SU1748073A1

SU1748073A1 - Accelerometer

Info

Publication number: SU1748073A1
Application number: SU904808330A
Authority: SU
Inventors: Владимир Иванович Городнов; Ольга Ивановна Широкова
Original assignee: Научно-исследовательский институт физических измерений
Priority date: 1990-02-14
Filing date: 1990-02-14
Publication date: 1992-07-15

Abstract

Использование: приборостроение, измерение вибрационных и линейных ускорений . Сущность изобретени : акселерометр содержит измерительный мост 3, одно плечо которого образовано полуобмотками 4 дифференциального индуктивного датчика. Выход измерительного моста 3 подключен к схеме обработки выходного сигнала, в состав которой введены схема выборки и хранени 8 и схема выделени конца импульса 9. 2 ил.Use: instrumentation, measurement of vibration and linear accelerations. The essence of the invention: the accelerometer contains a measuring bridge 3, one arm of which is formed by half windings 4 of a differential inductive sensor. The output of the measuring bridge 3 is connected to the output signal processing circuit, which includes a sample and hold circuit 8 and a pulse end selection circuit 9. 2 or less.

Description

Изобретение относитс к измерительной технике и может быть использовано дл измерени вибрационных и линейных ускорений .The invention relates to a measurement technique and can be used to measure vibration and linear accelerations.

Известно устройство дл измерени линейных ускорений, содержащее последова- тельно включенные преобразователь питани с выходным трансформатором, дифференциальный индуктивный датчик, включенный в одно из плеч измерительного моста, демодул тор, фильтр низких частот и усилитель посто нного тока.A device for measuring linear accelerations is known, comprising a series-connected power converter with an output transformer, a differential inductive sensor included in one of the arms of the measuring bridge, a demodulator, a low-pass filter, and a DC amplifier.

Недостатком данного устройства вл етс низка виброустойчивость, когда искажени полезного выходного сигнала проход т напр мую через демодул тор и привод т к значительной погрешности измерений.The disadvantage of this device is the low vibration resistance when the distortion of the useful output signal passes directly through the demodulator and leads to significant measurement errors.

Наиболее близким к предлагаемому вл етс устройство дл измерени ускорений , содержащее преобразователь питани с выходным трансформатором, измерительный мост, одно плечо которого образовано полуобмотками дифференциального индуктивного датчика, а второе плечо - резистив- ным делителем, усилитель переменногоThe closest to the present invention is a device for measuring accelerations, which contains a power converter with an output transformer, a measuring bridge, one arm of which is formed by the half-windings of a differential inductive sensor, and the second arm is a resistive divider.

напр жени , синхронный ключевой демодул тор на операционном усилителе и управл емый ключ в цепи неинвертирующего входа операционного усилител , фильтр низких частот и усилитель посто нного тока.voltage, a synchronous key demodulator on the op amp, and a control key in the non-inverting input circuit of the op amp, a low pass filter, and a dc amplifier.

Недостатком указанного устройства вл етс низка помехоустойчивость, вызываема паразитными реактивными параметрами дифференциального индуктивного датчика. Большое вли ние на точность измерени оказывают в первую очередь паразитные емкости, образованные как в самом индуктивном датчике - межвиткова емкость , так и на выходе его - емкость соединительной линии св зи.The disadvantage of this device is the low noise immunity caused by the parasitic reactive parameters of the differential inductive sensor. The parasitic capacitances, formed both in the inductive sensor itself — the inter-turn capacitance, and at the output of it — the capacity of the connecting link, have a great influence on the measurement accuracy.

Эти паразитные емкости образуют с рабочей индуктивностью резонансные контура , которые, возбужда сь, накладываютс на полезный выходной сигнал индуктивного датчика.These parasitic capacitances form, with a working inductance, resonant circuits which, excited, are superimposed on the useful output signal of the inductive sensor.

Выходные сигналы индуктивного датчика при отсутствии паразитных емкостей , имеющего реальные паразитные конструктивные емкости, представлены на фиг.1а и б.The output signals of the inductive sensor in the absence of parasitic capacitances, having real parasitic constructive capacitances, are presented in figa and b.

22

О ОOh oh

VIVI

О)ABOUT)

Целью изобретени вл етс повышение точности измерени ускорений за счет исключени вли ни паразитных наводок.The aim of the invention is to improve the accuracy of measuring accelerations by eliminating the influence of parasitic interference.

