RU2758196C1 - Acceleration measuring device - Google Patents
Acceleration measuring device Download PDFInfo
- Publication number
- RU2758196C1 RU2758196C1 RU2021111186A RU2021111186A RU2758196C1 RU 2758196 C1 RU2758196 C1 RU 2758196C1 RU 2021111186 A RU2021111186 A RU 2021111186A RU 2021111186 A RU2021111186 A RU 2021111186A RU 2758196 C1 RU2758196 C1 RU 2758196C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- output
- input
- amplifier
- binary counter
- negative feedback
- Prior art date
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
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Pressure Sensors (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для использования в приборах компенсационного типа в системах стабилизации, навигации, наведения и медицинской диагностике.The invention relates to measuring equipment and is intended for use in compensatory-type devices in stabilization, navigation, guidance and medical diagnostics systems.
Известен акселерометр (А.С. №742801, опубл. в БИ №23, 1980), содержащий 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, к управляющему входу электронного ключа.Known accelerometer (AS No. 742801, publ. In BI No. 23, 1980), containing a sensitive element, an angle sensor, an integrating feedback amplifier, a torque sensor, an additional integrating amplifier, an electronic key, a threshold element. Moreover, the first output of the angle sensor is connected through an integrating feedback amplifier to the torque sensor, and the second output of the angle sensor, through a threshold element and an additional integrating amplifier, to the control input of the electronic key.
Недостатком акселерометра является низкая точность измерения, так как выбор коэффициента усиления с жесткой отрицательной обратной связью ограничен условием устойчивости системы. Точность работы акселерометра зависит от интегрирующих аналоговых усилителей, порогового элемента и электронного ключа, включенных в обратную связь. Основная погрешность устройства для измерения ускорений связана с конечностью времени заряда конденсатора интегрирующего усилителя. Эта погрешность приводит к апертурной ошибке, свойственной подобной схеме выборки и обработки информации.The disadvantage of the accelerometer is the low measurement accuracy, since the choice of the gain with a hard negative feedback is limited by the system stability condition. The accuracy of the accelerometer depends on the integrating analog amplifiers, the threshold element and the electronic switch included in the feedback. The main error of the device for measuring accelerations is associated with the finite charging time of the capacitor of the integrating amplifier. This error leads to the aperture error inherent in such a sampling and information processing scheme.
Наиболее близким по техническому решению является компенсационный акселерометр для измерения ускорений (патент РФ №2513667 C1, G01P 15/13, опубл. в БИ №11, 20.04.2014), содержащий чувствительный элемент, угловое положение которого фиксируется датчиком угла, усилитель, вход которого соединен с выходом датчика угла, фазовый детектор отрицательной обратной связи, интегрирующую отрицательную обратную связь с выхода компаратора на вход датчика момента через последовательно соединенные по информационным входам компаратор, преобразователь уровня, два ждущих синхронных генератора, реверсивный двоичный счетчик, схему сравнения, триггер, электронный ключ, вход которого соединен с выходом генератора тока, суммирующий двоичный счетчик, выход которого соединен с одним из входов схемы сравнения, а вход, с выходом генератора вспомогательной частоты, генератор опорного напряжения, выходы которого соединены с входами датчика угла и фазового детектора отрицательной обратной связи, дополнительные входы компаратора, ждущих синхронных генераторов, реверсивного двоичного счетчика соединены с генератором вспомогательной частоты, введена местная отрицательная обратная связь с выхода усилителя на вход фазового детектора отрицательной обратной связи через последовательно соединенные по информационным входам сумматор, пороговый элемент, интегро-дифференцирующее звено с передаточной функцией (где Т1<Т2, постоянные времени) и один из входов сумматора соединен с выходом интегро-дифференцирующего звена через звено запаздывания с передаточной функцией (где K и T - коэффициент передачи и постоянная времени звена запаздывания) и выход фазового детектора отрицательной обратной связи соединен с входом компаратором через дифференцирующее звено с передаточной функцией (где T1>T2, постоянные времени звена запаздывания), и выход реверсивного двоичного счетчика является цифровым выходом компенсационного акселерометра.The closest technical solution is a compensation accelerometer for measuring accelerations (RF patent No. 2513667 C1, G01P 15/13, published in BI No. 11, 04/20/2014), containing a sensitive element, the angular position of which is fixed by an angle sensor, an amplifier whose input connected to the output of the angle sensor, phase detector of negative feedback, integrating negative feedback from the output of the comparator to the input of the torque sensor through a comparator, a level converter, two waiting synchronous generators, a reversible binary counter, a comparison circuit, a trigger, an electronic key connected in series on the information inputs , the input of which is connected to the output of the current generator, the summing binary counter, the output of which is connected to one of the inputs of the comparison circuit, and the input, to the output of the auxiliary frequency generator, is the reference voltage generator, the outputs of which are connected to the inputs of the angle sensor and the negative feedback phase detector, additional inputs to Opparator, waiting for synchronous generators, reversible binary counter are connected to the auxiliary frequency generator, local negative feedback is introduced from the amplifier output to the input of the negative feedback phase detector through the adder, threshold element, integro-differentiating link with a transfer function, connected in series at the information inputs (where T 1 <T 2 , time constants) and one of the inputs of the adder is connected to the output of the integro-differentiating link through a delay link with a transfer function (where K and T are the transfer coefficient and time constant of the delay link) and the output of the negative feedback phase detector is connected to the input by a comparator through a differentiating link with a transfer function (where T 1 > T 2 , time constants of the lag link), and the output of the reverse binary counter is the digital output of the compensation accelerometer.
