RU2390029C1 - Multibeam accelerometre for measuring acceleration of physical body and electronic model of multibeam accelerometre - Google Patents
Multibeam accelerometre for measuring acceleration of physical body and electronic model of multibeam accelerometre Download PDFInfo
- Publication number
- RU2390029C1 RU2390029C1 RU2009106363/28A RU2009106363A RU2390029C1 RU 2390029 C1 RU2390029 C1 RU 2390029C1 RU 2009106363/28 A RU2009106363/28 A RU 2009106363/28A RU 2009106363 A RU2009106363 A RU 2009106363A RU 2390029 C1 RU2390029 C1 RU 2390029C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- amplifiers
- strain
- multicomponent
- accelerometre
- electronic model
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Pressure Sensors (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к измерительной технике для преобразования в электрические сигналы ускорений. Устройство может быть применено в ортопедии как система контроля положения позвоночника в трехмерном пространстве его движения за счет измерения 3-х линейных и 3-х угловых ускорений общего центра масс (ОЦМ) тела пациента.The invention relates to measuring equipment for conversion into electrical acceleration signals. The device can be used in orthopedics as a system for monitoring the position of the spine in the three-dimensional space of its movement by measuring 3 linear and 3 angular accelerations of the general center of mass (OCM) of the patient’s body.
Для измерения и контроля положения позвоночника используется большое количество опосредованных методов, например система контроля положения позвоночника по патенту РФ №02304920, основанная на контроле давления в соединенной с позвоночником эластичной емкости. Данные методы не позволяют получить данные о линейных и угловых ускорениях позвоночника. Для измерения данных ускорений может быть использован акселерометр - полупроводниковый датчик величины и направления ускорения. Так, например, известен принятый за прототип двухбалочный акселерометр по патенту РФ №02324192, который принят за прототип, содержащий две упругие тензометрированные балки, одни концы которых неподвижны, а другие соединены с двумя грузами, соединенными между собой упруго.To measure and control the position of the spine, a large number of indirect methods are used, for example, the system for monitoring the position of the spine according to the patent of the Russian Federation No. 02304920, based on monitoring the pressure in the elastic capacity connected to the spine. These methods do not allow to obtain data on linear and angular accelerations of the spine. To measure these accelerations, an accelerometer can be used - a semiconductor sensor of the magnitude and direction of acceleration. So, for example, the two-beam accelerometer adopted for the prototype according to the patent of the Russian Federation No. 02324192 is known, which is adopted for the prototype containing two elastic tensometric beams, one ends of which are motionless, and the other are connected with two weights, connected elastically.
Общими существенными признаками прототипа и предлагаемого технического решения являются следующие: многобалочный акселерометр для измерения ускорений физического тела содержит более одной упругой тензометрированной балки и механический диполь в виде двух разнесенных масс.The common essential features of the prototype and the proposed technical solution are as follows: a multi-beam accelerometer for measuring the accelerations of the physical body contains more than one elastic tensometric beam and a mechanical dipole in the form of two spaced masses.
Данный акселерометр позволяет измерить линейное ускорение по двум осям, что позволит в системе контроля положения ОЦМ позвоночника фиксировать лишь две линейные координаты.This accelerometer allows you to measure linear acceleration along two axes, which will allow you to record only two linear coordinates in the position monitoring system of the spinal column centroid.
Предлагаемым изобретением решается следующая техническая задача - измерение одновременно и одноместно 3-х линейных и 3-х угловых ускорений. Наличие такой информации в электрических сигналах позволяет путем интегрирования по времени этих сигналов восстановить траекторию движения ОЦМ позвоночника.The present invention solves the following technical problem - the measurement of simultaneously and unilaterally 3 linear and 3 angular accelerations. The presence of such information in electrical signals makes it possible, by integrating these signals over time, to restore the trajectory of the OTsM of the spine.
Для решения данной технической задачи в многобалочном акселерометре для измерения ускорений физического тела, содержащем более одной упругой тензометрированной балки и механический диполь в виде двух соединенных между собой тягой разнесенных масс, количество упругих тензометрированных балок не менее шести, они соединены между собой в многокомпонентную балку последовательно так, что каждая из балок имеет наибольшую чувствительность к одной из компонент пары сил, вызванных тремя линейными и тремя угловыми ускорениями общего центра масс физического тела, при этом один конец многокомпонентной балки соединен с выполненной жесткой тягой механического диполя, ось которой расположена под углом к оси многокомпонентной балки, а второй конец многокомпонентной балки закреплен на физическом теле, притом каждая тензометрированная балка содержит тензорезисторы, объединенные в тензомост, а выходы тензомостов подключены к электронной модели многобалочного акселерометра.To solve this technical problem in a multi-beam accelerometer for measuring the accelerations of a physical body containing more than one elastic tensiometric beam and a mechanical dipole in the form of two spaced-apart masses interconnected by a thrust, the number of elastic tensiometric beams is not less than six, they are interconnected into a multicomponent beam sequentially so that each of the beams has the greatest sensitivity to one of the components of a pair of forces caused by three linear and three angular accelerations of the common center ss of the physical body, while one end of the multicomponent beam is connected to a rigid thrust of a mechanical dipole, the axis of which is located at an angle to the axis of the multicomponent beam, and the second end of the multicomponent beam is mounted on the physical body, moreover, each strain gauge beam contains strain gauges combined into a strain gage, and Strain bridge outputs are connected to an electronic model of a multi-beam accelerometer.
