RU2096785C1 - Compensation accelerator - Google Patents
Compensation accelerator Download PDFInfo
- Publication number
- RU2096785C1 RU2096785C1 RU96114940A RU96114940A RU2096785C1 RU 2096785 C1 RU2096785 C1 RU 2096785C1 RU 96114940 A RU96114940 A RU 96114940A RU 96114940 A RU96114940 A RU 96114940A RU 2096785 C1 RU2096785 C1 RU 2096785C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- accelerometer
- amplifier
- resistor
- resistors
- feedback
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области измерительной техники, а именно к прецизионным акселерометрам с компенсационным преобразованием для измерения линейных ускорений. The invention relates to the field of measuring equipment, namely to precision accelerometers with compensating conversion for measuring linear accelerations.
Известен компенсационный акселерометр, содержащий корпус, чувствительный элемент, датчик положения, подключенный к входу усилителя следящей системы, к выходу которого подключены компенсационная катушка магнитоэлектрического силового преобразователя и соединенный с ней масштабный резистор [1]
Недостатком такого акселерометра является постоянство разрешающей способности во всем диапазоне измеряемых ускорений, что ограничивает точность измерений на нижнем пределе измеряемых ускорений.Known compensation accelerometer containing a housing, a sensing element, a position sensor connected to the input of the amplifier of the tracking system, the output of which is connected to the compensation coil of the magnetoelectric power converter and a large-scale resistor connected to it [1]
The disadvantage of this accelerometer is the constancy of resolution in the entire range of measured accelerations, which limits the accuracy of measurements at the lower limit of the measured accelerations.
Наиболее близким по технической сущности является компенсационный акселерометр [2] содержащий корпус, чувствительный элемент, датчик положения, магнитоэлектрический силовой преобразователь с постоянным магнитом и компенсационной катушкой, усилитель акселерометра с корректирующим фильтром, масштабный резистор, причем датчик положения подключен к входу усилителя акселерометра, один вывод компенсационной катушки подсоединен к выводу масштабного резистора. The closest in technical essence is a compensation accelerometer [2] containing a housing, a sensing element, a position sensor, a magnetoelectric power transducer with a permanent magnet and a compensation coil, an accelerometer amplifier with a correction filter, a scale resistor, the position sensor being connected to the input of the accelerometer amplifier, one output the compensation coil is connected to the output of the large-scale resistor.
Недостатком такого компенсационного акселерометра является изменение полосы частот пропускания и динамической характеристики акселерометра при изменении коэффициента преобразования акселерометра путем включения или выключения масштабного резистора. The disadvantage of such a compensation accelerometer is the change in the passband frequency and the dynamic characteristics of the accelerometer when the conversion coefficient of the accelerometer is changed by turning the scale resistor on or off.
Техническим результатом изобретения является устранение влияния на динамические характеристики акселерометра изменения коэффициента преобразования акселерометра путем изменения суммарного сопротивления масштабных резисторов. The technical result of the invention is to eliminate the influence on the dynamic characteristics of the accelerometer of changing the conversion coefficient of the accelerometer by changing the total resistance of the scale resistors.
