RU2740875C1 - Device for measuring accelerations - Google Patents

Device for measuring accelerations Download PDF

Info

Publication number
RU2740875C1
RU2740875C1 RU2020124482A RU2020124482A RU2740875C1 RU 2740875 C1 RU2740875 C1 RU 2740875C1 RU 2020124482 A RU2020124482 A RU 2020124482A RU 2020124482 A RU2020124482 A RU 2020124482A RU 2740875 C1 RU2740875 C1 RU 2740875C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
output
inputs
input
adder
sampler
Prior art date
Application number
RU2020124482A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Николай Львович Коржук
Всеволод Николаевич Коржук
Вадим Дмитриевич Кулешов
Владимир Вениаминович Кулешов
Лев Викторович Кузовлев
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего 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 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тульский государственный университет" (ТулГУ) filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тульский государственный университет" (ТулГУ)
Priority to RU2020124482A priority Critical patent/RU2740875C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2740875C1 publication Critical patent/RU2740875C1/en

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
    • G01P15/00—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration
    • G01P15/02—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses
    • G01P15/08—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values
    • G01P15/13—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values by measuring the force required to restore a proofmass subjected to inertial forces to a null position

Abstract

FIELD: measurement.SUBSTANCE: invention relates to device for measuring accelerations. Device comprises a sensitive element, an angle sensor, a negative feedback, a torque sensor, a timing circuit, a control automatic device and a first sampling device, a third adder, a second sampler, a comparator, asynchronous D-trigger, matching circuit, reversible binary counter and final register, wherein in it negative feedback from the angle sensor output to one of the inputs of the first adder is introduced through the integrating amplifier series-connected by information inputs, a threshold element with an ambiguity zone, a negative feedback phase detector, a smoothing filter, and in positive feedback from the angle sensor output to one of the inputs of the first adder through the in-series connected to the information inputs integrating amplifier, a threshold element with an ambiguity zone, a phase detector of positive feedback and a third-order filter.EFFECT: technical result is higher accuracy of measuring acceleration.1 cl, 5 dwg

Description

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для использования в приборах с дискретным выходом - системах стабилизации, навигации, наведения и медицине.The invention relates to measuring technology and is intended for use in devices with a discrete output - stabilization systems, navigation, guidance and medicine.

Известно устройство для измерения ускорений (описанное в АС №742801 МПК7 G01P 15/00, опубл. 25.06.1980), содержащее чувствительный элемент, датчик угла, интегрирующий усилитель обратной связи, датчик момента, дополнительный интегрирующий усилитель, электронный ключ, пороговый элемент, причем первый выход датчика угла подключен через интегрирующий усилитель обратной связи к датчику момента, а второй выход датчика угла через пороговый элемент и дополнительный интегрирующий усилитель подключен к управляющему входу электронного ключа.A device for measuring accelerations (described in AC No. 742801 IPC 7 G01P 15/00, publ. 06/25/1980) is known, containing a sensing element, an angle sensor, an integrating feedback amplifier, a torque sensor, an additional integrating amplifier, an electronic key, a threshold element, wherein the first output of the angle sensor is connected via an integrating feedback amplifier to the torque sensor, and the second output of the angle sensor is connected via a threshold element and an additional integrating amplifier to the control input of the electronic key.

Недостатком устройства является низкая точность измерения, обусловленная точностью работы интегрирующих аналоговых усилителей и порогового элемента. Кроме того, точность измерения зависит от параметров схемы электронного ключа, осуществляющего выборку информации.The disadvantage of the device is the low measurement accuracy due to the accuracy of the integrating analog amplifiers and the threshold element. In addition, the measurement accuracy depends on the parameters of the electronic key circuit that selects information.

