RU2128325C1 - Converter of inertial information - Google Patents

Converter of inertial information Download PDF

Info

Publication number
RU2128325C1
RU2128325C1 RU97121943A RU97121943A RU2128325C1 RU 2128325 C1 RU2128325 C1 RU 2128325C1 RU 97121943 A RU97121943 A RU 97121943A RU 97121943 A RU97121943 A RU 97121943A RU 2128325 C1 RU2128325 C1 RU 2128325C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
axis
output
summing
converter
resistors
Prior art date
Application number
RU97121943A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
В.И. Баженов
К.А. Бахонин
А.А. Ефанов
Е.А. Никовский
Original Assignee
Акционерное общество 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 Акционерное общество Раменское приборостроительное конструкторское бюро filed Critical Акционерное общество Раменское приборостроительное конструкторское бюро
Priority to RU97121943A priority Critical patent/RU2128325C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2128325C1 publication Critical patent/RU2128325C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Gyroscopes (AREA)

Abstract

FIELD: measurement of linear and angular accelerations. SUBSTANCE: converter of inertial information has base, sensitive element made of six parts placed in pairs along three mutually perpendicular axes, transducers of linear and angular accelerations, power converters of magnetoelectric type with compensation coils, differential and summing amplifiers. Converter is inserted with first, second and third resistors positioned along each of three axes. Each of first and second resistors is connected to one of leads-out of one of compensation coils of power converters along each axes and to lead-out of third resistor. EFFECT: separation of signals of linear and angular accelerations in converter proper by means of simple facilities. 3 cl, 2 dwg

Description

Данное изобретение относится к области измерительной техники, а именно к компенсационным преобразователям линейных и угловых ускорений. This invention relates to the field of measurement technology, namely, compensation transducers of linear and angular accelerations.

Известен преобразователь инерциальной информации, содержащий основание, чувствительный элемент, преобразователи линейного и углового положений, электростатические силовые преобразователи, усилители, к входам которых подключены выходы преобразователей положения, а к выходам - электростатические силовые преобразователи [1]. A known inertial information converter containing a base, a sensing element, linear and angular position converters, electrostatic power converters, amplifiers, to the inputs of which the outputs of the position converters are connected, and the electrostatic power converters are connected to the outputs [1].

Недостатком такого преобразователя инерциальной информации является малый диапазон измерений вследствие ограничения величины напряжения, прилагаемого к электростатическому силовому преобразователю на верхнем пределе измерений. The disadvantage of such an inertial information converter is the small measurement range due to the limitation of the voltage applied to the electrostatic power converter at the upper limit of measurements.

Наиболее близким по технической сущности является преобразователь инерциальной информации [2] , содержащий основание, чувствительный элемент из шести одинаковых частей, расположенных попарно по каждой из трех взаимно перпендикулярных осей, узлы ориентации чувствительного элемента в основании, датчики линейного положения чувствительного элемента по каждой оси, датчики углового положения чувствительного элемента относительно каждой оси, два силовых преобразователя магнитоэлектрического типа по каждой оси, которые выполнены с расположением действия их силы в одинаковом направлении вдоль данной оси по разные стороны от данной оси относительно друг друга и каждый из которых содержит компенсационную катушку на чувствительном элементе и магнитную систему с постоянным магнитом в узле ориентации; содержащий первый дифференциальный усилитель по каждой оси, к входу которого подключен датчик линейного положения по данной оси, второй дифференциальный усилитель по каждой оси, к входу которого подключен датчик углового положения относительно данной оси, первый и второй суммирующие усилители по каждой оси с общей линией на выходе, причем по каждой оси выходы первого и второго дифференциальных усилителей подключены к суммирующим входам первого суммирующего усилителя, к суммирующему входу второго суммирующего усилителя подключен выход одного из дифференциальных усилителей, к инверсному входу второго суммирующего усилителя подключен выход другого дифференциального усилителя, к выходу первого суммирующего усилителя подключен один вывод компенсационной катушки одного силового преобразователя, к выходу второго суммирующего усилителя подключен один вывод компенсационной катушки другого силового преобразователя из двух силовых преобразователей, размещенных по одной оси. The closest in technical essence is the inertial information converter [2], containing a base, a sensing element of six identical parts located in pairs along each of three mutually perpendicular axes, orientation nodes of the sensing element in the base, linear sensors of the sensing element on each axis, sensors the angular position of the sensor relative to each axis, two power transducers of magnetoelectric type on each axis, which are made with the effect of their forces in the same direction along this axis on different sides of the axis relative to each other and each of which contains a compensation coil on the sensing element and a magnetic system with a permanent magnet in the orientation node; containing the first differential amplifier on each axis, the input of which is connected to a linear position sensor on this axis, the second differential amplifier on each axis, to the input of which is connected an angular position sensor on this axis, the first and second summing amplifiers on each axis with a common output line moreover, on each axis the outputs of the first and second differential amplifiers are connected to the summing inputs of the first summing amplifier, the output is connected to the summing input of the second summing amplifier one of the differential amplifiers, the output of the other differential amplifier is connected to the inverse input of the second summing amplifier, one output of the compensation coil of one power converter is connected to the output of the first summing amplifier, one output of the compensation coil of the other power converter from two power converters is connected to the output of the second summing amplifier, placed on one axis.

Для разделения сигналов линейного и углового ускорений в таком преобразователе инерциальной информации требуются специальные технические средства, такие как суммирующие устройства и устройства вычитания. To separate linear and angular acceleration signals in such an inertial information converter, special technical means are required, such as summing devices and subtracting devices.

