SU1049432A1 - Трехкомпонентный акселерометр - Google Patents

Abstract

ТРЕХКОМПОНЕНТНЫЙ АКСЕЛЕРОМЕТР , содержащий инерционную массу , датчики перемещени  и датчики силы,расположенные вокруг инерционной массы попарно по трем перпендикул рным ос м, три схемы управлени , кажда  из которых включает фильтрусилитель , фазочувствительный демодул тор , логический блок, электронный ключ, источник переменного напр жени , подключенный к фазочувствительному демодул тору и электронному ключу, и счетчик импульсов, причем вход фазочувствительного демодул тора подсоединен к соответствующим датчикам перемещени  через фильтр-усилитель, выходы логического блока - к первым управл ющим входам электронного ключа, отличающийс  тем, что, с целью повышени  точности, в каждую схему управлени  введены два регул тора индукции, блок динамической коррекции , частотно-импульсный модул тор , формирователь строба посто нной длительности и блок индикации, при этом выход каждого регул тора индукции соединен с соответствующим датчиком силы, а вход - с соответствующим входом электронного ключа, с S блок динамической коррекции, частотно-импульсный модул тор и форми (Л рователь строба посто нной длительности соединены последовательно, с: вход блока динамической коррекции соединен с выходом фазочувствительного демодул тора, выход - с входами логического блока и частотно-импульсного модул тора, выход котороо го соединен с входами счетчика им4 пульсов и формировател  строба постоСО .4; оо ю  нной длительности, выход последнего подсоединен ко второму управл ющему входу электронного ключа, а входы- блока индикации - к выходам логического блока и счетчика импульсов .

Description

Изобретение относитс  к приборостроению и может найти применение j. в приборах инерциальной навигации,. Известен компенсационный акселерометр , содержащий инерционный элемент , расположенный в зазоре между двум  электромагнитами, обмотки соединены с выходами усилительно-пре образовательных блоков, датчик положени  инерционного элемента, подклго .ценный ко входу блока динамической коррекции, блок суммировани  и блок вычитани , одни- из входов которых подключены к источнику опорного сигнала , другие - к выходу блока динамической коррекции, блок индикации, .датчики индукции, чувствительные эле менты которых размещены в зазорах между инерционным элементом и соответствующим электромагнитом, два имтегратора и две схемы сравнени , при чем одни из входов схем сравнени  соединены с соответствующими выходами блока суммировани  и блока вычитани  и с входами блока индикации, а выходы со входами интеграторов, выхо ды которых подключены к соответствующим входам усилительно-преобразовательных блоков 11. Недостатком известного компенсаци онного акселерометра  вл етс  низка  точность измерени  малых ускорений, св занна  с- тем, что несмотр  на низ кую относительную погрешность регули ровани  величины электродвижущей силы индукции (не более 0,01%) относительна  величина погрешности измерени  ускорени  будет во столько раз больше во сколько раз абсолютна  величина суммарной индукции в зазорах элек тромагнитое больше разности индукций в зазорах этйх электромагнитов, т.е. при замере максимального ускорени , когда инерционный элемент л жет на полюс одного из электромагнитов, погрешность измерени  ускорени  будет не более 0,02% при снижении измер емого ускорени  в 10 раз погрешность возрастает до 0,2 при замере ускорени , составл ющего 0,01 от мак симального, погрешность измерени  увеличитс  до 2% и так далее, Известен также цифровой акселерометр , содержащий чувствительный элемент, усилитель, преобразователь напр жение-частота мультивибратор, триггеры, схемы совпадений, мостовой переключатель тока обратной св зи, стабилизатор тока и магнитоэлектрический обратный преобразователь 2. Недостатком известного цифрового акселерометра  вл етс  относительно низка  точность, обусловленна  низкой точностью преобразователей сигнала в части замкнутого контура от преобразователе напр жение-частота до выхода магнитоэлектрического преоС5разоЕ ател , Известно, что именно эта часть замкнутого контура определ ет погрешность компенсационного акселерометра. Сигнал с преобразовател  напр жение-частота преобразуетс  в импульсы посто нного интервала достаточно точно. Мостовой переключатель тока обратной св зи и магнитоэлектрический обратный преобразователь управл ют уровн ми аналоговых сигналов и не могут работать с высокой томностью при изменении внешних условий и зазора в обратном преобразователе . Погрешность нелинейности характеристики магнитоэлектрического ,npeoбpaзo8ateл  тока в электромагнитную силу, компенсирующую инерционную силу, может быть значительной при изменении зазора. Применение электромагнитного преобразовател  в выше отмеченной схеме увеличивает погрешность акселерометра из-за остаточных электромагнитных  влений в магнитопроводах. Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату  вл етс  трехкомпонентный акселерометр, содержащий инерционную массу,погруженную в демпфирую1иую жидкость, расположенные вокруг инерционной массы шесть датчиков усили , представл ющих собой электромеханические преобразователи, создаощие усили  на инерционную массу , шесть элементов трех датчиков перемещени , конструктивно  вл ющихс  частью датчиков усили , три схемы управлени , осуществл ющих работу прибора по трем ос м, кажда  из которых включает в себ  фильтрусилитель , обрабатывающий сигнал с датчика перемещени  инерционной массы по одной оси,подключенный к нему фазомувстэительный демодул тор, логический блок, определ ющий пол рность выходного напр жени  с фазочувствительного демодул тора и имеющий зану нечувствительности; электронный