Наиболее близким по техническому решению является устройство для измерения ускорений (патент на изобретение РФ №2190858, МПК7 G01P 15/13, опубл. 10.10.2002), содержащее аналоговый канал, включающий последовательно соединенные датчик угла, усилитель и датчик момента, цифровой канал, схему синхронизации, управляющий автомат и последовательно соединенные по информационным входам первый дискретизатор, сумматор, второй дискретизатор, компаратор, асинхронный D-триггер, схему совпадения, реверсивный двоичный счетчик и итоговый регистр. Аналоговый канал состоит из последовательно соединенных между собой элементов таких как интегратор, стабилизирующий фильтр и преобразователь напряжение-ток. Выход преобразователя напряжение-ток соединен с входом датчика момента, выход усилителя соединен с входом интегратора, выход которого, являющийся аналоговым выходом, соединен с первым входом первого дискретизатора. Вторые входы первого дискретизатора, сумматора, второго дискретизатора, компаратора соединены соответственно с первым, вторым, третьим и четвертым выходами схемы синхронизации, второй выход первого дискретизатора соединен с первым входом схемы синхронизации. Первые входы схемы совпадения, реверсивного двоичного счетчика, итогового регистра соединены соответственно с третьим, вторым и первым выходами управляющего автомата, первый вход которого соединен с пятым выходом схемы синхронизации. Второй вход схемы синхронизации соединен со вторым выходом асинхронного D-триггера, а выход итогового регистра является выходом цифрового кода.The closest technical solution is a device for measuring accelerations (patent for invention of the Russian Federation No. 2190858, IPC 7 G01P 15/13, publ. 10.10.2002), containing an analog channel, which includes a series-connected angle sensor, amplifier and torque sensor, a digital channel, a synchronization circuit, a control automaton and the first sampler, an adder, a second sampler, a comparator, an asynchronous D-flip-flop, a coincidence circuit, a reverse binary counter and a final register, connected in series by information inputs. The analog channel consists of elements connected in series with each other, such as an integrator, a stabilizing filter and a voltage-current converter. The output of the voltage-current converter is connected to the input of the torque sensor, the output of the amplifier is connected to the input of the integrator, the output of which, which is an analog output, is connected to the first input of the first sampler. The second inputs of the first sampler, adder, second sampler, comparator are connected respectively to the first, second, third and fourth outputs of the synchronization circuit, the second output of the first sampler is connected to the first input of the synchronization circuit. The first inputs of the coincidence circuit, the reverse binary counter, the final register are connected, respectively, to the third, second and first outputs of the control machine, the first input of which is connected to the fifth output of the synchronization circuit. The second input of the synchronization circuit is connected to the second output of the asynchronous D-flip-flop, and the output of the final register is the output of the digital code.

Недостатком данного устройства для измерения ускорений является низкая точность измерения, обусловленная точностью работы интегратора, связанная с конечностью времени заряда конденсатора. Эта погрешность приводит к аппертурной ошибке, соответственной подобной схеме выборки и обработки информации.The disadvantage of this device for measuring accelerations is the low measurement accuracy, due to the accuracy of the integrator, associated with the finite time of the capacitor charge. This error leads to an aperture error corresponding to a similar sampling and information processing scheme.

Задачей настоящего изобретения является расширение полосы пропускания и повышение точности устройства для измерения ускорений.The object of the present invention is to expand the bandwidth and improve the accuracy of the device for measuring accelerations.

Это достигается тем, что в устройство для измерения ускорений содержащее чувствительный элемент, датчик угла, отрицательную обратную связь, датчик момента, схему синхронизации, управляющий автомат и последовательно соединенные по информационным входам первый дискретизатор, третий сумматор, второй дискретизатор, компаратор, асинхронный D-триггер, схему совпадения, реверсивный двоичный счетчик и итоговый регистр, вторые входы первого дискретизатора, третьего сумматора, второго дискретизатора, компаратора соединены соответственно с первым, вторым, третьим и четвертым выходами схемы синхронизации, второй выход первого дискретизатора соединен с первым входом схемы синхронизации, первые входы схемы совпадения, реверсивного двоичного счетчика, итогового регистра соединены соответственно с третьим, вторым и первым выходами управляющего автомата, первый вход которого соединен с пятым выходом схемы синхронизации, а второй вход со вторым выходом асинхронного D-триггера, что в него введены, в отрицательную обратную связь с выхода датчика угла на один из входов первого сумматора через последовательно соединенные по информационным входам интегрирующий усилитель, пороговый элемент с зоной неоднозначности, фазовый детектор отрицательной обратной связи, сглаживающий фильтр, а, в положительную обратную связь с выхода датчика угла на один из входов первого сумматора через последовательно соединенные по информационным входам интегрирующий усилитель, пороговый элемент с зоной неоднозначности, фазовый детектор положительной обратной связи и фильтр третьего порядка, причем выход первого сумматора соединен с входом датчика момента через электронный ключ, один из входов которого соединен с генератором тока, кроме того, дополнительные входы датчика угла, фазовых детекторов отрицательной и положительной обратной связей соединены с выходами генератора опорного напряжения, и выходы фазовых детекторов отрицательной обратной и положительной обратных связей соединены с первым входом первого дискретизатора через второй сумматор, и выход итогового регистра является выходом цифрового кода.This is achieved by the fact that a device for measuring accelerations containing a sensitive element, an angle sensor, negative feedback, a torque sensor, a synchronization circuit, a control machine and a first sampler, a third adder, a second sampler, a comparator, an asynchronous D-flip-flop connected in series via information inputs , a coincidence circuit, a reverse binary counter and a final register, the second inputs of the first sampler, the third adder, the second sampler, the comparator are connected respectively to the first, second, third and fourth outputs of the synchronization circuit, the second output of the first sampler is connected to the first input of the synchronization circuit, the first inputs coincidence circuits, reverse binary counter, final register are connected, respectively, to the third, second and first outputs of the control machine, the first input of which is connected to the fifth output of the synchronization circuit, and the second input to the second output of the asynchronous D-flip-flop, which are introduced into it, in the neg positive feedback from the output of the angle sensor to one of the inputs of the first adder through an integrating amplifier, a threshold element with an ambiguity zone, a phase detector of negative feedback, a smoothing filter, and, to a positive feedback from the output of the angle sensor to one of the the inputs of the first adder through an integrating amplifier, a threshold element with an ambiguity zone, a phase detector of positive feedback and a third-order filter, connected in series at the information inputs, and the output of the first adder is connected to the input of the torque sensor through an electronic switch, one of the inputs of which is connected to the current generator, in addition, additional inputs of the angle sensor, phase detectors of negative and positive feedback are connected to the outputs of the reference voltage generator, and the outputs of phase detectors of negative feedback and positive feedback are connected to the first input of the first diskre tizer through the second adder, and the output of the final register is a digital code output.