Техническим результатом настоящего изобретения является разделение сигналов линейного и углового ускорений в самом преобразователе инерциальной информации посредством простых средств. The technical result of the present invention is the separation of linear and angular acceleration signals in the inertial information converter itself by simple means.

Данный технический результат достигается в преобразователе инерциальной информации, содержащем основание, чувствительный элемент из шести одинаковых частей, расположенных попарно по каждой из трех взаимно перпендикулярных осей, узлы ориентации чувствительного элемента в основании, датчики линейного положения чувствительного элемента по каждой оси, датчики углового положения чувствительного элемента относительно каждой оси, два силовых преобразователя магнитоэлектрического типа по каждой оси, которые выполнены с расположением действия их силы в одинаковом направлении вдоль данной оси по разные стороны от данной оси относительно друг друга и каждый из которых содержит компенсационную катушку на чувствительном элементе и магнитную систему с постоянным магнитом в узле ориентации; содержащем первый дифференциальный усилитель по каждой оси, к входу которого подключен датчик линейного положения по данной оси, второй дифференциальный усилитель по каждой оси, к входу которого подключен датчик углового положения относительно данной оси; первый и второй суммирующие усилители по каждой оси с общей линией на выходе, причем по каждой оси выходы первого и второго дифференциальных усилителей подключены к суммирующим входам первого суммирующего усилителя, к суммирующему входу второго суммирующего усилителя подключен выход одного из дифференциальных усилителей, к инверсному входу второго суммирующего усилителя подключен выход другого дифференциального усилителя, к выходу первого суммирующего усилителя подключен один вывод компенсационной катушки одного силового преобразователя, к выходу второго суммирующего усилителя подключен один вывод компенсационной катушки другого силового преобразователя из двух силовых преобразователей, размещенных по одной оси, тем, что для каждой оси введены первый, второй и третий резисторы, один вывод первого резистора подключен к второму выводу компенсационной катушки одного силового преобразователя, один вывод второго резистора подключен к второму выводу компенсационной катушки другого силового преобразователя из двух силовых преобразователей по одной оси, вторые выводы первого и второго резисторов подключены к одному выводу третьего резистора, второй вывод третьего резистора соединен с общей линией выхода суммирующих усилителей, по каждой оси датчик линейного положения и вход первого дифференциального усилителя подключены с противоположной фазой сигнала по сравнению с фазой сигнала при подключении входа второго дифференциального усилителя и датчика углового положения, компенсационные катушки выполнены с одинаковым направлением витков от начала компенсационной катушки до ее конца, по каждой оси компенсационная катушка одного силового преобразователя подключена к выходу одного суммирующего усилителя своим началом, а компенсационная катушка другого силового преобразователя подключена к выходу другого суммирующего усилителя своим концом. This technical result is achieved in an inertial information converter containing a base, a sensing element of six identical parts arranged in pairs along each of three mutually perpendicular axes, orientation nodes of the sensing element at the base, linear sensors of the sensing element on each axis, angular position sensors of the sensing element relative to each axis, two power transducers of magnetoelectric type on each axis, which are made with an arrangement of Corollary of force in the same direction along said axis on opposite sides of said axis with respect to each other and each of which comprises a compensating coil on the sensor and a magnetic system with permanent magnet assembly orientation; comprising a first differential amplifier on each axis, to the input of which a linear position sensor is connected on this axis, a second differential amplifier on each axis, to the input of which an angular position sensor is connected relative to this axis; the first and second summing amplifiers on each axis with a common output line, and on each axis the outputs of the first and second differential amplifiers are connected to the summing inputs of the first summing amplifier, the output of one of the differential amplifiers is connected to the summing input of the second summing amplifier, and the inverse input of the second summing amplifier the output of another differential amplifier is connected, one output of the compensation coil of one power converter is connected to the output of the first summing amplifier of the actuator, the output of the second summing amplifier is connected to one output of the compensation coil of another power converter from two power converters located on one axis, in that the first, second and third resistors are introduced for each axis, one output of the first resistor is connected to the second output of the compensation coil of one power converter, one terminal of the second resistor is connected to the second terminal of the compensation coil of the other power converter from two power converters on one axis, the second pin The odes of the first and second resistors are connected to one terminal of the third resistor, the second terminal of the third resistor is connected to the common output line of the summing amplifiers, along each axis the linear position sensor and the input of the first differential amplifier are connected with the opposite phase of the signal compared to the phase of the signal when the input of the second differential amplifier and angle sensor, compensation coils are made with the same direction of turns from the beginning of the compensation coil to its end, for each and the compensation coil of the power converter is connected to the output of a summing amplifier to its beginning, and the compensation coil of another power converter is connected to the output of another summing amplifier at its end.

В одном частном случае выполнения преобразователя инерциальной информации сопротивления R1 и R2 соответственно первого и второго резисторов выполнены на основании соотношения:

Figure 00000002

где Uа макс -максимальный выходной сигнал по напряжению преобразователя инерциальной информации на верхнем пределе диапазона измеряемых линейных ускорений;
Iм - ток первого или второго резисторов на верхнем пределе диапазона измеряемых линейных ускорений при отсутствии угловых ускорений.In one particular case of the inertial information converter, the resistances R 1 and R 2, respectively, of the first and second resistors are made based on the ratio:
Figure 00000002

where U and max is the maximum output signal for the voltage of the inertial information converter at the upper limit of the range of measured linear accelerations;
I m - current of the first or second resistors at the upper limit of the range of measured linear accelerations in the absence of angular accelerations.