Недостатком компенсационного акселерометра является малая полоса пропускания и невысокая точность измерения.The disadvantage of the compensation accelerometer is its low bandwidth and low measurement accuracy.
Технической задачей настоящего изобретения является расширение полосы пропускания акселерометра и повышение точности измерения.The technical problem of the present invention is to expand the bandwidth of the accelerometer and improve the measurement accuracy.
Это достигается тем, что в устройство для измерения ускорений, содержащее чувствительный элемент, отклонение которого фиксируются датчиком угла, выход которого соединен с усилителем, а вход соединен с генератором опорного напряжения, датчик момента, соединенный с выходом электронного ключа, вход которого соединен с генератором тока, отрицательную обратную связь, компаратор, соединенный с входом схемы сравнения через последовательно соединенные по информационным входам преобразователь уровня, два ждущих синхронных генератора, реверсивный двоичный счетчик, а также суммирующий двоичный счетчик, выход которого соединен с одним из входов схемы сравнения, а вход, с выходом генератора вспомогательной частоты, дополнительные входы компаратора, ждущих синхронных генераторов, реверсивного двоичного счетчика соединены с генератором вспомогательной частоты, введены аналоговая отрицательная обратная связь с выхода усилителя на вход датчика момента через первый фильтр и дискретная отрицательная обратная связь с выхода усилителя на вход компаратора последовательно по информационным входам через интегрирующий усилитель с зоной нечувствительности, второй фильтр и интегратор, кроме того выход схемы сравнения соединен с входом электронного ключа через триггер, и выход реверсивного двоичного счетчика является цифровым выходом.This is achieved by the fact that a torque sensor connected to the output of an electronic key, the input of which is connected to a current generator , negative feedback, a comparator connected to the input of the comparison circuit through a level converter connected in series at the information inputs, two waiting synchronous generators, a reversible binary counter, as well as a summing binary counter, the output of which is connected to one of the inputs of the comparison circuit, and the input, with the output of the auxiliary frequency generator, additional inputs of the comparator, waiting synchronous generators, reversible binary counter are connected to the auxiliary frequency generator, analog negative feedback is introduced from the amplifier output to the input of the torque sensor through the first filter and a discrete negative feedback there is a direct connection from the amplifier output to the comparator input in series through the information inputs through an integrating amplifier with a dead zone, a second filter and an integrator, in addition, the output of the comparison circuit is connected to the input of the electronic switch through a trigger, and the output of the reversible binary counter is a digital output.
Введение в устройство для измерения ускорений отрицательных обратных связей, одна из которых содержит первый фильтр с передаточной функцией , (где T1>T2), другая содержит интегрирующий усилитель с зоной нечувствительности, второй фильтр с передаточной функцией (где T3>T4), триггер, и интегратор с передаточной функцией , (где k - коэффициент передачи интегратора, s - оператор преобразования Лапласа) позволило реализовать режим устойчивых автоколебаний, увеличить коэффициент передачи по разомкнутому контуру, повысить точность измерения и расширить полосу пропускания.Introduction to a device for measuring the acceleration of negative feedbacks, one of which contains the first filter with a transfer function , (where T 1 > T 2 ), the other contains an integrating amplifier with a deadband, the second filter with a transfer function (where T 3 > T 4 ), flip-flop, and integrator with transfer function , (where k is the integrator transfer coefficient, s is the Laplace transform operator) made it possible to implement the stable self-oscillation mode, increase the open-loop transfer coefficient, increase the measurement accuracy and expand the bandwidth.
