SU690395A1 - Способ компенсации нелинейности акселерометра - Google Patents

Description

(54) СПОСОБ КШПЕНСАЦИИ НЕЛИНЕЙНОСТИ АКСЕЛЕРОМЕТРА

1

Изобретение относитс  к технике контрол  параметров движени  и может быть использовано дл  повышени  точности преобразовани  ускорени  в электрический сигнал акселерометрами , построенными по методу силового уравновеишвани ..

Известны акселерометры, в которых используютс  дифференциальные магнитоэлектрические обратные преобразователи . Однако они облсщаиот нелинейност ми ..

Нелинейность компенсационного акселерометра с магнитоэлектрическим обратным преобразователем образуетс  вследствие искажени  магнитного пол  катушки с током магнитопроводом обратного преобразовател  (соленоидный эффект) и неравномерности магнитной ..индукции в воздушном зазоре магнитной сисTeNM обратного преобразовател .Нелинейность Д.Н от этих причин выражаетс  в виде

)а2 + (Рзу -Pi«f)a5

дН-кС(Рг« +Р2Ф K() 7

- крутизна ,статичесгде К кой грудуироарчной характеристикиакселерометра J

коэффициенты квад 2У ратичной икубической нелинейности вследствие соленоидного эффекта Pjy, - коэффициенты квадра 2f тичной и кубической нелинейности вследствие неравномерности магнитной индукции;

0 2. суммарный коэффициент квадратичной нелинейности;

PJ - суммарНЕлй коэффициент кубической нелиней5 ности;

а - ускоре и . Известен способ уменьшени  нелинейности акселерометра с магнитоэлектрическим обратным преобразова0 телем путем перемещени  катушки относительно магнитрпровода обратного преобразовател , в котором устанавливают измерительную ось датчика акселерометра под различ5 ными углами по отношению к вектору ускорени  силы т жести и измер ют выходные сигналы акселерометра; определ ют нелинейность путем сравнени  полученной статической