Указанный результат достигается тем, что в компенсационный акселерометр, содержащий чувствительный элемент, датчик положения, магнитоэлектрический силовой преобразователь с постоянным магнитом и компенсационной катушкой, усилитель акселерометра с корректирующим фильтром, масштабный резистор, причем датчик положения подключен к входу усилителя акселерометра, один вывод компенсационной катушки подсоединен к одному выводу масштабного резистора, введены дифференциальный усилитель постоянного тока с первым, вторым, третьим и четвертым резисторами обратной связи n (n-1) масштабных резисторов, к инверсионному входу дифференциального усилителя подключены выход усилителя акселерометра посредством входного резистора и первый резистор обратной связи, второй вывод которого подключен к выходу дифференциального усилителя, к прямому входу дифференциального усилителя подключены второй резистор обратной связи и третий резистор обратной связи, к выходу дифференциального усилителя подключен четвертый резистор обратной связи, свободные выводы третьего и четвертого резисторов обратной связи соединены со свободным выводом компенсационной катушки, свободные выводы второго резистора обратной связи и n-го масштабного резистора соединены с общей цепью усилителя акселерометра и дифференциального усилителя, причем сопротивления подключенных к дифференциальному усилителю резисторов выполнены в соответствии с условием:
R1R2=(R3+ R4)Rвх,
гдe
R1, R2, R3, R4 сопротивления первого, второго, третьего, четвертого резисторов обратной связи соответственно,
Rвх сопротивление входного резистора на инверсном входе дифференциального усилителя.This result is achieved by the fact that in a compensation accelerometer containing a sensing element, a position sensor, a magnetoelectric power converter with a permanent magnet and a compensation coil, an accelerometer amplifier with a correction filter, a scale resistor, the position sensor being connected to the input of the accelerometer amplifier, one output of the compensation coil is connected to one pin of a large-scale resistor, a differential DC amplifier with the first, second, third and fourth m feedback resistors of n (n-1) large-scale resistors, the accelerometer amplifier output is connected to the inversion input of the differential amplifier through an input resistor and the first feedback resistor, the second output of which is connected to the output of the differential amplifier, the second feedback resistor is connected to the direct input of the differential amplifier and a third feedback resistor, a fourth feedback resistor is connected to the output of the differential amplifier, free terminals of the third and fourth resistor feedback connected with the free terminal of the compensating coil, the free terminals of the second feedback resistor and the n-th scaling resistor connected to circuit common accelerometer amplifier and differential amplifier, wherein the resistance connected to the differential amplifier resistors are made in accordance with the condition:
R 1 R 2 = (R 3 + R 4 ) R in ,
where
R 1 , R 2 , R 3 , R 4 the resistance of the first, second, third, fourth feedback resistors, respectively,
R I resistance of the input resistor at the inverse input of the differential amplifier.
Путем введения в компенсационный акселерометр дифференциального усилителя постоянного тока с первым, вторым, третьим и четвертым резисторами обратной связи, подключение к его инверсному входу выхода усилителя постоянного тока и первого резистора обратной связи, подключения к прямому входу дифференциального усилителя второго и третьего резисторов обратной связи, подключения четвертого резистора обратной связи к выходу дифференциального усилителя, соединении свободных выводов третьего и четвертого резисторов обратной связи со свободным выводом компенсационной катушки, свободных выводов второго резистора обратной связи и n-го масштабного резистора с общей цепью усилителя акселерометра и дифференциального усилителя, выполнения сопротивления резистора Rвх на входе дифференциального усилителя, первого R1, второго R2, третьего R3 и четвертого R4 резисторов обратной связи в соответствии с условием
R1R2=(R3+R4)Rвх
достигается неизменность функции преобразования следящей системы акселерометра, так как при неизменных функциях преобразования чувствительного элемента, датчика положения, усилителя акселерометра, корректирующего фильтра, силового преобразователя вне зависимости от суммарного сопротивления масштабных резисторов коэффициент преобразования k дифференциального усилителя постоянного тока определяется соотношением:
где R1 сопротивление первого резистора обратной связи:
Rвх сопротивление резистора на инверсном входе дифференциального усилителя;
R4 сопротивление четвертого резистора обратной связи.By introducing into the compensation accelerometer a differential DC amplifier with first, second, third and fourth feedback resistors, connecting the output of the DC amplifier and the first feedback resistor to its inverse input, connecting the second and third feedback resistors to the direct input of the differential amplifier, connecting the fourth feedback resistor to the output of the differential amplifier, the connection of the free terminals of the third and fourth feedback resistors with dnym terminal bucking coil, the free terminals of the second feedback resistor and the n-th scaling resistor circuit common accelerometer amplifier and differential amplifier, performance of the resistor R Rin of the differential amplifier input, the first R 1, a second R 2, third, R 3 and the fourth R 4 feedback resistors per condition
R 1 R 2 = (R 3 + R 4 ) R in
the conversion function of the accelerometer tracking system remains unchanged, since with constant conversion functions of the sensor, position sensor, accelerometer amplifier, correction filter, power converter, regardless of the total resistance of the scale resistors, the conversion coefficient k of the differential DC amplifier is determined by the ratio:
where R 1 the resistance of the first feedback resistor:
R I resistance of the resistor at the inverse input of the differential amplifier;
R 4 is the resistance of the fourth feedback resistor.
