NL8400060A - Werkwijze voor het bepalen van een versnelling. - Google Patents

Description

LW 5560-26 Ned.M/EvF

» «

Korte aanduiding: Werkwijze voor hét bepalen van een versnelling.

De uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor het bepalen van versnelling onder gebruikmaking van een versnellingsmeter voorzien van een dubbel uitgevoerde proefmassa, welke massa's elk in bedwang gehouden worden door een bundelresonante krachtomzetter.

5 Een versnellingsmeter wordt voorgesteld voorzien van een dubbele proefmassa. Elk van de beide proefmassa's wordt tegen beweging in bedwang gehouden door een bundelresonante krachtomzetter. De versnelling wordt bepaald door de relatie a = A (f^-f2) waarin a * de versnelling 10 A = de schaalfactor van de instructie en fj en fj = de frequenties van de twee krachtomzetters.

De schaalfactoren voor de beide proefmassakrachtomzetter-systemen moetn nauw op elkaar zijn afgestemd om een goede lineariteit te verkrijgen en trillingsrectificatiefouten tot een minimum terug 15 te brengen. Dit wordt in een typerend geval gedaan door de proefmassa's te trimmen, d.w.z. het fysisch verwijderen van massa uit de een of de andere proefmassa totdat de schaalfactoren voor de beide proefmassa-krachtomzettersystemen precies passen. Dit is een tijdrovend proces dat een herhaalde, opeenvolgend trimmen en testen van een of beide 20 proefmassa's vereist.

De uitvinding verschaft een verbeterde methode voor het bepalen van de versnelling uit de frequenties van de beide bundelresonante krachtomzetters, welke niet een preciese passing vergen van de schaalfactoren van de beide proefmassa-krachtomzettersystemen.

25 Een eerste kenmerk van de uitvinding is dat de versnelling wordt bepaald in overeenstemming met de relatie a = A^^-A^^A^ waarin A^, en AQ ijkkonstanten zijn.

Een ander kenmerk van de uitvinding is dat de versnelling wordt 2 2 bepaald in overeenstemming met de relatie a » A^f^ “A2f2 +A0‘ 30 Een verder kenmerk van de uitvinding is dat de ijkkonstanten worden bepaald uit het testen over een bereik van temperaturen en versnellingen voor een gewenste bedrijfsconditie, d.w.z. voor een lineaire benadering van de versnelling.

De uitvinding zal hieronder aan de hand van een in de figuren 35 der bijgaande tekeningen weergegeven uitvoeringsvoorbeeld nader worden toegelicht.

Figuur 1 toont een langsdoorsnede door een voorkeursvorm van een dubbele proefmassaversnellingsmeter gebruikt bij het realiseren van de 84 0 0 0 6 0 i t

• I

- 2 - uitvinding; figuur 2 toont een aanzicht in perspectief in uitgetrokken toestand van een proefmassa en een krachtomzettersysteem van de ver-snellingsmeter volgens figuur 1; en 5 figuur 3 geeft een blokschema van een signaalprocessor voor het bepalen van versnelling uit de beide krachtomzetterfrequentiesignalen.

Figuren 1 en 2 illusteren een voorkeursuitvoeringsvorm van de versnellingsmeter voorzien van twee proefmassa*s 30, 31 die gevoelig zijn voor versnellingen langs dezelfde as, gemonteerd met de betreffende 10 doorbuigorganen tegenover elkaar en waarbij de bundelresonante kracht-omzetters 32, 33 zodanig verbonden zijn, dat wanneer de ene omzetter onder spanning verkeert, de andere samengedrukt wordt. De versnelling wordt gemeten als functie van het verschil tussen de resonantiefrequenties van de beide bundelkrachtomzetters. De beide proefmassaomzettersamenstellen 15 zijn identiek en slechts een ervan is weergegeven in fig. 2 en zal hierin uitvoerig worden besproken.

Een cilindrische drager 35 bezit tegengesteld gerichte als zitting dienende oppervlakken 36, 37. De basis voor elke proefmassa omvat een montageëlement, dat opgenomen wordt in een van de als zitting 20 fungerende oppervlakken. De drager 35 bezit een zich naar buiten uitstrekkende ribbe 38, die zitting vindt op een cilindrisch afstandsstuk 39, dat de twee proefmassasamenstellen ondersteunt binnen het huis 40. Het deksel 41 heeft een elektronicacompartiment 42.

