RU2226695C1 - Device for measurement of accelerations - Google Patents

Device for measurement of accelerations Download PDF

Info

Publication number
RU2226695C1
RU2226695C1 RU2002127060/28A RU2002127060A RU2226695C1 RU 2226695 C1 RU2226695 C1 RU 2226695C1 RU 2002127060/28 A RU2002127060/28 A RU 2002127060/28A RU 2002127060 A RU2002127060 A RU 2002127060A RU 2226695 C1 RU2226695 C1 RU 2226695C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
output
input
inputs
amplifier stage
amplifier
Prior art date
Application number
RU2002127060/28A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2002127060A (en
Inventor
А.Н. Кутуров
В.В. Кулешов
Д.В. Кулешов
Original Assignee
Тульский государственный университет
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 Тульский государственный университет filed Critical Тульский государственный университет
Priority to RU2002127060/28A priority Critical patent/RU2226695C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2226695C1 publication Critical patent/RU2226695C1/en
Publication of RU2002127060A publication Critical patent/RU2002127060A/en

Links

Images

Landscapes

  • Arrangements For Transmission Of Measured Signals (AREA)

Abstract

FIELD: applicable as a sensing element in the stabilization, guidance and navigation systems. SUBSTANCE: the device has a sensing element, attitude sensor, feedback-connected torque amplifier and generator, in addition, it uses three amplifier stages, two band-pass filters, two emitter followers, universal synchronous J-K flip-flop, slave synchronous oscillators, asynchronous relay R-S flip-flop, precision relay element whose information inputs from the output of the attitude sensor are series-connected to one of the inputs of the torque generator. The device also uses a crystal oscillator, whose output via a device for distribution of sync pulses is connected to the inputs of the slave synchronous oscillators, AND gates, low-digit reversible counter, first and second binary multipliers. The output of the attitude sensor is connected to one of the inputs of the first amplifier stage, and the input-to the output of the reference voltage generator, and the output from the second binary multiplier serves as the device digital output. EFFECT: provided a phase value equal to zero in carrier frequency and a phase lead in envelope frequency due to introduction of an amplifier-converter section driven into both negative feedback and intersecting positive feedbacks, which enhances the device precision and the gain factor of an open section (enhanced sensitivity of the device) and the bandwidth. 1 dwg

Description

Предлагаемое устройство для измерения ускорений предназначено для применения в качестве чувствительного элемента в системах стабилизации, наведения и навигации. Изобретение может найти применение в приборах измерения механических величин компенсационного типа.The proposed device for measuring acceleration is intended for use as a sensitive element in stabilization, guidance and navigation systems. The invention may find application in devices for measuring mechanical values of the compensation type.

Известно устройство для измерения ускорений (патент РФ №2098833 МПК6 G01P 15/13, опубл. 10.12.97), содержащее чувствительный элемент, включающий в себя два неподвижных электрода и подвижную пластину, три усилителя, два резистора, при этом выход первого усилителя подключен к первому резистору, а вход второго усилителя соединен со вторым резистором и является выходом устройства. Для повышения помехоустойчивости при воздействии электрических помех в него введен источник опорного напряжения, генератор электрического сигнала, две транзисторные пары, три резистора, два конденсатора, позволяющих за счет охвата усилителей отрицательной обратной связью осуществить компенсацию электрических помех.A device for measuring accelerations is known (RF patent No. 2098833 IPC 6 G01P 15/13, publ. 10.12.97) containing a sensor element including two fixed electrodes and a movable plate, three amplifiers, two resistors, while the output of the first amplifier is connected to the first resistor, and the input of the second amplifier is connected to the second resistor and is the output of the device. To increase the noise immunity when exposed to electrical noise, a reference voltage source, an electric signal generator, two transistor pairs, three resistors, two capacitors are introduced into it, which allow compensation of electrical noise due to the coverage of amplifiers with negative feedback.

Недостатком данного устройства является низкая точность измерения, так как выбор коэффициента усиления в жесткой отрицательной обратной связи ограничен условием устойчивости системы.The disadvantage of this device is the low accuracy of the measurement, since the choice of gain in hard negative feedback is limited by the condition of stability of the system.

Наиболее близким по техническому решению является устройство (А.С. №742801, МПК6 G01P 15/00, Б.И. №23, 1980), содержащее чувствительный элемент, датчик угла, интегрирующий усилитель обратной связи, датчик момента, дополнительный интегрирующий усилитель, электронный ключ, пороговый элемент, причем первый выход датчика угла подключен через интегрирующий усилитель обратной связи к датчику момента, а второй выход датчика угла через пороговый элемент, дополнительный интегрирующий усилитель подключен к управляющему входу электронного ключа.The closest in technical solution is the device (A.S. No. 742801, IPC 6 G01P 15/00, B.I. No. 23, 1980) containing a sensing element, an angle sensor, an integrating feedback amplifier, a torque sensor, an additional integrating amplifier , an electronic key, a threshold element, wherein the first output of the angle sensor is connected through an integrating feedback amplifier to the moment sensor, and the second output of the angle sensor through a threshold element, an additional integrating amplifier is connected to the control input of the electronic key.

