RU2308038C1 - Device for measuring acceleration - Google Patents
Device for measuring acceleration Download PDFInfo
- Publication number
- RU2308038C1 RU2308038C1 RU2006106865/28A RU2006106865A RU2308038C1 RU 2308038 C1 RU2308038 C1 RU 2308038C1 RU 2006106865/28 A RU2006106865/28 A RU 2006106865/28A RU 2006106865 A RU2006106865 A RU 2006106865A RU 2308038 C1 RU2308038 C1 RU 2308038C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- output
- input
- amplifier
- outputs
- comparator
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Gyroscopes (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в качестве элемента в системах стабилизации, навигации и наведения. Оно может найти применение в приборах измерения механических величин компенсационного типа.The invention relates to measuring equipment and can be used as an element in stabilization, navigation and guidance systems. It can 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 усилителя отрицательной обратной связью, осуществлять 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 sensing element including two fixed electrodes and a movable plate, three amplifiers, two resistors, while the output of the first amplifier 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, under the influence of electrical noise, a reference voltage source, an electric signal generator, two transistor pairs, three resistors, two capacitors are introduced into it, which allow, due to the coverage of the amplifier with negative feedback, to compensate for electrical noise.
Недостатком данного устройства является низкая точность измерения, так как выбор коэффициента усиления, с жесткой отрицательной обратной связью, ограничен условием устойчивости системы.The disadvantage of this device is the low accuracy of the measurement, since the choice of gain, with hard negative feedback, is limited by the condition of stability of the system.
Наиболее близким по техническому решению является устройство (пат. RU 2165625, МПК7 G01P 15/13, опуб. 20.04.2001, бюл. №11), содержащее чувствительный элемент, датчик угла, усилитель и датчик момента, местную положительную обратную связь с выхода усилителя на вход датчика момента через последовательно соединенные фазовый детектор положительной обратной связи и преобразователь напряжение - ток. Местная отрицательная обратная связь введена с выхода усилителя на вход датчика момента через последовательно соединенные фазовый детектор отрицательной обратной связи, фильтр верхних частот, преобразователь напряжение - ток. Отрицательная интегрирующая обратная связь введена с выхода фазового детектора отрицательной обратной связи на вход датчика момента и содержит последовательно соединенные интегрирующий усилитель, компаратор, ждущий синхронный генератор, реверсивный двоичный счетчик, преобразователь дополнительного кода в прямой, схему собирания (ИЛИ), двоичный умножитель, сглаживающий фильтр, знаковый переключатель и схему синхронизации, выходы которой являются входами для компаратора и ждущих синхронных генераторов. Второй выход компаратора соединен со вторым входом реверсивного двоичного счетчика через ждущий синхронный генератор. Второй выход реверсивного двоичного счетчика соединен со вторым входом знакового переключателя и вторым входом схемы собирания, выход которой является выходом цифрового кода устройства. Кроме того, устройство содержит генератор опорного напряжения, выходы которого являются входами для датчика угла, фазового детектора положительной и отрицательной обратных связей, и выход схемы собирания (ИЛИ) является выходом устройства в виде цифрового кода.The closest in technical solution is the device (US Pat. RU 2165625, IPC 7
Недостатком подобного устройства является малая полоса пропускания.The disadvantage of this device is the small bandwidth.
Задачей настоящего изобретения является расширение полосы пропускания устройства и повышение точности измерения.The present invention is to expand the bandwidth of the device and improve the accuracy of the measurement.
