RU2341805C1 - Compensating accelerometer - Google Patents
Compensating accelerometer Download PDFInfo
- Publication number
- RU2341805C1 RU2341805C1 RU2007125219/28A RU2007125219A RU2341805C1 RU 2341805 C1 RU2341805 C1 RU 2341805C1 RU 2007125219/28 A RU2007125219/28 A RU 2007125219/28A RU 2007125219 A RU2007125219 A RU 2007125219A RU 2341805 C1 RU2341805 C1 RU 2341805C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- resistor
- amplifier
- temperature
- accelerometer
- circuit
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Indication And Recording Devices For Special Purposes And Tariff Metering Devices (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для прецизионного измерения ускорений в системах коррекции дальности полета реактивных снарядов.The invention relates to measuring technique and can be used for precision measurement of accelerations in systems for correcting the range of missiles.
Известен компенсационный акселерометр [1], содержащий инерционный элемент, механическую колебательную систему, преобразователь перемещения в электрический сигнал, подключенный через предварительный усилитель к оконечному усилителю цепи прямого преобразования, выход которого соединен с первой обмоткой обратного преобразователя, и канал демпфирования, содержащий подключенный к выходу предварительного усилителя дифференцирующий усилитель и вторую обмотку обратного преобразователя канала демпфирования, усилитель постоянного тока, вход которого подключен к выходу дифференцирующего усилителя, дополнительный усилитель постоянного тока, вход которого подключен к выходу дифференцирующего усилителя, а выход к второй обмотке обратного преобразователя канала демпфирования.Known compensation accelerometer [1], containing an inertial element, a mechanical oscillatory system, a transducer to move an electrical signal connected through a pre-amplifier to a terminal amplifier of the direct conversion circuit, the output of which is connected to the first winding of the inverse transducer, and a damping channel containing connected to the output of the preliminary an amplifier a differentiating amplifier and a second winding of a damping channel inverter, a DC amplifier, the course of which is connected to the output of the differentiating amplifier, an additional DC amplifier, the input of which is connected to the output of the differentiating amplifier, and the output to the second winding of the inverter of the damping channel.
Недостатком акселерометра является сложность конструкции чувствительного элемента из-за необходимости выполнения и подключения к выходу усилителя демпфирующей обмотки, а также уменьшение эффективности преобразования электрического тока в уравновешивающую силу. Последний недостаток приводит либо к увеличению тока компенсации, либо к уменьшению верхней границы диапазона измерений. Другими недостатками акселерометра являются сложность регулирования динамических характеристик и усложнение схемы акселерометра, связанное с введением к нее двух дополнительных усилителей.The disadvantage of the accelerometer is the complexity of the design of the sensitive element due to the need to perform and connect a damping winding to the amplifier output, as well as a decrease in the efficiency of converting the electric current into a balancing force. The latter drawback leads either to an increase in the compensation current, or to a decrease in the upper limit of the measurement range. Other disadvantages of the accelerometer are the difficulty of regulating dynamic characteristics and the complexity of the accelerometer circuit associated with the introduction of two additional amplifiers.
Известен акселерометр [2], содержащий корпус, установленную на нем первую пластину, имеющую внешнюю подвижную часть, внутреннюю неподвижную часть и соединяющие их две упругие перемычки, оси изгиба которых образуют ось упругого шарнира, дифференциальный емкостный преобразователь положения, магнитоэлектрический силовой преобразователь с магнитом дисковой формы на корпусе и кольцевой компенсационной катушкой, груз, усилитель, газовый демпфер, характеристики которого изменяются путем изменения давления во внутренней полости акселерометра.Known accelerometer [2], comprising a housing, a first plate mounted on it, having an external moving part, an internal fixed part and two elastic jumpers connecting them, the bending axes of which form the axis of the elastic hinge, a differential capacitive position transducer, a magnetoelectric power transducer with a disk-shaped magnet on the body and ring compensation coil, load, amplifier, gas damper, the characteristics of which are changed by changing the pressure in the internal cavity of the accelerometer pa
Недостатком указанного акселерометра является значительная сложность регулирования давления в полости акселерометра с целью достижения заданных динамических характеристик и виброустойчивости.The disadvantage of this accelerometer is the significant complexity of regulating the pressure in the cavity of the accelerometer in order to achieve the specified dynamic characteristics and vibration resistance.
