RU1579231C - Method for determining nonlinearity of null-point accelerometer with compensating section - Google Patents

Method for determining nonlinearity of null-point accelerometer with compensating section Download PDF

Info

Publication number
RU1579231C
RU1579231C SU4467982A RU1579231C RU 1579231 C RU1579231 C RU 1579231C SU 4467982 A SU4467982 A SU 4467982A RU 1579231 C RU1579231 C RU 1579231C
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
accelerometer
frequency
coefficients
inverter
nonlinearities
Prior art date
Application number
Other languages
Russian (ru)
Inventor
В.И. Баженов
А.Т. Брищук
Н.А. Горбачев
В.А. Рязанов
Original Assignee
Раменское приборостроительное конструкторское бюро
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Раменское приборостроительное конструкторское бюро filed Critical Раменское приборостроительное конструкторское бюро
Priority to SU4467982 priority Critical patent/RU1579231C/en
Application granted granted Critical
Publication of RU1579231C publication Critical patent/RU1579231C/en

Links

Images

Landscapes

  • Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)

Abstract

FIELD: measurement technology. SUBSTANCE: accelerometer metering axis is set in series in two relatively opposite positions in respect to free fall acceleration. Inverter is supplied with a.c. current and variations in values of d.c. output signal and phase shifts between disturbing a.c. current and inverter and load resistor currents are measured for two a.c. frequencies with integrating section and differentiating section or with differentiating section of reduced time constant disconnected. Nonlinearity coefficients for any frequency in working frequency band of accelerometer are found from known equations. EFFECT: enlarged frequency range for determining nonlinearity of accelerometer characteristic. 2 dwg

Description

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для контроля и регулировки компенсационных акселерометров. The invention relates to measuring equipment and can be used to control and adjust compensation accelerometers.

Целью изобретения является расширение частотного диапазона определения нелинейности характеристики акселерометров. The aim of the invention is to expand the frequency range for determining the nonlinearity of the characteristics of accelerometers.

На фиг. 1 представлена схема компенсационного акселерометра, поясняющая способ определения нелинейности; на фиг.2 пример частотной характеристики усилителя акселерометра с корректирующими звеньями. In FIG. 1 is a diagram of a compensation accelerometer explaining a method for determining non-linearity; figure 2 an example of the frequency response of the amplifier of the accelerometer with corrective links.

Устройство, реализующее предлагаемый способ, содержит чувствительный элемент 1 акселерометра с датчиком положения 2 и магнитоэлектрическим преобразователем 3. Чувствительный элемент 1 охвачен отрицательной обратной связью через усилитель 4. К выходу усилителя в цепь обратного преобразователя 3 включен нагрузочный резистор 5, а к обмотке обратного преобразователя через балластный резистор 6 подключен генератор 7 переменной ЭДС. Последовательно с обратным преобразователем включен амперметр 8 переменного тока, а в выходную цепь усилителя подключен амперметр 9 переменного тока. Параллельно нагрузочному резистору 5 и обратному преобразователю 3 присоединены соответственно фазометры 10 и 11. A device that implements the proposed method contains a sensitive element 1 of the accelerometer with a position sensor 2 and a magnetoelectric transducer 3. The sensitive element 1 is covered by negative feedback through an amplifier 4. A load resistor 5 is connected to the output of the amplifier in the inverter 3 circuit, and a reverse resistor winding is connected through ballast resistor 6 is connected to a variable emf generator 7. In series with the inverse converter, an alternating current ammeter 8 is connected, and an alternating current ammeter 9 is connected to the output circuit of the amplifier. Parallel to the load resistor 5 and the inverse transducer 3 are connected, respectively, phase meters 10 and 11.

