Широкодиапазонный стенд для контроля измерителей угловой скорости

Широкодиапазонный стенд для контроля измерителей угловой скорости

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к средствам контроля датчиков угловой скорости (ДУС).

Известен стенд для контроля измерителей угловой скорости, содержащий корпус; траверсу, закрепленную на корпусе с возможностью вращения; платформу, закрепленную на оси траверсы и предназначенную для закрепления на ней контролируемого прибора, который через преобразователь сигнала связан с управляющим компьютером, измерительный датчик угловой скорости, ось чувствительности которого совмещена с осью вращения траверсы, а по его выходной оси расположены датчики угла и момента, соединенные через систему обратной связи, содержащую предварительный усилитель, фазочувствительный выпрямитель, корректирующий контур и усилитель мощности; датчик угла разворота траверсы, связанный через преобразователь сигнала с управляющим компьютером; двигатель постоянного тока, содержащий датчик положения и двигатель бесконтактный, выполненные в виде синусно-косинусных вращающих трансформаторов; систему управления двигателем постоянного тока, содержащую устройство формирования разностного сигнала, усилитель-преобразователь и два усилителя мощности, при этом выход устройства формирования разностного сигнала соединен с первым входом системы управления двигателем; первый, второй и третий выходы системы управления двигателем соединены с первым, вторым и третьим входами электродвигателя постоянного тока, первый и второй выходы которого соединены со вторым и третьим входами системы управления двигателем [8, 14].

К недостаткам, присущим аналогу [8, 14], можно отнести следующие:

1. Невозможность задания угловых скоростей, выше 72%, определяемых предельно возможным диапазоном измерения ДУС - чувствительного элемента стенда.

2. Моменты трения, действующие по оси вращения стенда, и моменты тяжения коллектора не позволяли получить нестабильность задаваемой угловой скорости менее 0.0005°/с.

3. Фотоэлектрический муаровый датчик угла имел динамические ошибки, возрастающие при увеличении угловой скорости свыше 30°/с.

Известен широкодиапазонный стенд для контроля измерителей угловой скорости, содержащий корпус, вал, установленный в корпусе с возможностью вращения, закрепленную на валу основную платформу для установки измерителя угловых скоростей, электродвигатель постоянного тока, содержащий датчик положения и двигатель бесконтактный, выполненные в виде синусно-косинусных вращающих трансформаторов, причем датчик положения имеет один вход и два выхода, а двигатель бесконтактный имеет два входа; усилитель мощности электродвигателя постоянного тока, содержащий предварительный усилитель с одним входом и одним выходом и два усилителя мощности, каждый из которых имеет один вход и один выход, причем выход предварительного усилителя соединен с входом датчика положения, один выход которого соединен с входом первого усилителя мощности, а второй выход с входом второго усилителя мощности, выход каждого усилителя мощности соединен с соответствующей обмоткой двигателя бесконтактного; четыре датчика Холла и взаимодействующий с ними магнит, кольцевой коллектор, состоящий из коллекторной втулки и щеток для подвода питания, дополнительную платформу, закрепленную на валу, шесть кварцевых маятниковых акселерометров, гироскопический датчик угловой скорости, цилиндрическую втулку, стержень, ленточный торсион, упругий торцевой токоподвод, два геркона, взаимодействующий с герконами магнит, механизм отслеживания, компьютер, аналого-цифровой преобразователь, плату цифровых портов ввода-вывода, усилитель системы стабилизации с сумматором, входящим в его состав, блок управления механизмом отслеживания, причем гироскопический датчик угловой скорости и акселерометры закреплены на дополнительной платформе, оси чувствительности трех акселерометров для измерения тангенциального ускорения перпендикулярны соответствующим радиусам дополнительной платформы, а оси чувствительности трех акселерометров для измерения центростремительного ускорения ориентированы вдоль соответствующих радиусов дополнительной платформы, каждый акселерометр содержит кварцевую пластину, емкостной датчик угла и магнитоэлектрический датчик момента, соединенные последовательно через соответствующие усилители обратной связи, каждый из которых содержит предварительный усилитель, фазочувствительный выпрямитель, корректирующий контур и усилитель мощности, гироскопический датчик угловой скорости содержит датчик угла и датчик момента, соединенные последовательно через усилитель обратной связи, содержащий предварительный усилитель, фазочувствительный выпрямитель, корректирующий контур и усилитель мощности, а ось чувствительности гироскопического датчика угловой скорости параллельна оси вала, упругий торцевой токоподвод содержит верхнюю и нижнюю гетинаксовые колодки и золотые проводники подвода питания, прикрепленные к колодкам, два геркона закреплены на нижней колодке с обеспечением угла 8 градусов между контактами герконов, магнит закреплен на верхней колодке в среднем положении между контактами герконов, цилиндрическая втулка подвешена в корпусе на шарикоподшипниковых опорах соосно с валом, проходящим внутри цилиндрической втулки, верхняя колодка упругого торцевого токоподвода закреплена на валу, а нижняя колодка - на цилиндрической втулке, вал выполнен полым на одном участке своей длины, ленточный торсион размещен в полости вала и прикреплен нижним концом к торцу полого участка вала, а верхним концом к середине стержня, который расположен перпендикулярно оси вала, проходит через отверстия цилиндрического полого участка вала и прикреплен двумя концами к торцам цилиндрической втулки, жестко соединенной с коллекторной втулкой, механизм отслеживания содержит импульсный шаговый двигатель и зубчатую передачу, при этом шаговый двигатель прикреплен к корпусу через амортизатор, выходное звено зубчатой передачи закреплено на цилиндрической втулке соосно с ней, блок управления механизмом отслеживания имеет два входа, соединенных с герконами, и четыре выхода, соединенных с обмотками импульсного шагового двигателя, причем для регистрации угла разворота платформы в фиксированных точках четыре датчика Холла располагаются через каждые 90° на корпусе стенда, а взаимодействующий с ними магнит - на основной платформе стенда [8, 9, 10, 11, 15].

