RU2039995C1

RU2039995C1 - Method for exciting accelerometer friction supports

Info

Publication number: RU2039995C1
Application number: RU93032834A
Authority: RU
Inventors: В.И. Баженов; Н.А. Серебряков; Н.А. Цепляев
Original assignee: Баженов Владимир Ильич
Priority date: 1993-06-23
Filing date: 1993-06-23
Publication date: 1995-07-20

Abstract

FIELD: measurement technology. SUBSTANCE: method involves setting of forced reciprocating movement of journal and bearing relative to each other by applying a.c. signal to accelerometer components so that under pre-test conditions translational movement of bearing relative to journal and oscillatory angular motion of journal relative to bearing are conducted simultaneously by supplying a.c. single-frequency signal power from single source to field winding of support exciting electromagnet and to compensating coil of power converter; turn-on current of accelerometer components, phase shift between supply voltage of electromagnet field winding and compensating coil are selected so as to obtain minimum drift of accelerometer output signal. Polarity and phase selection is not performed in the course of operation. EFFECT: improved measurement accuracy. 3 dwg

Description

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к маятниковым компенсационным акселерометрам с магнитоэлектрическим силовым преобразователем. The invention relates to measuring equipment, namely to pendulum compensation accelerometers with a magnetoelectric power converter.

Известен способ возбуждения опор трения акселерометра путем задания относительного движения опор в направлении вращения подшипников с помощью специального двигателя [1]
Наибольшим эффектом по снижению трения в акселерометре характеризуется способ, заключающийся в движении опор в направлении оси вращения с помощью электромагнита, принятый за прототип [2]
Недостатком этого способа является неполное устранение трения в опорах, что является причиной заметного дрейфа выходного сигнала акселерометра.A known method of exciting friction bearings of the accelerometer by setting the relative movement of the bearings in the direction of rotation of the bearings using a special engine [1]
The greatest effect to reduce friction in the accelerometer is characterized by a method consisting in the movement of supports in the direction of the axis of rotation with the help of an electromagnet, adopted as a prototype [2]
The disadvantage of this method is the incomplete elimination of friction in the supports, which is the reason for the noticeable drift of the output signal of the accelerometer.

Целью изобретения является повышение точности измерений акселерометра. The aim of the invention is to improve the accuracy of measurements of the accelerometer.