Известен акселерометр [3], содержащий чувствительный элемент, датчик положения, магнитоэлектрический силовой преобразователь с постоянным магнитом и компенсационной катушкой, первый вывод которой подсоединен к выходу усилителя, соединенные последовательно своими первыми выводами первый и второй масштабирующие резисторы, логическое устройство, управляющее работой реле, контакты которого в зависимости от значения измеряемого ускорения замыкают или размыкают один из масштабирующих резисторов, изменяя тем самым коэффициент преобразования акселерометра.Known accelerometer [3], containing a sensing element, a position sensor, a magnetoelectric power transducer with a permanent magnet and a compensation coil, the first output of which is connected to the output of the amplifier, connected in series with its first outputs first and second scaling resistors, a logic device that controls the operation of the relay, contacts which, depending on the value of the measured acceleration, closes or opens one of the scaling resistors, thereby changing the conversion coefficient accelerometer
Существенным недостатком этого устройства является неудовлетворительная временная стабильность выходного сигнала вследствие увеличения разрешающей способности за счет уменьшения глубины уравновешивания. Кроме того, при протекании тока, пропорционального измеряемому ускорению, по масштабирующим резисторам, контактам реле и электрическим проводникам, соединяющим указанные элементы из-за различия сечений и материалов, из которых выполнены проводники, контакты реле и выводы масштабирующих резисторов, возникают термо-ЭДС и эффект Пельтье [4], увеличивающие нелинейность функции преобразования и способствующие увеличению нестабильности выходного сигнала и акселерометра по мере возрастания измеряемого ускорения. Общим недостатком рассмотренных устройств является значительная систематическая составляющая температурной погрешности из-за изменения индукции в зазоре магнитной системы магнитоэлектрического преобразователя.A significant disadvantage of this device is the unsatisfactory temporal stability of the output signal due to an increase in resolution due to a decrease in the balancing depth. In addition, when current is proportional to the measured acceleration through scaling resistors, relay contacts and electrical conductors connecting these elements due to the difference in cross-sections and materials from which the conductors, relay contacts and outputs of scaling resistors are made, thermo-EMF and the effect Peltier [4], increasing the nonlinearity of the conversion function and contributing to an increase in the instability of the output signal and the accelerometer as the measured acceleration increases. A common disadvantage of the considered devices is a significant systematic component of the temperature error due to changes in the induction in the gap of the magnetic system of the magnetoelectric transducer.
В свою очередь нестабильность выходного сигнала ограничивает возможности улучшения метрологических характеристик акселерометра за счет ухудшения качества введения поправок в результат измерений на систематическое влияние различных эксплуатационных факторов.In turn, the instability of the output signal limits the possibility of improving the metrological characteristics of the accelerometer due to the deterioration of the quality of the introduction of amendments to the measurement result on the systematic influence of various operational factors.
Наиболее близким техническим решением к заявляемому является компенсационный акселерометр [5], содержащий инерционный элемент, механическую колебательную систему, датчик перемещения, обратный преобразователь, оконечный усилитель, выход которого соединен с последовательным соединением зашунтированной конденсатором обмотки обратного преобразователя и масштабирующего резистора, резистор цепи отрицательной обратной связи усилителя, один вывод которого подключен к его инвертирующему входу, а другой вывод к точке соединения обмотки обратного преобразователя и сигнального вывода масштабирующего резистора.The closest technical solution to the claimed one is a compensation accelerometer [5], containing an inertial element, a mechanical oscillatory system, a displacement transducer, an inverter, a terminal amplifier, the output of which is connected to a serial connection of a shunt capacitor of the inverse transformer winding and a scaling resistor, a negative feedback circuit resistor amplifier, one output of which is connected to its inverting input, and the other output to the connection point of the winding atnogo converter and signal output scaling resistor.
Существенными недостатками прототипа являются ограниченные возможности по формированию требуемых динамических характеристик и виброустойчивости из-за низкой устойчивости оконечного усилителя тока вследствие включения в цепь его прямого преобразования или цепь от преобразователя перемещения датчика до точки соединения обмотки и масштабирующего резистора, катушки обратного преобразователя с паразитными параметрами в виде активного сопротивления, корректирующей емкости и неучтенной в нем индуктивности, образующих высокочастотный колебательный контур. Указанное включение способствует появлению на выходе оконечного усилителя высокочастотной генерации значительной амплитуды, приводящей к потере работоспособности как самого усилителя, так и акселерометра в целом.Significant disadvantages of the prototype are limited possibilities for the formation of the required dynamic characteristics and vibration resistance due to the low stability of the terminal current amplifier due to the inclusion of direct conversion into the circuit or a circuit from the sensor displacement transducer to the connection point of the winding and the scaling resistor, coil of the inverter with parasitic parameters in the form active resistance, corrective capacitance and inductance unaccounted for in it, forming high-frequency oscillation circuit. This inclusion contributes to the appearance at the output of the terminal amplifier of high-frequency generation of significant amplitude, leading to a loss of operability of both the amplifier itself and the accelerometer as a whole.