При работе компенсационного акселерометра измеряемое ускорение, действующее по оси чувствительности, отклоняет чувствительный элемент 1 акселерометра от положения равновесия. Это отклонение регистрируется датчиком положения 2, сигнал с которого через усилитель 4 и обратный преобразователь 3 создает момент, равный моменту, действующему на чувствительный элемент от измеряемого ускорения. Таким образом, ток в обратном преобразователе 3, а следовательно, и напряжение на нагрузочном резисторе 5 оказываются пропорциональными измеряемому ускорению. When the compensation accelerometer is operating, the measured acceleration acting along the sensitivity axis deflects the sensor 1 of the accelerometer from the equilibrium position. This deviation is recorded by the position sensor 2, the signal from which through the amplifier 4 and the inverter 3 creates a moment equal to the moment acting on the sensor from the measured acceleration. Thus, the current in the inverter 3, and therefore the voltage across the load resistor 5, are proportional to the measured acceleration.

Компенсационному акселерометру присуща нелинейность характеристики преобразования ускорения в выходное напряжение. Одной из причин, вызывающей нелинейность, является возмущающий момент, возникающий в результате искажения магнитного поля в обратном преобразователе при прохождении по его катушке тока. Погрешность в измерении ускорения в результате действия возмущающего момента обратного преобразователя Δ а1описывается выражением
Δa1= P21a2-P31a3, где P21, P31 коэффициенты квадратичной и кубической нелинейностей, обусловленные возмущающим моментом;
а измеряемое ускорение.
Compensation accelerometer inherent nonlinearity of the conversion of acceleration into output voltage. One of the causes of nonlinearity is the disturbing moment arising as a result of distortion of the magnetic field in the inverse transducer during the passage of current through its coil. The error in the measurement of acceleration as a result of the disturbing moment of the inverse transducer Δ a 1 is described by the expression
Δa 1 = P 21 a 2 -P 31 a 3 , where P 21 , P 31 are the coefficients of the quadratic and cubic nonlinearities due to the disturbing moment;
but the measured acceleration.

Другой причиной, вызывающей нелинейность характеристики акселерометра, является неравномерность магнитной индукции в зазоре магнитопровода обратного преобразователя. Погрешность в измерении ускорения, вызванная неравномерностью индукции Δа2, подчиняется выражению
Δа2а2а3, где Р- коэффициенты квадратичной и кубической нелинейностей, обусловленные неравномерностью магнитной индукции.
Another reason causing the non-linearity of the accelerometer characteristic is the non-uniformity of magnetic induction in the gap of the inverter magnetic circuit. The error in the measurement of acceleration caused by the irregularity of the induction Δa 2 obeys the expression
Δа 2 = Р а 2 + Р а 3 , where Р , Р are the coefficients of quadratic and cubic nonlinearities due to non-uniformity of magnetic induction.

Влияние нелинейностей акселерометра проявляется в появлении ошибки в измерении переменного ускорения или при измерении постоянного ускорения при наложении на него переменной составляющей. Частотные искажения, присущие усилителю с корректирующими звеньями, делают эту ошибку зависимой от частоты переменной составляющей измеряемого ускорения. The influence of the nonlinearities of the accelerometer is manifested in the appearance of an error in the measurement of variable acceleration or in the measurement of constant acceleration when a variable component is superimposed on it. The frequency distortions inherent in the amplifier with corrective links make this error dependent on the frequency of the variable component of the measured acceleration.

Для определения нелинейности в полосе пропускания акселерометра отключают интегрирующее звено, отключают дифференцирующее звено или уменьшают его постоянную времени. Отключение корректирующих звеньев делает коэффициент усиления усилителя во всем частотном диапазоне акселерометра постоянным и равным Ко (см.фиг.2).To determine the nonlinearity in the accelerometer passband, the integrating link is turned off, the differentiating link is turned off, or its time constant is reduced. Disabling the corrective links makes the gain of the amplifier in the entire frequency range of the accelerometer constant and equal to K about (see figure 2).