В другом частном случае выполнения преобразователя инерциальной информации сопротивление R3 третьего резистора выполнено в соответствии с соотношением:

Figure 00000003

где Uε макс - выходной сигнал по напряжению преобразователя инерциальной информации на верхнем пределе диапазона измеряемых угловых ускорений;
|I1-I2|макс - модуль максимальной разности токов I1 и I2 первого и второго резисторов на верхнем пределе диапазона измеряемых угловых ускорений.In another particular case of the inertial information converter, the resistance R 3 of the third resistor is made in accordance with the ratio:
Figure 00000003

where U ε max is the output signal for the voltage of the inertial information converter at the upper limit of the range of measured angular accelerations;
| I 1 -I 2 | max is the absolute value of the maximum current difference I 1 and I 2 of the first and second resistors at the upper limit of the range of measured angular accelerations.

В третьем частном случае выполнения преобразователя инерциальной информации первый и второй резисторы выполнены с равными сопротивлениями. In the third particular case of the inertial information converter, the first and second resistors are made with equal resistances.

Путем введения первого, второго и третьего резисторов, подключения одних выводов первого и второго резисторов к компенсационным катушкам силовых преобразователей, соединения вторых выводов первого и второго резисторов с выводом третьего резистора, подключения датчиков линейного и углового положений и входов дифференциальных усилителей с противоположными фазами сигналов, подключения компенсационных катушек к выходам суммирующих усилителей по разному относительно начала и конца компенсационной катушки на выходе суммирующих усилителей по одной оси получаются сигналы противоположной полярности, ток первого резистора с выхода первого суммирующего усилителя противоположен по направлению току с выхода второго суммирующего усилителя. Поэтому суммарное напряжение на первом и втором резисторах равно сумме напряжения на первом резисторе от тока с выхода первого суммирующего усилителя и напряжения на втором резисторе от тока с выхода второго суммирующего усилителя и пропорционально линейному ускорению. Напряжение на третьем резисторе пропорционально разности токов с выходов первого и второго суммирующих усилителей и представляет собой выходной сигнал преобразователя инерциальной информации в функции от углового ускорения. Таким образом разделение сигналов линейного и углового ускорений осуществляется в самом преобразователе инерциальной информации с помощью трех введенных резисторов. By introducing the first, second and third resistors, connecting one of the terminals of the first and second resistors to the compensation coils of the power converters, connecting the second terminals of the first and second resistors with the terminal of the third resistor, connecting the linear and angular position sensors and inputs of differential amplifiers with opposite signal phases, connecting compensation coils to the outputs of summing amplifiers in different ways with respect to the beginning and end of the compensation coil at the output of summing amplifiers leu one axis are obtained signals of opposite polarity, the first resistor current output from the first summing amplifier is opposite to the direction of current output from the second summing amplifier. Therefore, the total voltage at the first and second resistors is equal to the sum of the voltage at the first resistor from the current from the output of the first summing amplifier and the voltage at the second resistor from the current from the output of the second summing amplifier and is proportional to linear acceleration. The voltage at the third resistor is proportional to the difference in currents from the outputs of the first and second summing amplifiers and represents the output signal of the inertial information converter as a function of angular acceleration. Thus, the separation of linear and angular acceleration signals is carried out in the inertial information converter with the help of three introduced resistors.

На фиг. 1 приведена конструкция преобразователя инерциальной информации. In FIG. 1 shows the design of the inertial information converter.

На фиг. 2 представлена электрическая схема преобразователя инерциальной информации. In FIG. 2 is an electrical diagram of an inertial information converter.

В преобразователе инерциальной информации (фиг.1), имеющем состоящее из двух частей 1' и 1'' основание с осью симметрии 2-2, перпендикулярной ей осью 3-3 и третьей осью, перпендикулярной осям 2-2 и 3-3, по оси 2-2 установлены узлы ориентации 4', 4''. В основании между узлами ориентации расположен чувствительный элемент 5 из электропроводного материала, состоящий из шести одинаковых частей, две из которых 6' и 6'' расположены по оси 2-2, две по оси 3-3 и еще две по оси, перпендикулярной осям 2-2 и 3-3. In the inertial information converter (Fig. 1), having a base consisting of two parts 1 'and 1' 'with an axis of symmetry 2-2 perpendicular to it with an axis 3-3 and a third axis perpendicular to axes 2-2 and 3-3, axis 2-2 installed nodes orientation 4 ', 4' '. At the base between the orientation nodes, there is a sensitive element 5 made of electrically conductive material, consisting of six identical parts, two of which 6 'and 6' 'are located on the 2-2 axis, two on the 3-3 axis and two more on the axis perpendicular to the 2 axes -2 and 3-3.

В каждом узле ориентации 4', 4''соответственно в электроизоляционных трубках 7', 7'' установлены первые электроды 8', 8'', вторые электроды 9', 9'', третьи электроды 10', 10'' и четвертые электроды 11', 11'' емкостных датчиков линейного и углового положений чувствительного элемента 5. In each orientation unit 4 ', 4' ', respectively, the first electrodes 8', 8 '', the second electrodes 9 ', 9' ', the third electrodes 10', 10 '' and the fourth electrodes are installed in the insulating tubes 7 ', 7' ' 11 ', 11' 'capacitive sensors of linear and angular positions of the sensing element 5.

По оси 2-2 установлены два силовых преобразователя магнитоэлектрического типа, содержащих соответственно магнитные системы 12', 12'' с постоянными магнитами 13', 13''в узлах ориентации 4', 4'' и компенсационные катушки 14', 14''кольцевой формы на частях 6', 6'' чувствительного элемента 5. Two power transducers of the magnetoelectric type are installed along axis 2-2, respectively containing magnetic systems 12 ', 12' 'with permanent magnets 13', 13 '' in orientation nodes 4 ', 4' 'and compensation coils 14', 14 '' ring forms on parts 6 ', 6' 'of the sensing element 5.