В известном стенде были достигнуты следующие положительные результаты по сравнению с ранее известными аналогами:

- чувствительность разработанного стенда, т.е. минимальная угловая скорость, которую можно задать при проверке масштабного коэффициента контролируемого ДУС, определялась не моментами трения на оси вращения стенда и коэффициентом трения в редукции, а моментами сопротивления на оси прецессии контролируемого ДУС и порогом чувствительности прецизионных кварцевых маятниковых акселерометров, т.е. величинами, на несколько порядков меньшими, чем в ранее известных технических решениях;

- повышение точности и стабильности задаваемой стендом угловой скорости обеспечивалось за счет наличия в предлагаемом стенде многоконтурной системы управления, что дало возможность за счет ряда контуров (системы обратной связи ДУС - чувствительного элемента стенда и акселерометров, измеряющих тангенциальные и центростремительные ускорения точек их крепления к платформе стенда) обеспечить устойчивость системы, повысив при этом во втором контуре (из условий достижения необходимой точности и стабильности задаваемой угловой скорости) коэффициент усиления усилителя стабилизации, управляющего бесконтактным двигателем постоянного тока, и обеспечить управление не только по угловой скорости, но и по ее первой производной;

- использование в качестве инерциальных чувствительных элементов кварцевых маятниковых акселерометров, измеряющих тангенциальное ускорение точек их крепления к платформе стенда, позволило улучшить качество регулирования, снизить погрешности системы управления, повысить точностные характеристики стенда и обеспечить нижний предел задания угловой скорости в 0.01°/с;

- использование в качестве инерциальных чувствительных элементов кварцевых маятниковых акселерометров, измеряющих центростремительное ускорение точек их крепления к платформе стенда, позволило расширить диапазон задаваемых угловых скоростей до 1200°/с при сохранении высокой точности их задания;

