RU2400761C1 - Устройство для измерения ускорений - Google Patents

Устройство для измерения ускорений Download PDF

Info

Publication number
RU2400761C1
RU2400761C1 RU2009123815/28A RU2009123815A RU2400761C1 RU 2400761 C1 RU2400761 C1 RU 2400761C1 RU 2009123815/28 A RU2009123815/28 A RU 2009123815/28A RU 2009123815 A RU2009123815 A RU 2009123815A RU 2400761 C1 RU2400761 C1 RU 2400761C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
output
input
position sensor
circuit
integrator
Prior art date
Application number
RU2009123815/28A
Other languages
English (en)
Inventor
Владимир Вениаминович Кулешов (RU)
Владимир Вениаминович Кулешов
Original Assignee
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Тульский государственный университет (ТулГУ)
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 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Тульский государственный университет (ТулГУ) filed Critical Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Тульский государственный университет (ТулГУ)
Priority to RU2009123815/28A priority Critical patent/RU2400761C1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2400761C1 publication Critical patent/RU2400761C1/ru

Links

Images

Landscapes

  • Indication And Recording Devices For Special Purposes And Tariff Metering Devices (AREA)

Abstract

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в системах стабилизации и навигации. Устройство включает две отрицательные обратные связи, одна из которых содержит широкополосный фильтр второго порядка, а другая - интегратор, что позволило создать параметрическое устройство, в котором можно реализовать значительный коэффициент усиления по разомкнутому контуру, без потери устойчивости, астатизм по отклонению, расширить полосу пропускания и повысить точность. 3 ил.

