Устройство для определения ускорения

Устройство для определения ускорения

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Использование измерительная техника, например , для высокоточного определения ускорения в условиях воздействия гармонических вибропомех Это достигается тем, что к выходу блока двойного дифференцирования сигнала с датчика положения чувствительного элемента относительно корпуса устройства подключен дополнительный блок двойного дифференцирования, выход которого через умножитель и выход основного блока двойного дифференцирования подключен к сумматору, выход которого является выходом устройства 1 ил

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ

К ПАТЕНТУ

Комитет Российской Федерации по патентам и товарным знакам (21) Ю99227!10 (22) 030191 (46) 30.11.93 Бюл. Иа 43-44 (71) Серпуховское высшее военное командно-инженерное училище ракетных войск имПенинского комсомола

P2} Умников ВН; Бугаков ИА; Харин Н;Т. (73) Серпуховское высшее военное командно-инженерное училище ракетных войск имЛенинского комсомола (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ООРЕДЕПЕНИЯ УСКОРЕНИЯ (И) RU (11) 2003981 П. (51) 5 0 01 Р 15 08

2 (57) Использование: измерительная техника, например, для высокоточного определения ускорения в условиях воздействия гармонических вибропомех

Зто достигается тем, что к выходу блока двойного дифференцирования сигнала с датчика положения чувствительного элемента относительно корпуса устройства подключен дополнительный блок двойного дифференцирования, выход которого через умножитепь и выход основного блока двойного дифференцирования подключен к сумматору, выход которого является выходом устройства 1 ип.

2003981

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для определения ускорения в условиях воздействия гармонических вибропомех.

Известно устройство для определения ускорения (акселерометр), содержащее корпус со сферической полостью, в которой подвешена инерционная масса на одинаковом расстоянии от стенок полости, устройства возврата инерционной массы— чувствительного элемента (ЧЭ) в исходное состояние, измерения времени движения свободного ЧЗ до контакта со стенками полости. на основании чего определяется ускор"".íèå (1).

Недостатком устройства является низкая точность определения ускорения вследствие влияния нестабильности начальных условий движения ЧЭ (начальной скорости и координаты) и вибропомех на конечный результат.

Другим известным и более точным является устройство, содержащее корпус с полостью, инерционную токопроводящую массу в форме шара, систему бесконтактной подвески в виде катушек возбуждения, помещенных в магнитопроводы, расположенные по трем взаимно перпендикулярным осям диаметрально противоположно относительно шара, электронные блоки управления возвратом вара в центр полости, систему датчиков перемещения шара в виде измерительных катушек, расположенных на тех же магнитопроводах, включенных в схему автогенераторов каждого из трех каналов, выходы которых через смесители подключены к блоку управления возвратом шара в центральное положение и цифровому блоку двойного дифференцирования (2), Однако, исключая влияние начальных условий, это устройство также подвержено влиянию вибропомех, вследствие чего точность определения ускорения путем двойного дифференцирования сигнала с датчика положения ЧЗ существенно снижается.

Целью изобретения является повышение точности определения ускорения при воздействии гармонических вибропомех на корпус устройства.

Цель достигается тем, что в импульсноинерционное устройство с выходными блоками двойного дифференцирования электрического сигнала с датчиков текущего положения ЧЭ в каждый канал дополнительно вводится второй блок двойного дифференцирования, сумматор, причем выход основного блока двойного дифференцирования подключен к первому входу сумматора и входу дополнительного блока двойного дифференцирования, выход которого через

1 умножитель на коэффициент а —, где аМ круговая частота гармонической вибропомехи, соединен со вторым входом сумматора, выход которого является выходом устройства.

На чертеже изображена блок-схема одного канала устройства.

Устройство состоит из электромеханического модуля и электронного блока. Электромеханический модуль содержит корпус 1 с полостью, в которой размещена токопроводящая инерционная масса 2 в форме шара, выполняющая функции чувствительного элемента (ЧЭ) устройства, диаметрально противоположные магнитопроводы, на которых размещены катушки измерения 3 и 4 и возбуждения 5 и 6, являющиеся элементами датчика положения и бесконтактной подвески ЧЭ.

В электронику акселерометра входят дифференциально-частотный датчик положения ЧЗ, состоящий из катушек измерения

3 и 4, автогенераторов 7 и 8 и смесителя 9, входы которого соединены с выходами автогенераторов; систему бесконтактной подвески ЧЭ, состоящей из датчика положения, демодулятора 10; дифференцирующего звена 11, усилителя 12 и катушек возбуждения

5 и б,одни концы которых присоединены к выходам усилителя 12, а другие — к выходу ключа 14, блок коммутации, состоящий из реле 13 времени, ключа 14. который периодически подключает выход звукового генератора 15 к катушкам возбуждения, блок вычисления ускорения по отключению ЧЗ от центрального положения, состоящий из последовательно соединенных цифровых блоков двойного дифференцирования 16 и 17, умнажителя 18 с коэффициентом 1/ йР и сумматора 19, с выхода которого получается ускорение.

Устройство работает следующим образом.