ключ, осуществл ющий пропускание импульсов с источника тактовых импульсов в зависимости от пол рности выходного сигнала с логического блок переключатель, подающий с источника переменного напр жени  импульсы посто нной энергии через конденсаторы в датчики усили , и реверсивный счетчик импульсов С 3 3.

Недостатком известного трехкомпонентного акселерометра  вл етс  низка  точность измерени  ускорени , св занна  с тем, что электромагнитна  сила, компенсирующа  инерционную силу, пропорциональную измер емому ускорению, определ етс  по каждой оси разностью двух электромагнитных сил, созданных двум  неточными датчиками усили . Относительна  погрешность каждого датчика усиЛИЯ определ етс  нелинейностью зависимости средней электромагнитной силы датчика усили  от числа тактовых импульсов, поданных в канал электронного ключа схемы управлени , св занной с тем, что в датчике усили  импульсы посто нной энергии не преобразуютс  в импульсы электромагнитной силы посто нной величины при изменении зазора между полюсом датчика усили  и инерционной массой, а также при изменении параметров датчика усили , вызванных изменением тe « epaтypы и старением элементов . В то же врем  ускорение, определ емое по разности чисел тактовых импульсов, поданных в каналы электроного ключа, будет вычислено в известном трехкомпонентном акселерометре с относительной погрешностью во столько раз большей относительной погрешности каждого канала, во сколько раз суммарна  электромагнитна  сила двух противоположных датчиков усили  больше разности электрома - нитных сил этих датчиков.

Целью изобретени   вл етс  повышение точности измерени  ускорени .

Указанна  цель достигаетс  тем, что в трехкомпонентном акселерометре содержащем инерционную массу, датчик перемещени  и датчики силы, расположенные вокруг инерционной массы попарно по трем перпендикул рным ос м, три схемы управлени , кажда  из которых включает фильтр-усилитель, фазочувствительный демодул тор, логический блок, электронный ключ, источник переменного напр жени , подключенный к фазочувствительному демодул тору и электронному ключу, и счетчик импульсов, причем вход фазочувствительного демодул тора посоединен к соответствующим датчикам перемещени  через фильтр-усилитель, а выходы логического блока - к перв управл ющим входам электронного ключа , в каждую схему управлени  введены два регул тора индукции, блок динамической коррекции, частотно-импульсный модул тор, формирователь строба посто нной длительности и блок индикации, при этом выход каждого регул тора индукции соединен с соответствующим датчиком силы, а вход - с соответствующим входом электронного ключа, блок динамической коррекции, частотно-импульсный модул тор и формирователь строба посто нной длительности соединены последовательно, вход блока динамической коррекции соединен с выходом фазочувствительного демодул тора , выход - с входами логического блока и частотно-импульсного модул тора , выход которого соединен с входами счетчика импульсов и формировател  строба посто нной длительности , выход последнего подсоединен ко второму управл ющему входу электронного ключа, а входы блока индикации - к выходам логического блока и счетчика импульсов.