Цель достигается способом возбуждения опор трения акселерометра, имеющего корпус, маятниковый чувствительный элемент, цапфу на чувствительном элементе и подшипник скольжения на корпусе, датчик перемещения с катушкой ротора на чувствительном элементе и обмоткой возбуждения статора в корпусе, генератор питания, датчик перемещения, магнитоэлектрический силовой преобразователь с компенсационной катушкой на чувствительном элементе и магнитной системой в корпусе, электромагнит с обмоткой возбуждения, усилитель, заключающийся в том, что в режиме предварительных испытаний задают принудительное знакопеременное движение относительно друг друга цапфы и подшипника путем подачи сигнала переменного тока от источника периодического сигнала к элементам акселерометра, тем, что осуществляют одновременное поступательное движение подшипника относительно цапфы в направлении оси вращения цапфы и колебательное угловое движение цапфы относительно подшипника путем подачи моночастотного сигнала переменного тока от единого источника периодического сигнала в обмотку возбуждения электромагнита и компенсационную катушку силового преобразователя, при этом после подачи сигнала одновременно из двух вариантов полярностей включения обмотки возбуждения статора датчика перемещения относительно его генератора питания и катушки ротора датчика перемещения относительно входных клемм усилителя при неизменной полярности включения обмотки возбуждения электромагнита и компенсационной катушки силового преобразователя относительно источника периодического сигнала, компенсационной катушки силового преобразователя относительно выходных клемм усилителя выбирают вариант полярностей включения обмотки возбуждения статора и катушки ротора датчика перемещения, при котором определяемый по результатам измерения выходного сигнала акселерометра дрейф выходного сигнала акселерометра минимален, включают между источником периодического сигнала и компенсационной катушкой силового преобразователя фазосдвигающий элемент, например конденсатор, изменяют фазовый сдвиг между напряжениями питания обмотки возбуждения электромагнита и компенсационной катушки путем изменения параметров фазосдвигающего элемента, определяя при этом дрейф сигнала акселерометра по результатам измерения выходного сигнала акселерометра, выбирают фазовый сдвиг, фиксируя соответствующие параметры фазосдвигающего элемента, при котором дрейф сигнала акселерометра минимален, причем в режиме эксплуатации операции выбора полярности и фазы не производится. The goal is achieved by the method of exciting the friction bearings of an accelerometer having a housing, a pendulum sensing element, a trunnion on the sensing element and a sliding bearing on the housing, a displacement sensor with a rotor coil on the sensing element and a stator field winding in the housing, a power generator, a displacement sensor, a magnetoelectric power converter with a compensation coil on the sensing element and a magnetic system in the housing, an electromagnet with an excitation winding, an amplifier, namely the preliminary test mode sets the force alternating movement of the axle and the bearing relative to each other by applying an alternating current signal from the source of the periodic signal to the accelerometer elements, so that the progressive movement of the bearing relative to the axle in the direction of the axis of rotation of the axle and oscillatory angular movement of the axle relative to the bearing by feeding a monofrequency AC signal from a single source of a periodic signal to the excitation winding electromagnet and the compensation coil of the power converter, while after applying the signal simultaneously from two options for the polarization of the excitation coil of the stator of the displacement sensor relative to its power generator and the rotor coil of the displacement sensor relative to the input terminals of the amplifier with the polarity of the polarization of the excitation coil of the electromagnet and the compensation coil of the power converter relative to the source periodic signal, compensation coil power converter rel relative to the output terminals of the amplifier, choose the option of the polarity of the stator field winding and the rotor coil of the displacement sensor, at which the accelerometer output signal drift determined by the measurement of the accelerometer output signal is switched on; the phase-shifting element, for example, a capacitor, is switched between the periodic signal source and the power converter compensation coil, the phase is changed the shift between the supply voltage of the field coil of the electromagnet and the compensation coil n the phase shifting element parameter changes, while defining the drift of the accelerometer signal by measuring the output signal of the accelerometer, the phase shift is selected, the phase-shifting parameters corresponding locking element, whereby the drift of the accelerometer signal is minimal, and in the operating mode selection operation of polarity and phase is performed.

При осуществлении одновременного поступательного движения подшипника относительно цапфы в направлении оси вращения цапфы и колебательного углового движения цапфы относительно подшипника путем подачи моночастотного сигнала переменного тока от единого источника периодического сигнала в обмотку возбуждения электромагнита и компенсационную катушку силового преобразования при выбранном варианте полярностей включения обмотки возбуждения статора датчика перемещения и катушки ротора датчика перемещения и выбранной величине фазового сдвига между напряжениями питания обмотки возбуждения электромагнита и компенсационной катушки обеспечивается максимально возможно суммарное перемещение по двум направлениям движения цапфы относительно подшипника, что увеличивает скорость ее движения и снижает трение в опоре. В результате уменьшается дрейф выходного сигнала акселерометра и повышается точность измерений акселерометра. When carrying out simultaneous translational motion of the bearing relative to the axle in the direction of the axis of rotation of the axle and oscillatory angular motion of the axle relative to the bearing by applying a monofrequency AC signal from a single source of a periodic signal to the excitation coil of the electromagnet and the compensation transformation coil of power conversion with the chosen variant of the polarities of switching on the excitation winding of the stator of the displacement sensor and rotor coils of the displacement sensor and the selected phase the shift between the supply voltage of the excitation coil of the electromagnet and the compensation coil provides the maximum possible total movement in two directions of movement of the journal relative to the bearing, which increases its speed and reduces friction in the support. As a result, the drift of the output signal of the accelerometer is reduced and the accuracy of measurements of the accelerometer is increased.

На фиг.1, 2 представлена конструкция акселерометра; на фиг.3 схема осуществления способа возбуждения опор. In Fig.1, 2 presents the design of the accelerometer; figure 3 diagram of the method of excitation of supports.