На фиг. изображена функциональная схема устройства для измерения ускоренийFIG. shows a functional diagram of a device for measuring accelerations
Устройство для измерения ускорений содержит чувствительный элемент 1, угловое отклонение которого фиксируется датчиком угла 2. Один из входов датчика угла 2 соединен с выходом генератора опорного напряжения 3. Выход датчика угла 2 соединен с входом усилителя 4. Выход усилителя 4 соединен с входом первого фильтра 5, выход которого соединен с одним из входов датчика момента 6. Выход усилителя 4 соединен с входом интегрирующего усилителя с зоной нечувствительности 7. Выход интегрирующего усилителя с зоной нечувствительности 7 соединен с входом второго фильтра 8. Выход второго фильтра соединен с входом интегратора 9. Выход интегратора 9 соединен с входом компаратора 10, выход которого соединен с входом преобразователя уровня 11, выходы которого соединены с входами двух ждущих синхронных генераторов 12 и 13. Выходы ждущих синхронных генераторов 12 и 13 соединены с входами реверсивного двоичного счетчика 14. Выход реверсивного двоичного счетчика 14 соединен с входом схемы сравнения 15. Другой вход схемы сравнения 15 соединен с выходом суммирующего двоичного счетчика 16. Выход схемы сравнения 15 соединен с входом триггера 17, выход которого соединен с одним из входов электронного ключа 18. Другой вход электронного ключа 18 соединен с выходом генератора тока 19. Выход электронного ключа 18 соединен с входом датчика момента 6. Датчик момента 6 кинематически соединен с чувствительным элементом 1. Дополнительные входы компаратора 10, преобразователя уровня 11, ждущих синхронных генераторов 12 и 13, реверсивного двоичного счетчика 14 и суммирующего двоичного счетчика 16 соединены с выходами генератора вспомогательной частоты 20. Выход реверсивного двоичного счетчика 14 является дискретным выходом устройства для измерения ускорений.The device for measuring accelerations contains a
Элементы, входящие в функциональную схему устройства для измерения ускорений, приведены в книгах: П. Хоровиц, У. Хилл. Искусство схемотехники. М.: Мир, т. 1-3, 1993, Н.Т. Кузовков Динамика систем автоматического управления. М.: Машиностроение, 1968, с- 428.The elements included in the functional diagram of the device for measuring accelerations are given in the books: P. Horowitz, W. Hill. The art of circuitry. M .: Mir, t. 1-3, 1993, N.T. Kuzovkov Dynamics of automatic control systems. M .: mechanical engineering, 1968, p-428.
Устройство для измерения ускорений работает следующим образом. При действии ускорения происходит отклонение чувствительного элемента 1, которое фиксируется датчиком угла 2, обмотки возбуждения которого соединены с выходом генератора опорного напряжения 3. Сигнал с датчика угла 2, после усиления усилителем 4, поступает на вход первого фильтра 5, а затем на одну из токовых обмоток датчика момента 6. Ведение, в аналоговую отрицательную обратную связь, первого фильтра 5 с передаточной функцией (где T1>T2), обеспечивает стабилизацию параметров устройства для измерения ускорений. Выходной сигнал с усилителя 4 поступает на вход интегрирующего усилителя с зоной нечувствительности 7, а затем на вход второго фильтра 8 с передаточной функцией (где T3>T4). Напряжение с выхода второго фильтра 8 поступает на вход интегратора 9. Сигнал с интегратора 9 поступает на вход компаратора 10. В компараторе 10 происходит сравнение сигнала с выхода интегратора 9 с сигналом, выделенного из стабильного по частоте и амплитуде сигнала с выхода генератора вспомогательной частоты 20. Если сигнал с выхода интегратора 9 будет больше треугольного напряжения с выхода генератора вспомогательной частоты 20, то на выходе компаратора 10 будет высокий логический уровень, если меньше, то на выходе компаратора 10 - низкий логический уровень. Уровень сигнала с выхода компаратора 10 зависит от фазы отклонения чувствительного элемента 1. Сигнал с выхода компаратора 10, в виде уровня, поступает на вход преобразователя уровня 11, а затем на входы ждущих синхронных генераторов 12 и 13, которые, с помощью генератора вспомогательной частоты 20, выдают сигналы в виде импульса, на каждое воздействие входного сигнала (с выхода преобразователя уровня 11) равного "1". Реверсивный двоичный счетчик 14 производит подсчет единичных импульсов поступающих с выхода ждущего синхронного генератора 12, и вычитание импульсов, поступающих с выхода ждущего синхронного генератора 13. Реверсивный двоичный счетчик 14 положительную информацию представляет в прямом коде, а отрицательную в дополнительном коде, и преобразование дополнительного кода осуществляется схемой сравнения 15 и суммирующим двоичным счетчиком 16. После логического сравнения сигналов в схеме сравнения 15, сигнал с выхода схемы сравнения 15 поступает на вход триггера 17. Выходной сигнал с триггера 17, в виде уровня, поступает на вход электронного ключа 18. Стабилизация параметров электронного ключа 18 осуществляется генератором тока 19. На выходе электронного ключа 18 будут импульсы, число которых пропорционально двоичному коду, поступающему на вход схемы сравнения 15. На токовые обмотки датчика момента 6 поступают сигналы с выхода электронного ключа 18 со знаком знакового разряда реверсивного двоичного счетчика 14 и с выхода первого фильтра 5. Датчик момента 6 компенсирует угловое отклонение чувствительного элемента 1. Выход реверсивного двоичного счетчика 14 является дискретным выходом устройства для измерения ускорений.The device for measuring accelerations works as follows. Under the action of acceleration, the deflection of the