Оси компенсационной катушки 14', постоянного магнита 13' направлены по оси 15', параллельной оси 2-2 и расположенной от нее на расстоянии l по направлению оси 3-3. Оси компенсационной катушки 14" и постоянного магнита 13'' направлены по оси 15'', параллельной оси 2-2 и расположенной от нее на расстояние l по направлению оси 3-3. Оси 15' и 15'' расположены по отношению друг к другу по разные стороны от оси 2-2. The axis of the compensation coil 14 ', the permanent magnet 13' are directed along the axis 15 ', parallel to the axis 2-2 and located from it at a distance l in the direction of the axis 3-3. The axes of the compensation coil 14 "and the permanent magnet 13" are directed along the axis 15 ", parallel to the axis 2-2 and spaced from it by a distance l in the direction of the axis 3-3. The axes 15 'and 15" are located relative to each other on different sides of the axis 2-2.

Аналогично выполнены узлы ориентации с датчиками линейного и углового положений и силовыми преобразователями по двум другим осям. Так, например, по оси 3-3 расположены два силовых преобразователя с компенсационными катушками 16', 16'' на чувствительном элементе 5. Orientation nodes with linear and angular position sensors and power converters along two other axes are similarly made. So, for example, along the axis 3-3 are two power transducers with compensation coils 16 ', 16' 'on the sensing element 5.

Компенсационные катушки 14', 14'', 16', 16'' выполнены в виде обмоток с одинаковым, например, правым, направлением витков. На чувствительном элементе 5 компенсационные катушки 14', 14'', 16', 16'' установлены так, что, например, их начала расположены одинаково относительно частей 6', 6'' и других аналогичных частей чувствительного элемента 5. The compensation coils 14 ', 14' ', 16', 16 '' are made in the form of windings with the same, for example, right, direction of turns. On the sensing element 5, the compensation coils 14 ', 14' ', 16', 16 '' are mounted so that, for example, their beginnings are located equally with respect to the parts 6 ', 6' 'and other similar parts of the sensing element 5.

Датчик линейного положения по оси 3-3 выполнен по мостовой схеме и содержит конденсатор C1, образованный соединенными вместе электродами 8', 8'' и электропроводной поверхностью чувствительного элемента 5, а также конденсатор C2, образованный соединенными вместе электродами 9', 9'' и электропроводной поверхностью чувствительного элемента 5. В два других плеча моста включены комплексные сопротивления Z1, Z2.The linear position sensor along the 3-3 axis is made according to a bridge circuit and contains a capacitor C1 formed by the electrodes 8 ', 8''connected together and an electrically conductive surface of the sensing element 5, as well as a capacitor C2 formed by the electrodes 9', 9 '' connected together electrically conductive surface of the sensing element 5. Complex resistance Z 1 , Z 2 are included in the other two shoulders of the bridge.

Датчик углового положения относительно оси, перпендикулярной осям 2-2 и 3-3, содержит конденсатор C3, образованный соединенными вместе электродами 10', 11'' и электропроводной поверхностью чувствительного элемента 5, а также конденсатор C4, образованный соединенными вместе электродами 10'', 11' и электропроводной поверхностью чувствительного элемента 5. The angular position sensor relative to the axis perpendicular to axes 2-2 and 3-3 contains a capacitor C3 formed by electrodes 10 ', 11' 'connected together and an electrically conductive surface of the sensing element 5, as well as a capacitor C4 formed by 10' 'electrodes connected together 11 'and the conductive surface of the sensing element 5.

В два плеча мостовой схемы датчика углового положения включены комплексные сопротивления Z3, Z4. Датчики линейного и углового положений запитываются от источника 17 переменной ЭДС.In two shoulders of the bridge circuit of the angle sensor included complex resistance Z 3 , Z 4 . The linear and angular position sensors are powered from a source 17 of variable EMF.

Выход датчика линейного положения подключен к входу первого дифференциального усилителя 18', а выход датчика углового положения - к входу второго дифференциального усилителя 18''. Причем датчик линейного положения и вход первого дифференциального усилителя 18' соединены с противоположной фазой сигнала по сравнению с фазой сигнала при соединении датчика углового положения с входом второго дифференциального усилителя 18''. Выход первого дифференциального усилителя 18' подключен к суммирующим входам первого суммирующего усилителя 19' и второго суммирующего усилителя 19''. Выход второго дифференциального усилителя 18'' подключен к суммирующему входу первого суммирующего усилителя 19' и к инверсному входу второго суммирующего усилителя 19''. The output of the linear position sensor is connected to the input of the first differential amplifier 18 ', and the output of the angle sensor is connected to the input of the second differential amplifier 18' '. Moreover, the linear position sensor and the input of the first differential amplifier 18 'are connected to the opposite phase of the signal compared to the phase of the signal when the angle sensor is connected to the input of the second differential amplifier 18' '. The output of the first differential amplifier 18 'is connected to the summing inputs of the first summing amplifier 19' and the second summing amplifier 19 ''. The output of the second differential amplifier 18 ″ is connected to the summing input of the first summing amplifier 19 ′ and to the inverse input of the second summing amplifier 19 ″.