Поэтому при изменении коэффициента преобразования акселерометра путем включения или выключения одного или нескольких масштабных резисторов остаются неизменными динамические характеристики акселерометра, полоса его частот пропускания, сохраняется устойчивость следящей системы акселерометра. Therefore, when changing the conversion coefficient of the accelerometer by turning one or more scale resistors on or off, the dynamic characteristics of the accelerometer, the band of its transmission frequencies remain unchanged, the tracking system of the accelerometer remains stable.
На фиг. 1 изображен общий вид компенсационного акселерометра;
на фиг. 2 электрическая схема датчика положения акселерометра;
на фиг. 3 структурная схема компенсационного акселерометра.In FIG. 1 shows a general view of a compensation accelerometer;
in FIG. 2 electrical diagram of the accelerometer position sensor;
in FIG. 3 is a structural diagram of a compensation accelerometer.
на фиг. 4 электрическая схема дифференциального усилителя постоянного тока с его нагрузкой. in FIG. 4 circuit diagram of a differential DC amplifier with its load.
Компенсационный акселерометр (фиг. 1) содержит корпус 1, в котором установлен чувствительный элемент 2 с подвижной частью 3 и неподвижной частью 4, которые соединены между собой посредством упругого шарнира 5. На подвижной части 3 чувствительного элемента 2 установлен груз 6. Магнитоэлектрический силовой преобразователь содержит установленный в корпусе 1 постоянный магнит 7 с диаметральным направлением намагничивания и компенсационную катушку 8 на подвижной части 3 чувствительного элемента 2. Неподвижные электроды 9, 9' емкостного датчика положения расположены на постоянном магните 7, а подвижный электрод выполнен в виде электропроводной поверхности подвижной части чувствительного элемента 2. Чувствительный элемент 2 может быть изготовлен, например, из монокристаллического кремния методом анизотропного травления. The compensation accelerometer (Fig. 1) comprises a housing 1 in which a sensing element 2 is mounted with a
Акселерометр закрыт крышкой 10. Датчик положения (фиг. 2) в компенсационном акселерометре выполнен по мостовой схеме и содержит конденсаторы C1, C2 и резисторы RДП1, RДП2. Конденсатор C1 образован неподвижным электродом 9 и электропроводной поверхностью подвижной части 3 чувствительного элемента 2. Конденсатор C2 образован неподвижной электродом 9' и электропроводной поверхностью подвижной части 3 чувствительного элемента 2. К одной диагонали мостовой схемы датчика положения подведено напряжение питания Uп от источника переменой ЭДС. Другая диагональ мостовой схемы использована для получения выходного сигнала UДп датчика положения.The accelerometer is closed by a cover 10. The position sensor (Fig. 2) in the compensation accelerometer is made according to the bridge circuit and contains capacitors C1, C2 and resistors R DP1 , R DP2 . The capacitor C1 is formed by the
Структурная схема (фиг. 3) компенсационного акселерометра включает в себя подвижную часть 3 чувствительного элемента 2, датчик положения 11, усилитель акселерометра 12 с корректирующим фильтром, дифференциальный усилитель 13 постоянного тока, магнитоэлектрический силовой преобразователь 14. The structural diagram (Fig. 3) of the compensation accelerometer includes a