Это достигается за счет того, что в устройство для измерения ускорений, содержащее чувствительный элемент, датчик угла, усилитель, положительную обратную связь с выхода усилителя на вход датчика момента через последовательно соединенные фазовый детектор положительной обратной связи и преобразователь напряжение - ток, отрицательную интегрирующую обратную связь с выхода усилителя на вход датчика момента через последовательно соединенные фазовый детектор отрицательной обратной связи, интегрирующий усилитель, компаратор, первый ждущий синхронный генератор, реверсивный двоичный счетчик, преобразователь дополнительного кода в прямой, схему собирания (ИЛИ), двоичный умножитель, сглаживающий фильтр, знаковый переключатель, при этом второй выход компаратора соединен со вторым входом реверсивного двоичного счетчика через второй ждущий синхронный генератор, и второй выход реверсивного двоичного счетчика соединен со вторыми входами схемы собирания и знакового переключателя, а выходы генератора опорного напряжения соединены с входами датчика угла и фазовых детекторов положительной и отрицательной обратных связей, и выходы схемы синхронизации соединены с входами компаратора и ждущих синхронных генераторов, введены первое и второе дифференцирующие устройства в положительную обратную связь с выхода фазового детектора положительной обратной связи на вход преобразователя напряжение - ток через сумматор, входы которого соединены с выходами первого и второго дифференцирующих устройств, а вход второго дифференцирующего устройства соединен с выходом первого дифференцирующих устройств, и выход схемы собирания (ИЛИ) является выходом цифрового кода устройств.This is achieved due to the fact that in the device for measuring acceleration containing a sensing element, an angle sensor, an amplifier, positive feedback from the amplifier output to the input of the torque sensor through a series-connected positive feedback phase detector and a voltage-current converter, negative integrating feedback from the amplifier output to the input of the torque sensor through a series-connected phase negative feedback detector, integrating amplifier, comparator, first standby a synchronous generator, a reversible binary counter, an additional code converter to direct, a collection circuit (OR), a binary multiplier, a smoothing filter, a sign switch, while the second output of the comparator is connected to the second input of the reversible binary counter via a second standby synchronous generator, and the second output of the reverse the binary counter is connected to the second inputs of the collection circuit and the sign switch, and the outputs of the reference voltage generator are connected to the inputs of the angle sensor and phase field detectors of positive and negative feedbacks, and the outputs of the synchronization circuit are connected to the inputs of the comparator and the waiting synchronous generators, the first and second differentiating devices are introduced into positive feedback from the output of the phase feedback detector of positive feedback to the input of the voltage-current converter through an adder, the inputs of which are connected to the outputs the first and second differentiating devices, and the input of the second differentiating device is connected to the output of the first differentiating devices, and the output of the collecting circuit tions (OR) is an output digital code devices.
Введение в устройство обратных связей разных знаков обеспечивает устойчивость устройства и расширение полосы пропускания, а отрицательная интегрирующая обратная связь повышает точность за счет астатизма первого порядка, а также за счет формирования в обратной цепи импульсной связи.The introduction of feedback of different signs into the device ensures the stability of the device and the expansion of the passband, and negative integrating feedback increases accuracy due to first-order astatism, as well as due to the formation of pulsed communication in the feedback circuit.
На фиг.1 изображена блок-схема устройства; на фиг.2 - переходный процесс в прототипе; на фиг.3 - ЛАФЧХ в прототипе; на фиг.4 - переходный процесс в предлагаемом устройстве; на фиг.5 - ЛАФЧХ в предлагаемом устройстве.Figure 1 shows a block diagram of a device; figure 2 - transient in the prototype; figure 3 - LAFCH in the prototype; figure 4 - transient in the proposed device; figure 5 - LAFCH in the proposed device.
Предлагаемое устройство содержит чувствительный элемент 1, выполненный в виде маятника, датчик угла 2, выход датчика угла 2 соединен с усилителем 3. Один выход усилителя 3 соединен с входом фазового детектора отрицательной интегрирующей обратной связи 4 (ФДООС), а другой выход 3 - с входом фазового детектора положительной обратной связи 5 (ФДПОС). Дополнительные входы для датчика угла 2, ФДООС 4, ФДПОС 5 соединены с выходом генератора опорного напряжения 6 (ГОН). Выход ФДПОС 5 соединен с входом первого дифференцирующего устройства 7, один из выходов первого дифференцирующего устройства 7 соединен с входом второго дифференцирующего устройства 8, выходы с 7 и 8 соединены с входами сумматора 9, выход которого соединен с входом преобразователя напряжения - ток 10. Выход ФДООС 4 соединен с входом интегрирующего усилителя 11, выход которого соединен с входом компаратора 12. Один выход компаратора 12 является входом ждущего синхронного генератора 13, а другой выход 12 соединен с входом ждущего синхронного генератора 14. Выходы ждущих синхронных генераторов 13 и 14 соединены с входами реверсивного двоичного счетчика 15, один выход которого является входом для преобразователя дополнительного кода в прямой 16, а другой выход 15 соединен с одним из входов схемы собирания (ИЛИ) 17. Выход схемы собирания 17 соединен с входом двоичного умножителя 18 и одновременно является информационным выходом устройства. Выход двоичного умножителя 18 через сглаживающий фильтр 19 соединен с входом знаковым переключателем 20, второй вход которого соединен с одним из выходов реверсивного двоичного счетчика 15. Выходы схемы синхронизации 21 являются дополнительными входами для компаратора 12 и ждущих синхронных генераторов 13 и 14. Выходы с преобразователя напряжение - ток 10 и знакового переключателя 20 соединены с входами датчика момента 22.The proposed device contains a
Внутреннее содержание ФДООС, ФДПОС, компаратора, ждущих синхронных генераторов, реверсивного двоичного счетчика, преобразователя дополнительного кода в прямой, схемы собирания (ИЛИ), двоичного умножителя, знакового переключателя, схемы синхронизации, дифференцирующих устройств и сумматора описаны в книге: П.Хоровиц, У.Хилл. Искусство схемотехники. М.: Мир, т.1-3, 1993.The internal contents of FDOOS, FDPOS, a comparator, waiting synchronous generators, a reversible binary counter, an additional code to direct converter, a collection circuit (OR), a binary multiplier, a sign switch, a synchronization circuit, differentiating devices and an adder are described in the book: P. Horowitz, U . Hill. The art of circuitry. M.: Mir, t.1-3, 1993.