К выходу первого суммирующего усилителя 19' подключено начало компенсационной катушки 16' одного силового преобразователя, расположенного по оси 3-3. К выходу второго суммирующего усилителя 19'' подключен конец обмотки компенсационной катушки 16'' второго силового преобразователя, расположенного по оси 3-3. К концу компенсационной катушки 16'' подключен один вывод первого резистора 20 с сопротивлением R1. К началу компенсационной катушки 16' подключен один вывод второго резистора 21 с сопротивлением R2. Свободные выводы резисторов 20 и 21 соединены вместе и к ним подсоединен один вывод третьего резистора 22 с сопротивлением R3. Другой вывод резистора 22 подключен к общей линии выходов суммирующих усилителей 19', 19''.The output of the first summing amplifier 19 'is connected to the beginning of the compensation coil 16' of one power converter located along the axis 3-3. The output of the second summing amplifier 19 ″ is connected to the end of the winding of the compensation coil 16 ″ of the second power converter located on the 3-3 axis. To the end of the compensation coil 16 '' is connected one terminal of the first resistor 20 with a resistance of R 1 . To the beginning of the compensation coil 16 'is connected one terminal of the second resistor 21 with a resistance of R 2 . The free terminals of the resistors 20 and 21 are connected together and connected to them is one terminal of the third resistor 22 with a resistance of R 3 . The other terminal of resistor 22 is connected to a common output line of summing amplifiers 19 ', 19''.

Аналогичные первый, второй и третий резисторы включены в схемы измерения линейного и углового ускорений по двум другим измерительным осям преобразователя инерциальной информации. Similar first, second and third resistors are included in the linear and angular acceleration measurement circuits along two other measuring axes of the inertial information converter.

Преобразователь инерциальной информации работает следующим образом (фиг. 1). При наличии, например, линейного ускорения a вдоль оси 3-3 и углового ускорения ε относительно оси, перпендикулярной осям 2-2 и 3-3, на чувствительный элемент 5 действует инерционная сила F и динамический момент M:
F = ma, (1)
где m - масса чувствительного элемента 5;
M = Iε, (2)
где J - момент инерции чувствительного элемента 5 относительно оси, перпендикулярной осям 2-2 и 3-3.The inertial information converter operates as follows (Fig. 1). In the presence, for example, of linear acceleration a along the 3-3 axis and angular acceleration ε relative to the axis perpendicular to the axes 2-2 and 3-3, the inertial force F and the dynamic moment M act on the sensing element 5:
F = ma, (1)
where m is the mass of the sensing element 5;
M = Iε, (2)
where J is the moment of inertia of the sensing element 5 relative to the axis perpendicular to the axes 2-2 and 3-3.

Пусть направление линейного и углового ускорений таковы, что чувствительный элемент 5 поступательно перемещается по направлению к первым электродам 8', 8'' и третьим электродам 10', 10'', и происходит угловое перемещение чувствительного элемента 5, при котором часть 6' чувствительного элемента 5 приближается к первому электроду 8' и третьему электроду 10', а часть 6'' сближается со вторым электродом 9'' и четвертым электродом 11''. Let the direction of linear and angular accelerations be such that the sensitive element 5 is translationally moving towards the first electrodes 8 ', 8' 'and the third electrodes 10', 10 '', and the angular movement of the sensitive element 5 occurs, in which part 6 'of the sensitive element 5 approaches the first electrode 8 ′ and the third electrode 10 ′, and part 6 ″ approaches the second electrode 9 ″ and the fourth electrode 11 ″.

Тогда емкость конденсатора C1 (фиг.2) увеличивается, емкость конденсатора C2 уменьшается, происходит разбаланс мостовой схемы датчика линейного положения относительно оси 3-3, и с ее выхода поступает сигнал на вход первого дифференциального усилителя 18', выходной сигнал Ug1 которого пропорционален линейному ускорению:
Ug1 = k1a, (3)
где k1 - коэффициент преобразования каждого из дифференциальных усилителей 18', 18''.Then the capacitance of the capacitor C1 (Fig. 2) increases, the capacitance of the capacitor C2 decreases, the bridge circuit of the linear position sensor is unbalanced relative to the axis 3-3, and from its output a signal is input to the first differential amplifier 18 ', the output signal U g1 of which is proportional to the linear acceleration:
U g1 = k 1 a, (3)
where k 1 is the conversion coefficient of each of the differential amplifiers 18 ', 18''.

Одновременно увеличивается емкость конденсатора C3 и уменьшается емкость конденсатора C4, происходит разбаланс мостовой схемы датчика углового положения относительно оси, перпендикулярной осям 2-2 и 3-3. После усиления сигнала разбаланса во втором дифференциальном усилителе 18'' напряжение Ug2 на его выходе пропорционально угловому ускорению:
Ug2 = k1ε. (4)
После суммирования в первом суммирующем усилителе 19' его выходной сигнал U1 имеет вид:
U1 = k2(Ug1+Ug2) = k1k2(a+ε1), (5)
где k2 - коэффициент преобразования каждого из суммирующих усилителей 19' и 19''.At the same time, the capacitance of the capacitor C3 increases and the capacitance of the capacitor C4 decreases, the bridge circuit of the angular position sensor is unbalanced relative to the axis perpendicular to the axes 2-2 and 3-3. After amplification of the unbalance signal in the second 18 '' differential amplifier, the voltage U g2 at its output is proportional to the angular acceleration:
U g2 = k 1 ε. (4)
After summing in the first summing amplifier 19 ', its output signal U 1 has the form:
U 1 = k 2 (U g1 + U g2 ) = k 1 k 2 (a + ε 1 ), (5)
where k 2 is the conversion coefficient of each of the summing amplifiers 19 'and 19''.