Реализация цифрового канала, содержащего дискретизаторы, сумматоры, асинхронный D-триггер, управляющий автомат, схему синхронизации, схему совпадения повышает быстродействие, расширяет полосу пропускания устройства для измерения ускорений. Введение в отрицательную обратную связь устройства порогового элемента с зоной неоднозначности, сглаживающего фильтра обеспечивает режим автоколебаний и устойчивость. Положительная обратная связь, с фильтрам третьего порядка, позволяет реализовать в устройстве расширение полосы пропускания и увеличить точность измерения ускорения.The implementation of a digital channel containing samplers, adders, an asynchronous D-flip-flop, a control automaton, a synchronization circuit, a coincidence circuit increases the speed, expands the bandwidth of the device for measuring accelerations. The introduction of a threshold element with a zone of ambiguity and a smoothing filter into the negative feedback of the device ensures the mode of self-oscillation and stability. Positive feedback, with third-order filters, allows the device to expand the bandwidth and increase the accuracy of the acceleration measurement.

На фиг. 1 изображена функциональная схема устройства для измерения ускорений; на фиг. 2 - схема моделирования устройства для измерения ускорений; на фиг. 3 - реакция устройства на единичное входное воздействие; на фиг. 4 - реакция устройства при отсутствии входного сигнала; на фиг. 5 - реакция устройства при единичном отрицательном входном воздействии.FIG. 1 shows a functional diagram of a device for measuring accelerations; in fig. 2 is a diagram of the simulation of a device for measuring accelerations; in fig. 3 - device response to a single input action; in fig. 4 - reaction of the device in the absence of an input signal; in fig. 5 - the reaction of the device with a single negative input.

Устройство для измерения ускорений содержит чувствительный элемент 1, выполненный в виде маятника, соединенный с датчиком угла 2. Выход датчика угла 2 соединен с входом интегрирующего усилителя 3. Выход интегрирующего усилителя 3 соединен с входом порогового элемента с зоной неоднозначности 4. Выход порогового элемента с зоной неоднозначности 4 соединен с одним из входов фазового детектора отрицательной обратной связи 5, выход которого, через сглаживающий фильтр 6, соединен с одним из входов первого сумматора 7. Выход первого сумматора 7 соединен с одним из входов электронного ключа 8, другой вход которого соединен с выходом генератора тока 9. Выход порогового элемента с зоной неоднозначности 4 соединен с одним из входов фазового детектора положительной обратной связи 10, выход которого соединен с одним из входов фильтра третьего порядка 11, с передаточной, функцией