Устройство для измерения ускорений работает следующим образом.A device for measuring acceleration works as follows.
При действии ускорения W на чувствительный элемент 1, выполненный в виде маятника, действует инерционный момент, равный mlW (l, m - длина и масса маятника). Под действием этого момента происходит отклонение чувствительного элемента 1, которое фиксируется датчиком угла 2, обмотки возбуждения которого соединены с выходом ГОН 6. Сигнал с датчика угла 2 после усиления усилителем 3 поступает на выходы ФДООС 4 и ФДПОС 5. С помощью ФДПОС 4 и ГОН 6 выделяется фаза отклонения чувствительного элемента 1. На выходе ФДООС 4 сигнал всегда будет в противофазе отклонения чувствительного элемента 1, а на выходе ФДПОС 5 - в фазе отклонения 1. Сигнал с выхода ФДПОС 5 в виде напряжения поступает на вход первого дифференцирующего устройства 7 (на выходе 7 сигнал в виде напряжения пропорционален первой производной отклонения 1), один из выходов которого соединен с входом второго дифференцирующего устройства (вторая производная отклонения 1). Выходы с 7 и 8, в виде напряжения, поступают на входы сумматора 9, на выходе которого имеем сигнал в виде суммы сигналов по первой и второй производной от отклонения 1. Выход с 9 поступает на вход преобразователя напряжение - ток 10, выходной сигнал которого в виде тока поступает на токовую обмотку датчика момента 22. Датчик момента 22 развивает момент, который компенсирует действие инерционного момента, вызванного действием ускорения, и чувствительный элемент 1 возвращается в исходное положение. Сигнал в виде напряжения с ФДООС 4 поступает на вход интегрирующего усилителя 11. Напряжение с выхода интегрирующего усилителя 11 поступает на один из входов компаратора 12. В компараторе 12 происходит сравнение сигнала с выхода усилителя 11 с сигналом, выделенным из стабильного по частоте и амплитуде сигнала с выхода схемы синхронизации 21. Если сигнал с выхода интегрирующего усилителя 11 будет больше треугольного напряжения с выхода 21, то на выходе компаратора 12 будет высокий логический уровень, если меньше, то на выходе компаратора 12 - низкий логический уровень. Уровень сигнала зависит от фазы отклонения чувствительного элемента 1. Сигналы с компаратора 12, в виде уровня, поступают на входы ждущих синхронных генераторов 13 и 14, которые с помощью схемы синхронизации 21 выдают сигналы в виде импульса на частоте 10 МГц на каждое воздействие входящего сигнала (с выхода 12), равного "1". Реверсивный двоичный счетчик 15 производит подсчет единичных импульсов, поступающих с выхода ждущего синхронного генератора 13, и вычитание импульсов, поступающих с выхода ждущего синхронного генератора 14. Реверсивный двоичный счетчик 15 положительную информацию представляет в прямом коде, а отрицательную - в дополнительном коде, и преобразование дополнительного кода в прямой осуществляется преобразователем дополнительного кода в прямой 16. На вход схемы собирания 17 (ИЛИ) поступают сигналы с реверсивного двоичного счетчика 15, если отклонение чувствительного элемента 1 в фазе ГОН 6, и преобразователя дополнительного кода в прямой 16, если фаза равна 180°. После логического сложения сигналов в 17 выходной сигнал с 17 подается на вход двоичного умножителя 18, на выходе которого будут импульсы, число которых пропорционально двоичному коду, поступающему на вход схемы собирания 17. Двоичный умножитель 18 преобразует двоичный код в единичный. Сглаживающий фильтр 19, на вход которого поступают импульсы с двоичного умножителя 18, не только устраняет пульсацию входного сигнала с 18, но и обеспечивает устойчивую работу устройства, охваченного обратными связями разных знаков. На токовую обмотку датчика момента 22 поступает сигнал с знакового переключателя 20 со знаком знакового разряда реверсивного двоичного счетчика 15. На токовую обмотку 22 будут поступать сигналы с выходов 10 и 20, которые будут устранять отклонение чувствительного элемента 1 и обеспечивать повышение точности и расширение полосы пропускания устройства для измерения ускорений. Выход схемы собирания 17 является выходом цифрового кода устройства для измерения ускорений.Under the action of acceleration W on the
Техническую эффективность предлагаемого устройства можно оценить с помощью результатов моделирования (моделирование осуществлено при следующих параметрах Т=0.2 с, ξ=2.The technical efficiency of the proposed device can be estimated using the simulation results (modeling was carried out with the following parameters T = 0.2 s, ξ = 2.