На выходе второго суммирующего усилителя 19'' вследствие инвертирования одного из его входных сигналов получается напряжение U2:
U2 = k2(Ug1-Ug2) = k1k2(a-ε). (6)
В магнитоэлектрическом силовом преобразователе при взаимодействии магнитного потока, создаваемого током компенсационной катушки, с магнитным полем постоянного магнита, электрический сигнал преобразуется в механическую силу. Поэтому при наличии на выходе первого суммирующего усилителя 19' выходного напряжения U1 посредством компенсационной катушки 16' создается компенсационная сила Fk1 одного силового преобразователя по оси 3-3:
Fk1 = KU1 = Kk1k2(a+ε), (7)
где K - коэффициент преобразования каждого силового преобразователя.The output of the second summing amplifier 19 '' due to the inversion of one of its input signals, the voltage U 2 is obtained:
U 2 = k 2 (U g1 -U g2 ) = k 1 k 2 (a-ε). (6)
In a magnetoelectric power converter, when the magnetic flux generated by the current of the compensation coil interacts with the magnetic field of a permanent magnet, the electrical signal is converted into mechanical force. Therefore, if there is an output voltage U 1 at the output of the first summing amplifier 19 'by means of a compensation coil 16', a compensation force F k1 of one power converter along the 3-3 axis is created:
F k1 = KU 1 = Kk 1 k 2 (a + ε), (7)
where K is the conversion coefficient of each power converter.

Посредством компенсационной катушки 16'' второго силового преобразователя по оси 3-3 создается компенсационная сила Fk2:
Fk2 = KU2 = Kk1k2(a-ε). (8)
Так как фазы подключения датчика линейного положения и датчика углового положения к дифференциальным усилителям 18', 18'' противоположны при одновременном изменении подключения начал и концов компенсационных катушек к суммирующим усилителям 19', 19'', то силы Fk1 и Fk2 направлены в одну сторону.By means of the compensation coil 16 ″ of the second power converter, an compensation force F k2 is created along the 3-3 axis:
F k2 = KU 2 = Kk 1 k 2 (a-ε). (eight)
Since the phases of connecting the linear position sensor and the angle sensor to the differential amplifiers 18 ', 18''are opposite while changing the connection of the beginnings and ends of the compensation coils to the summing amplifiers 19', 19 '', the forces F k1 and F k2 are directed into one side.

Суммарная компенсационная сила Fk двух силовых преобразователей по оси 3-3:
Fk = Fk1 + Fk2 = 2Kk1k2a. (9)
Компенсационный момент Mk вследствие неравенства сил Fk1 и Fk2 относительно оси, перпендикулярной осям 2-2 и 3-3, на плече 2l:
Mk = 2(Fk1-Fk2)l = 4Kk1k2lε. (10)
Посредством компенсационной силы Fk уравновешивается инерционная сила F, и чувствительный элемент 5 возвращается в исходное состояние по оси 3-3. Посредством компенсационного момента Mk уравновешивается динамический момент J и ограничивается поворот чувствительного элемента 5 относительно оси, перпендикулярной осям 2-2 и 3-3.The total compensation force F k two power converters on the axis 3-3:
F k = F k1 + F k2 = 2Kk 1 k 2 a. (nine)
The compensation moment M k due to the inequality of the forces F k1 and F k2 relative to the axis perpendicular to the axes 2-2 and 3-3 on the shoulder 2l:
M k = 2 (F k1 -F k2 ) l = 4Kk 1 k 2 lε. (ten)
By means of the compensation force F k, the inertial force F is balanced, and the sensing element 5 returns to its initial state along the 3-3 axis. By means of the compensation moment M k, the dynamic moment J is balanced and the rotation of the sensing element 5 relative to the axis perpendicular to the axes 2-2 and 3-3 is limited.

Вследствие разных фаз подключения датчиков линейного и углового положений, разного подключения начал и концов компенсационных катушек 16', 16'' полярности напряжений U1 и U2 относительно общей линии выходов суммирующих усилителей 19', 19'' различны. Поэтому различны направления токов I1 и I2 в первом резисторе 20 и втором резисторе 21 соответственно, и ток I3 в третьем резисторе 22
I3 = I1 - I2. (11)
Посредством первого 20, второго 21 и третьего 22 резисторов осуществляется разделение сигналов линейного и углового ускорений.Due to the different phases of connecting the linear and angular position sensors, the different connections of the beginnings and ends of the compensation coils 16 ', 16'', the polarity of the voltages U 1 and U 2 relative to the common output line of the summing amplifiers 19', 19 '' are different. Therefore, the directions of the currents I 1 and I 2 in the first resistor 20 and the second resistor 21 are different, respectively, and the current I 3 in the third resistor 22
I 3 = I 1 - I 2 . (eleven)
By means of the first 20, second 21 and third 22 resistors, the linear and angular acceleration signals are separated.

Суммарное напряжение Ua на первом резисторе 20 и втором резисторе 21:
Ua = I1R1 + I2R2, (12)
где R1, R2 - сопротивления первого 20 и второго 21 резисторов соответственно,

Figure 00000004

где R3 - сопротивление третьего резистора 22.The total voltage U a at the first resistor 20 and the second resistor 21:
U a = I 1 R 1 + I 2 R 2 , (12)
where R 1 , R 2 - resistance of the first 20 and second 21 resistors, respectively,
Figure 00000004

where R 3 is the resistance of the third resistor 22.