Description

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в качестве элемента в системах стабилизации и навигации. Оно может найти применение в приборах измерения механических величин компенсационного типа.
Известно устройство для измерения ускорений (А.С. №1795374 A1. кл. G01P 15/13, 15/08, 1993 г.), содержащее чувствительный элемент, датчик положения, усилитель, магнитоэлектрический силовой преобразователь, компенсационная катушка которого подключена к выходу усилителя, причем к компенсационной катушке подключена цепь из последовательно соединенных первого и второго резисторов, а первый резистор зашунтирован конденсатором.
Недостатком такого компенсационного акселерометра является динамическая погрешность, обусловленная включением параллельно одному из резисторов конденсатора, что равносильно введению в акселерометр апериодического звена.
Наиболее близким по технической сущности является компенсационный акселерометр (Патент RU №2210781 C2, кл. 7 G01P 15/13, опубл. 20.08.2003 г), содержащий чувствительный элемент акселерометра, датчик положения, усилитель, магнитоэлектрический силовой преобразователь, компенсационную катушку, которая подключена к выходу усилителя, причем к компенсационной катушке подключена цепь из последовательно соединенных первого и второго резисторов, а первый резистор зашунтирован конденсатором. К точке соединения компенсационной катушки с цепью из последовательно соединенных первого и второго резисторов подключено интегро-дифференцирующее звено с передаточной функцией
Figure 00000001
(T1, T2 - соответственно постоянные времени, T2>T1).
Недостатком компенсационного акселерометра является малая полоса пропускания и невысокая точность, которая ограничена коэффициентом усиления по разомкнутому контуру.
Задачей настоящего изобретения является расширение полосы пропускания устройства для измерения ускорений и повышение точности измерения.
Это достигается тем, что в устройство для измерения ускорений, содержащее чувствительный элемент, датчик положения, выход которого соединен с входом усилителя переменного тока, магнитоэлектрический силовой преобразователь, включенный в отрицательную обратную связь с выхода датчика положения, введена отрицательная обратная связь, с выхода датчика положения на один из входов магнитоэлектрического силового преобразователя, образованная через последовательно соединенные по информационным входам усилитель переменного тока, который выполнен со стабильным коэффициентом усиления, первый логический элемент, схему исключающее "или", прецизионный релейный элемент, сглаживающий фильтр, широкополосный фильтр второго порядка
Figure 00000002
(где Т1, ζ1, ζ2 - постоянная времени фильтра, относительные коэффициенты демпфирования, s - оператор преобразования Лапласа, причем ζ21) и первый преобразователь напряжение-ток, в устройство также введены генератор опорного напряжения, соединенный как с датчиком положения, так и со схемой исключающее "или" через второй логический элемент, интегратор, вход которого соединен с одним из выходов схемы исключающее "или", и второй преобразователь напряжение-ток, вход которого соединен с выходом интегратора, а выход с входом магнитоэлектрического силового преобразователя, и выход со сглаживающего фильтра является аналоговым выходом устройства для измерения ускорений.
Введение в устройство для измерения ускорений отрицательных обратных связей, одна из которых содержит широкополосный фильтр второго порядка с передаточной функцией
Figure 00000002
, а другая содержит интегрирующее звено с передаточной функцией
Figure 00000003
(где k2 - коэффициент передачи интегратора, s - оператор преобразования Лапласа) позволило реализовать устройство для измерения ускорений со значительным коэффициентом передачи по разомкнутому контуру, повысить точность измерения и расширить полосу пропускания.
На фиг.1 изображена функциональная схема устройства для измерения ускорений; на фиг.2 - схема моделирования ускорений; на фиг 3 - переходные процессы при различных значениях коэффициента передачи по разомкнутому контуру в предлагаемом устройстве и прототипе.
Устройство для измерения ускорений содержит чувствительный элемент 1, угловое положение которого фиксирует датчик положения 2, обмотка возбуждения которого соединена с генератором опорного напряжения 3. Выходная обмотка датчика положения 2 соединена с усилителем переменного тока со стабильным коэффициентом усиления 4, выход которого соединен с входом первого логического элемента 5. Вход второго логического элемента 6 соединен с одним из выходов генератора опорного напряжения 3, а выход соединен с одним из входов схемы исключающее "или" 7, другой вход схемы исключающее "или" 7 соединен с выходом первого логического элемента 5. Один из выходов схемы исключающее "или" 7 соединен с входом прецизионного релейного элемента 8, выход которого соединен с входом сглаживающего фильтра 9. Выход сглаживающего фильтра 9 соединен с входом широкополосного фильтра второго порядка 10, выход которого соединен с входом первого преобразователя напряжение-ток 11. Один из выходов схемы исключающее "или" 7 соединен с входом интегратора 12, выход которого соединен с входом второго преобразователя напряжение-ток 13. Выходы с первого и второго преобразователей напряжение-ток 11, 13 соединены с входом магнитоэлектрического силового преобразователя 14.
Внутреннее содержание генератора, логических элементов, схемы сравнения, схемы исключающее "или", усилителя, сглаживающего фильтра, широкополосного фильтра второго порядка, прецизионного релейного элемента, интегратора и преобразователя напряжение-ток приведены в книге: П.Хоровиц, У.Хилл. Искусство схемотехники. - М.: Мир, т 1-3, 1993.
Работа устройства для измерения ускорений осуществляется следующим образом. Отклонение чувствительного элемента 1, под действием ускорения, фиксируется датчиком положения 2, обмотка возбуждения которого соединена с генератором опорного напряжения 3. Выходной сигнал с датчика положения 2 имеет фазу 0° либо 180° относительно несущей частоты. Выходной сигнал с датчика положения 2 усиливается усилителем переменного тока 4 со стабильным коэффициентом усиления. С выхода первого логического элемента 5 входной сигнал с усилителя 4 представляется в виде сигнала прямоугольной формы с частотой генератора опорного напряжения 3. Для выделения фазы отклонения чувствительного элемента 1 предусмотрен второй логический элемент 6, на вход которого подается сигнал с генератора опорного напряжения 3. На выходе второго логического элемента 6 будет сигнал, аналогичный по форме сигналу с первого логического элемента 5. Выходные сигналы с 5 и 6, сдвинутые по фазе, поступают на входы схемы исключающее "или" - 7 (схема сложения по модулю "2"), осуществляющей операцию логического сложения. Если сигналы с логических элементов 5 и 6 имеют нулевой фазовый сдвиг, то на выходе схемы 7 имеем логический "0", если же сигналы с 5 и 6 имеют фазовый сдвиг, отличный от нуля, то на выходе 7 будет логическая "1". Форма выходного сигнала с 7 аналогична форме сигналов с логических элементов 5 и 6. Выходной сигнал с выхода схемы исключающее "или" - 7 поступает на вход прецизионного релейного элемента 8, включенного в одну из отрицательных обратных связей. Переключение прецизионного релейного элемента 8 происходит на несущей частоте генератора опорного напряжения 3, и при этом осуществляется фиксация уровня сигнала с выхода схемы исключающее "или" 7. Сглаживающий фильтр 9 осуществляет выделение уровня сигнала с выхода прецизионного релейного элемента 8, в соответствии с фазой отклонения чувствительного элемента 1. Широкополосный фильтр второго порядка с параметрами ζ21-10 обеспечивает заданную форму переходного процесса в устройстве и включен на выход сглаживающего фильтра 9. Для обеспечения астатизма в устройстве для измерения ускорений введена интегрирующая отрицательная обратная связь с выхода датчика положения 2 на вход интегратора 12, через последовательно соединенные по информационным входам усилитель переменного тока со стабильным коэффициентом усиления 4, первый логический элемент 5, схемы исключающее "или" 7. Выход интегратора 12 соединен с одним из входов магнитоэлектрического силового преобразователя 14 через второй преобразователь напряжение-ток 13. Интегратор 12 обеспечивает астатизм по отклонению чувствительного элемента 1. Магнитоэлектрический силовой преобразователь 14 развивает момент, который компенсирует угловое отклонение чувствительного элемента 1, вызванное действием ускорения. Выход со сглаживающего фильтра 9 является аналоговым выходом устройства для измерения ускорений.
Введение в устройство для измерения ускорений двух отрицательных обратных связей, одна из которых содержит широкополосный фильтр второго порядка, а другая - интегратор, позволило создать параметрическое устройство для измерения ускорений, в котором можно реализовать значительный коэффициент усиления по разомкнутому контуру, без потери устойчивости. Это позволило реализовать астатизм по отклонению, расширить полосу пропускания и повысить точность.
Техническое решение предлагаемого устройства для измерения ускорений было промоделировано с параметрами, указанными на фиг.2. Результаты моделирования, при различных значениях коэффициента передачи (график 1, при К=10000 для предлагаемого устройства, и графики 2 и 3 при К=1, 10 соответственно для прототипа), приведены на фиг.3. Из анализа переходных процессов следует, что в предлагаемом устройстве, за счет введения двух отрицательных обратных связей, содержащих широкополосный фильтр второго порядка и интегратор, можно реализовать значительный коэффициент передачи по разомкнутому контуру, повысить точность измерения, расширить полосу пропускания и обеспечить устойчивость.