В корпусе 1 акселерометра установлен маятниковый чувствительный элемент 2, подвешенный на опоре трения с подшипниками 3,3' скольжения в корпусе 1 и цапфами 4,4' на чувствительном элементе 2 (фиг.1). Подшипники 3,3' установлены на стойках 5,5' корпуса 1, между которыми закреплен электромагнит 6 с обмоткой 7 возбуждения. Стойки 5,5' вместе с подшипниками 3,3' имеют возможность колебательного движения по стрелке 8, которая является осью вращения цапф 4,4'. In the housing 1 of the accelerometer, a pendulum sensing element 2 is mounted, suspended on a friction support with bearings 3.3 'in the housing 1 and pins 4.4' on the sensing element 2 (Fig. 1). Bearings 3.3 'are mounted on racks 5.5' of the housing 1, between which an electromagnet 6 with an excitation winding 7 is fixed. Racks 5.5 'together with bearings 3.3' have the possibility of oscillatory movement along arrow 8, which is the axis of rotation of the pins 4.4 '.

В корпусе 1 установлен датчик перемещения с его статорами 9,9', на каждом из которых имеется соответствующая обмотка 10 возбуждения (фиг.2). На чувствительном элементе 2 находится катушка ротора 11 датчика перемещения. Магнитоэлектрический силовой преобразователь состоит из двух магнитных систем 12,12' в корпусе 1 и компенсационной катушки 13 на чувствительном элементе 2. Чувствительный элемент 2 имеет свободу углового движения по стрелке 14. In the housing 1, a displacement sensor with its 9.9 'stators is installed, each of which has a corresponding excitation winding 10 (Fig. 2). On the sensing element 2 is a coil of the rotor 11 of the displacement sensor. The magnetoelectric power converter consists of two magnetic systems 12,12 'in the housing 1 and the compensation coil 13 on the sensing element 2. The sensing element 2 has freedom of angular movement in the direction of the arrow 14.

Обмотки 10,10' возбуждения статора датчика перемещения подключены к генератору 15 питания датчика перемещения (фиг.3). К входным клеммам усилителя 16 подключена катушка ротора 11 датчика перемещения, к выходным клеммам компенсационная катушка 13 силового преобразователя. К источнику 17 моночастотного периодического сигнала переменного тока подключена обмотка 7 возбуждения электромагнита 6, а также через последовательно соединенные резистор 18 и конденсатор 19 компенсационная катушка 13 силового преобразователя. Резистор 18 и конденсатор 19 составляет фазосдвигающую цепочку. Возможно в качестве фазосдвигающей цепочки использовать омическое сопротивление компенсационной катушки 13 силового преобразователя и конденсатор 19. Для измерения выходного сигнала акселерометра последовательно с компенсационной катушкой 13 включен миллиамперметр 20. The stator field windings 10.10 ′ of the displacement sensor are connected to the displacement sensor power generator 15 (FIG. 3). To the input terminals of the amplifier 16 is connected a coil of the rotor 11 of the displacement sensor, to the output terminals of the compensation coil 13 of the power converter. An electromagnet 6 excitation winding 7 is connected to a source 17 of a monofrequency periodic AC signal, and a compensation coil 13 of the power converter is also connected through a series-connected resistor 18 and a capacitor 19. Resistor 18 and capacitor 19 constitute a phase-shifting chain. It is possible to use the ohmic resistance of the compensation coil 13 of the power converter and the capacitor 19 as a phase-shifting chain. To measure the output signal of the accelerometer, a milliammeter 20 is connected in series with the compensation coil 13.

Способ осуществляется следующим образом. The method is as follows.