При отключенных корректирующих звеньях измеряют постоянные сигналы на выходе акселерометра для заданных в двух противоположных направлениях относительно оси чувствительности ускорений свободного падения ао и (-ао). В обмотку преобразователя 3 подают переменный ток от генератора ЭДС через балластный резистор 6. Частоту генератора 7 устанавливают в пределах полосы частот, для которой коэффициент усиления усилителя постоянен, например частоту f3 (см. фиг.2). Измеряют изменение постоянного сигнала акселерометра, вызванное подачей тока в обратный преобразователь, при ускорениях ао и (-ао). Фазометрами 10 и 11 измеряют фазовый сдвиг θ1 между током нагрузочного резистора 5 и током генератора 7 и фазовый сдвиг θ2 между токами обратного преобразователя 3 и генератора 7. Амперметрами 8 и 9 измеряют соответственно переменные составляющие токов обратного преобразователя и нагрузочного резистора.With the corrective links switched off, constant signals are measured at the accelerometer output for given in two opposite directions relative to the sensitivity axis of the gravity accelerations a о and (-а о ). An alternating current is supplied to the winding of the converter 3 from the EMF generator via a ballast resistor 6. The frequency of the generator 7 is set within the frequency band for which the gain of the amplifier is constant, for example, frequency f 3 (see FIG. 2). The change in the constant signal of the accelerometer, caused by the supply of current to the inverter, is measured at accelerations a о and (-а о ). Phasometers 10 and 11 measure the phase shift θ 1 between the current of the load resistor 5 and the current of the generator 7 and the phase shift θ 2 between the currents of the inverter 3 and the generator 7. The alternating current components of the inverter and the load resistor are measured respectively with ammeters 8 and 9.

Устанавливают на генераторе 7 другое значение частоты в пределах полосы пропускания усилителя с коэффициентом усиления Ко, например частоту f4 (см. фиг. 2). Аналогично проведенным ранее измерениям для вновь установленной частоты определяют изменение постоянных сигналов акселерометра при ускорениях ао и (-ао), фазовые сдвиги Q1 и Q2 и переменные составляющие токов обратного преобразователя и нагрузочного резистора.Set on the generator 7 a different frequency value within the bandwidth of the amplifier with a gain of K about , for example, the frequency f 4 (see Fig. 2). Similar to the previously performed measurements for the newly set frequency, the change in the constant signals of the accelerometer at accelerations a о and (-а о ), phase shifts Q 1 and Q 2 and the alternating current components of the inverter and load resistor are determined.

Используя результаты измерений, вычисляют вспомогательные коэффициенты квадратичной и кубической нелинейностей для акселерометра с отключенными корректирующими звеньями Р20I, Р30I, Р20φ30φ в соответствии с выражениями
P201=

Figure 00000001

P301=
Figure 00000002

P20φ=
Figure 00000003

P30φ=
Figure 00000004
где n0=
Figure 00000005

n 1 0
Figure 00000006

n1=
Figure 00000007

n2=
Figure 00000008

G3= ΔV3(ao)+ ΔV3(-ao);
G4= ΔV4(ao)+ ΔV4(-ao);
G-3=-ΔV3(ao)- ΔV3(-ao);
G-4= ΔV4(ao)- ΔV4(-ao);
Ψ3= θ1323;
Ψ4= θ1424;
Iн3, Iн4 амплитуда тока нагрузочного резистора при частоте f3 и f4 соответственно;
Iоп3, Iоп4 амплитуда тока обратного преобразователя для частот f3и f4 соответственно;
КI крутизна характеристики акселерометра;
ΔV3(ao),
ΔV3(-ao),
ΔV4(ao),
ΔV4(-ao) приращение постоянных сигналов на выходе акселерометра при действии ускорений ао и (-ао) и при подаче на обратный преобразователь переменного тока частотой f3 и f4 соответственно
θ13, θ14 сдвиг фаз между токами нагрузочного резистора и генератора при частотах f3 и f4 соответственно;
θ23, θ24 сдвиг фаз между токами обратного преобразователя и генератора при частотах f3 и f4 соответственно;
Коэффициенты нелинейности для акселерометра с подключенными корректирующими звеньями на любой частоте полосы пропускания акселерометра вычисляют по найденным вспомогательным коэффициентам в соответствии с выражениями
P2fI=P20I;
P3f1= P
Figure 00000009