Отличительными признаками предлагаемого акселерометра являются следующие: количество упругих тензометрированных балок не менее шести, они соединены между собой в многокомпонентную балку последовательно так, что каждая из балок имеет наибольшую чувствительность к одной из компонент пары сил, вызванных тремя линейными и тремя угловыми ускорениями общего центра масс физического тела, при этом один конец многокомпонентной балки соединен с выполненной жесткой тягой механического диполя, ось которой расположена под углом к оси многокомпонентной балки, а второй конец многокомпонентной балки закреплен на физическом теле, притом каждая тензометрированная балка содержит тензорезисторы, объединенные в тензомост, а выходы тензомостов подключены к электронной модели многобалочного акселерометра.The distinguishing features of the proposed accelerometer are the following: the number of elastic tensometric beams is not less than six, they are interconnected into a multicomponent beam in series so that each of the beams has the greatest sensitivity to one of the components of a pair of forces caused by three linear and three angular accelerations of the common center of mass of the physical body, while one end of the multicomponent beam is connected to a rigid rod of a mechanical dipole, the axis of which is located at an angle to the axis of the multicomponent -component beam and a second end secured to a multicomponent beam physical body, moreover tenzometrirovannaya each beam comprises a strain gage integrated in tenzomost and tenzomostov outputs are connected to an electronic model mnogobalochnogo accelerometer.
Каждый из шести тензомостов многобалочного акселерометра несет информацию не только о компоненте, на которую он настроен, но также и о перекрестной компоненте. Поэтому первые усилители содержат на выходе информацию о компоненте с погрешностью. С целью уменьшения погрешности применена электронная модель, настраиваемая при тарировке акселерометра, содержащая 6 первых усилителей с фиксированным коэффициентом передачи, входы которых подключены к выходам соответствующих тензомостов, и 30 вторых усилителей с управляемым напряжением коэффициентом передачи, причем каждый из первых 6 усилителей и каждые 5 из 30 вторых усилителей объединены в последовательную i-ю цепочку, а управляющие входы вторых усилителей, входящих в i-ю цепочку, соединены со входами соответствующих первых усилителей, не входящих в i-ю цепочку.Each of the six tensile bridges of a multi-beam accelerometer carries information not only about the component it is tuned to, but also about the cross component. Therefore, the first amplifiers contain information about the component with an error. In order to reduce the error, an electronic model is used, which is tuned during calibration of the accelerometer, containing 6 first amplifiers with a fixed transmission coefficient, the inputs of which are connected to the outputs of the corresponding strain bridges, and 30 second amplifiers with a voltage-controlled transmission coefficient, each of the first 6 amplifiers and every 5 of 30 second amplifiers are combined in a serial i-th chain, and the control inputs of the second amplifiers included in the i-th chain are connected to the inputs of the corresponding first amplifiers th, not included in the i-th chain.
Кроме того, для получения траектории движения физического тела многобалочный акселерометр дополнительно содержит интегратор по времени выходных сигналов электронной модели.In addition, to obtain the trajectory of the physical body, the multi-beam accelerometer further comprises a time integrator of the output signals of the electronic model.
Благодаря наличию данных отличительных признаков стало возможным измерить одноместно и одновременно 3 угловых и 3 линейных ускорения. Полученная таким образом информация позволяет путем интегрирования ее во времени восстановить траекторию движения ОЦМ тела.Due to the presence of these distinguishing features, it became possible to measure simultaneously and simultaneously 3 angular and 3 linear accelerations. The information obtained in this way allows, by integrating it in time, to restore the trajectory of the body's OTC.
Изобретение поясняется фиг.1-2.The invention is illustrated figure 1-2.
На фиг.1 приведен рисунок многобалочного акселерометра.Figure 1 shows a picture of a multi-beam accelerometer.
На фиг.2 приведена схема электронной модели многобалочного акселерометра.Figure 2 shows a diagram of an electronic model of a multi-beam accelerometer.
