SU920529A1 - Цифровой акселерометр - Google Patents

Description

(5) ЦИФРОВОЙ АКСЕЛЕРОМЕТР

1

Изобретение относитс  к измерительной технике и может быть исполь зовано при измерении линейных низкочастотных ускорений.

Известны акселерометры, состо щие из капилл рной трубки, напо - ненной электролитом, контактирующим с шариком из ртути,  вл ющимс  чувствительным элементом. По обеим сторонам трубки расположены электроды, наход щиес  в электрическом контакте с обеими сторонами капли ртути и служащие дл  обнаружени  электрического потенциала , развиваемого на капле вследствие изменени  формы поверхности раздела между ртутью и электролитом при изменении ускорени  П.

Недостатком данных устройств  вл етс  то, что выходной сигнал -, аналоговый, его величина весьма мала (единицы милливольт при величинах ускорений пор дка единиц g) , а

измерение возможно лишь по одной проекции вектора ускорени , .

Известны акселерометры с чувствительным элементом в виде капли электропроводной жидкости, помещенной в некоторый канал и контактирующий с прот женным резистором, возможно получение выходного сигнала в виде импульсов. Качество которых несет информацию об измер емом сиг10 нале 121. .

Однако подобные акселерометры также  вл ютс  одноосными измерител ми .

Наиболее близким к предлагаемоts му  вл етс  акселерометр, содержащий чувствительный элемент, выполненный в виде ампулы с непрозрачным включением из вещества в жидкой фазе, оптический датчик переме20 щени , состо щий из источника света, волоконных световодов, охватывающих ампулу и матрицы фотоприемников, тактовый генератор, триггеры, элементы и и ИЛИ, два двоичных счетчика и триггер знака, причем счетный выход матрицы фотоприемников соединен со входом первого счетчика через первый вход первого элемента И, первый вход первого элемента ИЛИ, а со вторым -счетчиком - через первый вход первого триггера, первый вход второго элемента И, причем выход второго элемента И соединен со входами второго и третьего триггеров , выходы которых соединены соответственно со вторыми входами первых элементов И и ИЛИ, а выход тактового генератора - со вторым рходом первого триггера. Акселерометр , выполненный по подобной схеме  вл етс  двухос ным с дискретным выходным сигналом С31 Однако врем  измерени  ускорени  в одном устройстве, определ емое временем опроса фотоприемников в ма рице, сравнительно велико, особенно при больших величинах ускорений,так как возможна ситуаци , когда требуетс  опросить почти все фотоприемни ки матрицы. {Дель изобретени  - сокращение вр мени измерени  ускорени  путем адап тивного выбора начала счета. Указанна  цель обеспечиваетс  те что акселерометр дополнительно снаб жен схемой сравнени  и двум  элемен тами И, первые входы которых соединены с соответствующими выходами схемы сравнени  и установочными вхо дами триггера знака, вторые входы с выходом тактового генератора, а выходы дополнительных элементов И со входами матрицы фотоприемников, выполненной в виде двух одинаковых частей, потенциальные выходы которо соединены со входами схемы сравне щ . На чертеже представлена схема ци рового акселерометра. Акселерометр содержит ампулу t, выполненную из прозрачного материала и имеющую специальный арочный свод требуемого профил , включение из ве щества в жидкой фазе 2, которое  вл етс-  непрозрачнцм и служит чувствительным элементом, волоконные свето воды 3 и , охватывающие ампулу 1 по образующей и установленные друг против друга с разной стороны ампулы , источник света 5, матрицу фотоприемников 6, котора  выполнена в виде двух одинаковых частей и име- , ет выходы двух типов - счетный и два потенциальных, схему сравнени  7, ВХОДЫ которой соединены с потенциальными выходами матрицы фотоприемников 6, тактовый генератор 8, схемы И , триггер знака 13,триггеры Н-16, схемы ИЛИ 17 и два двоичных счетчика 18 и 19. Акселерометр работает следующим образом. В отсутствие ускорений вдоль осей X и Y,  вл ющихс  измерительными, жидкое включение 2,  вл ющеес  чувствительным элементом, находитс  в центральной части ампулы 1 и имеет форму шара. Это обусловлено выбором формы рабочей полости ампулы 1 в виде арочного,свода, а также действием капилл рных сил; Наличие ускорени  вдоль оси X приводит к смещению, жидкого включени  2 вдоль этой же оси на величину, пропорциональную величине смещени . Наличие ускорени  вдоль оси Y приводит к изменению площади сечени  жидкого включени  2 (в плоскости, нормальной оси Y). Знак ускорени  определ етс  по направлению смещени  чувствительного элемента 2 вдоль оси X. При этом световой поток от источника света 5 через волоконные световоды 3 и А, замыка сь , поступает на матрицу фотоприемников 6, возбужда  последние. НевоЭбужденными оказываютс  лишь фотоприемники матрицы 6, которые затенены непрозрачным жидким включением 2: На потенциальных выходах матрицы 6 имеют место сигналы в виде потенциалов, величина которых пропорциональна количеству возбужденных фотоприемников в левой и правой част х матрицы. Вследствие этого схема сравнени  7 разрешает прохождение импульса опроса от тактового генератора 8 через схему И 9. Одновременно на установочный вход триггера знака 13 подаетс  сигнал, по которому определ етс  знак ускорени . С поступлением импульсов от генератора 8 на матрицу 6 начинаетс  опрос фотоприемников, причем опрос начинаетс  с той стороны ампулы 1, в которую произошло смещение жидкого включени  2. Импульс с тактового rehspatopa 8 поступает также на триггер И, в результате чего подготавливаетс  схема И 11 дл  прохождени  следующего импульса с генератора 8 на двоичный счетчик 19- С оступлением первого импульса на матрицу 6 опрашиваетс  первый правый фотоприемник, который возбужда-. етс , в результате чего со счетного выхода матрицы 6 снимаетс  сигнал в виде импульса, который поступает на выход схемы И 12 и на вход триггера Н. Так как перед началом измерени  все триггеры были установлены в нулевое положение, то импульс с матрицы 6 через открытую схему И 12 и схему ИЛИ 17 поступает на вход двоичного счетчика 18. Этим же импульсом триСдГер It лереводитс  в другое состо ние, в результате чего закрываетс  схема И 11. Следующий импульс с тактового генератора 8 переводит триггер 1 в новое состо ние - единичное. При опросе первого невозбужденного фотоприемника матрицы 6 на ее счетном выходе отсутствует сигнал и триггерlA остаетс  в единичном состо нии.