Поставленна цель достигаетс тем, что в устройство, содержащее преобразователь питани с выходным трансформатором, измерительный мост, одно плечо которого образовано полуобмотками дифференциального индуктивного датчика, а второе плечо - рези- стивным делителем, усилитель переменного напр жени , подключенный к синхронному ключевому демодул тору, последовательно соединенные фильтр нижних частот и усилитель посто нного тока, введены схема выделени конца импульса и схема выборки и хранени , состо ща из управл ющего ключа и конденсатора пам ти, причем выход усилител переменного напр жени соединен с входом схемы выборки и хранени , выход которой соединен с входом фильтра низкой частоты, а управл ющее напр жение на схему выборки и хранени подаетс со схемы выделени конца импульса, вход которой соединен с обмоткой выходного трансформатора.The goal is achieved by the fact that a device containing a power converter with an output transformer, a measuring bridge, one arm of which is formed by the half-windings of a differential inductive sensor, and the second shoulder is a resistive divider, an AC voltage amplifier connected to a synchronous key demodulator, a connected low-pass filter and a dc amplifier, a pulse end extraction circuit and a sampling and storage circuit, consisting of a control switch and a condenser memory device, the output of the AC voltage amplifier is connected to the input of the sampling and storage circuit, the output of which is connected to the input of the low-frequency filter, and the control voltage to the sampling and storage circuit is supplied from the output pulse selection circuit, the input of which is connected to the output winding transformer.

На фиг.2 приведена схема предлагаемого устройства,Figure 2 is a diagram of the proposed device

Устройство дл измерени ускорений содержит преобразователь 1 с выходным трансформатором 2, измерительный мост 3, одно плечо которого образовано полуобмотками дифференциального индуктивного датчика 4, а второе плечо - резистивным делителем 5, усилитель переменного напр жени 6, синхронный ключевой демодул тор 7, схему выборки и хранени 8, схему выделени конца импульса 9, последовательно соединенные фильтр нижних частот 10 и усилитель посто нного тока 11.The device for measuring accelerations contains a converter 1 with an output transformer 2, a measuring bridge 3, one arm of which is formed by the half-windings of a differential inductive sensor 4, and the second arm is a resistive divider 5, an alternating voltage amplifier 6, a synchronous key demodulator 7, a sampling and storage circuit 8, a circuit for selecting the end of a pulse 9, a low-pass filter 10 connected in series, and a DC amplifier 11.

Измерительный мост 3 запитан от вторичной обмотки трансформатора 2 преобразовател 1, выход измерительного моста 3 соединен с входом усилител переменного напр жени 6, выход которого соединен с синхронным ключевым демодул тором 7, управление которого осуществл етс с трансформатора 2, и схемой выборки и хранени 8, управление которой осуществл етс схемой выделени конца импульса 9, вход которой соединен с трансформатором 2. Выход схемы выборки и хранени 8 соединен с входом фильтра нижних частот 10. Устройство дл измерени ускорений работает следующим образом.The measuring bridge 3 is powered from the secondary winding of the transformer 2 of the converter 1, the output of the measuring bridge 3 is connected to the input of the AC voltage amplifier 6, the output of which is connected to the synchronous key demodulator 7, which is controlled from the transformer 2, and the sample and storage circuit 8, the control of which is carried out by the pulse end selection circuit 9, the input of which is connected to the transformer 2. The output of the sampling and storage circuit 8 is connected to the input of the low-pass filter 10. A device for measuring the accelerations of operation melts as follows.

В исходном состо нии при отсутствии линейных или вибрационных ускорений величины индуктивного сопротивлени полуобмоток датчика 4 равны, измерительный мост сбалансирован и выходное напр жение измерительного моста 3 равно нулю.In the initial state, in the absence of linear or vibration accelerations, the magnitudes of the inductive resistance of the half-windings of sensor 4 are equal, the measuring bridge is balanced, and the output voltage of measuring bridge 3 is zero.