Недостатком устройства является низкая точность измерения, обусловленная точностью работы интегрирующих аналоговых усилителей и порогового элемента. Кроме того, точность измерения зависит от параметров схемы электронного ключа, осуществляющего выборку информации. Основная погрешность устройства связана с конечностью времени заряда конденсатора интегрирующего усилителя. Эта погрешность приводит к апертурной ошибке, свойственной подобной схеме выборки и обработки информации. Малая полоса пропускания устройства, невысокое быстродействие и малый коэффициент усиления по разомкнутому контуру определяют точность в установившемся режиме.The disadvantage of this device is the low accuracy of the measurement, due to the accuracy of the integrating analog amplifiers and a threshold element. In addition, the accuracy of the measurement depends on the parameters of the electronic key circuit that selects the information. The main error of the device is associated with the finiteness of the charge time of the capacitor of the integrating amplifier. This error leads to an aperture error inherent in a similar sampling and information processing scheme. The small bandwidth of the device, low speed and low gain along the open loop determine the accuracy in the steady state.

Задачей настоящего изобретения является расширение полосы пропускания и увеличение точности измерения.The objective of the present invention is to expand the bandwidth and increase the accuracy of the measurement.

Это достигается тем, что в устройство, содержащее чувствительный элемент, датчик угла, усилитель и датчик момента, включенного в обратную связь, введены последовательно соединенные по информационным входам с выхода датчика угла на один из входов датчика моментов первый усилительный каскад, первый полосовой фильтр, второй усилительный каскад, второй полосовой фильтр, третий усилительный каскад, первый эмиттерный повторитель, универсальный синхронный JK-триггер, ждущие синхронные генераторы, асинхронный релейный RS-триггер, прецизионный релейный элемент, причем второй выход второго усилительного каскада соединен со вторым входом первого усилительного каскада. Второй выход третьего усилительного каскада соединен со вторым входом второго усилительного каскада, один из выходов третьего усилительного каскада соединен также с К-входом универсального синхронного JK-триггера через инвертор и второй эмиттерный повторитель, а другой выход с третьим входом первого усилительного каскада через последовательно соединенные демодулятор, первый сглаживающий фильтр первого порядка и модулятор, причем вторые входы демодулятора и модулятора соединены с одним из выходов генератора опорного напряжения. Третьи входы демодулятора и модулятора соединены с выходом генератора опорного напряжения через первую фазосдвигающую цепь. Кроме того, выход генератора опорного напряжения соединен с третьим входом универсального синхронного JK-триггера через последовательно включенные вторую фазосдвигающую цепь, компаратор и формирователь длительности импульсов, а второй вход датчика моментов соединен с выходом прецизионного релейного элемента через второй сглаживающий фильтр. S-выход асинхронного релейного RS-триггера через схемы совпадения, малоразрядный реверсивный счетчик, итоговый регистр, преобразователь цифровой информации в прямой код, первый двоичный умножитель, многоразрядный реверсивный счетчик соединен с входом второго двоичного умножителя, один из выходов которого соединен со вторым входом многоразрядного реверсивного счетчика. В устройство введен кварцевый генератор, выход которого через устройство распределения синхроимпульсов соединен с входами ждущих синхронных генераторов, схем совпадения, малоразрядного реверсивного счетчика, первого и второго двоичных умножителей, также выход датчика угла соединен с одним из входов первого усилительного каскада, а вход с выходом генератора опорного напряжения. Выход со второго двоичного умножителя является цифровым выходом устройства.This is achieved by the fact that a first amplifier stage, a first bandpass filter, and a second bandpass filter are introduced in a device containing a sensing element, an angle sensor, an amplifier, and a torque sensor included in the feedback, serially connected via information inputs from the output of the angle sensor to one of the inputs of the torque sensor amplifier stage, second bandpass filter, third amplifier stage, first emitter follower, universal synchronous JK-trigger, standby synchronous generators, asynchronous relay RS-trigger, precision r an oily element, the second output of the second amplifier stage being connected to the second input of the first amplifier stage. The second output of the third amplifier stage is connected to the second input of the second amplifier stage, one of the outputs of the third amplifier stage is also connected to the K-input of the universal synchronous JK trigger via an inverter and a second emitter follower, and the other output with the third input of the first amplifier stage is connected through a series-connected demodulator , the first smoothing filter of the first order and a modulator, and the second inputs of the demodulator and modulator are connected to one of the outputs of the reference voltage generator. The third inputs of the demodulator and modulator are connected to the output of the reference voltage generator through the first phase-shifting circuit. In addition, the output of the reference voltage generator is connected to the third input of the universal synchronous JK-trigger through a second phase-shifting circuit, a comparator and a pulse width former, and the second input of the torque sensor is connected to the output of the precision relay element through a second smoothing filter. S-output of an asynchronous relay RS-flip-flop through matching circuits, low-bit reversible counter, total register, digital information to direct code converter, first binary multiplier, multi-bit reverse counter connected to the input of the second binary multiplier, one of the outputs of which is connected to the second input of the multi-bit reverse counter. A quartz oscillator is introduced into the device, the output of which is connected through the clock distribution device to the inputs of the waiting synchronous generators, coincidence circuits, a low-bit reverse counter, the first and second binary multipliers, the output of the angle sensor is connected to one of the inputs of the first amplifier stage, and the input to the output of the generator reference voltage. The output from the second binary multiplier is the digital output of the device.