Введение в устройство для измерения ускорений аналоговой и дискретной отрицательных обратных связей позволяет реализовать режим устойчивых автоколебаний, а также повысить коэффициент передачи по разомкнутому контуру, точность и расширить полосу пропускания.The introduction of analog and discrete negative feedbacks into a device for measuring accelerations makes it possible to realize a stable self-oscillation mode, as well as to increase the open-loop transmission coefficient, accuracy, and expand the bandwidth.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2021111186A RU2758196C1 (en) | 2021-04-19 | 2021-04-19 | Acceleration measuring device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2021111186A RU2758196C1 (en) | 2021-04-19 | 2021-04-19 | Acceleration measuring device |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2758196C1 true RU2758196C1 (en) | 2021-10-26 |
Family
ID=78289699
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2021111186A RU2758196C1 (en) | 2021-04-19 | 2021-04-19 | Acceleration measuring device |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2758196C1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2785946C1 (en) * | 2022-05-05 | 2022-12-15 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тульский государственный университет" (ТулГУ) | Device for measuring accelerations |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU547698A2 (en) * | 1975-07-25 | 1977-02-25 | Ленинградский Ордена Ленина Политехнический Институт Им.Калинина М.И. | Accelerometer Centrifuge |
WO2005083451A1 (en) * | 2004-02-27 | 2005-09-09 | Bae Systems Plc | Accelerometer |
RU2513667C1 (en) * | 2012-11-12 | 2014-04-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Тульский государственный университет" (ТулГУ) | Compensation accelerometer |
RU2724241C1 (en) * | 2020-01-14 | 2020-06-22 | Федеральное государственное бюджетное учреждение высшего образования "Тульский государственный университет" (ТулГУ) | Compensatory accelerometer |
-
2021
- 2021-04-19 RU RU2021111186A patent/RU2758196C1/en active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU547698A2 (en) * | 1975-07-25 | 1977-02-25 | Ленинградский Ордена Ленина Политехнический Институт Им.Калинина М.И. | Accelerometer Centrifuge |
WO2005083451A1 (en) * | 2004-02-27 | 2005-09-09 | Bae Systems Plc | Accelerometer |
RU2513667C1 (en) * | 2012-11-12 | 2014-04-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Тульский государственный университет" (ТулГУ) | Compensation accelerometer |
RU2724241C1 (en) * | 2020-01-14 | 2020-06-22 | Федеральное государственное бюджетное учреждение высшего образования "Тульский государственный университет" (ТулГУ) | Compensatory accelerometer |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2785946C1 (en) * | 2022-05-05 | 2022-12-15 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тульский государственный университет" (ТулГУ) | Device for measuring accelerations |
RU2793895C1 (en) * | 2022-11-21 | 2023-04-07 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тульский государственный университет" (ТулГУ) | Device for measuring accelerations |
RU2793845C1 (en) * | 2023-01-09 | 2023-04-07 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тульский государственный университет" (ТулГУ) | Accelerometer |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2513667C1 (en) | Compensation accelerometer | |
RU2415442C1 (en) | Compensation accelerometre | |
RU2363957C1 (en) | Compensation accelerometer | |
RU2724241C1 (en) | Compensatory accelerometer | |
RU2449293C1 (en) | Compensation accelerometer | |
RU2397498C1 (en) | Compensation accelerometre | |
RU2758196C1 (en) | Acceleration measuring device | |
RU2700339C1 (en) | Compensatory accelerometer | |
RU2478211C1 (en) | Compensation accelerometer | |
RU2756937C1 (en) | Compensating accelerometer | |
RU2411522C1 (en) | Compensation accelerometre | |
RU2696667C1 (en) | Accelerometer | |
RU2736010C1 (en) | Compensatory accelerometer | |
RU2359277C1 (en) | Compensation accelerometre | |
RU2780407C1 (en) | Device for measuring accelerations | |
RU2785946C1 (en) | Device for measuring accelerations | |
RU2783223C1 (en) | Device for measuring accelerations | |
RU2793895C1 (en) | Device for measuring accelerations | |
RU2784473C1 (en) | Compensation accelerometer | |
RU2809588C1 (en) | Device for measuring accelerations | |
RU2793845C1 (en) | Accelerometer | |
RU2818692C1 (en) | Accelerometer | |
RU2792706C1 (en) | Compensation accelerometer | |
RU2738877C1 (en) | Compensatory accelerometer | |
RU2676217C1 (en) | Compensation accelerometer |