Действительно, уточненная передаточная функция (ПФ) усилителя цепи уравновешивания устройства - прототипа W(p), определенная из [6] с учетом приведенной в нем формулы (7.14) и информации, представленной в таблицах I и III приложения, равнаIndeed, the specified transfer function (PF) of the balancing amplifier of the device balancing circuit, the prototype W (p), determined from [6], taking into account the formula (7.14) and the information presented in tables I and III of the appendix, is equal to
Выражение (1) получено с учетом следующих допущений, обоснованных в [6]:Expression (1) is obtained taking into account the following assumptions justified in [6]:
1) операционный усилитель имеет ПФ вида А/τр+1, где А - коэффициент усиления микросхемы усилителя, τ - характеризующая инерционность усилителя постоянная времени, соответствующая частоте среза или частоте, на которой амплитудно-частотная характеристика указанной микросхемы имеет затухание на уровне минус 3 dB, p - оператор Лапласа;1) the operational amplifier has a PF of the form A / τp + 1, where A is the gain of the amplifier microcircuit, τ is the inertia of the amplifier, the time constant corresponding to the cutoff frequency or the frequency at which the amplitude-frequency characteristic of the specified microcircuit has a attenuation of minus 3 dB , p is the Laplace operator;
2) схема электрическая усилителя цепи уравновешивания устройства-прототипа, приведенная в его описании, классифицируется как параллельный преобразователь «напряжение ток»;2) the electric circuit of the balancing circuit amplifier of the prototype device described in its description is classified as a parallel voltage-to-current converter;
3) с целью обеспечения высокой глубины уравновешивания в нем реализовано условие R2>>R1, R2>>R3;3) in order to ensure a high balancing depth, the condition R2 >> R1, R2 >> R3 is implemented in it;
4) ПФ полного сопротивления катушки обратного преобразователя Z(p) с учетом паразитных индуктивностей L, емкости С и активного сопротивления r равна 
Судя по виду характеристического уравнения (знаменателю) выражения (1), оно имеет относительно оператора р третий порядок, что соответствует неустойчивому состоянию усилителя, наблюдаемому в действительности.Judging by the form of the characteristic equation (denominator) of expression (1), it has a third order with respect to the operator p, which corresponds to the unstable state of the amplifier observed in reality.
Для обеспечения устойчивой работы усилителя необходимо в соответствии с рекомендациями [7] снизить порядок характеристического уравнения, например подключением корректирующего конденсатора Ск параллельно резистору R2. В этом случае ПФ усилителя станет равнойTo ensure stable operation of the amplifier, it is necessary, in accordance with the recommendations of [7], to reduce the order of the characteristic equation, for example, by connecting a correction capacitor C to a parallel resistor R2. In this case, the PF of the amplifier becomes equal
Из выражения (2) видно, что введение сомножителя (τкр+1) в его знаменатель снижает порядок характеристического уравнения на единицу, что соответствует устойчивому состоянию усилителя. Однако при этом усилитель в целом приобретает инерционные свойства, что подтверждается наличием этого же сомножителя во второй части выражения. Согласно [8] введение инерционного звена в цепь прямого преобразования за пределами механической колебательной системы приводит к потере виброустойчивости акселерометра.From the expression (2) it is seen that the introduction of the factor (τ to p + 1) in its denominator reduces the order of the characteristic equation by one, which corresponds to a stable state of the amplifier. However, the amplifier as a whole acquires inertial properties, which is confirmed by the presence of the same factor in the second part of the expression. According to [8], the introduction of an inertial link into the direct conversion circuit outside the mechanical oscillatory system leads to a loss of vibration resistance of the accelerometer.
Проявление эффекта усиливается при увеличении диапазона измерений, связанном с уменьшением сопротивления масштабирующего резистора.The manifestation of the effect increases with an increase in the measurement range associated with a decrease in the resistance of the scaling resistor.
Целями предлагаемого изобретения являются повышение стабильности метрологических характеристик, уменьшение систематической составляющей температурной погрешности акселерометра, обеспечение заданных динамических характеристик и виброустойчивости.The objectives of the invention are to increase the stability of metrological characteristics, reduce the systematic component of the temperature error of the accelerometer, provide specified dynamic characteristics and vibration resistance.