P2fφ= P
Figure 00000010

P3fφ= P
Figure 00000011
где Р2fI, P3f1 коэффициенты соответственно квадратичной и кубической нелинейностей, обусловленные возмущающим моментом, обратного преобразователя на частоте f;
P2fφ,P3fφ- коэффициенты соответственно квадратичной и кубической нелинейностей, обусловленные неравномерностью магнитной индукции, на частоте f;
Кf коэффициент усиления усилителя акселерометра на частоте f.Using the measurement results, auxiliary coefficients of quadratic and cubic nonlinearities are calculated for the accelerometer with the corrected links P 20I , P 30I , P 20φ , P 30φ in accordance with the expressions
P 201 =
Figure 00000001

P 301 =
Figure 00000002

P 20φ =
Figure 00000003

P 30φ =
Figure 00000004
where n 0 =
Figure 00000005

n 1 0
Figure 00000006

n 1 =
Figure 00000007

n 2 =
Figure 00000008

G 3 = ΔV 3 (a o ) + ΔV 3 (-a o );
G 4 = ΔV 4 (a o ) + ΔV 4 (-a o );
G -3 = -ΔV 3 (a o ) - ΔV 3 (-a o );
G -4 = ΔV 4 (a o ) - ΔV 4 (-a o );
Ψ 3 = θ 13 + θ 23 ;
Ψ 4 = θ 14 + θ 24 ;
I n3 , I n4 the current amplitude of the load resistor at a frequency of f 3 and f 4, respectively;
I op3 , I op4 current amplitude of the inverter for frequencies f 3 and f 4, respectively;
K I steepness of the accelerometer characteristics;
ΔV 3 (a o ),
ΔV 3 (-a o ),
ΔV 4 (a o ),
ΔV 4 (-a o ) the increment of constant signals at the output of the accelerometer under the action of accelerations a o and (-a o ) and when applied to the inverse AC converter with a frequency of f 3 and f 4 respectively
θ 13 , θ 14 phase shift between the currents of the load resistor and the generator at frequencies f 3 and f 4 respectively;
θ 23 , θ 24 the phase shift between the currents of the inverter and generator at frequencies f 3 and f 4 respectively;
The nonlinearity coefficients for the accelerometer with the corrective links connected at any frequency of the accelerometer passband are calculated from the found auxiliary coefficients in accordance with the expressions
P 2fI = P 20I ;
P 3f1 = P
Figure 00000009

P 2fφ = P
Figure 00000010

P 3fφ = P
Figure 00000011
where P 2fI , P 3f1 are the coefficients of the quadratic and cubic nonlinearities, respectively, due to the disturbing moment of the inverse transducer at frequency f;
P 2fφ , P 3fφ are the coefficients of the quadratic and cubic nonlinearities, respectively, due to the non-uniformity of magnetic induction, at a frequency f;
To f the gain of the accelerometer amplifier at a frequency f.

Таким образом осуществляется определение нелинейности акселерометра в пределах его рабочей полосы частот. Thus, the nonlinearity of the accelerometer is determined within its working frequency band.