На фиг.2 и фиг.3 представлены переходный процесс и частотные характеристики в прототипе с частотой среза ωСР≤7.52 с-1 и коэффициентом К01ККОСЗ≤30 с-2; на фиг.4 и фиг.5 представлены переходный процесс и частотные характеристики в предлагаемом устройстве. Из фиг.5 следует, что частота среза ωСР>473,68 с-1.Figure 2 and figure 3 presents the transient and frequency characteristics in the prototype with a cutoff frequency ω CP ≤7.52 s -1 and a coefficient K 01 KK OSZ ≤30 s -2 ; figure 4 and figure 5 shows the transient and frequency characteristics in the proposed device. From figure 5 it follows that the cutoff frequency ω CP > 473.68 s -1 .
Из результатов моделирования следует, что по сравнению с прототипом частота увеличилась в 87,5 раза, и во столько же раз возросла полоса пропускания и увеличился коэффициент подавления (фиг.5). Предложенная структура построения устройства для измерения ускорений, с положительной обратной связью по первой и второй производной и отрицательной интегрирующей обратной связью, приводит к положительному эффекту.From the simulation results it follows that, compared with the prototype, the frequency increased by 87.5 times, and the passband increased by the same amount and the suppression coefficient increased (Fig. 5). The proposed structure for constructing a device for measuring accelerations, with positive feedback on the first and second derivatives and negative integrating feedback, leads to a positive effect.
Таким образом, введение в устройство обратных связей разных знаков увеличивает точность и расширяет полосу пропускания.Thus, the introduction of feedback of different signs into the device increases accuracy and extends the bandwidth.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2006106865/28A RU2308038C1 (en) | 2006-03-06 | 2006-03-06 | Device for measuring acceleration |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2006106865/28A RU2308038C1 (en) | 2006-03-06 | 2006-03-06 | Device for measuring acceleration |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2308038C1 true RU2308038C1 (en) | 2007-10-10 |
Family
ID=38953006
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2006106865/28A RU2308038C1 (en) | 2006-03-06 | 2006-03-06 | Device for measuring acceleration |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2308038C1 (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2444018C2 (en) * | 2010-03-18 | 2012-02-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Тульский государственный университет" (ТулГУ) | Apparatus for measuring acceleration |
RU2449293C1 (en) * | 2010-12-15 | 2012-04-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Тульский государственный университет" (ТулГУ) | Compensation accelerometer |
RU2614205C1 (en) * | 2016-01-18 | 2017-03-23 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тульский государственный университет" (ТулГУ) | Compensating accelerometer |
-
2006
- 2006-03-06 RU RU2006106865/28A patent/RU2308038C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2444018C2 (en) * | 2010-03-18 | 2012-02-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Тульский государственный университет" (ТулГУ) | Apparatus for measuring acceleration |
RU2449293C1 (en) * | 2010-12-15 | 2012-04-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Тульский государственный университет" (ТулГУ) | Compensation accelerometer |
RU2614205C1 (en) * | 2016-01-18 | 2017-03-23 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тульский государственный университет" (ТулГУ) | Compensating accelerometer |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2513667C1 (en) | Compensation accelerometer | |
RU2415442C1 (en) | Compensation accelerometre | |
RU2449293C1 (en) | Compensation accelerometer | |
RU2397498C1 (en) | Compensation accelerometre | |
RU2363957C1 (en) | Compensation accelerometer | |
RU2405160C1 (en) | Acceleration measurement device | |
RU2308038C1 (en) | Device for measuring acceleration | |
RU2724241C1 (en) | Compensatory accelerometer | |
RU2411522C1 (en) | Compensation accelerometre | |
RU2359277C1 (en) | Compensation accelerometre | |
RU2325662C1 (en) | Accelerometer | |
RU2526589C1 (en) | Accelerometer | |
RU2539826C2 (en) | Compensation-type accelerometer | |
RU2165625C1 (en) | Gear measuring accelerations | |
RU2513665C1 (en) | Compensation accelerometer | |
RU2649246C1 (en) | Compensation accelerometer | |
RU2676217C1 (en) | Compensation accelerometer | |
RU2696667C1 (en) | Accelerometer | |
RU2384848C1 (en) | Acceleration measurement device | |
RU2614205C1 (en) | Compensating accelerometer | |
RU2308039C1 (en) | Device for measuring accelerations | |
RU2329512C1 (en) | Device for measurement of accelerations | |
RU2527660C1 (en) | Accelerometer | |
RU2360258C1 (en) | Compensation accelerometre | |
RU2780407C1 (en) | Device for measuring accelerations |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20080307 |