Следующий импульс с выхода генератора 8, проход  через открытую по сигналу от триггера И, схему И 11, поступает на вход счетчика 19 и переводит триггер 15 в единичное состо ние. В результате этого схема И 12 закрываетс . При этом число невозбужденных фотоприемников матрицы 6 определ етс  шириной жидкого включени  2. До тех пор, пока не по витс  импульс со счетного выхода матрицы 6, импульсы с выхода генератора 8 через схему И 11 поступают . на вход .двоичного счетчика 19 и через триггер 16 и схему ИЛИ 17 на вход двоичного счетчика 18. Триггер 16  вл етс  делителем, что необходимо дл  определени  координаты середины жидкого включени  2. С по влением на счетном выходе матрицы 6 импульса схема И П запираетс  до конца измерени .

Таким образом, в результате измерени  в счетчиках 18 и 19 записываютс  соответственно коды, пропорциональные рассто нию центра жидкого включени  2 от правого торца ампулы 1, что прин то за начало отсчета, и ширине этого включени . Направление смещени  жидкого включени  2 определ етс  с помощью триггера знака 13- Если наличие ускорени  приводит к тому, что жидкое включение 2 смещаетс  вдоль ампулы 1 влево, то потенциал на левом потенциальном выходе матрицы фотоприемников 6 по абсолютной величине больше, чем потенциал на правом потенциальном вуходе этой матрицы. В результате этого опрос матрицы 6 с помощью тактового генератора 8 производитс  через схему И 10, причем опрос проводитс  слева (направо, т.е. от ближайшего к жидкому включению 2 торца ампулы 1. Далее схема работает аналогично..

Процесс измерени  ускорени  заканчиваетс  тогда, когда в счетчиках 18 и 19 записаны соответствующие коды, т.е. с по влением первого импульса на счетном выходе матрицы 6 после невозбужденных фотоприемников . При этом с увеличением величины ускорени  жидкое включение 2 смещаетс  относительно центра ампулы 1 на большую величину, все более и более приближа сь к одному из ее торцов , от которой и организуетс  начало счета. В результате подобной организации начала опроса, т.е. выбора начала света в зависимости от положени  жидкого включени , врем  измерени  ускорени  снижаетс .

Claims (3)

1. Формула изобретени 

   Цифровой акселерометр, содержащий чувствительный элемент, выполненный в виде ампулы с непрозрачным включением из вещества в жидкой фазе, оптический датчик перемещени ,состо щий из источника света, волоконных световодов, охватывающих ампулу и матрицы Фотоприемников, тактовый генератор , триггеры, элементы И и ИЛИ, два двоичных счетчика и триггер знака , причем счетный выход-матрицы фотоприемников соединен с входом первого счетчика через первый вход первого элемента И, первый вход первого элемента ИЛИ, а с вторым счетчиком через первый вход первого триггера,

   первый вход второго элемента И, причем выход второго элемента И соединен с входами второго и третьего триггеров, выходы которых соединены соответственно с вторыми входами первых элементов И и ИЛИ, а выход тактового генератора - с вторым входом первого триггера, о т л и ч. а ю|щ и и с   тем, что, с целью сокращени  времени измерени , в акселеро метр введены схема сравнени  и дополнительно два элемента И, первые еходы которых соединены с схемы сравнени  и установочными входами триггера знака, вторые входы с выходом тактового генератора, а выходы дополнительных элементов И с входами матрицы фотопрзиемников, выполненной в виде двух одинаковых частей, потенциальные выходы которой

   соединены с входами схемы сравнени .

   Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе 1. Патент США № 3530726, кл. 73-516, 1970.
2. 2.Патент США № 316i 997,

   к . 73-503, 1965.
3. 3.Авторс.кое свидетельство СССР №381032, кл. G 01 Р 15/08, 1971

   (прототип).