- наличие механизма отслеживания позволило на порядок снизить вредные моменты по оси вращения стенда и, соответственно, повысить точность и стабильность задаваемой угловой скорости за счет разгрузки шарикоподшипников оси вала от веса испытуемого прибора путем «взвешивания» платформы с испытуемым прибором на ленточном торсионе, испытывающем при этом растяжение и передающем вес платформы с испытуемым прибором на шарикоподшипники оси вращения коллектора, а также за счет полного исключения влияния на ось вращения вала момента трения коллектора, т.к. коллекторная втулка имеет свою ось подвеса, и момент трения в коллекторе «парируется» шаговым двигателем механизма отслеживания, а к оси вала приложен малый момент упругих торцевых токоподводов;

- возможность контроля АЧХ и ФЧХ на стенде, т.е. расширение функциональных возможностей обеспечивалось безредукторным исполнением привода и отсутствием возбудителей вибрационных взаимовлияний элементов стенда, искажающих задаваемые вокруг оси стенда гармонические колебания;

- стенд позволил производить измерение масштабного коэффициента ДУС при повороте его подвижной части вокруг оси стенда на любой угол (значительно меньший оборота), что сократило время испытания, без снижения точности контроля, как это имело место в ранее известных технических решениях;

- стенд позволил обеспечить выходную информацию не только по угловой скорости, но и по углу разворота платформы за счет применения четырех датчиков Холла, фиксирующих точное значение угла разворота платформы через каждые 90 градусов, а также и по угловому ускорению, рассчитываемому по информации акселерометров, измеряющих тангенциальное ускорение точек их крепления к платформе стенда.

Однако, несмотря на вышеприведенные достоинства, прототип не был свободен от недостатков, заключающихся в следующем.

1. Акселерометры, измеряющие центростремительное ускорение точек их крепления к платформе стенда, используемые в высокоскоростном режиме как измерители угловой скорости, измеряли квадрат угловой скорости (a_ц=ω²·R), что приводило к зависимости полосы пропускания и величины масштабного коэффициента стенда от угловой скорости, это приводило к необходимости обеспечивать калибровку установки в каждом скоростном диапазоне.

2. Так как фотоэлектрические муаровые датчики угла имеют динамические ошибки, возрастающие при увеличении угловой скорости свыше 30°/с, то их применение в данной конструкции стенда было нецелесообразным, а в качестве измерителей угла использовались четыре датчика Холла, позволяющие точно фиксировать угол через каждые 90° при условии совершения платформой стенда полного оборота, однако точное значение угла в любой точке разворота платформы получить прямым способом измерения было невозможно [13].

3. Стенд обладал аналоговой обратной связью, что исключало ее модернизацию без изменения элементной базы и структуры, а, соответственно, в конечном счете при изменении каких-либо параметров стенда (как, например, момента инерции платформы, корректировки динамических свойств системы управления), требовало разработки новой математической модели и проектирования нового электронного устройства, обеспечивающего устойчивость стенда как системы автоматического управления.

4. Стенд имел возможность задания либо постоянных по величине и направлению, либо гармонически изменяющихся угловых скоростей, но не имел возможности программного задания угловых колебаний платформы по любому требуемому закону.

5. ЭВМ в стенде являлась регистрирующим, но не управляющим устройством, что было обусловлено развитием вычислительной техники в момент подачи заявки на аналог, а также недостаточными ресурсами процессора: это значительно ограничивало возможности стенда.

Задачей изобретения является разработка широкодиапазонного стенда с цифровой системой управления, предназначенного для контроля измерителей угловой скорости, обеспечивающего повышение точности контроля масштабного коэффициента измерителей угловых скоростей разных типов путем более точного и стабильного задания стендом угловых скоростей, а также обеспечения возможности контроля динамических характеристик ДУС за счет расширения функциональных возможностей стенда, а именно возможности задания угловых скоростей, изменяющихся по любому закону, заданному программным способом, возможности высокоточного измерения угла поворота платформы во всем диапазоне задаваемых угловых скоростей, а также возможности изменения структуры регулятора и динамических свойств системы управления стендом путем перепрограммирования в случае необходимости цифровой части регулятора в управляющем процессоре.