0 градуировочной характеристики акселерометра с расчетной и производ т относительное перемещение катушки .и магнитопровода обратного преобра зовател , затем повтор ют операции до получени  необходимой величины негтинейности fsj. Однако вследствие малых величин нел:инейности точность определени  нелинейности по статической гоа-;дуировочной характеристике акселерометра мала, поэтому невысока  то ность, достигаема  при уменьшении нелинейности. Полученна  информаци не позвол ет определить величину и направление перемещени , так как в этой информации нет зависимости между перемещением и нелинейностью Целью изобретени   вл етс  повы шение точности, с которой производитс  уменьшение нелинейности. Эта цель достигаетс  тем, что в обмотку обратного преобразовател  подают переменный ток, измер ют посто нные составл ющие выходного сигнала акселерометра на одной частоте переменного тока, затем измер ют посто нные составл ющие выходного сигнала на другой частоте , а по знакам и величинам приращений посто нных составл ющих выходкого сигнала акселерометра опре дел ют направление и величину перемещени  статора силового преобра зовател  . При установке датчика акселерометра в положение, когда по измери тельной оси направлено статическое ускорение а, 1() / и при подаче в обмотку Обратного преобразовател , переменного тока с частотой с, вследствие нелинейности статически характеристики акселерометра в выходном сигнале акселерометра по вл етс  дополнительна  посто нна  составл юща  л3 со , (а), равна  дЗ«оК)(ТгуЛР«Н (.V VH 5fK«oL Л - амплитуда приведенного ко входу синусоидально го сигна та акселерометра; tj,, - коэффициент. tla max где uj max - амплитуда тока рбратт ного преобразовател  на частоте ш. переменного тока, пйдавае мого в обратный преобразователь , (), где ®„ - фазовый сдвиг между возм пгакхцнм переменным током и током в нагрузочнсзм р зисторе на частоте ы ©21 фазовый сдвиг между возмущающим током и током обратного преобразовател  на частоте с, , У аксёлеро етров с диапазоном измерени , значительно превышающим 1 Igf, малы составл ющие приращени  сигнала акселерометра с коэффициентами %у ЗФ зк значение а о находитс  у самого начала координат. Это понижает точность, достигаемую при уменьшении нелинейности акселерометра . При включении резистора в цепь обратной св зи дол  сигнала акселерометра с коэффициентами кубической нелинейности , РЗ увеличиваетс . При статическом ускорении а 1 с включением резистора в цепь обратной св зи, на частоте OJ переменного тока, подаваемого в обратный преобразователь, дополнительна  посто нна  составл юща  ЛЗил (а) выходного сигнала акселерометра a(0/ao)(P2,-iДy)af ч Лу-1 5 - , где п - коэффициент, п 1. п uL 0 где Vg - посто нное выходное напр жение усилител  след щей системыакселерометра при статическом ускорении 0 и включенном в цепь обратной св зи резисторе; Vo - посто нное выходное напр жение усилител  при ускорении GO без включени  резиртора а цепь обратной св зи. i Так как п 1, то составл ющие с коэффициентами , Р, вьзражений (5) имеют большую величину в сравнении с (2). При статическом ускорении , с включением резистора в цепь обратной св зи на частоте и, переменного тока дополнительна  посто нна  составл к ца  ( (-a) .,V/V5y-i 3y- l ViHv )/l (7) частота х выбираетс  таким образом , чтобы при выполнении уелоВИЯ (3) амплитудаперемещени  чувствительного элемента была такой же, как и при приведенном ко вхоДу синусоидальном сигнале акселерометра df . Амплитуда перемещени  така  же, как и при а« , если tJbJ.moA Jw.majc . ,(8) где - амплитуда переменного выходного напр жени  усилител  при подаче в обратный преобразователь переменного тока; Зд- посто нный ток обратно преобразовател  при статическом ускорении а„- Дл  определени  коэффициентов не линейности и их составл ющих необхо димо измерить посто нные составл ющие выходного сигнала акселерометра на другой частоте iij переменного тока подаваемого в обратный преобразователь . Частота может быть, например, выбрана та, чтобы ла ней выполн лось условие: гУил, may , (9) где Juje™ амплитуда тока обратного преобразовател  на частоте шд переменного тока, подавае мого в обратный преоб разователь. На частоте tua условие (8 не вы полн етс , так как амплитуды тока обратного.преобразовател  и перемещени  чувствительного элемента изме н ютс  по разным законам с частотой переменного тока, подаваемого в обратный преобразователь. На частоте (Uj при условии (9) Зю, так , . -Sa«i где U( - амплитуда переменного выходного напр жени  усилител  на часто те UJ2 ; - коэффициент. В соответствии с выражени ми (10 и 11) дополнительна  посто нр (a 4())7q.

,р дЗы(aQ)ДЭш,faЖSЭw2faJtдЭu 2 e(o) 2v

А(о,(до),Ьзь)( qg)) - л )У2(цп-0 ),n-)Jaaao

.,(ao)-4tf(u/-oie)(2qs-n)-.2()K2qf-)

Kr(2v 24s r lH2v Xa4,nM)7«fc,,

дДшХао ДЗ Но)( )(-qo Я2Ч,-%)/

дЗсо,о)-аЭцЫ)(2 а д;-2п.-а)ЧАЭеиа Оо)(-«а)}Сгу2д K(2vnX2nq V lH V 2i -H

Дополнительные посто нные составл к цие выходного с1Ггнала акселерометра служат дл  определени  направлени  и величины перемещени  статора обратного преобразовател  при уменьшении нелинейности акселерометра.