De bovenste versnellingsmeter van fig. 1, die in uitgetrokken 25 toestand wordt geïllustreerd in fig. 2 bezit een basis 45, die een montagering 46 omvat. De proefmassa 30 is verbonden met de basis door een doorbuigende sectie 47. De montagering 46 is opgenomen op de als zitting fungerende oppervlak 36 van de drager 35.

De proefmassa 30 is in het algemeen rechthoekig in omtrek 30 en heeft dezelfde dikte als de montagering 46. Een ovale opening 48 is centraal gelegen in de proefmassa.

De bundelresonante krachtomzetter 32 is met het ene einde 50 verbonden met de wand van de opening 48 en het andere einde 51 is verbonden met het eindoppervlak. 52 van een vrijdragende balk 53, die zich 35 uit strekt vanaf de basis 45 en een meegaande montuur verschaft.

Platen 56 en 57 zijn bevestigd aan het bovenste en onderste oppervlak van de montagering 47 en worden op hun plaats gehouden door bevestigingsorganen 58. Vulplaatjes 59 zijn geplaatst tussen de platen P. 4 ;Λ Λ π & Γ: ƒ l - 3 - 56/ 57 en de oppervlakken van de montagering 46, teneinde afstand te scheppen tussen de oppervlakken van de platen 56, 57 enerzijds en het bovenste en het onderste oppervlak van de proefmassa 30 anderzijds.

De afstand wordt in fig. 1 overdreven weergegeven. De platen 56, 57 5 dienen als gecombineerde dempingsoppervlakken en aanslagen voor de proefmassa 30, zoals uitvoeriger besproken in de hiervoor genoemde samenhangende aanvrage.

Een circuitpaneel 62 is gemonteerd aan het bovenste oppervlak van de plaat 56 en draagt de electronica, die behoort bij de resonante 10 bundelkrachtomzetter 32. Een deksel 63 omsluit de componenten op het circuitpaneel.

Zoals het beste te zien is in fig. 1 bezit de wand van opening 48 in de proefmassa 30 een stapje 65 in het oppervlak dat zich het dichtst bij het doorbuigorgaan 47 bevindt. Het einde 50 van de omzetter 15 32 is verbonden met het oppervlak 66, dat afgekeerd is van de vrij- dragende balk 53. Het oppervlak 66 is zodanig geselecteerd dat het het slagcentrum van de proefmassa 30 omvat. Het slagcentrum is dat punt in de proefmassa, waarbij de proefmassa ronduit geslagen kan worden zonder te stoten of te botsen tegen de scharnieras verschaft door het 20 doorbuigorgaan 47. Deze geometrische betrekking brengt de gevoeligheid van de proefmassa voor trillingen van de versnellingsmeter tot een minimum.

Er worden een aantal voordelen verkregen met de twee proefmassa-constructies, die in fig. 1 geïllustreerd zijn. Foutbronnen, die gemeen-25 schappelijke mode-effecten produceren op beide proefmassa-krachtomzetter-systemen zullen worden gereduceerd. Bijvoorbeeld indién beide omzettere soortgelijke temperatuurscoëfficiënten bezitten, wordt de temperatuur-gevoeligheid van de combinatie aanzienlijk gereduceerd.

Een ander voorbeeld is de drift in de tijdbasis waartegen de 30 uitgangsfrequenties van de omzetter worden gemeten. De terugdrijving bij de versnellingsmeter is zeer gevoelig voor tijdbasisveranderingen in een sensor met een enkelvoudige proefmassa. Indien proefmassa-omzetter-samenstellen bij benadering op elkaar afgepast zijn, zodat Ag kleiner is dam de volle schaal, is de tijdbasisdrift in hoofdzaak een gemeenschappelijke 35 mode (common mode) signaal en wordt de terugdrijvingsgevoeligheid in sterke mate gereduceerd.

De ligging van de twee proefmassa's 30, 31 met hun doorbuig-organen tegenover elkaar veroorzaakt een eliminatie van de gevoeligheid 8400060 f *c - 4 - van de beide proef massa's voor dwars-asversnellingen.