Инверсный вход дифференциального усилителя 13 (фиг. 4) посредством входного резистора Rвх подключен к выходу усилителя акселерометр 12. Первый резистор обратной связи R1 включен между инверсным входом и выходом дифференциального усилителя 13. К прямому входу дифференциального усилителя 13 подключены второй резистор обратной связи R2 и третий резистор обратной связи R3. К выходу дифференциального усилителя 13 подключен четвертый резистор обратной связи R4. Компенсационная катушка 8 силового преобразователя и масштабные резисторы RM1, RM2. RMn соединены последовательно, и свободный вывод компенсационной катушки 8 соединен со свободными выводами третьего резистора обратной связи R3 и четвертого резистора обратной связи R4. Свободные выводы резистора обратной связи R2 и n-го масштабного резистора соединены с общей цепью дифференциального усилителя 13 и усилителя 13 и усилителя акселерометра 12.Inverting input of the differential amplifier 13 (FIG. 4) via the input resistor Rin is connected to the R output of amplifier accelerometer 12. The first resistor R1 is connected between the feedback input and the inverted output of the
Сопротивления входного резистора, первого, второго, третьего и четвертого резисторов обратной связи выполнены такими, чтобы удовлетворять условию:
R1R2=(R3+R4)Rвх (3)
В качестве дифференциального усилителя 13 постоянного тока может быть применен операционный усилитель с высоким коэффициентом преобразования.The resistance of the input resistor, the first, second, third and fourth feedback resistors are made so as to satisfy the condition:
R 1 R 2 = (R 3 + R 4 ) R in (3)
As a
Компенсационный акселерометр (фиг. 1.3) работает следующим образом. При наличии ускорения на подвижную часть 3 с грузом воздействует инерционный момент (мин), который вызывает угловое перемещение подвижной части 3 чувствительного элемента 2 относительно неподвижной части 4. Пусть направление ускорения таково, что нижняя часть подвижной части 3 чувствительного элемента 2 приближается к неподвижному электроду 9, а ее верхняя часть отдаляется от неподвижного электрода 9'. Тогда емкость конденсатора C1 увеличивается, емкость конденсатора C2 уменьшается, происходит разбаланс мостовой схемы датчика положения 11, и с выходной диагонали датчика положения 11, на усилитель акселерометра 12 поступает переменный сигнал рассогласования следящей системы. После его усиления и преобразования в сигнал постоянного тока в усилителе акселерометра 12, преобразования по мощности и напряжению в дифференциальном усилителе 13 постоянное напряжение на выходе дифференциального усилителя 13 преобразуется в постоянный ток посредством цепи, состоящей из последовательно включенных компенсационной катушки 8 и масштабных резисторов RM1, RM2RMn (фиг. 4). Этот ток, проходя через компенсационную катушку 8 магнитоэлектрического силового преобразователя 14, создает магнитное поле, которое взаимодействует с магнитным полем постоянного магнита 7. В результате в магнитоэлектрическом силовом преобразователе 14 создается компенсационный момент Мк, воздействие которого на подвижную часть 3 чувствительного элемента 2 уравновешивает воздействие инерционного момента. При этом подвижная часть 3 чувствительного элемента 2 возвращается в исходное положение.Compensation accelerometer (Fig. 1.3) works as follows. In the presence of acceleration, the inertial moment (min) acts on the
Ток компенсационной катушки 8, проходя через масштабные резисторы RM1, RM2.RMn, создает на них падение напряжения UM, которое пропорционально измеряемому ускорению и является выходным сигналом акселерометра.The current of the
Коэффициент преобразования акселерометра, определяемый отношением выходного напряжения акселерометра UM к измеряемому ускорению, может изменяться в зависимости от режима работы акселерометра и от требований потребителя путем включения или нескольких масштабных резисторов из числа RM1, RM2.RMn масштабных резисторов.The conversion coefficient of the accelerometer, determined by the ratio of the output voltage of the accelerometer U M to the measured acceleration, can vary depending on the mode of operation of the accelerometer and on the requirements of the consumer by the inclusion of several scale resistors from the number R M1 , R M2 .R Mn of scale resistors.