Изображенный на фиг.1 многобалочный акселерометр содержит: шесть (не менее) упругих тензометрированных балок, из которых две упругие балки 2 выполнены с большей чувствительностью вдоль оси X, для чего размещены на упругом параллелограмме, расположенном в плоскости, через которую проходит ось X; две упругие балки 3 с большей чувствительностью вдоль оси Y, две упругие балки 4 с большей чувствительностью вдоль оси Z; и упругую балку 5, чувствительную к моменту вокруг оси X, а также механический диполь 1 в виде двух соединенных между собой жесткой тягой разнесенных масс. Балки 2-5 соединены между собой в многокомпонентную балку последовательно так, что каждая из балок имеет наибольшую чувствительность к одной из компонент пары сил, вызванных тремя линейными и тремя угловыми ускорениями общего центра масс физического тела, при этом один конец многокомпонентной балки соединен с механическим диполем 1, ось которой расположена под углом к оси многокомпонентной балки, а второй конец многокомпонентной балки закреплен на физическом теле 6, притом каждая тензометрированная балка содержит тензорезисторы 7, которые объединяются в шесть тензомостов 8 так, что каждый несет информацию в большей степени о i-й компоненте пары сил (или о соответствующей компоненте трехмерного углового или линейного ускорения), выходы тензомостов 8 подключены к электронной модели 9 многобалочного акселерометра.The multi-beam accelerometer shown in FIG. 1 contains: six (at least) elastic tensometric beams, of which two elastic beams 2 are made with greater sensitivity along the X axis, for which they are placed on an elastic parallelogram located in the plane through which the X axis passes; two elastic beams 3 with greater sensitivity along the Y axis, two elastic beams 4 with greater sensitivity along the Z axis; and an elastic beam 5, sensitive to the moment around the X axis, as well as a
Изображенная на фиг.2 электронная модель 9 многобалочного акселерометра содержит шесть первых усилителей 10 с фиксированным коэффициентом передачи, входы которых подключены к выходам соответствующих тензомостов 8, и тридцать вторых усилителей 11 с управляемым напряжением коэффициентом передачи, причем каждый из первых шести усилителей 10 и каждые пять из тридцати вторых усилителей 11 объединены в последовательную i-ю цепочку, а управляющие входы вторых усилителей 11, входящих в i-ю цепочку, соединены со входами соответствующих первых усилителей 10, не входящих в i-ю цепочку.The electronic model 9 of a multi-beam accelerometer shown in FIG. 2 contains six
Для получения траектории движения физического тела многобалочный акселерометр 9 дополнительно содержит интегратор по времени 12 выходных сигналов электронной модели.To obtain the trajectory of the physical body, the multi-beam accelerometer 9 further comprises a time integrator 12 of the output signals of the electronic model.
Устройство работает следующим образом. При ходьбе на месте или двигаясь в пространстве, ОМЦ позвоночника совершает трехмерное движение с неизвестным ускорением, вызывающим трехмерное движение механического диполя 1, который создает пару сил, воздействующих на шестикомпонентную упругую балку, которая изменяет деформацию упругих балок 2-5, измеряемую тензорезисторами 7. Выходной сигнал тензомостов 8 с тензоусилителем соответствующих балок 2-5 несет в большей степени информацию о соответствующей компоненте пары сил. Например, тензомосты 8 балки 2 о Х компоненте (сила Fx), тензомосты 8 балок 3 - о Z компоненте (сила Fy) и о компоненте вокруг оси Y (момент My), тензомосты 8 балок 4 - о Y компоненте и о компоненте вокруг оси Z, тензомосты 8 балки 5 - о компоненте вокруг оси X. Но погрешность этих сигналов из-за перекрестных связей может достигать 50%. С целью уменьшения погрешности введена электронная модель 9. При этом усилители 10 позволяют получить первое приближение компонент пары сил, а усилители 11 уменьшают погрешность определения сил до 0,1%.The device operates as follows. When walking in place or moving in space, the CMC of the spine performs three-dimensional motion with unknown acceleration, causing three-dimensional motion of the
Интегрирование сигналов с выходов цепочки последовательно соединенных усилителей 11 с помощью интегратора по времени 12 позволяет установить перемещения ОЦМ во времени и тем самым сделать заключение о тех или иных дефектах в позвоночнике или в суставах ног.Integration of the signals from the outputs of the chain of series-connected
Настраивается электронная модель 9 на стенде, позволяющем задавать три силы и три момента на многобалочный акселерометр. Для этого конец, соединенный с механическим диполем 1, соединяют с кареткой, на которую подвешивают тарировочные грузы, сила действия которых преобразуется кареткой в силы по одной из 3-х ортогональных осей или моменты вокруг одной из этих осей. Оси каретки и оси многобалочного акселерометра совмещаются. Заданием сил или моментов только по одной из осей определяют коэффициент передачи первых шести усилителей 10. Заданием силы по одной из осей и заданием силы по ортогональной ей оси определяют степень влияния перекрестной нагрузки на измеряемый компонент силы, который оценивается коэффициентом kij, индекс i соответствует последовательной цепи усилителей 10 и измеряемой компоненте, индекс j соответствует номеру одного из вторых усилителей 11 и перекрестной компоненте пары силThe electronic model 9 is set up on the bench, which allows you to set three forces and three moments on a multi-beam accelerometer. To do this, the end connected to the
, ,
где kij - коэффициент передачи вторых 5х6 усилителей;where k ij is the transfer coefficient of the second 5x6 amplifiers;
ui,j=0 - напряжение с выхода одного i-го усилителя из шести первых при загрузке акселерометра только вдоль i оси;u i, j = 0 is the voltage from the output of one i-th amplifier of the first six when loading the accelerometer only along the i-axis;
uij - то же напряжение, но при загрузке акселерометра дополнительно вдоль j-й оси;u ij is the same voltage, but when loading the accelerometer additionally along the j-th axis;
uji - напряжение с j-го усилителя из 5×6 вторых усилителей при этой загрузке.u ji is the voltage from the j-th amplifier of 5 × 6 second amplifiers at this load.