От источника 17 подают моночастотный сигнал переменного тока в обмотку 7 возбуждения электромагнита 6. При этом стойки 5,5' колеблются относительно корпуса 1 в направлении оси 8 вращения. Тогда возникает и знакопеременное поступательное движение подшипников 3,3' относительно цапф 4,4' в направлении оси 8 вращения. Одновременно от единого источника 16 периодического сигнала подают тот же моночастотный сигнал переменного тока в компенсационную катушку 13 силового преобразователя. В результате прохождения переменного тока создаваемое переменное магнитное поле компенсационной катушки 13 взаимодействует постоянным магнитным полем магнитных систем 12,12', что вызывает перемещение чувствительного элемента 2, которое с помощью наводимого обмоткой 10 возбуждения статора в катушке ротора 11 датчика перемещения преобразуется в электрический сигнал. Этот сигнал после преобразования и усиления в усилителе 16 поступает в компенсационную катушку 13 силового преобразователя, где возникают переменные моменты, вызывающие колебательное угловое движение чувствительного элемента 2 относительно корпуса 1 в направлении стрелки 14. При этом создается колебательное угловое движение цапф 4,4' относительно подшипников 3,3'. Таким образом осуществляется одновременное поступательное движение подшипника относительно цапфы в направлении оси вращения цапфы и колебательное угловое движение цапфы относительно подшипника путем подачи моночастотного сигнала переменного тока от единого источника периодического сигнала в обмотку возбуждения электромагнита и компенсационную катушку. From the source 17, a single-frequency AC signal is supplied to the excitation coil 7 of the electromagnet 6. In this case, the posts 5.5 'oscillate relative to the housing 1 in the direction of the axis of rotation 8. Then there is an alternating progressive movement of the bearings 3.3 'relative to the pins 4.4' in the direction of the axis of rotation 8. At the same time, from the single source 16 of the periodic signal, the same mono-frequency AC signal is supplied to the compensation coil 13 of the power converter. As a result of the passage of alternating current, the generated alternating magnetic field of the compensation coil 13 interacts with the constant magnetic field of the magnetic systems 12,12 ', which causes the displacement of the sensing element 2, which is converted into an electrical signal using the stator excitation winding 10 in the coil of the rotor 11. This signal, after conversion and amplification in the amplifier 16, enters the compensation coil 13 of the power converter, where variable moments occur that cause the oscillatory angular movement of the sensor 2 relative to the housing 1 in the direction of the arrow 14. This creates an oscillatory angular movement of the axles 4.4 'relative to the bearings 3.3 '. Thus, simultaneous translational movement of the bearing relative to the axle in the direction of the axis of rotation of the axle and oscillatory angular movement of the axle relative to the bearing by applying a monofrequency AC signal from a single source of a periodic signal to the excitation coil of the electromagnet and the compensation coil are carried out.

Для устранения влияния переменных моментов силового преобразователя на выходной сигнал акселерометра частота генератора 17 выбирается больше собственной частоты следящей системы акселерометра. Так, для акселерометра с собственной частотой 200 Гц выбрана частота сигнала генератора 17 величиной 400 Гц. Амплитуду подаваемого в компенсационную катушку 13 переменного тока подбирают экспериментально. При испытаниях акселерометра с помощью данного способа положительный эффект достигнут при амплитуде тока, соответствующей ускорению 50 м/с².To eliminate the influence of variable moments of the power transducer on the output signal of the accelerometer, the frequency of the generator 17 is selected more than the natural frequency of the tracking system of the accelerometer. So, for an accelerometer with a natural frequency of 200 Hz, the frequency of the signal of the generator 17 is chosen to be 400 Hz. The amplitude of the alternating current supplied to the compensation coil 13 is selected experimentally. When testing the accelerometer using this method, a positive effect was achieved with a current amplitude corresponding to an acceleration of 50 m / s ² .

Одновременно с этими операциями выбирают полярности включения элементов акселерометра. Для этого подсоединяют обмотки 10,10' возбуждения статора датчика к генератору 15 питания, катушку ротора 11 датчика перемещения к входным клеммам усилителя 16, компенсационную катушку 13 силового преобразователя к выходным клеммам усилителя 16 в первом варианте полярности их сигналов, обеспечивающем отрицательную обратную связь следящей системы акселерометра. Simultaneously with these operations, the polarity of the inclusion of accelerometer elements is selected. To do this, connect the stator field windings 10.10 'of the sensor to the power generator 15, the rotor coil 11 of the displacement sensor to the input terminals of the amplifier 16, the compensation coil 13 of the power converter to the output terminals of the amplifier 16 in the first embodiment of the polarity of their signals, providing negative feedback of the tracking system accelerometer.