Технический результат достигается тем, что в широкодиапазонный стенд для контроля измерителей угловой скорости, содержащий корпус, вал, установленный в корпусе с возможностью вращения, закрепленную на валу основную платформу для установки измерителя угловых скоростей, электродвигатель постоянного тока, содержащий датчик положения и двигатель бесконтактный, выполненные в виде синусно-косинусных вращающих трансформаторов, причем датчик положения имеет один вход и два выхода, а двигатель бесконтактный имеет два входа; усилитель мощности электродвигателя постоянного тока, содержащий предварительный усилитель с одним входом и одним выходом, и два усилителя мощности, каждый из которых имеет один вход и один выход, причем выход предварительного усилителя соединен с входом датчика положения, один выход которого соединен с входом первого усилителя мощности, а второй выход с входом второго усилителя мощности, выход каждого усилителя мощности соединен с соответствующей обмоткой двигателя бесконтактного; четыре датчика Холла и взаимодействующий с ними магнит, кольцевой коллектор, состоящий из коллекторной втулки и щеток для подвода питания, дополнительную платформу, закрепленную на валу, шесть кварцевых маятниковых акселерометров, гироскопический датчик угловой скорости, цилиндрическую втулку, стержень, ленточный торсион, упругий торцевой токоподвод, два геркона, взаимодействующий с герконами магнит, механизм отслеживания, компьютер, аналого-цифровой преобразователь, плату цифровых портов ввода-вывода, усилитель системы стабилизации с сумматором, входящим в его состав, блок управления механизмом отслеживания, причем гироскопический датчик угловой скорости и акселерометры закреплены на дополнительной платформе, оси чувствительности трех акселерометров для измерения тангенциального ускорения перпендикулярны соответствующим радиусам дополнительной платформы, а оси чувствительности трех акселерометров для измерения центростремительного ускорения ориентированы вдоль соответствующих радиусов дополнительной платформы, каждый акселерометр содержит кварцевую пластину, емкостной датчик угла и магнитоэлектрический датчик момента, соединенные последовательно через соответствующие усилители обратной связи, каждый из которых содержит предварительный усилитель, фазочувствительный выпрямитель, корректирующий контур и усилитель мощности, гироскопический датчик угловой скорости содержит датчик угла и датчик момента, соединенные последовательно через усилитель обратной связи, содержащий предварительный усилитель, фазочувствительный выпрямитель, корректирующий контур и усилитель мощности, а ось чувствительности гироскопического датчика угловой скорости параллельна оси вала, упругий торцевой токоподвод содержит верхнюю и нижнюю гетинаксовые колодки и золотые проводники подвода питания, прикрепленные к колодкам, два геркона закреплены на нижней колодке с обеспечением угла 8 градусов между контактами герконов, магнит закреплен на верхней колодке в среднем положении между контактами герконов, цилиндрическая втулка подвешена в корпусе на шарикоподшипниковых опорах соосно с валом, проходящим внутри цилиндрической втулки, верхняя колодка упругого торцевого токоподвода закреплена на валу, а нижняя колодка - на цилиндрической втулке, вал выполнен полым на одном участке своей длины, ленточный торсион размещен в полости вала и прикреплен нижним концом к торцу полого участка вала, а верхним концом к середине стержня, который расположен перпендикулярно оси вала, проходит через отверстия цилиндрического полого участка вала и прикреплен двумя концами к торцам цилиндрической втулки, жестко соединенной с коллекторной втулкой, механизм отслеживания содержит импульсный шаговый двигатель и зубчатую передачу, при этом шаговый двигатель прикреплен к корпусу через амортизатор, выходное звено зубчатой передачи закреплено на цилиндрической втулке соосно с ней, блок управления механизмом отслеживания имеет два входа, соединенных с герконами, и четыре выхода, соединенных с обмотками импульсного шагового двигателя, причем для регистрации угла разворота платформы в фиксированных точках четыре датчика Холла располагаются через каждые 90° на корпусе стенда, а взаимодействующий с ними магнит - на основной платформе стенда, с целью повышения точности контроля масштабного коэффициента измерителей угловых скоростей разных типов путем более точного и стабильного задания стендом угловых скоростей, а также обеспечения возможности контроля динамических характеристик ДУС за счет расширения функциональных возможностей стенда, а именно возможности задания угловых скоростей, изменяющихся по любому закону, заданному программным способом, возможности высокоточного измерения угла поворота платформы во всем диапазоне задаваемых угловых скоростей, а также возможности изменения структуры регулятора и динамических свойств системы управления стендом путем перепрограммирования в случае необходимости цифровой части регулятора в управляющем процессоре, в систему управления стендом введены семь аналого-цифровых и восемь цифроаналоговых преобразователей, информационная шина цифроаналоговых преобразователей, информационная шина аналого-цифровых преобразователей, трехфазный усилитель мощности, процессор, содержащий в том числе модуль широтно-импульсного формирования напряжения питания гиромотора и пять портов ввода-вывода, при этом входы первого, третьего и пятого аналого-цифровых преобразователей соединены с выходами первого, третьего и пятого предварительных усилителей цепей обратной связи соответствующих