При изменении нагрузки дифференциального усилителя 13 постоянного тока путем изменения суммарного сопротивления масштабных резисторов RM1, RM2.RMn коэффициент преобразования k дифференциального усилителя 13 постоянного тока не изменяется.When changing the load of the
Так как функции преобразования подвижной части 3 чувствительного элемента 2, датчика положения 11, усилителя акселерометра 12, магнитоэлектрического силового преобразователя 14 для данного типа акселерометра неизменны, а коэффициент преобразования дифференциального усилителя постоянного тока 13 не зависит от суммарного сопротивления масштабных резисторов RM1, RM2.RMn, остается неизменной при любом суммарном сопротивлении масштабных резисторов RM1, RM2.RMn, то передаточная функция следящей системы акселерометра остается неизменной при любом суммарном сопротивлении масштабных резисторов RM1, RM2. RMn сохраняются устойчивость акселерометра, его динамические характеристики и полоса частот пропускания акселерометра.Since the conversion functions of the
Claims (1)
R1R2 (R3 + R4)Rв х,
где R1, R2, R3, R4 сопротивление первого, второго, третьего, четвертого резисторов обратной связи соответственно;
Rв х сопротивление входного резистора.A compensation accelerometer comprising a sensor, a position sensor, a magnetoelectric power transducer with a permanent magnet and a compensation coil, an accelerometer amplifier with a correction filter, a scale resistor, the position sensor being connected to the input of the accelerometer amplifier, one output of the compensation coil connected to the first output of the scale resistor, characterized by introducing a differential DC amplifier with first, second, third and fourth reverse resistors connection and n-1 scale resistors, while all n scale resistors are connected in series, the accelerometer amplifier output is connected to the inverse input of the differential amplifier via an input resistor and the first feedback resistor, the second output of which is connected to the output of the differential amplifier, to the direct input of the differential amplifier the first terminals of the second feedback resistor and the third feedback resistor are connected, the first terminal of the fourth p is connected to the output of the differential amplifier feedback resistors, the second terminals of the third and fourth feedback resistors are connected to the second terminal of the compensation coil, the second terminals of the second feedback resistor and the nth scale resistor are connected to the common amplifier circuit of the accelerometer and differential amplifier, and the resistances of the resistors connected to the differential amplifier are made in according to the condition
R 1 R 2 (R 3 + R 4 ) R in x ,
where R 1 , R 2 , R 3 , R 4 the resistance of the first, second, third, fourth feedback resistors, respectively;
R in x resistance of the input resistor.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU96114940A RU2096785C1 (en) | 1996-07-23 | 1996-07-23 | Compensation accelerator |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU96114940A RU2096785C1 (en) | 1996-07-23 | 1996-07-23 | Compensation accelerator |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2096785C1 true RU2096785C1 (en) | 1997-11-20 |
RU96114940A RU96114940A (en) | 1998-01-20 |
Family
ID=20183743
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU96114940A RU2096785C1 (en) | 1996-07-23 | 1996-07-23 | Compensation accelerator |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2096785C1 (en) |
-
1996
- 1996-07-23 RU RU96114940A patent/RU2096785C1/en active
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
1. US, патент, 4507965, кл. G 01 P 15/13, 1985. 2. Авторское свидетельство СССР N 1795374, кл. G 01 P 15/13, 1993. * |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US4584885A (en) | Capacitive detector for transducers | |
US4149231A (en) | Capacitance-to-voltage transformation circuit | |
US4336718A (en) | Control circuit for accelerometer | |
JP2936286B2 (en) | Precision capacitive transducer circuit and method | |
US4009607A (en) | Force measuring system including combined electrostatic sensing and torquing means | |
US4639665A (en) | Sensing system for measuring a parameter | |
US4941354A (en) | Tri-axial accelerometers | |
US5817943A (en) | Pressure sensors | |
US6075754A (en) | Single-coil force balance velocity geophone | |
EP1424562B1 (en) | Sensor capacity sensing apparatus and sensor capacity sensing method | |
US4186324A (en) | Linear accelerometer with piezoelectric suspension | |
RU2096785C1 (en) | Compensation accelerator | |
JP2760628B2 (en) | PWM electrostatic servo accelerometer | |
US4096743A (en) | Shaft torque measuring system | |
JP3282360B2 (en) | Capacitive sensor | |
RU2107301C1 (en) | Compensation accelerometer | |
SE442150B (en) | ELECTRONIC CIRCUIT FOR SEATING THE DIFFERENCE IN CAPACITANCE BETWEEN TWO CONDENSERS | |
RU2341805C1 (en) | Compensating accelerometer | |
RU2638919C1 (en) | Electronic system of compensation accelerometer | |
RU2199755C1 (en) | Device for transforming inertial data | |
RU2155965C1 (en) | Compensation accelerometer | |
WO1995013546A1 (en) | Improvement of charge balancing detection circuit | |
US3882731A (en) | Torquer scale factor temperature correction means | |
RU2199754C2 (en) | Device for transforming inertial data | |
JPH0628698Y2 (en) | Servo type geophone |