Claims (1)

  1. Устройство для измерения ускорений, содержащее чувствительный элемент, датчик положения, выход которого соединен с входом усилителя переменного тока, магнитоэлектрический силовой преобразователь, включенный в отрицательную обратную связь с выхода датчика положения, отличающееся тем, что отрицательная обратная связь с выхода датчика положения на один из входов магнитоэлектрического силового преобразователя образована через последовательно соединенные по информационным входам усилитель переменного тока, который выполнен со стабильным коэффициентом усиления, первый логический элемент, схему исключающее "или", прецизионный релейный элемент, сглаживающий фильтр, широкополосный фильтр второго порядка
    Figure 00000004
    ,
    (где T1 - постоянная времени фильтра, ζ1, ζ2 - относительные коэффициенты демпфирования, s - оператор преобразования Лапласа, причем ζ12) и первый преобразователь напряжение-ток, в устройство также введены генератор опорного напряжения, соединенный как с датчиком положения, так и со схемой исключающее «или» через второй логический элемент, интегратор, вход которого соединен с одним из выходов схемы исключающее «или», и второй преобразователь напряжение-ток, вход которого соединен с выходом интегратора, а выход с входом магнитоэлектрического силового преобразователя, и выход со сглаживающего фильтра является аналоговым выходом устройства для измерения ускорений.
RU2009123815/28A 2009-06-22 2009-06-22 Устройство для измерения ускорений RU2400761C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2009123815/28A RU2400761C1 (ru) 2009-06-22 2009-06-22 Устройство для измерения ускорений