Обмотку 7 возбуждения электромагнита 6 и компенсационную катушку 13 подключают к источнику 17 периодического сигнала в произвольной полярности. При режиме возбуждения опор в соответствии с настоящим способом измеряют с помощью миллиамперметра 20 выходной сигнал акселерометра и по нему определяют характеристики дрейфа выходного сигнала акселерометра. The field coil 7 of the electromagnet 6 and the compensation coil 13 are connected to a source 17 of a periodic signal in an arbitrary polarity. In the excitation mode of the supports, in accordance with the present method, the accelerometer output signal is measured with a milliammeter 20 and the drift characteristics of the accelerometer output signal are determined from it.

После этого переходят к второму варианту включения элементов акселерометра, подсоединив в противоположной полярности сигналов обмотки 10,10' возбуждения статора датчика перемещения к генератору 15 питания, катушку ротора 11 датчика перемещения к входным клеммам усилителя 16 и оставив неизменной полярность подключения компенсационной катушки 13 к выходным клеммам усилителя 16, обмотки 7 возбуждения электромагнита 6, компенсационной катушки 13 к источнику 17 периодического сигнала. Измеряют с помощью миллиамперметра 20 выходной сигнал акселерометра и по нему определяют характеристики дрейфа выходного сигнала акселерометра при втором варианте полярностей включения элементов акселерометра. After that, they switch to the second option for turning on the elements of the accelerometer by connecting in the opposite polarity the signals of the stator field winding 10.10 'of the displacement sensor stator to the power generator 15, the rotor coil 11 of the displacement sensor to the input terminals of the amplifier 16 and leaving the polarity of the compensation coil 13 connected to the output terminals unchanged the amplifier 16, the excitation winding 7 of the electromagnet 6, the compensation coil 13 to the source 17 of the periodic signal. Using the milliammeter 20, the output signal of the accelerometer is measured and the characteristics of the drift of the output signal of the accelerometer are determined with it in the second embodiment of the polarities of switching on the elements of the accelerometer.

Из двух вариантов включения выбирают вариант, при котором дрейф выходного сигнала акселерометра минимален, а в этой полярности подсоединяют окончательно обмотки 10,10' возбуждения датчика перемещения к генератору 15 питания, катушку ротора 11 датчика перемещения к входным клеммам усилителя 16, компенсационную катушку 13 силового преобразователя к выходным клеммам усилителя 16, обмотку 7 возбуждения электромагнита 6, компенсационную катушку 13 к источнику 17 периодического сигнала. Of the two switching options, one is selected in which the drift of the output signal of the accelerometer is minimal, and in this polarity the final windings 10.10 'of the displacement sensor are connected to the power generator 15, the rotor coil 11 of the displacement sensor to the input terminals of the amplifier 16, the compensation coil 13 of the power converter to the output terminals of the amplifier 16, the excitation coil 7 of the electromagnet 6, the compensation coil 13 to the source 17 of the periodic signal.

Затем в цепь питания компенсационной катушки 13 от источника 17 периодического сигнала включают фазосдвигающие элементы, например резистор 18 и конденсатор 19 или один конденсатор 19. Изменяют фазовый сдвиг между напряжениями питания обмотки 7 возбуждения электромагнита 6 и компенсационной катушки 13 путем изменения параметров фазосдвигающего элемента, например емкости конденсатора 19, и при различных значениях емкости конденсатора определяют дрейф выходного сигнала акселерометра по результатам измерения его выходного сигнала с помощью миллиамперметра 20. Сравнивая значение дрейфа, выбирают фазовый сдвиг, а следовательно, величину емкости конденсатора, при которой дрейф выходного сигнала акселерометра минимален. Затем окончательно включают между компенсационной катушкой 13 и источником 17 периодического сигнала конденсатор 19 выбранной емкости, при которой дрейф выходного сигнала акселерометра минимален. Then, phase-shifting elements, for example, a resistor 18 and a capacitor 19 or one capacitor 19, are included in the supply circuit of the compensation coil 13 from the periodic signal source 17. The phase shift between the supply voltages of the excitation coil 7 of the electromagnet 6 and the compensation coil 13 is changed by changing the parameters of the phase-shifting element, for example, capacitance the capacitor 19, and at different values of the capacitance of the capacitor determine the drift of the output signal of the accelerometer according to the results of measuring its output signal using liammeter 20. Comparing the drift value, the phase shift is selected, and consequently, the value of the capacitor capacitance at which the drift of the accelerometer output signal is minimal. Then, the capacitor 19 of the selected capacity is finally turned on between the compensation coil 13 and the source of the periodic signal 17, at which the drift of the output signal of the accelerometer is minimal.