На фиг. 1 изображена конструктивна  схема трехкомпонентного акселерометра; на фиг. 2 - функциональна  схема одного канала трехкомпонентного акселерометра. I

Трехкомпонентный акселерометр содержит инерционную массу 1, расположенные вокруг инерционной массы шесть датчиков 2 силы, представл ющих собой электромеханические пр еобразователи , шесть элементов 3 трех датчиков перемещени , конструктивно  вл ющихс  частью датчиков силы, три схемы управлени , кажда  из которых включает в себ  два регул тора k индукции, фильтр-усилитель

5,фазочувствительный демодул тор

6,блок 7 динамической коррекции, частотно-импульсный модул тор 8, формирователь 9 строба посто нной длительности, логический блок 10, электронный ключ 11, источник 12 гч ременного напр жени , счетчик 13 импульсов и блок индикации, примем регул торы k индукции, нагружен ные датчиками 2 силы, подключены к источнику 12 переменного напр жени  через электронный ключ 11, датчик 3 перемещени , фильтр-усилитель 5, фазочувствительный демодул тор 6 блок 7 динамической коррекции, частотно-импульсный модул тор 8 и фор мирователь 9 строба посто нной длительности включены последовательно, вход логического блока 10 подключен к выходу блока 7 динамической коррекции , первые управл ющие входы электронного ключа 11 - к выходам логического блока 10, второй управл ющий вход ключа 11 - к выходу фор мировател  9 строба посто нной длительности , вход счетчика 13 импульсов - к выходу частотно-импульсного модул тора 8, входы блока индикации - к выходам логического блока 10 и выходу счетчика 13 импульсов . Трехкомпонентный акселерометр ра ботает следующим образом. При отсутствии ускорени  инерционна  масса 1 находитс  а среднем положении относительно датчиков 2 силы. Сигнал с пар элементов 3 задатчика перемещени , конструктивно  вл ющихс  частью силы, вычитаютс  друг из друга, результирующие сигналы датчиков перемещени  равны нулю. Датчики силы и конструктивно св занные с ними, датчики перемещени  запитаны небольшим переменным напр жением с регул торо k индукции. Небольшие величины индукции а зазорах между датчиками силы и инерционной массой стабилизируютс  регул торами индукции, выполненными по замкнутой схеме, так что суммарна  электромагнитна  сила действующа  на инерционную массу, равна нулю. В каждой электронной схеме управлени  нулевой сигнал не запускает частотно-импульсный модул тор 8, а формирователь 9 строба пс сто нной длительности и логический блок 10 имеют на выходах напр жени  соответствующие логическому нулю. В этом случае электронный ключ 11 подает на регул торы t индукции низкий уровень напр жени  с источника 12 переменного напр жени . Со сч чика 13 импульсов снимаютс , дешиф .рируютс  и индицируютс  индикатором 1 сигналы, соответствующие нулевому ускорению. При действии ускорени , например, по оси У, инерционна  масса 1 смещаетс  вправо от среднего положени  (фиг. 2). Зазор между левым датчиком 2 силы и инерционной массой 1 увелиЧ1®аетс , а между правым датчиком силы и инерционной массой уменьшаетс . Сигналы с элементов 3 датчика перемещени , вычита сь друг из друга, дают результирующее переменное напр жение не равное нулю. Это напр жение усиливаетс  фильтром-усилителем 5 и преобразуетс  в посто нное напр жение , например, положительной пол рности фазочувствительным демодул тором 6, а блок динамической коррекции вводит производную из изменени  величины напр жени  в структуру сигнала и тем самым формирует необходимые динамические характеристики в системе стабилизации зазоров между датчиками 2 силы и инерционной массой 1. Частотно-импульсный модул тор, независимо от пол рности сигнала на входе, вырабатывает импульсы с частотой, пропорциональной величине входного сигнала, а генератор 9 строба посто нной длительности формирует строб на каждый или через определенное число импульсов, поданных с частотно-импульсного модул тора . Логический блок 10 определ ет знак выходного напр жени  с блока динамической коррекции и в рассматриваемом случае работы прибора подает в левый канал электронного ключа II напр жение, соответствующее логической единице. 8 случае прихода на ключ 11 строба с генератора 9 строба посто нной длительности, одновременно с логической единицей с логического блока 10, левый канал ключа пропускает высокий уровень напр жени  с источника 12 переменного напр жени  на левый регул тор индукции, который стабилизирует высокий заданный уровень индукции в зазоре между левым датчиком 2 силы и инерционной массой 1. В этом случае будет сформирован точный импульс силы. Частота следовани  импульсов силы пропорциональна выходной частоте частотноимпульсного модул тора, тогда средн   электромагнитна  сила, сформированна  левым датчиком силы будет пропорциональна выходной частоте частотно-импу ьсного . модул тора, электромагнитна  сила левого датчика силы скомпенсирует инерционную силу, пропорциональную измер емому ускорению следовательно выходна  частота частотно-импульсного модул тора будет пропорциональна измер емому ускорению . При посто нном действующем ускорении инерционна  масса будет находитьс  в смещенном положении отнбсительно среднего, и величина смещени  тем меньше, чем больш коэффициент усилени  разомкнутого контура системы стабилизации зазоров между датчиками силы и инерционной массой. Зтот коэффициент усилени  увеличиваетс  -за счет того, что при подаче высокого уровн  напр жени  в левый датчик силы 2 увеличиваетс  выходной сигнал с левого элемента 3 датчика перемещени , конструктивно  вл ющегос  частью датчика силы. Счетчик 13 импульсов подсчитывает число импульсов , выработанных частотно-импульсным модул тором 8 за некоторый промежуток времени, а блок I индикации дешифрирует и индицирует эту информацию в единицах ускорени , причем знак ускорени  определ етс  дешифрированием сигналов с логического блока 10. Точность измерени  ускорени  определ етс  точностью стабилизации амплитуды и длительности им1 пульса силы, соответствием числа импульсов силы числу импульсов на выходе частотно-импульсного модул тора