Figure 00000001
(где k - коэффициент передачи фильтра, Т - постоянная времени фильтра, s - преобразователь Лапласа). Выход фильтра третьего порядка 11 соединен с одним из входов первого сумматора 7. Выход электронного ключа 8 соединен с входом датчика момента 12. Выходы фазового детектора отрицательной обратной связи 5 и фазового детектора положительной обратной связи 10 соединены со входом второго сумматора 13, выход которого соединен с первым входом первого дискретизатора 14, первый выход которого соединен с первым входом третьего сумматора 15, выход третьего сумматора 15 соединен с первым входом второго дискретизатора 16, выход второго дискретизатора 16 соединен с первым входом компаратора 17, выход компаратора 17 соединен с входом асинхронного D-триггера 18, второй и третий выходы асинхронного D-триггера 18 соединены с первым и вторым входами схемы совпадения 19, первый и второй выходы схемы совпадения 19 соединены соответственно с первым и вторым входами реверсивного двоичного счетчика 20, выходы реверсивного двоичного счетчика 20 соединены с первым и вторым входами итогового регистра 21. Вторые входы первого дискретизатора 14, третьего сумматора 15, второго дискретизатора 16 и компаратора 17 соединены соответственно с первым, вторым, третьим и четвертым выходами схемы синхронизации 22, вход которой соединен со вторым выходом первого дискретизатора 14, пятый выход схемы синхронизации 22 соединен с первым входом управляющего автомата 23, второй вход управляющего автомата 23 соединен с первым выходом асинхронного D-триггера 18, первые входы схемы совпадения 19, реверсивного двоичного счетчика 20 соединены соответственно с третьим и вторым выходами управляющего автомата 23, первый выход управляющего автомата 23 соединен с третьим входом итогового регистра 21. Выход генератора опорного напряжения 24 соединен с входами датчика угла 2, фазового детектора отрицательной обратной связи 5 и фазового детектора положительной обратной связи 10.The device for measuring accelerations contains a sensitive element 1, made in the form of a pendulum, connected to the angle sensor 2. The output of the angle sensor 2 is connected to the input of the integrating amplifier 3. The output of the integrating amplifier 3 is connected to the input of the threshold element with a zone of ambiguity 4. The output of the threshold element with the zone ambiguity 4 is connected to one of the inputs of the negative feedback phase detector 5, the output of which, through a smoothing filter 6, is connected to one of the inputs of the first adder 7. The output of the first adder 7 is connected to one of the inputs of the electronic key 8, the other input of which is connected to the output current generator 9. The output of the threshold element with the ambiguity zone 4 is connected to one of the inputs of the positive feedback phase detector 10, the output of which is connected to one of the inputs of the third order filter 11, with a transfer function
Figure 00000001
(where k is the filter gain, T is the filter time constant, s is the Laplace transformer). The output of the third order filter 11 is connected to one of the inputs of the first adder 7. The output of the electronic switch 8 is connected to the input of the torque sensor 12. The outputs of the negative feedback phase detector 5 and the positive feedback phase detector 10 are connected to the input of the second adder 13, the output of which is connected to the first input of the first sampler 14, the first output of which is connected to the first input of the third adder 15, the output of the third adder 15 is connected to the first input of the second sampler 16, the output of the second sampler 16 is connected to the first input of the comparator 17, the output of the comparator 17 is connected to the input of the asynchronous D-flip-flop 18, the second and third outputs of the asynchronous D-flip-flop 18 are connected to the first and second inputs of the coincidence circuit 19, the first and second outputs of the coincidence circuit 19 are connected respectively to the first and second inputs of the reversible binary counter 20, the outputs of the reversible binary counter 20 are connected to the first and second the inputs of the final register 21. The second the inputs of the first sampler 14, the third adder 15, the second sampler 16 and the comparator 17 are connected respectively to the first, second, third and fourth outputs of the synchronization circuit 22, the input of which is connected to the second output of the first sampler 14, the fifth output of the synchronization circuit 22 is connected to the first input of the control machine 23, the second input of the control machine 23 is connected to the first output of the asynchronous D-flip-flop 18, the first inputs of the coincidence circuit 19, the reverse binary counter 20 are connected respectively to the third and second outputs of the control machine 23, the first output of the control machine 23 is connected to the third input of the final register 21. The output of the reference voltage generator 24 is connected to the inputs of the angle sensor 2, the negative feedback phase detector 5 and the positive feedback phase detector 10.

Внутреннее содержание блоков, реализующих устройство для измерения ускорений, описаны в книгах Майоров С.А., Новиков Г.И., Принципы организации цифровых машин. Л.: Машиностроение, 1974, 432 с., П. Хоровиц, У. Хилл, Искусство схемотехники. М.: Мир., т 1-3, 1999.The internal content of the blocks that implement the device for measuring accelerations are described in the books Mayorov S.A., Novikov G.I., Principles of organizing digital machines. L .: Mechanical Engineering, 1974, 432 pp., P. Horowitz, W. Hill, The Art of Circuitry. M .: Mir., T 1-3, 1999.

Устройство для измерения ускорений работает следующим образом.The device for measuring accelerations works as follows.