Claims (1)

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ НЕЛИНЕЙНОСТИ КОМПЕНСАЦИОННОГО АКСЕЛЕРОМЕТРА С КОРРЕКТИРУЮЩИМИ ЗВЕНЬЯМИ, заключающийся в том, что измерительную ось акселерометра устанавливают последовательно в двух взаимно противоположных направлениях относительно ускорения свободного падения, подают в обратный преобразователь переменный ток, производят измерения изменений постоянного выходного сигнала при двух различных значениях частоты переменного тока и фазовых сдвигов между возмущающим переменным током и токами обратного преобразователя и нагрузочного резистора, вычисляют коэффициенты квадратичной и кубической нелинейностей, отличающийся тем, что, с целью расширения частотного диапазона определения нелинейности, перед установкой отключают интегрирующее звено, отключают дифференцирующее звено или уменьшают его постоянную времени, две частоты переменного тока через обратный преобразователь устанавливают в полосе пропускания частот усилителя с отключенными корректирующими звеньями с постоянным коэффициентом усиления Ко, измеряют переменные токи обратного преобразователя и нагрузочного резистора, по отношению токов обратного преобразователя и нагрузочного резистора и по изменениям постоянного выходного сигнала акселерометра определяют вспомогательные коэффициенты квадратичной и кубической нелинейностей, вызываемых возмущающим моментом обратного преобразователя и неравномерностью магнитной индукции, а коэффициенты нелинейности на любой частоте полосы пропускания акселерометра вычисляют в соответствии с выражениями
Figure 00000012

P2 f I P2 0 I
Figure 00000013

Figure 00000014

где P2fφ, P3fφ коэффициенты соответственно квадратичной и кубической нелинейностей, обусловленные неравномерностью магнитной индукции, на частоте f;
P2 f i, p3 f i коэффициенты соответственно квадратичной и кубической нелинейностей, обусловленные возмущающим моментом обратного преобразователя, на частоте f;
P20φ, P30φ коэффициенты соответственно квадратичной и кубической нелинейностей, обусловленные неравномерностью магнитной индукции, в полосе пропускания частот усилителя с отключенными корректирующими звеньями;
P2 0 i, P3 0 i коэффициенты соответственно квадратичной и кубической нелинейностей, обусловленные возмущающим моментом обратного преобразователя, в полосе пропускания частот усилителя с отключенными корректирующими звеньями;
Kо коэффициент усиления усилителя в полосе пропускания частот с отключенными корректирующими звеньями;
Kf коэффициент усиления усилителя акселерометра на частоте f.
A METHOD FOR DETERMINING THE NONLINEARITY OF A COMPENSATION ACCELEROMETER WITH CORRECTIVE LINKS, consisting in the fact that the measuring axis of the accelerometer is installed sequentially in two opposite directions relative to the acceleration of gravity, an alternating current is supplied to the inverse converter, and measurements of changes in the direct output frequency of the current at two different values phase shifts between disturbing alternating current and inverter currents and load about the resistor, calculate the coefficients of quadratic and cubic nonlinearities, characterized in that, in order to expand the frequency range for determining nonlinearity, the integrating link is turned off before installation, the differentiating link is turned off or its time constant is reduced, two AC frequencies are set through the inverter in the frequency bandwidth amplifier with disabled corrective links with a constant gain K about measure the alternating currents of the inverter and load resistor, in relation to the inverter current and load resistor currents and changes in the constant output signal of the accelerometer, auxiliary coefficients of quadratic and cubic nonlinearities caused by the disturbing moment of the inverse transducer and uneven magnetic induction are determined, and the nonlinearity coefficients at any frequency of the accelerometer passband are calculated in accordance with the expressions
Figure 00000012

P 2 f I P 2 0 I
Figure 00000013

Figure 00000014

where P 2fφ , P 3fφ are the coefficients of the quadratic and cubic nonlinearities, respectively, due to the non-uniformity of magnetic induction, at a frequency f;
P 2 f i , p 3 f i the coefficients of the quadratic and cubic nonlinearities, respectively, due to the disturbing moment of the inverse transducer, at a frequency f;
P 20φ , P 30φ are the coefficients of quadratic and cubic nonlinearities, respectively, due to uneven magnetic induction in the passband of the amplifier frequencies with corrective links disabled;
P 2 0 i , P 3 0 i are the coefficients of the quadratic and cubic nonlinearities, respectively, due to the disturbing moment of the inverter in the passband of the amplifier frequencies with the corrective links disabled;
K about the gain of the amplifier in the passband of frequencies with disabled corrective links;
K f the gain of the accelerometer amplifier at a frequency f.
SU4467982 1988-07-29 1988-07-29 Method for determining nonlinearity of null-point accelerometer with compensating section RU1579231C (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU4467982 RU1579231C (en) 1988-07-29 1988-07-29 Method for determining nonlinearity of null-point accelerometer with compensating section