акселерометров, измеряющих центростремительное ускорение точек их крепления к платформе стенда, а входы второго, четвертого и шестого аналого-цифровых преобразователей с выходами второго, четвертого и шестого предварительных усилителей цепей обратной связи соответствующих акселерометров, измеряющих тангенциальное ускорение точек их крепления к платформе стенда, вход же седьмого аналого-цифрового преобразователя соединен с выходом предварительного усилителя цепи обратной связи измерительного датчика угловой скорости, входы первого, третьего и пятого предварительных усилителей соединены с выходами датчиков угла соответствующих акселерометров, измеряющих центростремительное ускорение точек их крепления к платформе стенда, входы второго, четвертого и шестого предварительных усилителей соединены с выходами датчиков угла соответствующих акселерометров, измеряющих тангенциальное ускорение точек их крепления к платформе стенда, вход седьмого предварительного усилителя соединен с выходом датчика угла измерительного ДУС, а выходы всех аналого-цифровых преобразователей соединены с информационной шиной аналого-цифровых преобразователей, выход которой соединен с первым портом ввода-вывода управляющего процессора, в котором реализованы алгоритмическим способом устройства фазочувствительного выпрямления, корректирующие контуры систем управления измерительным датчиком угловой скорости и шестью кварцевыми маятниковыми акселерометрами, измеряющими тангенциальное и центростремительное ускорения точек их крепления к платформе стенда, а также устройство формирования разностного сигнала и корректирующий контур системы управления двигателем стенда, причем три выхода широтно-импульсного формирователя напряжения, встроенного в управляющий процессор, соединены с тремя входами трехфазного усилителя мощности, три выхода которого соединены с каждой из трех соответствующих обмоток трехфазного синхронного гистерезисного двигателя гиромотора измерительного датчика угловой скорости; второй порт ввода-вывода управляющего процессора соединен с информационной шиной цифроаналоговых преобразователей, причем вход каждого цифроаналогового преобразователя соединен с соответствующим выходом информационной шины цифроаналоговых преобразователей, а выходы первого, третьего и пятого цифроаналоговых преобразователей соединены соответственно с входами первого, третьего и пятого усилителей мощности цепей обратной связи соответствующих акселерометров, измеряющих центростремительное ускорение точек их крепления к платформе стенда, выходы второго, четвертого и шестого цифроаналоговых преобразователей соединены соответственно с входами второго, четвертого и шестого усилителей мощности цепей обратной связи соответствующих акселерометров, измеряющих тангенциальное ускорение точек их крепления к платформе стенда, выход седьмого цифроаналогового преобразователя соединен с входом усилителя мощности цепи обратной связи измерительного датчика угловой скорости, причем выходы всех усилителей мощности соединены соответственно с датчиками моментов акселерометров, измеряющих тангенциальное и центростремительное ускорения точек их крепления к платформе стенда и измерительного датчика угловой скорости, выход восьмого цифроаналогового преобразователя соединен с входом предварительного усилителя, входящего в состав усилителя мощности электродвигателя постоянного тока стенда. Управляющий компьютер находится в режиме обмена через стандартный интерфейс с третьим портом ввода-вывода управляющего процессора в системе управления стенда, а цифроаналоговые и аналого-цифровые преобразователи могут быть как встроенными в процессор, работающий в обратной связи стенда, так и быть по отношению к нему внешними устройствами, причем электронные блоки, процессорные модули и устройства преобразования сигнала реализованы в виде плат, крепящихся непосредственно на корпусе стенда. В качестве измерителя угла на оси вращения траверсы стенда применен угловой энкодер, считывающие оптические головки которого через преобразователь сигнала соединены с четвертым портом ввода-вывода процессора в системе управления стенда, причем для съема информации применена пара считывающих оптических головок, расположенных под углом 180°, для исключения влияния эксцентриситетов крепления энкодера на выходную информацию об угловом положении платформы стенда, а испытуемым прибором может быть измеритель угловой скорости любого класса и принципа действия, выход которого через преобразователь сигнала соединен с портом ввода-вывода управляющего компьютера, а преобразователь сигнала представляет собой универсальное устройство, преобразующее информацию в виде аналогового сигнала или дискретного сигнала в код стандартного интерфейса используемого компьютера. Выходы левого и правого герконов, закрепленных на нижней колодке упругого торцевого токоподвода, соединены соответственно с первым и вторым входами микроконтроллера, входящего в состав блока управления механизмом отслеживания стенда, состоящего из микроконтроллера, драйвера управления и усилителя мощности, причем четыре выхода микроконтроллера соединены с четырьмя входами драйвера управления, четыре выхода которого соединены с четырьмя входами усилителя мощности, четыре выхода которого, в свою очередь, соединены с четырьмя соответствующими обмотками шагового двигателя механизма отслеживания стенда, порт ввода-вывода микроконтроллера соединен с пятым портом ввода-вывода управляющего процессора, при этом микроконтроллер находится в режиме обмена с процессором через стандартный интерфейс.