Claims (3)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2009106363/28A RU2390029C1 (en) | 2009-02-26 | 2009-02-26 | Multibeam accelerometre for measuring acceleration of physical body and electronic model of multibeam accelerometre |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2009106363/28A RU2390029C1 (en) | 2009-02-26 | 2009-02-26 | Multibeam accelerometre for measuring acceleration of physical body and electronic model of multibeam accelerometre |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2390029C1 true RU2390029C1 (en) | 2010-05-20 |
Family
ID=42676231
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2009106363/28A RU2390029C1 (en) | 2009-02-26 | 2009-02-26 | Multibeam accelerometre for measuring acceleration of physical body and electronic model of multibeam accelerometre |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2390029C1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2504866C1 (en) * | 2012-06-01 | 2014-01-20 | Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт физических измерений" | Integral acceleration tensotransducer |
-
2009
- 2009-02-26 RU RU2009106363/28A patent/RU2390029C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2504866C1 (en) * | 2012-06-01 | 2014-01-20 | Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт физических измерений" | Integral acceleration tensotransducer |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US11579696B2 (en) | System, method and apparatus for accurately measuring haptic forces | |
CN110132515A (en) | A kind of real-time bulk testing method of time-histories grade iteration based on model modification | |
US20130186202A1 (en) | Device and method for recording at least one acceleration and a corresponding computer program and a corresponding computer-readable storage medium and also use of such a device | |
CN110501125A (en) | A kind of flexible support torsion stiffness parameter Simplified Test Equipment and test method | |
Reinhardt et al. | Ultra-miniature force plate for measuring triaxial forces in the micronewton range | |
JPS59151032A (en) | Evaluating and calibrating jig of force sensor | |
Aloi et al. | Estimating forces along continuum robots | |
Scorza et al. | A review on methods and devices for force platforms calibration in medical applications. | |
RU2390029C1 (en) | Multibeam accelerometre for measuring acceleration of physical body and electronic model of multibeam accelerometre | |
RU84125U1 (en) | MULTI-BEAM ACCELEROMETER FOR MEASURING ACCELERATION OF THE PHYSICAL BODY AND ELECTRONIC MODEL OF MULTI-BEAM ACCELEROMETER | |
CN105241411A (en) | Stewart platform supporting leg length-measuring apparatus, and Stewart platform pose-testing system and method | |
CN205719350U (en) | A kind of parallel five-dimensional force sensor | |
RU140198U1 (en) | DEVICE FOR CALIBRATING TENZOMETRIC SCALES | |
US4344495A (en) | Equipment for the measurement of minute weight forces | |
RU178060U1 (en) | Strain gauge dynamometer | |
Zhao et al. | Design and calibration experiment of a novel rigid-flexible hybrid parallel three-dimensional force sensor with deformability | |
RU2562445C2 (en) | Test bench for measurement of stato-dynamic characteristics of physical objects | |
JP2005172589A (en) | Method and machine for testing material | |
Heaney et al. | Distributed sensing of a cantilever beam and plate using a fiber optic sensing system | |
RU2562273C2 (en) | Test bench for measurement of mass-inertia characteristics of item | |
Chethana et al. | Design and development of optical sensor based ground reaction force measurement platform for gait and geriatric studies | |
Fu et al. | Six-axis load head with application to electrical conductor nonlinear dynamics | |
Dagalakis et al. | Kinematic modeling and analysis of a planar micropositioner | |
DE102007017862A1 (en) | Six axle sensor for determination of forces and momentum, particularly for robotics, has sensor that is designed in shape of hexapod like construction, which carries sensor elements to six carriers | |
Patel et al. | Validation of experimental strain measurement technique and development of force transducer |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20160227 |