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU4467982 RU1579231C (en) 1988-07-29 1988-07-29 Method for determining nonlinearity of null-point accelerometer with compensating section

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU1579231C true RU1579231C (en) 1995-07-09

Family

ID=30441064

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SU4467982 RU1579231C (en) 1988-07-29 1988-07-29 Method for determining nonlinearity of null-point accelerometer with compensating section

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU1579231C (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103543293A (en) * 2012-07-11 2014-01-29 罗伯特·博世有限公司 Calibration device, sensor and method
RU2533750C1 (en) * 2013-07-12 2014-11-20 Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственный центр автоматики и приборостроения имени академика Н.А. Пилюгина" (ФГУП "НПЦАП") Measurement method of dynamic characteristics of quartz pendulum accelerometer (versions)
RU2571445C2 (en) * 2011-04-05 2015-12-20 Сажем Дефанс Секюрите Correction of voltage measurement at transducer terminals

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Авторское свидетельство СССР N 479033, кл. G 01P 15/08, 1973. *
Щедровицкий С.С. Методы и аппаратура для градуировки и поверки акселерометров. Измерительная техника, 1958, N 6, с.87-93. *

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2571445C2 (en) * 2011-04-05 2015-12-20 Сажем Дефанс Секюрите Correction of voltage measurement at transducer terminals
CN103543293A (en) * 2012-07-11 2014-01-29 罗伯特·博世有限公司 Calibration device, sensor and method
CN103543293B (en) * 2012-07-11 2017-12-12 罗伯特·博世有限公司 Means for correcting, sensor and method
RU2533750C1 (en) * 2013-07-12 2014-11-20 Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственный центр автоматики и приборостроения имени академика Н.А. Пилюгина" (ФГУП "НПЦАП") Measurement method of dynamic characteristics of quartz pendulum accelerometer (versions)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4639665A (en) Sensing system for measuring a parameter
US4158962A (en) Cable tension measuring apparatus
US7493052B2 (en) Wide dynamic range sensor signal processing method & circuitry for analog and digital information signals
RU1579231C (en) Method for determining nonlinearity of null-point accelerometer with compensating section
Mitronovas et al. High-precision phase calibration of long-period electromagnetic seismographs
SU1569728A1 (en) Method of determining the value of nonlinearity of characteristic of accelerometers with reserve conversion
SU1642255A1 (en) Weighing device
SU1599679A1 (en) Device for measuring pressure
SU789952A1 (en) Magnetic field intensity measuring method
RU2050549C1 (en) Compensation-type accelerometer
SU1569729A1 (en) Method of graduating vertical accelerometers
SU1023212A1 (en) Dynamometer
SU1114938A1 (en) Method of measuring mechanical stresses in ferromagnetic objects
SU1174763A1 (en) Device for calibrating electromagnetic flowmeters
SU1488742A1 (en) Seismometer calibrator
SU1112328A1 (en) Device for determination of ferromagneic material magnetic characteristics
SU1642229A1 (en) Device for automatic balancing of strain gauge bridge
SU1408237A1 (en) Vibration meter
SU472298A1 (en) Automatic compensator
SU758021A1 (en) Induction magnetometer
SU687425A1 (en) Gradientometer
SU834630A1 (en) Variable magnetic field parameter measuring device
SU1626227A1 (en) Magnetic field component variation gradiometer
SU1559322A1 (en) Device for measuring magnetic field induction
SU547721A1 (en) Method for measuring the amplitude of oscillations of the balance of electronic time devices