Нелинейность акселерометра д , , причиной которой  вл етс  неравно« 2Чa-q ,)F

мерность магнитной индукции, имеет следуклцее выражение:

(РЙУ . а), (21)

Нелинейность минимальна , если

Рдц, ,a

Claims (2)

1. Найд  производную по ускорению 65 выражени  (22) и приравн в ее нулю, на  составл юща  дЭш. (а) на частоте переменного тока, при статическом ускорении ад « 1 и с включением резистора в цепь обратной свизй Д За(а„)к( 2%Р2у) 3 -&уbPi r zlsVK где 9з коэффициент; -( -cos(© a ®22 де фазовый сдвиг между возмущак цнм переменньм током и током в нагрузочном резисторе на частоте Ug ; фазовьлй сдвиг между возмущающим током и током обратного преобразовател  на частоте U32 . Дополнительна  посто нна  состав юща  дЗш (-Лд) выходного сигнаа акселерометра на частоте из ри статическом ускорении а,-- 1 с включением резистора в цепь братной св зи имеет вид ()кШРау- 2ЧзР2ч.)° -иЛф4 Уп (2С зРз 2Ч|Рз)а|c.oj . На основании выражений (5), (7), 12), (14) определ ютс  составл юие коэффициентов Pgy , Pjt , Pjy , Рдф суммарные коэффициенты нелинейости РЗ ii VSsT :S4 6 определ ют при ййЙЪМпУскорбнии нелинейность имеет экстремум . (23) Так как перемещение Вц,, чувствительного элемента св зано с ускорением зависимостью Лэ -Я, (24) где перемещение чувствительного элемента на единицу уск рени  (статизм след щей си темы), то направление и ве- личина перемещени  5 статора обратного преобразовател  с J-fe Ра Ч ст 3 PJ tf . Выражение (25) определ ет направ;ление перемещени  статора. Статор необходимо Перемещать в том направ Ленин,- В каком смещаетс  чувствительный элемент при ускорении, определенном по формуле (23). С помощью предложенного способа повышаетс  точность, так как повышаетс  дол  сигнала акселерометра с коэффициентами кубической нелинейности Р РЭУ У акселерометров , диапазон измер емых ускорений которых значит.ельно превышает t 1 При включении резистора в цепь обратной св зи акселерометра за счет статического перемещени  чув ствительного элемента синусоидальное входное воздействие уже прикла даваетс  не относительно точкиад 1, а относительно а 1. Это ведет к увеличению посто нной составл ющей выходного сигнала акс лерометра. Сигнал с кеэффициентами , увеличиваетс  потому, что п 1. При перемещении статора обратно преобразовател  в направлении и на величину, определ емые из выражени  (25), диапазон рабочих перемещений чувствительного элемента при 8 водитс  9 интервал, где магнитна  индукци  равномерна. Поэтому нелинейность акселерометра стан- витс  минимальной и, таким образом, точность процесса уменьшени  нелиней ности повышаетс . Формула изобретени  . . . -а Способ компенсации нелинейности акселерометра, содержащего дифференциальный магнитоэлектрический обратный преобразователь ,путем установки измерительной хэси в различные положени  относительно вектора силы т жести и перемещени  статора относительно катушки ротора обратного преобразов.ател , о тличающийс  тем, что, с целью повышени  точности компенсации , измер ют на резисторе, включенном в цепь обратной св зи, и определ емом величиной заданного ускорени  посто нные составл ющие выходного сигнала акселерометра при одной частоте переменного тока, подаваемого в обмотку обратного преобразовател , измен ют частоту переменного тока и измер ют посто нные составл ющие выходного сигнала при новой частоте, а по знакам и величинам приращений посто нных составл ющих о предел ют направление и величину перемещени  статора обратного преобразовател . Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе 1. Инерциальные системы управлени . Под ред. Д.Питтмана, М., 1964, с. 335-357.
2. 2.Сотникова Г.И. Вли ние магнитного пол  катушки на характеристику магнитоэлектрического исполнительного механизма Извести  ВУЗов, сери  Приборостроетом . XII, 10, 1969,с.54-Ь8.