Поставленная цель достигается тем, что компенсационный акселерометр, содержащий инерционный элемент, колебательную систему, датчик перемещения, усилитель цепи уравновешивания, выход которого соединен с последовательно соединенными обмоткой обратного преобразователя и масштабирующим резистором, резистор цепи отрицательной обратной связи усилителя, один вывод которого подключен к его инвертирующему входу, снабжен дополнительными усилителем, резистором его обратной связи и подключенной к его инвертирующему входу цепью, содержащей параллельное включение медной обмотки датчика температуры и шунтирующего ее резистора RШ, соединенной последовательно с резистором RП, а также дополнительным конденсатором СДОП, подключенным параллельно к масштабирующему резистору, а свободный вывод резистора отрицательной обратной связи усилителя цепи уравновешивания подключен к его выходу, полное электрическое сопротивление 
где γ - назначенное значение составной части общей погрешности;where γ is the assigned value of the component of the total error;
R0 - электрическое сопротивление медной катушки при температуре, соответствующей середине температурного интервала;R 0 is the electrical resistance of the copper coil at a temperature corresponding to the middle of the temperature range;
αM, αR - температурные коэффициенты сопротивлений резистора RП и медной катушки R0;α M , α R are the temperature coefficients of the resistances of the resistor R P and the copper coil R 0 ;
n - установленное отношение температурных приращений сопротивлений RП и R0 (n>1);n is the established ratio of the temperature increments of the resistances R P and R 0 (n>1);
ΔТ - приращение температур относительно середины интервала температуры, воздействующей на акселерометр;ΔТ - temperature increment relative to the middle of the temperature interval acting on the accelerometer;
D, ω0 - заданные значения относительного коэффициента демпфирования и собственной частоты акселерометра.D, ω 0 - set values of the relative damping coefficient and natural frequency of the accelerometer.
На фиг.1 показана схема предлагаемого компенсационного акселерометра, где 1 - инерционный элемент, 2 - колебательная система, 3 - преобразователь перемещения, 4 - усилитель цепи уравновешивания, 5 - обратный преобразователь, 6 - узел подключения масштабирующего резистора, 7 - термокомпенсирующий усилитель.Figure 1 shows a diagram of the proposed compensation accelerometer, where 1 is an inertial element, 2 is an oscillating system, 3 is a displacement transducer, 4 is a balancing circuit amplifier, 5 is a inverse transducer, 6 is a scaling resistor connection node, 7 is a temperature compensating amplifier.
На фиг.2 представлена принципиальная электрическая схема включения оконечного усилителя цепи прямого преобразования 4, содержащего операционный усилитель DA1, инвертирующий вход которого подключен к электрическому соединению резисторов R1, R2, а выход - к обратному преобразователю 5, содержащему обмотку с электрическим сопротивлением r и паразитными индуктивностью L и емкостью С1 и узлом подключения масштабирующего резистора 6, состоящим из резистора RM, соединительных проводников rj и параллельно подключенного к ним корректирующего конденсатора Сдоп. Точка соединения узлов 5 и 6 подключена к термокомпенсирующему усилителю 7, содержащему операционный усилитель DA2, цепь его отрицательной обратной связи в виде резистора R3 и цепи, содержащей последовательный регулирующий резистор RП и параллельное соединение катушки датчика температуры R0(T) и шунтирующего резистора RШ.Figure 2 presents a circuit diagram of the inclusion of the terminal amplifier of the direct conversion circuit 4, containing the operational amplifier DA1, the inverting input of which is connected to the electrical connection of the resistors R1, R2, and the output to the inverse converter 5, containing a winding with an electrical resistance r and spurious inductance L and a capacitance C1 and a connection node for a scaling resistor 6, consisting of a resistor R M , connecting conductors r j and a correction condense connected to them in parallel Sator S add . The connection point of nodes 5 and 6 is connected to a temperature-compensating amplifier 7 containing an operational amplifier DA2, its negative feedback circuit in the form of a resistor R3 and a circuit containing a series control resistor R P and a parallel connection of the temperature sensor coil R 0 (T) and the shunt resistor R III.
На фиг.3, 4 показаны номограммы, представляющие собой графическое отображение математического описания поведения термокомпенсирующего усилителя и позволяющие определить электрические сопротивления резисторов, обеспечивающих требуемую компенсацию температурной погрешности акселерометра.Figure 3, 4 shows the nomograms, which are a graphical representation of the mathematical description of the behavior of the temperature-compensating amplifier and allow to determine the electrical resistance of the resistors that provide the required compensation for the temperature error of the accelerometer.
Акселерометр работает следующим образом. При воздействии ускорения на инерционный элемент, частью которого является катушка обратного преобразователя, возникает сила, преобразуемая колебательной системой в перемещение и датчиком перемещения в электрический сигнал. Этот сигнал усиливается в предварительном усилителе и с его выхода подается на оконечный усилитель цепи прямого преобразования 1 акселерометра, на выходе которого включена обмотка обратного преобразователя 2. Выходной сигнал оконечного усилителя вызывает протекание тока по обмотке 2, узлу 3 в виде масштабирующего резистора 3 и подключенному к нему параллельному конденсатору в случае, если измеряемое ускорение изменяется по частоте, или на вход акселерометра действует также вибрационное ускорение. Взаимодействие токов с полем постоянного магнита приводит к возникновению сил, стремящихся возвратить инерционный элемент в исходное состояние.The accelerometer works as follows. When acceleration acts on the inertial element, of which the inverter coil is a part, a force arises, which is converted by the oscillatory system into movement and by the displacement sensor into an electric signal. This signal is amplified in the pre-amplifier and fed from its output to the terminal amplifier of the direct conversion circuit 1 of the accelerometer, at the output of which the winding of the inverter 2 is turned on. The output signal of the terminal amplifier causes current to flow through the winding 2, node 3 in the form of a scaling resistor 3 and connected to parallel to the capacitor in case the measured acceleration varies in frequency, or vibration acceleration acts on the accelerometer input. The interaction of currents with the field of a permanent magnet leads to the emergence of forces tending to return the inertial element to its original state.