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2009123815/28A RU2400761C1 (ru) 2009-06-22 2009-06-22 Устройство для измерения ускорений

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2400761C1 true RU2400761C1 (ru) 2010-09-27

Family

ID=42940473

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2009123815/28A RU2400761C1 (ru) 2009-06-22 2009-06-22 Устройство для измерения ускорений

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2400761C1 (ru)

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2541716C1 (ru) * 2013-09-26 2015-02-20 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Тульский государственный университет" (ТулГУ) Акселерометр
RU2631019C1 (ru) * 2016-11-28 2017-09-15 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тульский государственный университет" (ТулГУ) Компенсационный акселерометр
RU2688880C1 (ru) * 2018-10-01 2019-05-22 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тульский государственный университет" (ТулГУ) Акселерометр
RU2688878C1 (ru) * 2018-10-01 2019-05-22 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тульский государственный университет" (ТулГУ) Компенсационный акселерометр
RU2696667C1 (ru) * 2019-02-05 2019-08-05 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тульский государственный университет" (ТулГУ) Акселерометр
RU2700339C1 (ru) * 2019-03-12 2019-09-16 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тульский государственный университет" (ТулГУ) Компенсационный акселерометр
RU2754203C1 (ru) * 2021-02-25 2021-08-30 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тульский государственный университет" (ТулГУ) Устройство для измерения ускорений

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2541716C1 (ru) * 2013-09-26 2015-02-20 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Тульский государственный университет" (ТулГУ) Акселерометр
RU2631019C1 (ru) * 2016-11-28 2017-09-15 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тульский государственный университет" (ТулГУ) Компенсационный акселерометр
RU2688880C1 (ru) * 2018-10-01 2019-05-22 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тульский государственный университет" (ТулГУ) Акселерометр
RU2688878C1 (ru) * 2018-10-01 2019-05-22 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тульский государственный университет" (ТулГУ) Компенсационный акселерометр
RU2696667C1 (ru) * 2019-02-05 2019-08-05 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тульский государственный университет" (ТулГУ) Акселерометр
RU2700339C1 (ru) * 2019-03-12 2019-09-16 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тульский государственный университет" (ТулГУ) Компенсационный акселерометр
RU2754203C1 (ru) * 2021-02-25 2021-08-30 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тульский государственный университет" (ТулГУ) Устройство для измерения ускорений

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2400761C1 (ru) Устройство для измерения ускорений
JP5385490B1 (ja) ホール起電力信号検出回路及びその電流センサ
RU2513667C1 (ru) Компенсационный акселерометр
RU2449293C1 (ru) Компенсационный акселерометр
RU2631019C1 (ru) Компенсационный акселерометр
US20120183016A1 (en) Temperature detection circuit and sensor device
RU2397498C1 (ru) Компенсационный акселерометр
CN104764559A (zh) 一种硅谐振压力传感器闭环控制电路及实现方法
RU2405160C1 (ru) Устройство для измерения ускорений
RU2478211C1 (ru) Компенсационный акселерометр
RU2397497C1 (ru) Устройство для измерения ускорений
RU2724241C1 (ru) Компенсационный акселерометр
JP5184657B2 (ja) 地磁気センサ
RU2541720C1 (ru) Компенсационный акселерометр
US20110314328A1 (en) Device for determining an error induced by a high-pass filter and associated error correction method
RU2541716C1 (ru) Акселерометр
US20150145589A1 (en) Capacitance processing circuit and a mems device
RU2676217C1 (ru) Компенсационный акселерометр
RU2411522C1 (ru) Компенсационный акселерометр
RU168431U1 (ru) Устройство сдвига фазы на 90 градусов
De Marcellis et al. A novel current-based approach for very low variation detection of resistive sensors in wheatstone bridge configuration
RU2341805C1 (ru) Компенсационный акселерометр
RU2688878C1 (ru) Компенсационный акселерометр
RU2754203C1 (ru) Устройство для измерения ускорений
RU2688880C1 (ru) Акселерометр

Legal Events

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

Effective date: 20110623