В предлагаемом устройстве за счет введения усилительного преобразующего тракта, охваченного как отрицательной обратной связью, так и пересекающимися положительными обратными связями, обеспечивается значение фазы, равное нулю, по несущей частоте и опережение по фазе по огибающей частоте, что обеспечивает повышение точности устройства, и увеличение коэффициента передачи по разомкнутому контуру (увеличение чувствительности устройства) и полосы пропускания.In the proposed device, due to the introduction of an amplifying conversion path, covered both by negative feedback and intersecting positive feedbacks, a phase value of zero is provided in the carrier frequency and phase advance in the envelope frequency, which improves the accuracy of the device and increases the coefficient open loop transmission (increasing device sensitivity) and bandwidth.

На чертеже изображена функциональная схема предлагаемого устройства.The drawing shows a functional diagram of the proposed device.

Устройство для измерения ускорений содержит чувствительный элемент 1, угловое положение которого фиксирует датчик угла 2. Обмотка возбуждения датчика угла 2 соединена с выходом генератора опорного напряжения 3. Выходная обмотка датчика угла 2 соединена с одним из входов первого усилительного каскада 4 усилительно-преобразующего тракта, выход которого соединен с входом второго усилительного каскада 6 через первый полосовой фильтр 5. Выход второго усилительного каскада 6 соединен с входом третьего усилительного каскада 8 через второй полосовой фильтр 7. Один из выходов второго усилительного каскада 6 соединен с одним из входов первого усилительного каскада 4, а выход третьего усилительного каскада 8 соединен с одним из входов каскада 6. Один из выходов третьего усилительного каскада 8 соединен с входом демодулятора 9, выход которого связан с входом первого сглаживающего фильтра 1-го порядка 10, выход фильтра 10 соединен с входом модулятора 11. Выход последовательной ветви, включающей в себя демодулятор 9, первый сглаживающий фильтр 1-го порядка 10 и модулятор 11, соединен с соответствующими входами первого усилительного каскада 4. Входы демодулятора 9 и модулятора 11 одной ветви соединены с выходом генератора опорного напряжения 3, а другие входы демодулятора 9 и модулятора 11 другой ветви, отрицательной обратной связи, соединены с выходом генератора опорного напряжения 3 через первую фазосдвигающую цепь 12. Выход третьего усилительного каскада 8 соединен с входами первого эмиттерного повторителя 13 и инвертора 14, причем последний соединен с входом второго эмиттерного повторителя 15. Выход генератора 3 соединен с входом второй фазосдвигающей цепи 16, выход которой соединен с входом компаратора 17, выход которого соединен с входом формирователя длительности импульсов несущей частоты 18. Входы универсального синхронного JK-триггера 19 соединены с входами первого и второго эмиттерных повторителей 13 и 15 и формирователя длительности импульсов 18. Выходы JK-триггера 19 соединены с входами ждущих синхронных генераторов (ЖСГ) 20 и 21, другие входы ЖСГ 20 и 21 соединены с выходами кварцевого генератора 22 через устройство распределения синхроимпульсов 23. Выходы ЖСГ 20 и 21 соединены со входами асинхронного релейного RS-триггера 24. Выход асинхронного релейного элемента 24 соединен с входом прецизионного релейного элемента 25, выход которого соединен с входом датчика момента 26 и со вторым сглаживающим фильтром 27, выход второго сглаживающего фильтра 27 соединен с входом датчика момента 26. Входы схем совпадения 28 и 29 соединены с выходами устройства распределения синхроимпульсов 23 и асинхронного релейного элемента 24 соответственно. Входы малоразрядного реверсивного счетчика (МРС) 30 соединены с выходами схем совпадения 28 и 29 и устройства распределения синхроимпульсов 23. Выход итогового регистра (ИР) 31 соединен с входом преобразователя цифровой информации в прямой код 32, а вход ИР 31 соединен с выходом МРС 30. Преобразователь цифровой информации в прямой код 32 соединен с входом первого двоичного умножителя 33, выход которого соединен с входом многоразрядного реверсивного двоичного счетчика 34, другой вход которого соединен с выходом второго двоичного умножителя 35. Вход второго двоичного умножителя 35 соединен с выходом многоразрядного двоичного счетчика 34.The device for measuring accelerations contains a sensing element 1, the angular position of which is fixed by the angle sensor 2. The field winding of the angle sensor 2 is connected to the output of the reference voltage generator 3. The output winding of the angle sensor 2 is connected to one of the inputs of the first amplification stage 4 of the amplification-conversion path which is connected to the input of the second amplifier stage 6 through the first band-pass filter 5. The output of the second amplifier stage 6 is connected to the input of the third amplifier stage 8 through the second bands howl filter 7. One of the outputs of the second amplifier stage 6 is connected to one of the inputs of the first amplifier stage 4, and the output of the third amplifier stage 8 is connected to one of the inputs of the stage 6. One of the outputs of the third amplifier stage 8 is connected to the input of the demodulator 9, the output of which connected to the input of the first smoothing filter of the 1st order 10, the output of the filter 10 is connected to the input of the modulator 11. The output of the serial branch, including the demodulator 9, the first smoothing filter of the 1st order 10 and the modulator 11, is connected to the corresponding the input inputs of the first amplifier stage 4. The inputs of the demodulator 9 and the modulator 11 of one branch are connected to the output of the reference voltage generator 3, and the other inputs of the demodulator 9 and modulator 11 of the other branch, negative feedback, are connected to the output of the reference voltage generator 3 through the first phase-shifting circuit 12 The output of the third amplifier stage 8 is connected to the inputs of the first emitter follower 13 and the inverter 14, the latter being connected to the input of the second emitter follower 15. The output of the generator 3 is connected to the input of the second oh phase shifting circuit 16, the output of which is connected to the input of the comparator 17, the output of which is connected to the input of the shaper of the pulse width of the carrier frequency 18. The inputs of the universal synchronous JK trigger 19 are connected to the inputs of the first and second emitter repeaters 13 and 15 and the pulse shaper 18. Outputs JK flip-flops 19 are connected to the inputs of the waiting synchronous generators (ZhSG) 20 and 21, other inputs of the ZhSG 20 and 21 are connected to the outputs of the crystal oscillator 22 through the clock distribution device 23. The outputs of the ZhSG 20 and 21 are connected s with the inputs of the asynchronous relay RS-flip-flop 24. The output of the asynchronous relay element 24 is connected to the input of the precision relay element 25, the output of which is connected to the input of the torque sensor 26 and to the second smoothing filter 27, the output of the second smoothing filter 27 is connected to the input of the torque sensor 26. The inputs of the matching circuits 28 and 29 are connected to the outputs of the clock distribution device 23 and the asynchronous relay element 24, respectively. The inputs of the low-bit reversible counter (MPC) 30 are connected to the outputs of the coincidence circuits 28 and 29 and the clock distribution device 23. The output of the final register (IR) 31 is connected to the input of the digital information converter into direct code 32, and the input of the IR 31 is connected to the output of MPC 30. The converter of digital information into direct code 32 is connected to the input of the first binary multiplier 33, the output of which is connected to the input of a multi-bit reversible binary counter 34, the other input of which is connected to the output of the second binary multiplier 35. Input w The binary binary multiplier 35 is connected to the output of the multi-bit binary counter 34.