Figure 00000005

После подстановки в выражения (3), (14) выражений (5), (6), а затем выражений (13), (14) в (12) получим:
Figure 00000006

Напряжение Uε на третьем резисторе 22:
Uε = I3R3. (16)
С учетом выражения (11) соотношение (16) принимает вид
Uε = (I1-I2)R3. (17)
Путем подстановки в (13), (14) выражений (5), (16), а затем их в (17) получается:
Figure 00000007

Примем, что
R1 = R2 = R. (19)
Тогда выражение (15), (18) преобразуется к виду:
Figure 00000008

Figure 00000009

Таким образом суммарное напряжение на первом 20 и втором 21 резисторах пропорционально линейному ускорению, а напряжение на третьем резисторе 22 пропорционально угловому ускорению.
Figure 00000005

After substituting expressions (5), (6) into expressions (3), (14), and then expressions (13), (14) in (12), we obtain:
Figure 00000006

The voltage U ε on the third resistor 22:
U ε = I 3 R 3 . (16)
In view of expression (11), relation (16) takes the form
U ε = (I 1 -I 2 ) R 3 . (17)
By substituting expressions (5), (16) in (13), (14), and then them in (17) it turns out:
Figure 00000007

We assume that
R 1 = R 2 = R. (19)
Then the expression (15), (18) is converted to the form:
Figure 00000008

Figure 00000009

Thus, the total voltage on the first 20 and second 21 resistors is proportional to linear acceleration, and the voltage on the third resistor 22 is proportional to angular acceleration.

Сопротивление первого 20 и второго 21 резисторов определяются исходя из максимального выходного сигнала Uа макс на верхнем пределе измеряемых линейных ускорений, когда
I1 = I2 = Iм, (22)
где Iм - ток первого 20 и второго 21 резисторов на верхнем пределе измеряемых линейных ускорений при отсутствии угловых ускорений.The resistance of the first 20 and second 21 resistors is determined based on the maximum output signal U and max at the upper limit of the measured linear accelerations, when
I 1 = I 2 = I m , (22)
where I m is the current of the first 20 and second 21 resistors at the upper limit of the measured linear accelerations in the absence of angular accelerations.

Из выражения (12) при Uа = Uа макс и условии (22)

Figure 00000010

Сопротивление третьего резистора 22 определяется исходя из максимального выходного сигнала Uε макс на верхнем пределе измеряемых угловых ускорений при максимальной разности токов I1 и I2.From the expression (12) with U a = U a max and condition (22)
Figure 00000010

The resistance of the third resistor 22 is determined based on the maximum output signal U ε max at the upper limit of the measured angular accelerations at the maximum current difference I 1 and I 2 .

При Uε = Uε макс из (17) получается

Figure 00000011

где |I1-I2|макс - модуль максимальной разности токов I1 и I2 на верхнем пределе измеряемых угловых ускорений.For U ε = U ε, max from (17) yields
Figure 00000011

where | I 1 -I 2 | max is the absolute value of the maximum difference of the currents I 1 and I 2 at the upper limit of the measured angular accelerations.

Источники информации:
1. Патент Франции N 2511509, кл. G 01 P 15/125.Sources of information:
1. French patent N 2511509, cl. G 01 P 15/125.

2. Патент РФ N 2100779, кл. G 01 C 21/12, 1997. 2. RF patent N 2100779, cl. G 01 C 21/12, 1997.

Claims (4)

1. Преобразователь инерциальной информации, содержащий основание, чувствительный элемент из шести одинаковых частей, расположенных попарно по каждой из трех взаимно перпендикулярных осей, узлы ориентации чувствительного элемента в основании, датчики линейного положения чувствительного элемента по каждой оси, датчики углового положения чувствительного элемента относительно каждой оси, два силовых преобразователя магнитоэлектрического типа по каждой оси, которые выполнены с расположением направления действия их силы вдоль данной оси по разные стороны от данной оси относительно друг друга и каждый из которых содержит компенсационную катушку на чувствительном элементе и магнитную систему с постоянным магнитом в узле ориентации; содержащий первый дифференциальный усилитель по каждой оси, к входу которого подключен датчик линейного положения по данной оси, второй дифференциальный усилитель по каждой оси, к входу которого подключен датчик углового положения относительно данной оси, первый и второй суммирующие усилители по каждой оси с общей линией на выходе, причем по каждой оси выходы первого и второго дифференциальных усилителей подключены к суммирующим
входам первого суммирующего усилителя, к суммирующему входу второго суммирующего усилителя подключен выход одного из дифференциальных усилителей, к инверсному входу второго суммирующего усилителя подключен выход другого дифференциального усилителя, к выходу первого суммирующего усилителя подключен один вывод компенсационной катушки одного силового преобразователя, к выходу второго суммирующего усилителя - один вывод компенсационной катушки другого силового преобразователя из двух силовых преобразователей, размещенных по одной оси, отличающийся тем, что для каждой оси введены первый, второй и третий резисторы, один вывод первого резистора подключен к второму выводу компенсационной катушки одного силового преобразователя, один вывод второго резистора - к второму выводу компенсационной катушки другого силового преобразователя из двух силовых преобразователей по одной оси, вторые выводы первого и второго резисторов подсоединены к одному выводу третьего резистора, второй вывод третьего резистора соединен с общей линией выхода суммирующих усилителей, по каждой оси датчик линейного положения и вход первого дифференциального усилителя подключены с противоположной фазой сигнала по сравнению с фазой сигнала при подключении входа второго дифференциального усилителя и датчика углового положения, компенсационные катушки выполнены с одинаковым направлением витков от начала компенсационной катушки до ее конца, по каждой оси компенсационная катушка одного силового преобразователя подключена к выходу одного суммирующего усилителя своим началом, а компенсационная катушка другого силового преобразователя подключена к выходу другого суммирующего усилителя своим концом.1. An inertial information converter containing a base, a sensing element of six identical parts located in pairs along each of three mutually perpendicular axes, orientation nodes of the sensing element at the base, linear sensors of the sensing element on each axis, angular position sensors of the sensing element relative to each axis , two power transducers of magnetoelectric type on each axis, which are made with the location of the direction of action of their forces along this axis on opposite sides of said axis with respect to each other and each of which comprises a compensating coil on the sensor and a magnetic system with permanent magnet assembly orientation; containing the first differential amplifier on each axis, the input of which is connected to a linear position sensor on this axis, the second differential amplifier on each axis, to the input of which is connected an angular position sensor on this axis, the first and second summing amplifiers on each axis with a common output line , and on each axis the outputs of the first and second differential amplifiers are connected to the summing
the inputs of the first summing amplifier, the output of one of the differential amplifiers is connected to the summing input of the second summing amplifier, the output of another differential amplifier is connected to the inverse input of the second summing amplifier, one output of the compensation coil of one power converter is connected to the output of the first summing amplifier, to the output of the second summing amplifier - one output of the compensation coil of another power converter from two power converters placed one about si, characterized in that for each axis the first, second and third resistors are introduced, one terminal of the first resistor is connected to the second terminal of the compensation coil of one power converter, one terminal of the second resistor is connected to the second terminal of the compensation coil of the other power converter of two power converters, one each axis, the second terminals of the first and second resistors are connected to one terminal of the third resistor, the second terminal of the third resistor is connected to a common output line of summing amplifiers, for each axis and the linear position sensor and the input of the first differential amplifier are connected with the opposite phase of the signal compared to the signal phase when the input of the second differential amplifier and the angle sensor are connected, the compensation coils are made with the same direction of the turns from the beginning of the compensation coil to its end, on each axis the compensation coil one power converter is connected to the output of one summing amplifier by its beginning, and the compensation coil of another power converter Atelier is connected to the output of another summing amplifier at its end. 2. Преобразователь по п.1, отличающийся тем, что сопротивление R1 и R2 соответственно первого и второго резисторов выполнены на основании соотношения
Figure 00000012