Trillingsrectificatiefouten vinden plaats, wanneer de versnellingsmeter is onderworpen aan een oscillerende invoer die een periode bezit korter dan de periode voor het meten van de omzetter-5 frequenties. Een niet-lineaire responsie van de omzetters veroorzaakt rectificatie van dergelijke oscillerende invoeren met resulterende verschuiving in de versnellingsmeteruitvoer. Bij het samenstel van een dubbele proefmassa, waarbij de omzetters zodanig gemonteerd zijn dat de ene onder spanning verkeert en de andere onder compressie staat, hebben 10 trillingsrectificatiefouten de neiging om tegen elkaar weg te vallen.

Figuur 3 toont schematisch de dubbele proefmassaversnellings-sensor 75 tezamen met de bijbehorende electronica en een signaal-bewerkingseenheid 76 omvattende een geprogrammeerde microprocessor voor het bepalen uit de krachtomzetter van frequenties en andere 15 relevante invoeren, zoals temperatuur, de versnelling waaraan het instrument wordt onderworpen.

Sensor 75 omvat de dubbele proefinassa-bundelresonante krachtomzetter mechanische systemen 78 en sensor electronica 79, die frequenties f^, f^ opwekken, en de resonerende frequenties van elke ' 20 krachtomzetter voorstellen en dus de krachten uitgeoefend op de kracht- omzetters als· resultaat van de versnelling, waaraan de proefmassa's zijn onderworpen. De temperatuursensor 80 meet de temperatuur van het mechanische systeem 78 en verschaft een signaal f dat een frequentie bezit die een functie is van de temperatuur.

25 De signaalbewerkingseenheid 76 omvat een frequentiepulsteller 81, een microprocessor 82 en een PROM 83. De meesterklok 84 verschaft tijdsbepalende invoeren aan de microprocessor en de frequentiepulsteller. Gegevens/adres, adres en besturingsleidingen, die het aangegeven aantal railleidingen bezitten, die de frequentiepulsteller 81, microprogrammeur 30 82 en PROM 83 verbinden.

De ktachtomzetterfrequentiesignalen f^, f2 en het temperatuur-signaal zijn verbonden met de frequentiepulsteller'81, die digitale signalen opwekt, die elke frequentie weergeven voor gebruik in de microprocessor 82. De berekende versnelling wordt verschaft aan de uitgang 35 van de microprocessor 82, naar keuze, in 8-bit parallelvorm bij 85 of in serievorm bij 86.

In overeenstemming met de uitvinding zijn weegfactoren of -coëfficiënten ingesteld voor de frequenties van de krachtomzetters t 3 /. η η λ £ ά 'j “ - '· v y te - 5 - van elke proefmassa. Bijvoorbeeld kan de versnelling worden bepaald als 3 = Alfl_A2f2+A0 waarin A^ = de weegfactor of -coëfficiënt voor een krachtomzetter;

Aj * de weegfactor of -coëfficiënt voor de eindere omzetter; en 5 Aq * een terugdrij fcorrectiedemper.

Bij voorkeur echter wordt de versnelling bepaald als functie van het kwadraat van de krachtomzetterfrequenties in overeenstemming met 2 2 de betrekking a * A^fj ”A2^2 +A0*

De betrekking, die gebruik maakt van het kwadraat van de frequentie, 10 verschaft een betere lineariteit en mindere gevoeligheid voor veranderingen in de gevoeligheid van de ene krachtomzetter ten opzichte van de andere. In het bijzonder is de trillingsrectificatiefout tengevolge van kleine wijzigingen in de relatieve schaling van de beide omzetters, bijvoorbeeld als functie van de frequentie, is in een typerend geval 15 een orde van grootte kleiner wanneer het kwadraat van de frequenties wordt gebruikt.

De ijkkonstanten A^, A^ en Ag worden gemodelleerd voor geselecteerde werkcondities van de versnellingsmeter, zoals voor de temperatuur.

Meer in het bijzonder worden de konstanten bij voorkeur zodanig bepaald . 20 dat de algorithme de beste benadering geeft van de invoerversnelling over het volledige invoerbereik. Het stel konstanten wordt bepaald uit ijking van het instrument bij verschillende discrete temperaturen Ί\ in het werkgebied van de versnellingsmeter. De konstanten kunnen worden weergegeven als een matrix 25 (A±jli j - 1, 2, 3, . . . .? i - 1, 2, 0.

Elke coëfficiënt A^ is dan gemodelleerd met behulp van een polynoom-functie die past bij de kleinste kwadraten ten opzichte van de temperatuur n A - B T* ; i - 1, 2, 0.