Совокупность существенных признаков, характеризующих заявляемое техническое устройство, позволяет в сравнении с прототипом достигнуть технический результат, заключающийся в следующем:

1. Значительно сократить аналоговую элементную базу функциональной электроники в регуляторе стенда, что позволяет существенно уменьшить влияние смещений нулевых сигналов операционных усилителей на точностные характеристики стенда и, тем самым, обеспечить более высокую линейность и стабильность масштабного коэффициента стенда.

2. Дискретный регулятор, реализованный алгоритмически, позволяет производить модернизацию системы управления стендом путем пересчета собственных параметров по синтезированному алгоритму, что расширяет функциональные возможности системы.

3. В высокоскоростном режиме работы, когда управляющий сигнал в систему управления поступает от акселерометров, измеряющих центростремительное ускорение точек их крепления к платформе стенда, исключается зависимость полосы пропускания и динамического масштабного коэффициента от задаваемой угловой скорости за счет вычисления в процессоре угловой скорости

4. В конструкцию стенда, помимо датчиков Холла, введен угловой энкодер, позволяющий измерять угловые скорости в тысячи градусов в секунду и обеспечивающий дискретность измерения угла после обработки электроникой 0.1”-0.005” в зависимости от типа энкодера, что позволяет значительно повысить точность измерения угла и угловой скорости стенда, а также использовать данную информацию в системе управления стендом и комплексировать ее с информацией с датчиков Холла.

5. Наличие в системе управляющего компьютера позволяет задавать стенду любые программные движения, а не только постоянные по величине и направлению, либо изменяющиеся по гармоническому закону.

6. Процессор, снабженный трехфазным 16-разрядным широтно-импульсным модулятором, позволяет синтезировать трехфазное напряжение питания синусоидальной формы для гиромотора измерительного ДУС, исключив из схемы традиционно используемые статические преобразователи, что повышает качество питающего напряжения гиромотора, позволяет программно подстраивать его частоту и обеспечивает снижение энергопотребления системы и ее габаритно-массовые характеристики.

7. Использование высокопроизводительного процессора с таймером высокого разрешения позволяет вычислять с высокой точностью угловую скорость стенда по информации углового энкодера, которая может вноситься в качестве поправки в управляющий сигнал измерительного датчика угловой скорости по мажоритарному принципу.