Отклонение чувствительного элемента 1, вызванного действием ускорения W/g, фиксируется датчиком угла 2, обмотка возбуждения которого соединена с одним из выходов генератора опорного напряжения 24. Сигнал с датчика угла 2, в виде напряжения, поступает на вход интегрирующего усилителя 3, а затем на вход порогового элемента с зоной неоднозначности 4. Сигнал с одного из выходов порогового элемента с зоной неоднозначности 4, в виде уровня, поступает на вход фазового детектора отрицательной обратной связи 5. Другой вход фазового детектора отрицательной обратной связи 5 соединен с выходом генератора опорного напряжения 24. Сигнал с выхода фазового детектора отрицательной обратной связи 5 поступает на вход сглаживающего фильтра 6, а затем на один из входов первого сумматора 7. Сигнал с выхода порогового элемента с зоной неоднозначности 4 поступает на один из входов фазового детектора положительной обратной связи 10, вход которого соединен с выходом генератора опорного напряжения 24. Сигнал с выхода фазового детектора положительной обратной связи 10 поступает на один из входов первого сумматора 7, через фильтр третьего порядка 11 с передаточной функцией

Figure 00000002
Введение в устройство для измерения ускорений положительной обратной связи (элементы: 2, 3, 4, 10, 11, 7) и отрицательной обратной связи (элементы: 2, 3, 4, 5, 6, 7) позволяют повысить точность измерения, обеспечить устойчивость и режим автоколебаний, а также расширить полосу пропускания. Сигнал с выхода первого сумматора 7 поступает на один из входов электронного ключа 8, другой вход которого соединен с выходом генератора тока 9. Сигнал с выхода электронного ключа 8, в виде уровня, поступает на вход датчика момента 12, который устраняет отклонение чувствительного элемента 1, вызванного действием ускорения W/g. Выходные сигналы с выходов фазового детектора отрицательной обратной связи 5 и фазового детектора положительной обратной связи 10 поступают на вход второго сумматора 13, а затем, в виде напряжения, на первый вход первого дискретизатора 14, на второй вход которого поступает управляющий сигнал в виде импульсов с первого выхода схемы синхронизации 22. Первый дискретизатор 14 фиксирует величину аналогового сигнала со второго сумматора 13 на время преобразования. Напряжение на выходе первого дискретизатора 14 фиксируется с приходом каждого импульса со схемы синхронизации 22. Со второго выхода первого дискретизатора 14 сигнал поступает на вход схемы синхронизации 22 и используется для формирования знака поступающей информации, которая смещает сигнал параметрической компенсации в положительную или отрицательную область. Третий сумматор 15, на первый вход которого поступает сигнал в виде ступенчатого напряжения с первого выхода первого дискретизатора 14, а на второй вход третьего сумматора 15 поступает со второго выхода схемы синхронизации 22 параметрический сигнал треугольной формы, складывает сигнал с выходов первого дискретизатора 14 и схемы синхронизации 22, смещаемый в зависимости от знака вверх или вниз. Сигнал с выхода третьего сумматора 15 поступает на первый вход второго дискретизатора 16, на второй вход которого поступает управляющий сигнал с третьего выхода схемы синхронизации 22. Второй дискретизатор 16 запоминает информацию с выхода третьего сумматора 15 на время преобразования. Сигнал с выхода второго дискретизатора 16 поступает на первый вход компаратора 17, в котором происходит сравнение сигнала с выхода второго дискретизатора 16 в аналоговой форме с сигналом треугольной формы, выделенного из стабильного по частоте и амплитуде прямоугольного сигнала с четвертого выхода схемы синхронизации 22. Если сигнал с выхода второго дискретизатора 16 больше треугольного напряжения с выхода схемы синхронизации 22, то на выходе компаратора 17 будет высокий логический уровень, если меньше, то на выходе компаратора 17 - низкий логический уровень. Сигнал с выхода компаратора 17 в виде уровня поступает на вход асинхронного D-триггера 18, сигналы со второго и третьего выхода которого (прямой и инверсный) поступают на соответствующие входы схемы совпадения 19. Первый выход асинхронного D-триггера 18 соединен со вторым входом управляющего автомата 23, первый вход которого соединен с пятым выходом схемы синхронизации 22. Сигнал с первого выхода асинхронного D-триггера 18 поступает на второй вход управляющего автомата 23, используется для формирования управляющих сигналов записи информации в итоговый регистр 21 и установки реверсивного двоичного счетчика в исходное состояние. В зависимости от уровня сигнала с асинхронного D-триггера 18 сигналы поступают либо на прямой, либо на инверсные входы схемы совпадения 19. На третий вход схемы совпадения 19 поступают импульсы счета с третьего выхода управляющего автомата 23. Выходные сигналы схемы совпадения 19 поступают соответственно на первый и второй входы реверсивного двоичного счетчика 20. В зависимости от уровня сигнала со схемы совпадения 19 сигнал поступает либо на первый суммирующий вход реверсивного двоичного счетчика 20, либо на вычитающий вход реверсивного двоичного счетчика 20. Сигнал в виде цифрового кода с выхода реверсивного двоичного счетчика 20 поступает на информационные входы итогового регистра 21, на второй вход которого поступает импульс записи информации с первого выхода управляющего автомата 23. По импульсу со второго выхода управляющего автомата 23 осуществляется установка счетчика 20 в начальное состояние. Выход итогового регистра 21 является входом цифрового кода устройства для измерения ускорений.The deflection of the sensitive element 1 caused by the action of the acceleration W / g is recorded by the angle sensor 2, the excitation winding of which is connected to one of the outputs of the reference voltage generator 24. The signal from the angle sensor 2, in the form of a voltage, is fed to the input