В соответствии с принципом действия акселерометра и его узлов 1, 2, 3 ток iк(р)ток, протекающий с выхода цепи прямого преобразования 1 по обратному преобразователю 2 и цепям подключения масштабирующего резистора г, пропорционален измеряемому ускорению.In accordance with the principle of operation of the accelerometer and its nodes 1, 2, 3, the current i to (p) the current flowing from the output of the direct conversion circuit 1 through the inverse converter 2 and the scaling resistor g connection circuits is proportional to the measured acceleration.
Уменьшение электрических сопротивлений проводников rj до установленного уровня приводит к тому, что влияние их перегрева, изменяющиеся в зависимости от измеряемого ускорения током iк(р), на изменение электрических сопротивлений и значения термо-ЭДС, возникающих в точках а-а', в-в', с-с', становится пренебрежительно малым, приводя к существенному уменьшению нестабильности выходного сигнала акселерометра в точке электрического соединения узлов 2 и 3 фиг.1.A decrease in the electrical resistances of the conductors r j to a predetermined level leads to the fact that the influence of their overheating, which varies depending on the measured acceleration by the current i k (p), on the change in electrical resistances and the values of thermo-EMF arising at points a-a ', in -c ', cc', becomes negligibly small, leading to a significant reduction in the instability of the accelerometer output signal at the point of electrical connection of nodes 2 and 3 of Fig. 1.
Имеющее систематический характер влияние изменения тока компенсации iк(р), вызванное нестабильностью индукции в зазоре магнитоэлектрического преобразователя при изменении температуры окружающей среды, уменьшается за счет введения в предлагаемый акселерометр узла 4 фиг.1, содержащего операционный усилитель ДА2, резистор его обратной связи R3 и термозависимую цепь, состоящую из последовательного регулирующего резистора RП и параллельно включенных медной обмотки датчика температуры с номинальным сопротивлением R0 и регулирующего резистора RШ.The systematic effect of the change in the compensation current i k (p), caused by the instability of the induction in the gap of the magnetoelectric transducer when the ambient temperature changes, decreases due to the introduction of the node 4 of Fig. 1 containing the operational amplifier DA2, its feedback resistor R3, and temperature-dependent circuit consisting of serial regulating resistor R P and a copper winding connected in parallel with a nominal resistance temperature sensor R 0 and regulating rezis torus R W.
Тип примененного датчика температуры не имеет принципиального значения, если временная стабильность его метрологических характеристик и линейность функции преобразования не уступают аналогичным параметрам датчика из медного провода.The type of temperature sensor used does not matter if the temporal stability of its metrological characteristics and the linearity of the conversion function are not inferior to similar parameters of the sensor made of copper wire.
В соответствии с электрической схемой узла 4 значение компенсируемой погрешности Kt в интервале от изменения температуры окружающей среды от минус ΔТ до +ΔТ равноAccording to the electric circuit unit 4 compensated error value K t in the range of ambient temperature changes from minus? T +? T is equal to
Условие выбора электрического сопротивления резистора RП может быть получено из анализа варианта исполнения узла 4 без резистора RШ, показывающего, что схема прекращает выполнять свои функции в том случае, когда температурные приращения сопротивлений резистора ΔRП=±RПαRΔТ становятся равными температурным приращениям сопротивления медной катушки ΔR0=R04αMΔT. Если задаться условием, при котором значение ΔR0 в n раз превышает возможное предельное значение ΔRП, то можно определить приемлемое значение электрического сопротивления RП по формулеThe condition for choosing the electrical resistance of the resistor R P can be obtained from the analysis of the embodiment of the node 4 without the resistor R Ш , showing that the circuit stops performing its functions when the temperature increments of the resistor ΔR П = ± R П α R ΔТ become equal to the temperature increments of the resistance of the copper coil ΔR 0 = R 04 α M ΔT. If the predetermined condition under which the value 0 in ΔR n times the possible limit value ΔR n, then we can define an acceptable value of the electric resistance R n according to the formula
Необходимость ограничения тока через датчик температуры, сохранения эффективности и точности процесса термокомпенсации не позволяет проводить дальнейшие изменения резистора RП, значению которого соответствует фиксированная величина Кt, доведение которой до требуемого обеспечивается плавным изменением электрического сопротивления резистора RШ. Из-за сложности аналитического определения функции RШ=f(Kt) из выражения (3) требуемое значение резистора RШ определяют по графикам, полученным путем моделирования на ЭВМ и представленным на фиг.2, фиг.3.The need to limit the current through the temperature sensor, maintain the efficiency and accuracy of the thermal compensation process, does not allow further changes in the resistor R P , the value of which corresponds to a fixed value of K t , bringing it to the required level is ensured by a smooth change in the electrical resistance of the resistor R Ш. Due to the complexity of the analytical definition of the function R W = f (K t ) from expression (3), the required value of the resistor R W is determined from the graphs obtained by computer simulation and presented in FIG. 2, FIG. 3.
