Ritzel .13 ist mit dem schwenkbaren Teil 2 starr verbunden. Zur Messung des Winkels cc ist auf dem schwenkbaren Teil die Winkellibelle mit^: Meßmikroskop 14 angeordnet. Das Kalibrieren eines Beschleunigungsmeßgerätes erfolgt nach der-bekannten Verfahrensweise der Zuordnung der Anzeigen, die das an den Beschleunigungsaufnehmer 5 angekoppelte Anzeigegerät bei ausgewählten Winkelstellungen ©c . aufweist, zu den entsprechenden Werten a. der Anregungsbeschleunigung, Bei kleinen Y/erten a., insbesondere bei der Anregungsbeschleunigung Null, hat die aus den Bauteilen 4, 5 und β gebildete Feder-Masse-Resonanz eine so tiefe Frequenz,.:daß'.die "in die vorgesehene Meßrichtung fallenden Komponenten, der Störschwingungen, die vom Boden über das Gestell auf das schwenkbare Teil gelangen, fast vollständig vom magnetisch geführten Teil 4 ferngehalten werden.vertical direction. The pinion .13 is rigidly connected to the pivotable part 2. For measuring the angle cc vial with the angle is on the pivotable part ^of: measuring microscope 14. The calibration of a Beschleunigungsmeßgerätes is carried out according to the known procedure of the assignment of the displays that the coupled to the accelerometer 5 indicator at selected angular positions © c. has, to the corresponding values a. the excitation acceleration, At small Y / aerten a., Especially at the excitation acceleration zero, the spring-mass resonance formed from the components 4, 5 and β has such a low frequency,.: '' the 'falling in the intended direction of measurement Components, the spurious vibrations that reach from the bottom of the frame on the pivoting part, are almost completely kept away from the magnetically guided part 4.

Wird das schwenkbare Teil 2 vom Ausgangszustand oC = 0 auf einenIf the pivotal part 2 from the initial state oC = 0 to a

endlichen Winkel «Γ ^ eingestellt, so führt die einwirkende Kraftkomponenteset finite angle «Γ ^, so the acting force component leads

... ; - F =m-, g.. 'SInOC₁,; ' ^: . (2)...; - F = m-, g .. 'SInOC ₁ ,; ' ^: . (2)

die gemäß Gl, (1) die in Meßrichtung des Beschleunigungsaufnehmers wirkende Anregungsbeschleunigung festlegt, zu einer entsprechenden Auslenkung der Biegefeder β. Diese Auslenkung wird nur zum Teil auf das geführte Teil 4 übertragen, da das Federauge 7 eine gegenläufige Bewegung ausführt. Diese wird bewirkt durch die .mit der Bewegung des Schwenkhebels 15 über das Ritzel 13 gekoppelte Abwärtsbewegung der Zahnstange 11 , die über den Ausleger 10 auf den Seilzug 8 übertragen wird. Im Falle der Verwendung einer linearen Zugfeder anstelle der nichtlinearen Biegefeder kann die Verlängerung der Feder vollständig kompensiert werden. Es wird dann aber bei kleinen Anregungsbeschleunigungen eine weniger, wirksame Schwingungsisolation erreicht. Die teilweise bzw, vollständige Kompensation der Auslenkung des geführten Teils 4 ermöglicht es, eine kurzhubige Geradführung 3 zu verwenden, · " _: 'which according to Eq., (1) defines the excitation acceleration acting in the measuring direction of the acceleration sensor, leads to a corresponding deflection of the bending spring β. This deflection is only partially transferred to the guided part 4, since the spring eye 7 performs an opposite movement. This is effected by the. With the movement of the pivot lever 15 via the pinion 13 coupled downward movement of the rack 11, which is transmitted via the arm 10 to the cable 8. In the case of using a linear tension spring instead of the non-linear spiral spring, the extension of the spring can be fully compensated. But it is then achieved at small excitation accelerations less effective vibration isolation. The partially or, complete compensation of the deflection of the guided part 4 makes it possible to use a short-stroke linear guide 3, · "_'

Claims

invention claim

1. An arrangement for calibrating a Beschleunigungsmeßgerätes, in which a pivotable relative to the horizontal part in the earth's gravity field is adjusted by a certain angle, which is determined by the desired value of the derived from the local acceleration of gravity constant excitation acceleration, characterized in that the accelerometer to a part is coupled, which is mounted displaceably in the direction by means of a fixed to the pivotable part low-friction linear guide, which coincides with the intended measuring direction of the coupled Beschleunigungsmeßgerätes, and acts on the at least one spring, which in this direction downward component of the weight of the compensated part, wherein spring and mass form a mechanical transmission system with a low-pass character, regardless of the set angle of the pivotable part falling in the intended direction of measurement component a mechanical shear oscillation suppressed,

2 / arrangement according to item 1, characterized in that the part attached to the friction arm guided spring is coupled to the device for adjusting the angle of the pivotable part in such a way that at angular displacement results in a displacement of the spring-mass system, the by the changed component of the force acting in the direction of measurement is directed counter to deflection, so that the force-induced deflection is partially or completely compensated ·

3. Arrangement according to item 1, characterized in that the spring used has a greater compliance with small values of the angle of inclination with respect to the horizontal than with larger values,.