где Uа макс - максимальный выходной сигнал по напряжению преобразователя инерциальной информации на верхнем пределе диапазона измеряемых линейных ускорений;
Iм - ток первого или второго резисторов на верхнем пределе диапазона измеряемых линейных ускорений при отсутствии угловых ускорений.2. The Converter according to claim 1, characterized in that the resistance R 1 and R 2, respectively, of the first and second resistors are based on the ratio
Figure 00000012

where U a max is the maximum output signal for the voltage of the inertial information converter at the upper limit of the range of measured linear accelerations;
I m - current of the first or second resistors at the upper limit of the range of measured linear accelerations in the absence of angular accelerations. 3. Преобразователь по п.1, отличающийся тем, что сопротивление R3 третьего резистора выполнено в соответствии с соотношением
Figure 00000013

где Uε макс - выходной сигнал по напряжению преобразователя инерциальной информации на верхнем пределе диапазона измеряемых угловых ускорений;
|I1-I2|макс - модуль максимальной разности токов I1 и I2 первого и второго резисторов на верхнем пределе диапазона измеряемых угловых ускорений.3. The Converter according to claim 1, characterized in that the resistance R 3 of the third resistor is made in accordance with the ratio
Figure 00000013

where U ε max is the output signal for the voltage of the inertial information converter at the upper limit of the range of measured angular accelerations;
| I 1 -I 2 | max is the absolute value of the maximum current difference I 1 and I 2 of the first and second resistors at the upper limit of the range of measured angular accelerations. 4. Преобразователь по п.1 или 2, отличающийся тем, что первый и второй резисторы выполнены с равными сопротивлениями. 4. The Converter according to claim 1 or 2, characterized in that the first and second resistors are made with equal resistances.
RU97121943A 1997-12-29 1997-12-29 Converter of inertial information RU2128325C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU97121943A RU2128325C1 (en) 1997-12-29 1997-12-29 Converter of inertial information

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU97121943A RU2128325C1 (en) 1997-12-29 1997-12-29 Converter of inertial information

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2128325C1 true RU2128325C1 (en) 1999-03-27

Family

ID=20200697

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU97121943A RU2128325C1 (en) 1997-12-29 1997-12-29 Converter of inertial information

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2128325C1 (en)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6664786B2 (en) Magnetic field sensor using microelectromechanical system
US7501834B2 (en) Voice coil actuator with embedded capacitive sensor for motion, position and/or acceleration detection
EP0323709A2 (en) Tri-axial accelerometers
US4037150A (en) Method of and apparatus for eliminating the effect of non-equipotentiality voltage on the hall voltage
US6422076B1 (en) Compensation pendulous accelerometer
US5194805A (en) Inductance-type displacement sensor for eliminating inaccuracies due to external magnetic fields
RU2128325C1 (en) Converter of inertial information
JPS63212803A (en) Measuring device for displacement
RU2199754C2 (en) Device for transforming inertial data
RU2140653C1 (en) Converter of inertial information
US3396328A (en) Magnetoresistive transducer
US3475971A (en) Combination two-axis electromagnetic torque and pickoff
EP0847533A1 (en) A method and apparatus for measuring linear displacements
RU2100779C1 (en) Inertial information converter
JPH0615974B2 (en) Angular velocity sensor device
JPH0628698Y2 (en) Servo type geophone
RU2178569C1 (en) Converter of inertial information
RU2216713C2 (en) Inertial information converter
JP3773076B2 (en) Servo type vibration detector
RU2096785C1 (en) Compensation accelerator
JPH0712930Y2 (en) Shock detector
RU2107301C1 (en) Compensation accelerometer
RU2155965C1 (en) Compensation accelerometer
RU2199755C1 (en) Device for transforming inertial data
RU2242011C2 (en) Magnetic-electric force converter