Внутреннее содержание блоков, реализующих устройство для измерения ускорения,описаны в книгах: Майоров С.А., Новиков Г.И. Принцип организации цифровых машин.-Л.: Машиностроение,1974, 432 с.; Хоровиц П., Хилл У. Искусство схемотехники. - М.: Мир, т. 1-3, 1993.The internal content of the blocks that implement the device for measuring acceleration are described in the books: Mayorov SA, Novikov GI The principle of organization of digital machines.-L.: Mechanical Engineering, 1974, 432 p .; Horowitz P., Hill W. Art of circuitry. - M.: Mir, t. 1-3, 1993.

Работа устройства осуществляется следующим образом.The operation of the device is as follows.

Отклонение чувствительного элемента 1, вызванное действием ускорения, вызывает смещение центра автоколебаний относительно нулевого положения, которое фиксируется датчиком угла 2. Обмотка возбуждения датчика угла 2 запитывается от генератора опорного напряжения 3. Выходной сигнал с датчика угла 2 имеет фазу 0° либо 180° относительно несущей частоты. Первый усилительный каскад 4, включенный на выход датчика угла 2, содержит ограничитель амплитуды в местной отрицательной обратной связи, охватывающей усилительный каскад, при этом не происходит искажения фазы при больших сигналах, и после усиления подает сигнал с датчика угла 2 на первый полосовой фильтр 5, пропускающий сигнал несущей частоты. После первого полосового фильтра 5 сигнал поступает на вход второго усилительного каскада 6, имеющего ограничение по амплитуде в цепи обратной связи, а затем на вход второго полосового фильтра 7. Один из выходов второго усилительного каскада 6 соединен с входом первого усилительного каскада 4, образуя положительную обратную связь. После прохождения сигнала через второй полосовой фильтр 7 он поступает на вход третьего усилительного каскада 8, охваченного отрицательной обратной связью по ограничению по амплитуде, один из выходов которого связан с выходом второго усилительного каскада 6. Прямая ветвь, состоящая из элементов 4, 5, 6, 7, 8, охвачена пересекающимися положительными обратными связями. Отрицательная обратная связь, охватывающая 4, 5, 6, 7, 8, состоит из двух параллельных ветвей и включает последовательно соединенные соответственно демодулятор 9, первый сглаживающий фильтр 1-го порядка 10 и модулятор 11. Причем одна ветвь, содержащая 9, 11, соединена от генератора опорного напряжения (ГОН) 3, а другая ветвь, содержащая 9, 11, соединена от ГОН 3 через первую фазосдвигающую цепь 12 (цепь сдвинута по фазе на 90 градусов). На информационные JK-входы универсального синхронного JK-триггера 19 сигнал с третьего усилительного каскада 8 должен подаваться в противофазе. Для этого усиленный по напряжению сигнал с 8, для одного из входов, инвертируется инвертором 14. Первый и второй эмиттерные повторители 13 и 15 обеспечивают согласование высокого выходного сопротивления 8 и 14 с низкоомным входным сопротивлением информационных входов JK-триггера 19. Для определения направления действия ускорения фазы сигналов с угла датчика 2 и генератора опорного напряжения 3 сравниваются на JK-триггере 19. Для этого необходимо подать на синхронный вход "С" импульс определенной длительности, формируемый второй фазосдвигающей цепью 16, компаратором 17 и формирователем длительности импульсов 18. Вторая фазосдвигающая цепь 16 обеспечивает сдвиг фазы гармонического сигнала несущей частоты на время задержки информационного сигнала при его прохождении через цепь 4, 5, 6, 7, 8. Компаратор 17 выдает прямоугольные импульсы при превышении гармоническим сигналом заданного уровня. Требуемая длительность обеспечивается формирователем длительности импульса несущей частоты 18. Если фаза отклонения чувствительного элемента 1 совпадает с фазой генератора опорного напряжения 3, то в момент подачи импульса несущей частоты JK-триггер 19 переходит в устойчивое состояние "1", в противном случае - "0". Кварцевый генератор 22 вырабатывает прямоугольные, стабилизированные по частоте, импульсы (f=1 МГц), обеспечивающие требуемый фронт нарастания и спада сигнала. Устройство распределения синхроимпульсов 23 вырабатывает строго синхронизированные по времени управляющие синхроимпульсы, необходимые для функционирования всего устройства. Ждущие синхронные генераторы 20 и 21, взводимые от JK-триггера 19, вырабатывают короткие (длительностью, определяемой частотой устройства распределения синхроимпульсов 23) импульсы, частота которых определяется частотой переключения JK-триггера 19. В зависимости от фазы отклонения чувствительного элемента 1 на асинхронный RS-триггер 24 подается импульс либо с генератора 20, либо с генератора 21, т.е. RS-триггер 24 переключается с частотой JK-триггера 19. Выходной сигнал с RS-триггера 24 не может быть непосредственно подан на вход датчика моментов 26 ввиду своей нестабильности по амплитуде. Для повышения точности этот импульс подается на прецизионный релейный элемент 25, осуществляющий стабилизацию сигнала по уровню. Выходной сигнал с релейного элемента 25 подается на один из входов датчика моментов 26, который будет возвращать чувствительный элемент 1 в исходное положение. Для повышения чувствительности в устройство введена местная положительная обратная связь с выхода релейного элемента 25 на вход датчика моментов 26 через второй сглаживающий фильтр 27, позволяющий выделить постоянную составляющую входного сигнала с релейного элемента 25. На один из входов схем совпадения (схем "И") 28 и 29 подаются сигналы с выходов RS-триггера 24 на другие импульсы высокой частоты (импульсы счета) с устройства распределения синхроимпульсов 23. В зависимости от состояния RS-триггера 24 эти импульсы будут проходить либо на суммирующий, либо на вычитающий вход малоразрядного реверсивного счетчика 30. По окончании периода колебания информация из счетчика (равная разности числа "положительных" и "отрицательных" импульсов) по сигналу с устройства распределения синхроимпульсов 23 (импульс на С-вход регистра) переписывается в итоговой регистр 31. Следующим синхроимпульсом на вход сброса R0 счетчик 30 обнуляется. Положительная информация при этом представляется в прямом коде, а отрицательная - в дополнительном. Старший знаковый разряд показывает направление отклонения элемента 1. Информация из итогового регистра 31 поступает на вход преобразователя цифровой информации в прямой код 32. Код с преобразователя 32 может поступать на выходную шину малоразрядного цифрового кода ЭВМ, а также на вход первого двоичного умножителя 33, на выходе которого число синхроимпульсов с распределителя 23 будет пропорционально малоразрядному двоичному коду. Эти синхроимпульсы поступают на суммирующий вход многоразрядного реверсивного двоичного счетчика 34, информация с которого подается на шину многоразрядного цифрового кода и на вход второго двоичного умножителя 35. На другой вход второго двоичного умножителя 35 поступают синхроимпульсы с распределителя 23, сдвинутые по фазе относительно синхроимпульсов, поступающих