Из них видно, что пределы компенсируемой температурной погрешности для различных значений RШ и при фиксированном значении RП колеблются в пределах от 0,04 до 2%/100°С, позволяющих решать реальные задачи термокомпенсации.It can be seen from them that the limits of the compensated temperature error for various values of R W and for a fixed value of R P range from 0.04 to 2% / 100 ° C, which allows solving real problems of thermal compensation.
Процедура термокомпенсации состоит из двух этапов. На первом этапе экспериментально определяется температурная погрешность акселерометра KΣ. Если KΣ не удовлетворяет заданным требованиям, то по графикам, приведенным на фиг.2 или фиг.3, определяется значение компенсирующей погрешности Kt0, соответствующей установленным в акселерометре сопротивлениям резисторов RП, RШ, R0. По сумме значений КΣ и Kt0, с учетом знака КΣ определяется фактическое значение погрешности KA=KΣ+|Kt0|, используемое далее для определения требуемого значения компенсирующей погрешности Kt и соответствующее ему сопротивление резистора RШ. На втором этапе экспериментально подтверждается ожидаемое уменьшение общей температурной погрешности акселерометра.The thermal compensation procedure consists of two stages. At the first stage, the temperature error of the accelerometer K Σ is experimentally determined. If K Σ does not meet the specified requirements, then according to the graphs shown in figure 2 or figure 3, the value of the compensating error K t0 corresponding to the resistance of the resistors R P , R W , R 0 set in the accelerometer is determined. By the sum of the values of K Σ and K t0 , taking into account the sign of K Σ , the actual value of the error K A = K Σ + | K t0 | is determined, which is used further to determine the required value of the compensating error K t and the corresponding resistance of the resistor R Ш. At the second stage, the expected decrease in the total temperature error of the accelerometer is experimentally confirmed.
Формирование заданных динамических характеристик и виброустойчивость акселерометра обеспечены путем выведения обратного преобразователя 2 из состава узла 1 фиг.1, а также введением в узел 3 дополнительного конденсатора Сдоп. При этом усилитель узла 1 приобретает абсолютную устойчивость за счет изменения порядка, описывающего его работу дифференциального уравнения и отделения от его выхода низкоомной резистивной RM и емкостной нагрузок Сдоп. Действительно в этом случае предлагаемая структура построения усилителя цепи уравновешивания классифицируется в соответствии с [6] как инвертор напряжения, ПФ которого равнаThe formation of the specified dynamic characteristics and vibration resistance of the accelerometer are ensured by removing the inverse transducer 2 from the assembly of node 1 of FIG. 1, as well as by introducing an additional capacitor C add . In this case, the amplifier of node 1 acquires absolute stability by changing the order describing its operation of the differential equation and separating the low-resistance resistive R M and capacitive loads C add . Indeed, in this case, the proposed structure for constructing a balancing circuit amplifier is classified in accordance with [6] as a voltage inverter whose PF is
Анализируя выражение (4), видим, что его характеристическое уравнение имеет первый порядок, свойственный абсолютно устойчивым системам, не требующим никаких мер по обеспечению повышения запасов устойчивости при сколь угодном увеличении отношения R2/R1. Кроме того, усилитель является практически безынерционным звеном, обеспечивающим широкие возможности формирования заданных динамических характеристик и виброустойчивости.Analyzing expression (4), we see that its characteristic equation is of the first order, characteristic of absolutely stable systems that do not require any measures to ensure an increase in stability margins with an acceptable increase in the ratio R2 / R1. In addition, the amplifier is an almost inertia-free link, providing ample opportunities for the formation of specified dynamic characteristics and vibration resistance.
В то же время указанный контур не оказывает значимого влияния на устойчивость низкочастотной цепи уравновешивания акселерометра, включающей в себя узлы 1, 2 и 3 фиг.1. Вследствие этого предложенные решения обеспечивают выполнение принципов реализации структуры построения низкочастотного виброустойчивого акселерометра. Одновременно обеспечиваются также широкие возможности по формированию динамических характеристик компенсационного акселерометра, собственная частота ω0 которого плавно регулируется изменением коэффициента усиления оконечного усилителя ДА1, а коэффициент демпфирования D регулируется изменением произведения собственной частоты и емкости корректирующего конденсатора Сдоп.At the same time, this circuit does not significantly affect the stability of the low-frequency chain of balancing the accelerometer, which includes nodes 1, 2 and 3 of figure 1. As a result of this, the proposed solutions ensure the implementation of the principles for implementing the structure for constructing a low-frequency vibration-resistant accelerometer. At the same time, there are also wide opportunities for the formation of dynamic characteristics of a compensation accelerometer, the natural frequency ω 0 of which is smoothly controlled by changing the gain of the terminal amplifier DA1, and the damping coefficient D is controlled by changing the product of the natural frequency and the capacitance of the correction capacitor C add .