Соответственно, равны нулю исходное напр жение усилител переменного напр жени б, синхронного ключевого демодул тора 7, схемы выборки и хранени 8, фильтра нижнихAccordingly, the initial voltage of the variable voltage amplifier B, the synchronous key demodulator 7, the sampling and storage circuit 8, the lower filter

частот 10, усилител посто нного тока 11. При наличии ускорени корь индуктивного датчика под действием сил инерции смещаетс , измен ютс в противоположные стороны значени индуктивных сопротивлений полу0 обмоток датчика 4 и баланс измерительного моста 3 нарушаетс , в результате чего на выходе моста по вл етс переменное напр жение, величина которого в пределах линейной рабочей зоны датчика пропорциональна величинеfrequency 10, DC amplifier 11. In the presence of acceleration, the measles of an inductive sensor under the action of inertial forces are shifted, the values of inductive resistances of semi0 of the windings of sensor 4 and the balance of the measuring bridge 3 are disturbed, resulting in a variable voltage, the value of which within the linear working area of the sensor is proportional to the value

5 ускорени ; частота напр жени равна опорной частоте преобразовател 1, а фаза измен етс на 180° при изменении направлени ускорени .5 speed; the voltage frequency is equal to the reference frequency of the converter 1, and the phase changes by 180 ° when the acceleration direction changes.

Переменное напр жение с выхода из0 мерительного моста 3 усиливаетс усилителем переменного напр жени 6 и подаетс на синхрс-жый ключевой демодул тор 7 и схему выборки и хранени 8, управление которой сфазировано с опорным напр же5 нием. Управл ющий ключ схемы выборки и хранени 8 открываетс и выходное напр жение усилител переменного напр жени б зар жает конденсатор пам ти схемы выборки и хранени 8. Открывание управл ю0 щего ключа схемы выборки и хранени 8 происходит в момент окончани периода опорного напр жени преобразовател , когда колебательные процессы паразитных контуров индуктивного датчика 4 уже закон5 чились или имеют допустимую дл нормального функционировани последующих узлов величину. Выходное напр жение со схемы выборки и хранени 8 поступает на фильтр нижних частот 10, который формиру0 ет частотный диапазон и далее на усилитель посто нного тока 11 дл формировани амплитудного диапазона устройства дл измерени ускорений.The alternating voltage from the output of the measuring bridge 3 is amplified by the alternating voltage amplifier 6 and fed to the synchronous key demodulator 7 and the sampling and storage circuit 8, the control of which is phased with the reference voltage. The control key of the sampling and storage circuit 8 is opened and the output voltage of the variable voltage amplifier b charges the memory capacitor of the sampling and storage circuit 8. The opening of the control key of the sampling and storage circuit 8 occurs at the moment of the end of the reference voltage period of the converter when the oscillatory processes of the parasitic circuits of the inductive sensor 4 have already ended or have a value that is acceptable for the normal functioning of the subsequent nodes. The output voltage from the sample and hold circuit 8 is fed to a low-pass filter 10, which forms the frequency range and then to the DC amplifier 11 to form the amplitude range of the device for measuring accelerations.

Таким образом, введ схему выделени Thus, introducing a pattern of

5 конца импульса 9 и схему выборки и хранени 8 и использу положительные свойства синхронного демодул тора, исключаем вли ние паразитных помех, которые присутствуют во входном сигнале индуктивного5 the ends of the pulse 9 and the sampling and storage scheme 8 and using the positive properties of the synchronous demodulator, exclude the influence of the parasitic interference that is present in the input signal of the inductive

0 датчика.0 sensors.

В предлагаемом устройстве дл измерени ускорений по сравнению с прототипом достигаетс повышение точности измерений за счет использовани схемы выделени In the proposed device for measuring accelerations compared to the prototype, an increase in the measurement accuracy is achieved by using an extraction circuit.

5 конца импульса, схемы выборки и хранени , которые исключают из информативного сигнала колебательные процессы паразитных контуров , и пропускают на фильтр нижних частот сигнал, пропорциональный измер емому ускорению.5 of the pulse ends, the sampling and storage circuits, which exclude oscillatory processes of parasitic circuits from the informative signal, and transmit a signal proportional to the measured acceleration to the low-pass filter.

Claims

Apparatus for measuring accelerations comprising a voltage converter with an output transformer connected to a measuring bridge including a resistive divider and a differential inductive sensor to the output of which an AC voltage amplifier connected to the output of a synchronous demodulator is connected in series with a lower filter frequency and usi0

a dc current, characterized in that, in order to increase accuracy, a sampling and storage circuit is included in it, including a control key and a storage capacitor and connected by an input to the output of an ac voltage amplifier, and by an output to a lower filter frequency, and the circuit of the pulse, the input of which is connected to the output transformer, and the output to the control input of the sampling and storage circuit.

but

i

AND

Fig /

one

N

J