' kr*0 ** 30

Andere stellen ijkkonstanten of -coëfficiënten kunnen worden toegepast, gebaseerd op een andere eigenschap dan lineariteit. Bijvoorbeeld kan de coëfficiënt zo worden geselecteerd, dat de eerste afgeleide van de versnelling naar de temperatuur, ,een minimum is.

35 Het versnellingsmodel gebaseerd op de beste benadering van de werkelijke versnelling over het volle invoerbereik brengt de fout uit de trillingsrectificatie terug tot het minimum, en dat verdient de voorkeur.

Het modelleren wordt bij voorkeur uitgevoerd door metingen te 8400060

I I

- 6 - maken van de versnelling in het bereik van -lg tot + lg voor temperaturen over het gehele bereik van werktemperaturen van het instrument. In een typerend geval is de invoerversnelling de aardversnelling en is de versnellingsmeter geplaatst met -Zijn gevoelige as successievelijk in 5 24 verschillende standen ten opzichte van de vertikaal. De procedure wordt herhaald bij verschillende temperaturen over het gehele werkgebied.

De ijkcoêfficiënten worden bepaald zoals hierboven aangegeven en deze informatie wordt opgeslagen in een PROM 83 om te worden opgeroepen door de microprocessor wanneer zulks nodig is. Het aantal tempera-10 turen waarbij metingen worden uitgevoerd en het aantal termen van de temperatuurpölynomen zijn factoren bij het bepalen van de precisie van de versnellingsmeting.

Onder besturing van de microprocessor 82 worden de digitale frequenties f^, en de temperatuur periodiek bemonsterd aan de uitgang 15 van de frequentiepulsteller 81.' De ijkcoêfficiënten , A2 en AQ worden teruggewonnen' uit het PROM 83 en de versnelling berekend.

3 4 0 0 0 S 0

Claims (4)

1. Versnellingsmeter voorzien van een dubbel stel proefmassa's, die gevoelig zijn voor dezelfde versnelling, met een paar bundelresonator-krachtomzetters, waarbij de ene omzetter verbonden is met elke proefmassa voor het aftasten van de kracht, die door versnelling in de proefmassa 5 wordt opgewekt, waarbij dé omzetters resonantiefrequenties f^ en f2 bezitten, die tegengesteld variëren bij een verandering in versnelling, waarbij de verbetering bestaat uit een werkwijze om de versnelling te bepalen uit de omzetterfrequenties in overeenstemming met de relatie a 10 waarin A^, A2 en Ag ijkcoëfficienten (konstanten) zijn. 2» Versnellingsmeter voorzien van een dubbel stel proefmassa’s, die gevoelig zijn voor dezelfde versnelling, met een paar bundelresonator-krachtomzetters, waarbij de ene omzetter verbonden is met elke proefmassa voor het aftasten van de kracht, die door versnelling in de proefmassa 15 wordt opgewekt, waarbij de omzetters resonantiefrequenties f en f2 bezitten, die tegengesteld variëren bij een verandering in versnelling, waarbij de verbetering bestaat uit een werkwijze om de versnelling te bepalen uit de omzetterfrequenties in overeenstemming met de relatie a * Ajfj +A0 20 waarin A^, A2 en Ag ijkcoëfficienten (kontstanten) zijn.

3. Werkwijze volgens conclusie 2, met het kenmerk, dat de ijk- coêfficlenten worden bepaald voor de beste benadering van de versnelling over het volledige invoerbereik en over het werktemperatuurbereik van de versnellingsmeter. 25 4è Werkwijze volgens conclusie 3, met het kenmerk, dat de versnellings meter geijkt wordt bij discrete temperaturen en de ijkcoëfficienten worden weergegeven als een matrix van coëfficiënten {a^j}t j « 1/ 2, 3, . . · j 1=1, 2, 0,

5. Werkwijze volgens conclusie 4, met het kenmerk, dat elke 30 coëfficiënt A^ gemodelleerd is met behulp van een polynome functie die past bij de kleinste kwadraten ten opzichte van de temperatuur, weergegeven door n k Ai * ΣΖΖ ; i = 1, 2, 0. k=0 35

6. Werkwijze volgens conclusie 2, met het kenmerk, dat de ijk-coêfficienten worden bepaald voor een minimale waarde vein de eerste - 8 - da afgeleide van de versnelling naar de temperatuur, — , waarin T de temperatuur is. 8 4 0 0 ; j