of the integrating amplifier 3, and then to input of the threshold element with the ambiguity zone 4. The signal from one of the outputs of the threshold element with the ambiguity zone 4, in the form of a level, is fed to the input of the negative feedback phase detector 5. Another input of the negative feedback phase detector 5 is connected to the output of the reference voltage generator 24. The signal from the output of the negative feedback phase detector 5 is fed to the input of the smoothing filter 6, and then to one of the inputs of the first adder 7. The signal from the output of the threshold element with the ambiguity zone 4 is fed to one of the inputs of the positive feedback phase detector 10, the input of which is connected with the output of the reference voltage generator 24. Signal from in The output of the phase detector of positive feedback 10 is fed to one of the inputs of the first adder 7, through a third order filter 11 with a transfer function
Figure 00000002
The introduction of positive feedback (elements: 2, 3, 4, 10, 11, 7) and negative feedback (elements: 2, 3, 4, 5, 6, 7) into the device for measuring accelerations can improve the measurement accuracy, ensure stability and self-oscillating mode, and expand the bandwidth. The signal from the output of the first adder 7 is fed to one of the inputs of the electronic key 8, the other input of which is connected to the output of the current generator 9. The signal from the output of the electronic key 8, in the form of a level, goes to the input of the torque sensor 12, which eliminates the deflection of the sensitive element 1, caused by the action of the acceleration W / g. The output signals from the outputs of the negative feedback phase detector 5 and the positive feedback phase detector 10 are fed to the input of the second adder 13, and then, in the form of a voltage, to the first input of the first sampler 14, to the second input of which a control signal is received in the form of pulses from the first the output of the synchronization circuit 22. The first sampler 14 fixes the value of the analog signal from the second adder 13 for the duration of the conversion. The voltage at the output of the first sampler 14 is fixed with the arrival of each pulse from the synchronization circuit 22. From the second output of the first sampler 14, the signal is fed to the input of the synchronization circuit 22 and is used to form the sign of the incoming information, which shifts the parametric compensation signal to the positive or negative region. The third adder 15, the first input of which receives a signal in the form of a step voltage from the first output of the first sampler 14, and the second input of the third adder 15 receives a triangular parametric signal from the second output of the synchronization circuit 22, adds the signal from the outputs of the first sampler 14 and the synchronization circuit 22, shifted up or down depending on the sign. The signal from the output of the third adder 15 is fed to the first input of the second sampler 16, the second input of which receives the control signal from the third output of the synchronization circuit 22. The second sampler 16 stores information from the output of the third adder 15 for the duration of the conversion. The signal from the output of the second sampler 16 is fed to the first input of the comparator 17, in which the signal from the output of the second sampler 16 in analog form is compared with the triangular signal extracted from the stable in frequency and amplitude rectangular signal from the fourth output of the synchronization circuit 22. If the signal with the output of the second sampler 16 is greater than the triangular voltage from the output of the synchronization circuit 22, then the output of the comparator 17 will have a high logic level, if less, then the output of the comparator 17 will have a low logic level. The signal from the output of the comparator 17 in the form of a level is fed to the input of the asynchronous D-flip-flop 18, the signals from the second and third outputs of which (direct and inverse) are fed to the corresponding inputs of the coincidence circuit 19. The first output of the asynchronous D-flip-flop 18 is connected to the second input of the control machine 23, the first input of which is connected to the fifth output of the synchronization circuit 22. The signal from the first output of the asynchronous D-flip-flop 18 is fed to the second input of the control machine 23, is used to generate control signals for writing information to the final register 21 and setting the reversible binary counter to its initial state. Depending on the signal level from the asynchronous D-flip-flop 18, the signals are fed either to the straight line or to the inverse inputs of the coincidence circuit 19. The third input of the coincidence circuit 19 receives counting pulses from the third output of the control machine 23. The output signals of the coincidence circuit 19 are fed respectively to the first and the second inputs of the reversible binary counter 20. Depending on the signal level from the coincidence circuit 19, the signal is fed either to the first summing input of the reversible binary counter 20, or to the subtractive input of the reversible binary counter 20. The signal in the form of a digital code from the output of the reversible binary counter 20 is received to the information inputs of the final register 21, the second input of which receives an information recording pulse from the first output of the control machine 23. On the pulse from the second output of the control machine 23, the counter 20 is set to the initial state. The output of the final register 21 is the input of the digital code of the device for measuring accelerations.