На фиг.1 представлена функционально-кинематическая схема предлагаемого стенда.

На фиг.2 - конструктивная схема кварцевого маятникового акселерометра.

На фиг.3 - конструктивная схема механизма отслеживания коллектора, устройства разгрузки опор вала с помощью ленточного торсиона.

На фиг.4 - функциональная схема системы управления двигателем предлагаемого стенда.

На фиг.5 - функциональная схема блока управления механизмом отслеживания.

На фиг.6 - структурная схема стенда в первом режиме работы.

На фиг.7 - структурная схема стенда во втором режиме работы.

Предлагаемое устройство содержит корпус (на фиг.1 не показан), вал 1, имеющий ось вращения относительно корпуса, реализованную на шарикоподшипниках 2, которая является выходной осью стенда. На валу 1 закреплена платформа 3, предназначенная для установки испытуемого прибора 4, а также чувствительные элементы стенда: акселерометры 5, 6 и гироскопический датчик угловой скорости - ДУС 7. Конструктивно это выполнено так, что на валу 1 закреплена дополнительная платформа 8, на которой размещены все чувствительные элементы. При этом акселерометры 5 в количестве трех закреплены так, что измеряют тангенциальное ускорение точек их крепления к платформе 8 стенда. (Для этих акселерометров введены обозначения 1τ, 2τ, 3τ.) В дальнейшем эти акселерометры (1τ, 2τ, 3τ) будут называться тангенциальными. Ось чувствительности каждого акселерометра 5 перпендикулярна радиусу R₁ платформы 8. Радиусы R₁ акселерометров 5 (1τ, 2τ, 3τ) расположены под углами 120°. Акселерометры 6 в количестве трех закреплены на платформе 8 так, что они измеряют центростремительное ускорение точек их крепления к платформе стенда. (Для этих акселерометров введены обозначения 1ц, 2ц, 3ц.) В дальнейшем эти акселерометры (1ц, 2ц, 3ц) будут называться центростремительными. Ось чувствительности каждого из акселерометров 6 расположена вдоль радиуса R₂=R₁ платформы 8 в сторону, противоположную действию центростремительного ускорения. Радиусы r₂ акселерометров 6 (1ц, 2ц, 3ц) расположены под углами 120°. ДУС 7 закреплен на платформе 8 так, что ось его чувствительности параллельна оси вращения стенда (оси вала 1), а вектор кинетического момента H параллелен плоскости платформы 8.

Чувствительным элементом акселерометров 5, 6 является кварцевая пластина 9, у которой центральная часть (собственно маятник - фиг.2) соединена с наружным кольцом пластины 9 - торсионом, выполненным из той же самой пластины в виде местного утончения а=0.02 мм. Наружное кольцо пластины 9 зажато между двумя полукорпусами 10 акселерометра. Датчик угла 11 акселерометра - емкостной дифференциальный образован поверхностью, напыленной золотом на маятнике пластины 9, и поверхностью корпусов 10. Датчик момента 12 - магнитоэлектрический, состоит из катушек, закрепленных на маятнике пластины 9, и постоянных магнитов, закрепленных на корпусах 10. Электрическая связь между обкладками датчика угла 11, катушками датчика момента 12 и внешними цепями осуществлена с помощью золотого напыления на торсионе пластины 9. Акселерометр 5, закрепленный на платформе 8 так, что ось его чувствительности перпендикулярна радиусу R₁ платформы 8, имеет при этом расположение плоскости пластины перпендикулярно плоскости платформы вдоль радиуса R₁. Акселерометр 6, закрепленный на платформе 8 так, что ось его чувствительности расположена вдоль радиуса R₂ платформы 8 (причем R₂=R₁), имеет при этом расположение плоскости пластины 9 перпендикулярно радиусу R₂, плоскость его пластины 9 также перпендикулярна плоскости платформы 8.

Чувствительный элемент стенда - ДУС 7 представляет собой гироскопический поплавковый датчик угловой скорости, содержащий трехфазный гиромотор 14, датчик угла 15 и датчик момента 16 [2].