на вход умножителя 32. Число импульсов с выхода второго двоичного умножителя 35, пропорциональное многоразрядному цифровому коду, подается на вычитающий вход двоичного многоразрядного счетчика 34.The deviation of the sensor element 1 caused by the action of acceleration causes a shift in the center of self-oscillations relative to the zero position, which is detected by the angle sensor 2. The field winding of the angle sensor 2 is fed from the reference voltage generator 3. The output signal from the angle sensor 2 has a phase of 0 ° or 180 ° relative to the carrier frequency. The first amplifier stage 4, connected to the output of the angle sensor 2, contains an amplitude limiter in the local negative feedback, covering the amplifier stage, while there is no phase distortion at large signals, and after amplification, it feeds the signal from the angle sensor 2 to the first band-pass filter 5, carrier frequency transmit signal. After the first bandpass filter 5, the signal is fed to the input of the second amplifier stage 6, which has an amplitude limit in the feedback circuit, and then to the input of the second bandpass filter 7. One of the outputs of the second amplifier stage 6 is connected to the input of the first amplifier stage 4, forming a positive inverse communication. After the signal passes through the second band-pass filter 7, it enters the input of the third amplifier stage 8, covered by negative feedback on the amplitude limit, one of the outputs of which is connected to the output of the second amplifier stage 6. A direct branch, consisting of elements 4, 5, 6, 7, 8, is embraced by intersecting positive feedbacks. Negative feedback, covering 4, 5, 6, 7, 8, consists of two parallel branches and includes a series-connected demodulator 9, a first smoothing filter of the first order 10 and a modulator 11. Moreover, one branch containing 9, 11 is connected from the reference voltage generator (GON) 3, and another branch containing 9, 11 is connected from the GON 3 through the first phase-shifting circuit 12 (the circuit is 90 degrees out of phase). To the information JK inputs of the universal synchronous JK trigger 19, the signal from the third amplifier stage 8 must be supplied in antiphase. To do this, the voltage-amplified signal from 8, for one of the inputs, is inverted by the inverter 14. The first and second emitter repeaters 13 and 15 match the high output impedance 8 and 14 with the low-impedance input resistance of the information inputs of the JK-trigger 19. To determine the direction of acceleration the phases of the signals from the angle of the sensor 2 and the reference voltage generator 3 are compared on the JK-trigger 19. For this, it is necessary to apply to the synchronous input "C" a pulse of a certain duration, generated by the second phase-shifting circuit view 16, the comparator 17 and the pulse shaper 18. The second phase-shifting circuit 16 provides a phase shift of the harmonic signal of the carrier frequency by the delay time of the information signal when it passes through the circuit 4, 5, 6, 7, 8. Comparator 17 produces rectangular pulses when the harmonic is exceeded signal of a given level. The required duration is provided by the carrier frequency pulse shaper 18. If the phase of the deviation of the sensor 1 coincides with the phase of the reference voltage generator 3, then at the moment of supply of the carrier frequency pulse, the JK-trigger 19 switches to the steady state "1", otherwise - "0" . The crystal oscillator 22 produces rectangular, frequency-stabilized pulses (f = 1 MHz), providing the required rise and fall edges of the signal. The clock distribution device 23 generates strictly time-synchronized control clocks necessary for the operation of the entire device. Waiting synchronous generators 20 and 21, cocked from the JK-trigger 19, produce short (duration determined by the frequency of the clock distribution device 23) pulses, the frequency of which is determined by the switching frequency of the JK-trigger 19. Depending on the phase of the deviation of the sensitive element 1 to the asynchronous RS- trigger 24 provides a pulse either from generator 20 or from generator 21, i.e. The RS-flip-flop 24 is switched with the frequency of the JK-flip-flop 19. The output signal from the RS-flip-flop 24 cannot be directly fed to the input of the torque sensor 26 due to its instability in amplitude. To increase accuracy, this pulse is applied to a precision relay element 25, which carries out signal stabilization by level. The output signal from the relay element 25 is supplied to one of the inputs of the torque sensor 26, which will return the sensing element 1 to its original position. To increase the sensitivity, the device introduced local positive feedback from the output of the relay element 25 to the input of the torque sensor 26 through the second smoothing filter 27, which allows you to select the constant component of the input signal from the relay element 25. To one of the inputs of the matching circuits ("I" circuits) 28 and 29 signals from the outputs of the RS-flip-flop 24 are sent to other high-frequency pulses (count pulses) from the clock distribution device 23. Depending on the state of the RS-flip-flop 24, these pulses will either pass to the summing th, or to the subtracting input of a low-bit reversible counter 30. At the end of the oscillation period, information from the counter (equal to the difference between the number of "positive" and "negative" pulses) is transferred to the final register by the signal from the clock distribution device 23 (pulse to the C-input of the register) 31. The next clock on the reset input R 0 counter 30 is reset. In this case, positive information is presented in direct code, and negative information in additional code. The most significant digit indicates the direction of the deviation of element 1. Information from the final register 31 is fed to the input of the digital information converter into direct code 32. The code from the converter 32 can be sent to the output bus of the low-bit digital computer code, as well as to the input of the first binary multiplier 33, at the output whose number of clock pulses from the distributor 23 will be proportional to the low-bit binary code. These clock pulses are fed to the summing input of a multi-bit reversible binary counter 34, the information from which is fed to the bus of a multi-bit digital code and to the input of the second binary multiplier 35. Sync pulses from the distributor 23 are received to the other input of the second binary multiplier 35, shifted in phase relative to the clock pulses arriving at the input of the multiplier 32. The number of pulses from the output of the second binary multiplier 35, proportional to the multi-digit digital code, is fed to the subtracting input of the binary multi row counter 34.