За счет введения в цифровой канал управляющего автомата дискретизаторов, увеличивается быстродействие устройства для измерения ускорения.Due to the introduction of sampling devices into the digital channel of the control machine, the speed of the device for measuring the acceleration increases.

Увеличение быстродействия устройства связано с тем, что начальная установка реверсивного двоичного счетчика 20 не "0" а "+1", так как единичный импульс используется в качестве импульса записи, второй импульс используется для установки счетчика 20 в начальное состояние (импульс установки счетчика в начальное состояние "+1").The increase in the speed of the device is due to the fact that the initial setting of the reversible binary counter 20 is not "0" but "+1", since a single pulse is used as a write pulse, the second pulse is used to set the counter 20 to its initial state (the counter setting pulse to the initial state "+1").

Увеличение быстродействия устройства для измерения ускорения приводит к расширению полосы пропускания и повышению точности.Increasing the speed of the acceleration measurement device results in increased bandwidth and improved accuracy.

Результаты моделирования аналоговой части устройства для измерения ускорения (фиг. 2) представлены на фиг. 3-5. Из анализа полученных результатов следует, что устройство для измерения ускорений совершает устойчивые автоколебания в соответствии с фазой входного сигнала.The simulation results of the analog part of the device for measuring acceleration (FIG. 2) are shown in FIG. 3-5. From the analysis of the results obtained, it follows that the device for measuring accelerations performs stable self-oscillations in accordance with the phase of the input signal.

Claims (1)

Устройство для измерения ускорений, содержащее чувствительный элемент, датчик угла, отрицательную обратную связь, датчик момента, схему синхронизации, управляющий автомат и последовательно соединенные по информационным входам первый дискретизатор, третий сумматор, второй дискретизатор, компаратор, асинхронный D-триггер, схему совпадения, реверсивный двоичный счетчик и итоговый регистр, вторые входы первого дискретизатора, третьего сумматора, второго дискретизатора, компаратора соединены соответственно с первым, вторым, третьим и четвертым выходами схемы синхронизации, второй выход первого дискретизатора соединен с первым входом схемы синхронизации, первые входы схемы совпадения, реверсивного двоичного счетчика, итогового регистра соединены соответственно с третьим, вторым и первым выходами управляющего автомата, первый вход которого соединен с пятым выходом схемы синхронизации, а второй вход со вторым выходом асинхронного D-триггера, отличающееся тем, что в него введены в отрицательную обратную связь с выхода датчика угла на один из входов первого сумматора через последовательно соединенные по информационным входам интегрирующий усилитель, пороговый элемент с зоной неоднозначности, фазовый детектор отрицательной обратной связи, сглаживающий фильтр, а в положительную обратную связь с выхода датчика угла на один из входов первого сумматора через последовательно соединенные по информационным входам интегрирующий усилитель, пороговый элемент с зоной неоднозначности, фазовый детектор положительной обратной связи и фильтр третьего порядка, причем выход первого сумматора соединен с входом датчика момента через электронный ключ, один из входов которого соединен с генератором тока, кроме того, дополнительные входы датчика угла, фазовых детекторов отрицательной и положительной обратной связей соединены с выходами генератора опорного напряжения, и выходы фазовых детекторов отрицательной и положительной обратных связей соединены с первым входом первого дискретизатора через второй сумматор, и выход итогового регистра является выходом цифрового кода.A device for measuring accelerations, containing a sensitive element, an angle sensor, negative feedback, a torque sensor, a synchronization circuit, a control machine and the first sampler, the third adder, the second sampler, a comparator, an asynchronous D-flip-flop, a coincidence circuit, reversible a binary counter and a final register, the second inputs of the first sampler, the third adder, the second sampler, the comparator are connected respectively to the first, second, third and fourth outputs of the synchronization circuit, the second output of the first sampler is connected to the first input of the synchronization circuit, the first inputs of the coincidence circuit, reversible binary the counter, the final register are connected respectively to the third, second and first outputs of the control machine, the first input of which is connected to the fifth output of the synchronization circuit, and the second input to the second output of the asynchronous D-flip-flop, characterized in that the negative feedback from the output of the angle sensor to one of the inputs of the first adder through an integrating amplifier, a threshold element with an ambiguity zone, a negative feedback phase detector, a smoothing filter, and to positive feedback from the output of the angle sensor to one of the inputs of the first an adder through an integrating amplifier, a threshold element with an ambiguity zone, a positive feedback phase detector and a third-order filter, connected in series at the information inputs, and the output of the first adder is connected to the input of the torque sensor through an electronic switch, one of the inputs of which is connected to the current generator, in addition , additional inputs of the angle sensor, negative and positive feedback phase detectors are connected to the outputs of the reference voltage generator, and the outputs of the negative and positive feedback phase detectors are connected to the first input of the first sampler through the second th adder, and the output of the final register is a digital code output.
RU2020124482A 2020-07-14 2020-07-14 Device for measuring accelerations RU2740875C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020124482A RU2740875C1 (en) 2020-07-14 2020-07-14 Device for measuring accelerations