При замыкании ключа 14 по импульсу с реле 13 времени, работающего периодически, по катушкам возбуждения 5 и 6 протекает ток от генератора 15 звуковой частоты и ЧЭ выводится в центральное положение и удерживается в этом состоянии до тех пор, пока катушки возбуждения 5 и 6 не обесточены. При наличии ускоренного движения корпуса устройства ЧЗ отклоняется от центрального положения равновесия. Зто происходит до тех пор, пока ключ 14 не замкнется, Длительность замкнутого и разомкнутого состояний ключа 14 задается реле-13 времени, Изменение положения ЧЭ относительно измерительных катушек 3 и 4

2003981 приводит к появлению на выходе смесителя

9 разностной.частоты, пропорциональной перемещению ЧЭ, а на выходе блока 16 двой ного дифференцирования формируется сигнал, пропорциональный действующему ускорению. Этот сигнал поступает далее на первый вход сумматора 19 и второй блок

17 двойного дифференцирования, а с него через умножитель 18 — на второй вход сумматора, с которого получается ускорение, очищенное от гармонической вибропомехи.

Одновременно сигнал со смесителя 9 поступает на демодулятор 10, дифференцирующее звено 11 и усилитель 12 и при замыкании ключа 14 образуется цепь питания катушек возбуждения 5 и 6, которые обеспечивают возврат ЧЭ в центральное положение (режим приведения). Демодулятор 10, дифференцирующее звено 1 и усилитель 12 стоят в цепи обратной связи и обеспечивают качественный возврат ЧЭ в центральное, исходное положение.

Повышение точности определения ускорения при воздействии гармонических вибропомех доказывается следующим образом. . Пусть выходной сигнал в виде напряжения U с датчика положения ЧЭ после двойного дифференцирования имеет вид 2U с с — 2= 02 = k(Nlp+Wp) = kWp + kA sin м t, (1} б где k. коэффициент преобразования;

М/л = Asin m t — вибропомеха;

Wp — квазипостоянное ускорение.

При дальнейшем дифференцировании (1) имеем: ,1З вЂ” у = 03 = кА СОВ и t (2)

dt 4 1 — =04=-kAЙР stne t (3)

1 12

Из сравнения зависимостей (1) и (3) видно. что вибропомехи отличаются знаками и квадратом-круговой частоты. Если тем или иным способом сформировать величину

1 1 Т

Г аР 4л2 т2 4л2 где Tr = —, и умножить на нее сигнал (33, а

1 затем сложить с сигналом (1). то можно скомпенсировать вибропомеху.

В этом случае

5 <Я

Uo = U2+ — U4 = кчЧо + kA sin u t— kA в з!пм t-kWp

1 2 Р

Тогда

10 Wo = — Up

Из этих рассуждений видно, что степень компенсации гармонической вибропомехи зависит от полноты информации о частоте вибропомехи, которая может быть известна заранее или определяется с помощью отдельного устройства в процессе функционирования.

В реальных условиях вследствие полигармонического характера вибраций и нестабильности частот ее составляющих полностью исключить вредное влияние вибраций практически невозможно. Однако влияние вибраций можно существенно уменьшить с помощью данного устройства, особенно если подстраивать его на частоту основной гармоники или на среднее значение диапазона частот вибропомехи.

Если измеряемое ускорение изменяется по линейному закону, т.е. В/ = Wpt, то четвертая производная от сигнала с датчика положения ЧЭ также имеет вид (3). Предположение же о том, что ускорение изменяется за цикл работы импульсно-инерционного устройства по закону более высокого порядка, чем линейный, не имеет оснований в связи с малой длительностью цикла работы.

Обычно в импульсных — инерциальных устройствах (акселерометрах) предполагается

40 постоянство ускорения в течение одного цикла, т.е. W = Wp. Таким образом данное устройство позволяет существенно повысить точность определения ускорения при наличии вибропомех путем полной или час5 тичной их компенсации, (56) Патент США М 2960872, кл. 73 — 517, 1957, Авторское свидетельство СССР

В 298894, кл. 6 01 Р 15/08, 1969, 2003981

Составитель В.Костин

Техред М.Моргентал

Редактор T.Ëîøêàðåâà

Корректор М,Максимишинец

Тираж .. Подписное

НПО "Поиск" Роспатента

113035, Москва, Ж-35, Раушская наь.. 4/5

Заказ 3323

Производственно-издательский комбинат "Патент.", -г, Ужгород, ул.Гагарина, 101

Формула изобретения

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ

УСКОРЕНИЯ, содержащее корпус с полостью, ийерционную токопроводящую массу в форме шара, систему бесконтактной подвески ввиде катушек возбуждения,,помещенных в магнитопроводы, расположенные по трем взаимно перпендикулярным осям диаметрально противоположно относительно шара, электронные блоки управления возвратом шара в центр полости, систему датчиков перемещения шара в виде измерительных катушек, равлоложеиных на тех же магнитопроводах, включенных в схему автогвнераторов, каж. дого из трех каналов, выходы которых подключены к, смесителям, выходы которых подключены к блокам управления возврата шара в центральное положение и блокам двойного дифференцирования, отличаю5 щееся тем, что, с целью. повышения точности определения ускорения при воздействии, гармонических вибропомех, в него в каждый канал введены дополнительный блок двойного дифференцирова10 ния, сумматор. и умножитель, причем выход блока двойного дифференцирования подключен к первому входу сумматора и входу дополнительного блока двойного дифференцирования, выход которого через

15 умножитель соединен с вторым входом сумматора, выход которого является выхо-. дом устройства.