Работу устройства можно пояснить с помощью передаточных функций.The operation of the device can be explained using the transfer functions.

Передаточную функцию отрицательной обратной связи усилительно-преобразующего тракта можно записать в видеThe transfer function of the negative feedback of the amplifying-transforming tract can be written as

Figure 00000001
Figure 00000001

гдеWhere

Figure 00000002
- передаточная функция сглаживающего фильтра;
Figure 00000002
- transfer function of the smoothing filter;

ω0 - несущая частота;ω 0 is the carrier frequency;

Т - постоянная времени.T is the time constant.

Преобразуем выражение (1) и в результате получим:We transform expression (1) and as a result we get:

Figure 00000003
Figure 00000003

гдеWhere

Figure 00000004
Figure 00000004

Зависимость (2) позволяет определить фазу по формуле:Dependence (2) allows you to determine the phase by the formula:

Figure 00000005
Figure 00000005

Параметры устройства подобраны так, что выполняется условие:The device parameters are selected so that the condition is met:

Figure 00000006
Figure 00000006

При этом эквивалентная постоянная времени Т0 равнаMoreover, the equivalent time constant T 0 is equal to

Figure 00000007
Figure 00000007

и всегда автоматически настроена на несущую частоту.and is always automatically tuned to the carrier frequency.