Таким образом, предлагаемое решение по обеспечению временной стабильности позволяет с высокой точностью скомпенсировать погрешность акселерометра в условиях воздействия изменений температуры окружающей среды, а уменьшение инерционности оконечного усилителя цепи прямого преобразования позволяет не только увеличить точность акселерометра за счет повышения глубины уравновешивания, но и обеспечивает широкие возможности формирования заданных динамических характеристик и повышение виброустойчивости.Thus, the proposed solution for ensuring temporary stability allows high accuracy to compensate for the error of the accelerometer under the influence of changes in ambient temperature, and a decrease in the inertia of the terminal amplifier of the direct conversion circuit allows not only to increase the accuracy of the accelerometer by increasing the depth of balancing, but also provides wide possibilities for forming specified dynamic characteristics and increased vibration resistance.
Эффективность предлагаемых решений подтверждена разработками, серийным выпуском акселерометров в ФГУП "НИИ физических измерений" и результатами натурных испытаний.The effectiveness of the proposed solutions is confirmed by the development, serial production of accelerometers in the Federal State Unitary Enterprise Research Institute of Physical Measurements and the results of field tests.
Источники информацииInformation sources
1. А.с. СССР № 1775671, МКИ5 G01Р 15/08. Компенсационный акселерометр / А.А.Папко, В.Н.Колганов, С.Н.Вяткин, Т.И.Балашова. - №4916740/10; заявл. 05.03.91; опубл. 15.11.92, Бюл. №42. - 3 с.: ил.1. A.S. USSR No. 1775671, MKI 5 G01P 15/08. Compensation accelerometer / A.A. Papko, V.N. Kolganov, S.N. Vyatkin, T.I. Balashova. - No. 4916740/10; declared 03/05/91; publ. 11/15/92, Bull. Number 42. - 3 p.: Ill.
2. Пат. РФ №2193209, МПК7, G01Р 15/13. Компенсационный акселерометр / Баженов В.И., Будкин В.П., Вдовенко И.В., Джанджгава Г.И., Рязанов В.А., Соловьев; заявитель и патентообладатель Открытое акционерное общество "Раменское приборостроительное конструкторское бюро". - №2001123261/28; заявл. 21.08.01; опубл. 20.11.02.2. Pat. RF №2193209, IPC 7 , G01Р 15/13. Compensation accelerometer / Bazhenov V.I., Budkin V.P., Vdovenko I.V., Dzhandzhgava G.I., Ryazanov V.A., Soloviev; Applicant and patent holder Open Joint-Stock Company "Ramenskoye Instrument-Making Design Bureau". - No. 2001123261/28; declared 08.21.01; publ. 11/20/02.
3. Пат. РФ №2155965, МПК7, G01Р 15/13. Компенсационный акселерометр / Баженов В.И., Бражник В.М., Краснов В.В.; заявитель и патентообладатель Открытое акционерное общество "Раменское приборостроительное конструкторское бюро". №99115633/28; заявл. 19.07.99; опубл. 10.09.00.3. Pat. RF №2155965, IPC 7 , G01P 15/13. Compensation accelerometer / Bazhenov V.I., Brazhnik V.M., Krasnov V.V .; Applicant and patent holder Open Joint-Stock Company "Ramenskoye Instrument-Making Design Bureau". No. 99115633/28; declared 07/19/99; publ. 09/10/00.
4. Бельцев А.В., Богатов В.В., Каржавин А.В. и др. Термоэлектрические преобразователи температуры. Теория, практика, развитие // Приборы, 2004, №3(45), с.53-63.4. Beltsev A.V., Bogatov V.V., Karzhavin A.V. and other thermoelectric temperature converters. Theory, practice, development // Devices, 2004, No. 3 (45), pp. 53-63.
5. Пат. РФ №2138822, МПК6, G01Р 15/08. Компенсационный акселерометр / Колганов В.Н., Папко А.А., Малкин Ю.М.; заявитель и патентообладатель Научно-исследовательский институт физических измерений. №97108268/28; заявл. 20.05.97; опубл. 27.09.99, Бюл. №27, 4 с.: ил.5. Pat. RF №2138822, IPC 6 , G01P 15/08. Compensation accelerometer / Kolganov V.N., Papko A.A., Malkin Yu.M.; Applicant and patent holder Scientific Research Institute of Physical Measurements. No. 97108268/28; declared 05/20/97; publ. 09/27/99, Bull. No. 27, 4 pp., Ill.