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020124482A RU2740875C1 (en) 2020-07-14 2020-07-14 Device for measuring accelerations

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2740875C1 true RU2740875C1 (en) 2021-01-21

Family

ID=74213174

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2020124482A RU2740875C1 (en) 2020-07-14 2020-07-14 Device for measuring accelerations

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2740875C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2793846C1 (en) * 2022-10-18 2023-04-07 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тульский государственный университет" (ТулГУ) Device for measuring accelerations

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU742801A1 (en) * 1977-10-24 1980-06-25 Ростовское Высшее Военное Командное Училище Им. Главного Маршала Артиллерии Неделина М.И. Accelerometer
US5396439A (en) * 1991-08-20 1995-03-07 Nec Corporation Acceleration sensing device having negative feedback loop
RU2190858C1 (en) * 2001-10-23 2002-10-10 Тульский государственный университет Device measuring acceleration
RU2244311C1 (en) * 2003-05-20 2005-01-10 Тульский государственный университет (ТулГУ) Device for measuring accelerations
RU2329513C1 (en) * 2007-03-05 2008-07-20 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Тульский государственный университет (ТулГУ) Device for measurement of accelerations
RU2384848C1 (en) * 2008-12-22 2010-03-20 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Тульский государственный университет (ТулГУ) Acceleration measurement device
RU2405160C1 (en) * 2009-06-30 2010-11-27 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Тульский государственный университет (ТулГУ) Acceleration measurement device

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU742801A1 (en) * 1977-10-24 1980-06-25 Ростовское Высшее Военное Командное Училище Им. Главного Маршала Артиллерии Неделина М.И. Accelerometer
US5396439A (en) * 1991-08-20 1995-03-07 Nec Corporation Acceleration sensing device having negative feedback loop
RU2190858C1 (en) * 2001-10-23 2002-10-10 Тульский государственный университет Device measuring acceleration
RU2244311C1 (en) * 2003-05-20 2005-01-10 Тульский государственный университет (ТулГУ) Device for measuring accelerations
RU2329513C1 (en) * 2007-03-05 2008-07-20 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Тульский государственный университет (ТулГУ) Device for measurement of accelerations
RU2384848C1 (en) * 2008-12-22 2010-03-20 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Тульский государственный университет (ТулГУ) Acceleration measurement device
RU2405160C1 (en) * 2009-06-30 2010-11-27 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Тульский государственный университет (ТулГУ) Acceleration measurement device

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2793846C1 (en) * 2022-10-18 2023-04-07 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тульский государственный университет" (ТулГУ) Device for measuring accelerations

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2513667C1 (en) Compensation accelerometer
RU2415442C1 (en) Compensation accelerometre
RU2397498C1 (en) Compensation accelerometre
RU2363957C1 (en) Compensation accelerometer
RU2449293C1 (en) Compensation accelerometer
RU2724241C1 (en) Compensatory accelerometer
RU2740875C1 (en) Device for measuring accelerations
RU2478211C1 (en) Compensation accelerometer
RU2411522C1 (en) Compensation accelerometre
RU2359277C1 (en) Compensation accelerometre
RU2750531C1 (en) Device for measuring accelerations
RU2696667C1 (en) Accelerometer
RU2700339C1 (en) Compensatory accelerometer
RU2539826C2 (en) Compensation-type accelerometer
RU2526589C1 (en) Accelerometer
RU2792706C1 (en) Compensation accelerometer
RU2809588C1 (en) Device for measuring accelerations
RU2736010C1 (en) Compensatory accelerometer
RU2676217C1 (en) Compensation accelerometer
RU2780407C1 (en) Device for measuring accelerations
RU2784473C1 (en) Compensation accelerometer
RU2785946C1 (en) Device for measuring accelerations
RU2738877C1 (en) Compensatory accelerometer
RU2756937C1 (en) Compensating accelerometer
RU2793895C1 (en) Device for measuring accelerations