При полученных значениях Т0 и ξ0 фаза, по цепи отрицательной обратной связи, усилительно-преобразующего устройства равна:With the obtained values of T 0 and ξ 0, the phase, along the negative feedback circuit, of the amplifying-converting device is equal to:

Figure 00000008
Figure 00000008

Из анализа (2) и (4) следует, что отрицательная обратная связь усилительно-преобразующего тракта осуществляет стабилизацию фазы на несущей частоте и создает опережение по фазе по огибающей. Создание самонастраивающейся отрицательной обратной связи усилительно-преобразующего тракта с опережением по фазе в огибающем сигнале приводит к расширению полосы пропускания всего устройства.From the analysis of (2) and (4) it follows that the negative feedback of the amplifying-transforming path stabilizes the phase at the carrier frequency and creates an advance in phase along the envelope. Creating a self-adjusting negative feedback amplifier-transform path ahead of the phase in the envelope signal leads to an expansion of the bandwidth of the entire device.

Введение в прямую ветвь трех усилителей через полосовые фильтры, охваченных пересекающимися положительными обратными связями, приводит к увеличению коэффициента передачи по разомкнутому контуру.The introduction into the direct branch of three amplifiers through bandpass filters covered by intersecting positive feedbacks leads to an increase in the open-loop transmission coefficient.

Действительно, передаточная функция первого усилительного тракта, полосового фильтра и второго усилительного тракта, охваченных положительной обратной связью с выхода второго на выход первого усилительных каскадов, имеет вид:Indeed, the transfer function of the first amplification path, a band-pass filter and the second amplification path, covered by positive feedback from the output of the second to the output of the first amplifier stages, has the form:

Figure 00000009
Figure 00000009

Если обеспечить выполнение условия 3-ККос=0, то в 30 раз обеспечится подъем ЛАФЧХ усилительно-преобразующего тракта. Во столько же раз обеспечивается подъем ЛАФЧХ другой пары усилительных каскадов с полосовым фильтром, охваченных положительной обратной связью. Результирующий коэффициент передачи, при охвате двух пар усилительных каскадов пересекающимися положительными обратными связями, будет увеличен в 900 раз.If the condition 3-QC os = 0 is fulfilled, then the LAFCF rise of the amplifying-converting tract will be provided 30 times. By the same number of times, the AFCL of another pair of amplifying stages with a bandpass filter, covered by positive feedback, is provided. The resulting transmission coefficient, with the coverage of two pairs of amplification stages with intersecting positive feedbacks, will be increased by 900 times.

Максимальный коэффициент передачи прототипа можно определить из передаточной функции:The maximum transfer coefficient of the prototype can be determined from the transfer function:

Figure 00000010
Figure 00000010

Коэффициент передачи на несущей частоте при равенстве параметров полосового фильтра определяется так:The transmission coefficient at the carrier frequency with the equality of the parameters of the band-pass filter is determined as follows:

Figure 00000011
Figure 00000011

(для двух усилителей в прямой ветви).(for two amplifiers in a straight branch).

Таким образом, введение в устройство усилительно-преобразующего тракта, содержащего в прямой ветви усилительные каскады, полосовые фильтры, охваченные пересекающимися положительными обратными связями, и в отрицательной самонастраивающейся обратной связи содержащего демодуляторы, сглаживающие фильтры и модуляторы, позволяют осуществить стабилизацию фазы на несущей частоте, создать опережение по фазе на огибающей частоте и увеличить коэффициент передачи, определяющий чувствительность, точность и полосу пропускания устройства.Thus, the introduction of an amplifying-transforming path into the device, which contains amplification cascades in the direct branch, band-pass filters covered by intersecting positive feedbacks, and negative self-tuning feedback containing demodulators, smoothing filters and modulators, allows phase stabilization at the carrier frequency phase advance at the envelope frequency and increase the transfer coefficient, which determines the sensitivity, accuracy and bandwidth of the device.

Claims (1)