Установление режимов возбуждения опор трения акселерометра, выбор варианта полярностей включения элементов акселерометра, фазового сдвига осуществляются на стадии конструирования. The establishment of the modes of excitation of the friction bearings of the accelerometer, the choice of the option of the polarities of the inclusion of the elements of the accelerometer, phase shift are carried out at the design stage.

Функционирование акселерометра в заранее выбранных режимах возбуждения опор трения и варианте полярностей включения элементов акселерометра и фазовом сдвиге осуществляется при эксплуатации акселерометра при измерениях ускорений. The operation of the accelerometer in the preselected modes of excitation of the friction bearings and the option of switching on the polarities of the accelerometer elements and the phase shift is carried out during operation of the accelerometer when measuring accelerations.

Выбор полярностей включения элементов акселерометра необходим для того, чтобы направление поступательного движения подшипника относительно цапфы и направление углового движения цапфы относительно подшипника обеспечивали максимальное суммарное перемещение, а следовательно, и скорость движения цапфы относительно подшипника. The choice of the polarities of inclusion of the elements of the accelerometer is necessary so that the direction of the translational motion of the bearing relative to the pin and the direction of the angular movement of the pin relative to the bearing provide the maximum total movement, and therefore the speed of movement of the pin relative to the bearing.

Выбор фазового сдвига необходим для компенсации фазовых сдвигов в элементах акселерометра, создаваемых, например, усилителем, индуктивными сопротивлениями обмотки возбуждения электромагнита, обмотки возбуждения статора датчика перемещения и т.д. и вызывающих изменение направления перемещения цапфы относительно подшипника. The choice of the phase shift is necessary to compensate for the phase shifts in the elements of the accelerometer, created, for example, by an amplifier, inductive resistances of the excitation coil of an electromagnet, excitation winding of the stator of a displacement sensor, etc. and causing a change in the direction of movement of the journal relative to the bearing.

Claims

METHOD FOR EXCITING Friction Supports for an Accelerometer having a housing, a pendulum sensing element, a trunnion on the sensing element and a sliding bearing on the housing, a displacement sensor with a rotor coil on the sensing element and a stator field winding in the housing, a displacement sensor power generator, a magnetoelectric power converter with a compensation coil on a sensitive element and a magnetic system in the housing, an electromagnet with an excitation winding, an amplifier consisting in the fact that in the mode For these tests, a forced alternating movement of the axle and the bearing relative to each other is set by supplying an alternating current signal from the source of the periodic signal to the accelerometer elements, characterized in that they simultaneously translate the bearing relative to the axle in the direction of the axis of rotation of the axle and oscillatory motion of the axle relative to the bearing by applying a monofrequency AC signal from a single source of a periodic signal to the field coil of an electromagnet and a compensation coil, in this case, after a signal is supplied simultaneously from two alternating polarities of turning on the excitation winding of the stator of the displacement sensor relative to its power generator and the rotor coil of the displacement sensor relative to the input terminals of the amplifier with the polarity of the turning on the excitation winding of the electromagnet and the compensation coil of the power converter relative to the source of the periodic signal, the compensation coil of the power converter relative to the output terminals of the amplifier There is a variant of the polarities of switching on the stator field coil and the rotor coil of the displacement sensor, in which the accelerometer signal drift determined by the measurement of the accelerometer output signal is minimal, a phase-shifting element, for example, a capacitor, is switched between the periodic signal source and the power converter compensation coil, the phase shift between the winding supply voltages is changed excitation of the electromagnet and the compensation coil by changing the parameters of the phase-shifting element and, while determining the drift of the accelerometer signal from the results of measuring the output signal of the accelerometer, a phase shift is selected, fixing the corresponding parameters of the phase-shifting element at which the drift of the accelerometer signal is minimal, and in operation, the operation of selecting the polarities and phases is not performed.