6. Достал И. Операционные усилители. М.: Мир, 1982, 512 с.6. Got I. Operational amplifiers. M .: Mir, 1982, 512 p.
7. Бесекерский В. А., Попов Е. П. Теория систем автоматического регулирования. М.: Наука, 1975, 767 с.7. Besekersky V. A., Popov E. P. Theory of automatic control systems. M .: Nauka, 1975, 767 p.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2007125219/28A RU2341805C1 (en) | 2007-07-03 | 2007-07-03 | Compensating accelerometer |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2007125219/28A RU2341805C1 (en) | 2007-07-03 | 2007-07-03 | Compensating accelerometer |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2341805C1 true RU2341805C1 (en) | 2008-12-20 |
Family
ID=40375288
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2007125219/28A RU2341805C1 (en) | 2007-07-03 | 2007-07-03 | Compensating accelerometer |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2341805C1 (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2528119C2 (en) * | 2012-12-26 | 2014-09-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственный центр автоматики и приборостроения имени академика Н.А. Пилюгина" (ФГУП "НПЦАП") | Thermal invariant meter of linear acceleration |
| RU2536855C1 (en) * | 2013-05-22 | 2014-12-27 | Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт физических измерений" | Compensation-type accelerometer |
| RU2615221C2 (en) * | 2015-04-30 | 2017-04-04 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственный центр автоматики и приборостроения имени академика Н.А. Пилюгина" (ФГУП "НПЦАП") | Method for providing vibration resistance of pendulum accelerometer of linear accelerations with digital feedback and vibration pendulum accelerometer |
-
2007
- 2007-07-03 RU RU2007125219/28A patent/RU2341805C1/en active
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2528119C2 (en) * | 2012-12-26 | 2014-09-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственный центр автоматики и приборостроения имени академика Н.А. Пилюгина" (ФГУП "НПЦАП") | Thermal invariant meter of linear acceleration |
| RU2536855C1 (en) * | 2013-05-22 | 2014-12-27 | Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт физических измерений" | Compensation-type accelerometer |
| RU2615221C2 (en) * | 2015-04-30 | 2017-04-04 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственный центр автоматики и приборостроения имени академика Н.А. Пилюгина" (ФГУП "НПЦАП") | Method for providing vibration resistance of pendulum accelerometer of linear accelerations with digital feedback and vibration pendulum accelerometer |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US4336718A (en) | Control circuit for accelerometer | |
| Depari et al. | Autobalancing analog front end for full-range differential capacitive sensing | |
| JP2936286B2 (en) | Precision capacitive transducer circuit and method | |
| CA2196712C (en) | Resistance bridge and its use in conversion systems | |
| JPH0719807A (en) | Distortion amount detecting device and driving circuit and amplification circuit for it | |
| KR20100010930A (en) | Operation method and switch arrangement for a capacitive micromechanical sensor with analog reset | |
| US6075754A (en) | Single-coil force balance velocity geophone | |
| Barile et al. | A CMOS full-range linear integrated interface for differential capacitive sensor readout | |
| US20240272214A1 (en) | Circuits and methods for precise capacitance measurement | |
| RU2341805C1 (en) | Compensating accelerometer | |
| EP3687071B1 (en) | Circuit for sensing an analog signal generated by a sensor, corresponding electronic system and method | |
| RU2400761C1 (en) | Acceleration measurement device | |
| EP1424562B1 (en) | Sensor capacity sensing apparatus and sensor capacity sensing method | |
| Sisinni et al. | Full-analog parasitic capacitance compensation for AC-excited differential sensors | |
| Nihtianov et al. | An interface circuit for RC impedance sensors with a relaxation oscillator | |
| Lei et al. | An oversampled capacitance-to-voltage converter IC with application to time-domain characterization of MEMS resonators | |
| RU2566655C1 (en) | Measurement of apparent acceleration and piezoelectric accelerometer to this end | |
| RU191613U1 (en) | The scheme for measuring the parameters of the input and transfer characteristics of operational amplifiers and voltage comparators | |
| Ferrari et al. | A conditioning circuit for resistive sensors combining frequency and duty-cycle modulation of the same output signal | |
| RU2638919C1 (en) | Electronic system of compensation accelerometer | |
| JP7407617B2 (en) | Acceleration measurement device and acceleration measurement method | |
| Lanniel et al. | Evaluation of frontend readout circuits for high performance automotive MEMS accelerometers | |
| EP3803314B1 (en) | Measuring system and method for measuring the displacement of at least one point of a bridge | |
| RU2107301C1 (en) | Compensation accelerometer | |
| RU2536855C1 (en) | Compensation-type accelerometer |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PD4A | Correction of name of patent owner |