Устройство для измерения ускорений, содержащее чувствительный элемент, датчик угла, усилитель и датчик момента, включенный в обратную связь, отличающееся тем, что в него введены последовательно соединенные по информационным входам с выхода датчика угла на один из входов датчика момента первый усилительный каскад, первый полосовой фильтр, второй усилительный каскад, второй полосовой фильтр, третий усилительный каскад, первый эммитерный повторитель, универсальный синхронный JK-триггер, ждущие синхронные генераторы, асинхронный релейный RS-триггер, прецезионный релейный элемент, причем второй выход второго усилительного каскада соединен со вторым входом первого усилительного каскада, а второй выход третьего усилительного каскада соединен со вторым входом второго усилительного каскада, один из выходов третьего усилительного каскада соединен также с К-входом универсального синхронного JK-триггера через инвертор и второй эммитерный повторитель, а другой выход с третьим входом первого усилительного каскада через последовательно соединенные демодулятор, первый сглаживающий фильтр первого порядка и модулятор, причем вторые входы демодулятора и модулятора соединены с одним из выходов генератора опорного напряжения, а третьи входы демодулятора и модулятора соединены с выходом генератора опорного напряжения через первую фазосдвигающую цепь, кроме того, выход генератора опорного напряжения соединен с третьим входом универсального синхронного JK-триггера через последовательно включенные вторую фазосдвигающую цепь, компаратор и формирователь длительности импульсов, а второй вход датчика момента соединен с выходом прецезионного релейного элемента через второй сглаживающий фильтр, а также S-выход асинхронного релейного RS-триггера через схемы совпадения, малоразрядный реверсивный счетчик, итоговый регистр, преобразователь цифровой информации в прямой код, первый двоичный умножитель, многоразрядный реверсивный счетчик соединен с входом второго двоичного умножителя, один из выходов которого соединен со вторым входом многоразрядного реверсивного счетчика, кроме того, в устройство введен кварцевый генератор, выход которого через устройство распределения синхроимпульсов соединен с входами ждущих синхронных генераторов, схем совпадения, малоразрядного реверсивного счетчика, первого и второго двоичного умножителя, также выход датчика угла соединен с одним из входов первого усилительного каскада, а вход - с выходом генератора опорного напряжения и выход со второго двоичного умножителя является цифровым выходом устройства.A device for measuring accelerations, comprising a sensor element, an angle sensor, an amplifier and a torque sensor included in feedback, characterized in that a first amplifier stage, a first strip cascade, is connected in series with information inputs from the output of the angle sensor to one of the inputs of the moment sensor filter, second amplifier stage, second bandpass filter, third amplifier stage, first emitter follower, universal synchronous JK-trigger, waiting synchronous generators, asynchronous relay R S-trigger, precision relay element, the second output of the second amplifier stage being connected to the second input of the first amplifier stage and the second output of the third amplifier stage connected to the second input of the second amplifier stage, one of the outputs of the third amplifier stage is also connected to the K-input of the universal synchronous JK-trigger through the inverter and the second emitter follower, and the other output with the third input of the first amplifier stage through series-connected demodulator, the first smooth a first-order filter and a modulator, the second inputs of the demodulator and modulator connected to one of the outputs of the reference voltage generator, and the third inputs of the demodulator and modulator connected to the output of the reference voltage generator through the first phase-shifting circuit, in addition, the output of the reference voltage generator is connected to the third input universal synchronous JK-trigger through a second phase-shifting circuit, a comparator and a pulse shaper, connected in series, and the second input of the torque sensor is connected with the output of a precision relay element through a second smoothing filter, as well as the S-output of an asynchronous RS relay trigger through matching circuits, a low-bit reversible counter, a final register, a digital information to direct code converter, a first binary multiplier, a multi-bit reversible counter connected to the input of the second binary a multiplier, one of the outputs of which is connected to the second input of a multi-bit reversible counter, in addition, a crystal oscillator is introduced into the device, the output of which is through the device on the distribution of clock pulses is connected to the inputs of the waiting synchronous generators, coincidence circuits, low-bit reversible counter, the first and second binary multiplier, also the output of the angle sensor is connected to one of the inputs of the first amplifier stage, and the input is connected to the output of the reference voltage generator and the output from the second binary multiplier is the digital output of the device.
RU2002127060/28A 2002-10-10 2002-10-10 Device for measurement of accelerations RU2226695C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2002127060/28A RU2226695C1 (en) 2002-10-10 2002-10-10 Device for measurement of accelerations

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2002127060/28A RU2226695C1 (en) 2002-10-10 2002-10-10 Device for measurement of accelerations

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2226695C1 true RU2226695C1 (en) 2004-04-10
RU2002127060A RU2002127060A (en) 2004-04-20

Family

ID=32465660

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2002127060/28A RU2226695C1 (en) 2002-10-10 2002-10-10 Device for measurement of accelerations

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2226695C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2478212C1 (en) * 2011-11-16 2013-03-27 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Тульский государственный университет" (ТулГУ) Compensation accelerometer

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2478212C1 (en) * 2011-11-16 2013-03-27 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Тульский государственный университет" (ТулГУ) Compensation accelerometer

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2513667C1 (en) Compensation accelerometer
DK151754C (en) DIGITAL PHASE CONTROL CLUTCH WITH AUXILIARY CLUTCH
RU2226695C1 (en) Device for measurement of accelerations
RU2478211C1 (en) Compensation accelerometer
RU2165625C1 (en) Gear measuring accelerations
RU2793846C1 (en) Device for measuring accelerations
RU2171995C1 (en) Device for measurement of accelerations
RU2279093C1 (en) Arrangement for measuring accelerations
RU2189047C1 (en) Gear measuring acceleration
RU2478212C1 (en) Compensation accelerometer
RU2481588C1 (en) Accelerometer
RU2171994C1 (en) Device for measurement of accelerations
RU2244311C1 (en) Device for measuring accelerations
RU2189046C1 (en) Device measuring acceleration
RU2818692C1 (en) Accelerometer
RU2255340C1 (en) Device for measuring accelerations
RU2447451C1 (en) Compensation accelerometer
RU2415392C1 (en) Device for remote pressure measurement
RU2676177C1 (en) Compensation accelerometer
RU2190226C1 (en) Gear measuring accelerations
RU2227920C1 (en) Device for measuring accelerations
FI884439A0 (en) SPAENNINGSSTYRD OSKILLATOR MED EN KERAMISK SVAENGNINGSKRISTALL.
RU2231075C1 (en) Device for acceleration measurement
SU1555900A1 (en) Multichannel phase demodulator
SU771679A1 (en) Pulse frequency multiplier

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20041011