и точностью подсчета числа этих импульсов . Посто нные во ,всем диапазоне измер емых ускорений аналоговые характеристики импульса силы ( амплитуда , длительность J, задаютс  с высокой точностью, значительно больI шей чем переменные характеристики в известных устройствах. Импульсна  и цифрова  части электронных схем

отличаютс  более высокой точностью и в значительно меньшей степени вли ют на точность измерени  ускорени  Поэтому точность трехкомпонентного акселерометра будет определ тьс 

точностью стабилизации посто нной амплитуды и посто нной длительности импульса силы и на основании изложенного будет более высокой, чем точность измерени  ускорени  в известных устройствах .

Таким образом, предложенный трехкомпонентный акселерометр обеспечивает увеличение точности измерени  ускорени  за счет компенсации инер|ционной силы, пропорциональной измер емому ускорению, электромагнитной силой в виде последовательности импульсов силы посто нной длительности, стабилизированной амплитуды и формы,

сформированных датчиком, силы, выбранным логическим блоком, причем средн   величина электромагнитной силы пропорциональна частоте импульсов частотно-импульсного модул тора,

по которой определ етс  величина измер емого ускорени .

фиг.

Claims (1)

1. ТРЕХКОМПОНЕНТНЫЙ АКСЕЛЕРОМЕТР, содержащий инерционную массу, датчики перемещения и датчики силы,расположенные вокруг инерционной массы попарно по трем перпендикулярным осям, три схемы управления, каждая из которых включает фильтрусилитель, фазочувствительный демодулятор, логический блок, электронный ключ, источник переменного напряжения, подключенный к фазочувствительному демодулятору и электронному ключу, и счетчик импульсов, причем вход фазочувствительного демодулятора подсоединен к соответствыход каждого регулятора соединен с соответствующим силы, а вход - с соответвходом электронного ключа, коррекции, частотвующим датчикам перемещения через фильтр-усилитель, выходы логического блока - к первым управляющим входам электронного ключа, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, в каждую схему управления введены два регулятора индукции, блок динамической коррекции, частотно-импульсный модулятор, формирователь строба постоянной длительности и блок индикации, при этом индукции датчиком ствующим блок динамической но-импульсный модулятор и формирователь строба постоянной длительности соединены последовательно, вход блока динамической коррекции соединен с выходом фазочувствительного демодулятора, выход - с входами логического блока и частотно-импульсного модулятора, выход которого соединен с входами счетчика импульсов и формирователя строба постоянной длительности, выход последнего подсоединен ко второму управляющему входу электронного ключа, а входы- блока индикации - к выходам логического блока и счетчика импульсов. ’

   О s ΐ

   1СЙ9М2