Обратные связи всех инерциальных чувствительных элементов: акселерометров 5, 6 и ДУС 7, а также системы управления двигателем стенда имеют аналого-цифровую структуру, реализованную в блоке управления стендом, в состав которого входят:

- блок предварительных усилителей 13, состоящий из семи предварительных усилителей ПУ1-ПУ7, причем входы усилителей ПУ2, ПУ4 и ПУ6 соединены с выходами датчиков угла 11 акселерометров 5 (1τ, 2τ, 3τ), а входы усилителей ПУ1, ПУЗ и ПУ5 - с выходами датчиков угла 11 акселерометров 6 (1ц, 2ц, 3ц), вход же усилителя ПУ7 соединен с выходом датчика угла 15 ДУС 7 чувствительного элемента стенда;

- блок аналого-цифровых преобразователей 17, состоящий из семи аналого-цифровых преобразователей АЦП1-АЦП7, входы которых соединены с соответствующими выходами предварительных усилителей ПУ1-ПУ7 блока предварительных усилителей 13;

- управляющий процессор 29 с пятью стандартными портами ввода-вывода 32 (ПВВ1-ПВВ5) и 16-разрядным широтно-импульсным формирователем 30 для управления напряжением питания гиромотора измерительного ДУС 7;

- шина АЦП 41, к входу которой подключены выходы АЦП1-АЦП7 блока аналого-цифровых преобразователей 17, своим выходом подключенная к первому стандартному порту ввода-вывода (ПВВ1) 32 управляющего процессора 29;

- шина ЦАП 42, вход которой подключен к второму стандартному порту ввода-вывода (ПВВ2) 32 управляющего процессора 29;

- блок цифроаналоговых преобразователей 35, состоящий из восьми цифроаналоговых преобразователей ЦАП1-ЦАП8, входы которых подключены к шине ЦАП 42;

- блок усилителей мощности, состоящий из восьми усилителей мощности УМ1-УМ8, входы которых соединены с соответствующими выходами ЦАП1-ЦАП8 блока цифроаналоговых преобразователей 35, причем выходы усилителей УМ1, УМЗ, УМ5 соединены с датчиками момента 12 акселерометров 6 (1ц, 2ц, 3ц), выходы усилителей УМ2, УМ4, УМ6 - с датчиками момента 12 акселерометров 5 (1τ, 2τ, 3τ), выход же усилителя УМ7 соединен с датчиком момента 16 измерительного ДУС 7, а выход усилителя УМ8 - с обмотками управления датчика положения - двигателя бесконтактного ДП-ДБ18;

- трехфазный усилитель мощности 39, входы которого связаны с выходами ШИМ - формирователя 30 управляющего процессора 29, а выходы - с соответствующими обмотками трехфазного синхронного гистерезисного двигателя, являющегося гиромотором ДУС 7;

- блок управления механизмом отслеживания 40, первый и второй входы которого соединены с левым и правым герконами 27, а третий вход с пятым портом ввода-вывода (ПВВ5) 32 управляющего процессора 29, а выходы - с шаговым двигателем 25 механизма отслеживания стенда.

Выход углового энкодера 45 соединен с входом первого преобразователя сигнала ПС1 44, выход которого соединен с четвертым портом ввода-вывода (ПВВ4) 32 управляющего процессора 29. Выход испытуемого прибора 4 соединен с входом второго преобразователя сигнала 43, выход которого соединен со вторым портом ввода-вывода управляющего компьютера 33. Второй порт ввода-вывода управляющего компьютера 33 соединен с третьим портом ввода-вывода (ПВВ3) 32 управляющего процессора 29; обмен информацией между компьютером 33 и процессором 29 осуществляется через стандартный интерфейс.

Введение в конструкцию стенда датчика угла фирмы RENISHAW - оптического углового энкодера типа SIGNUM RESM 45 позволило повысить точность отсчета угла поворота платформы стенда за счет получения информации о мгновенных значениях угла поворота платформы, а не только в контрольных точках с датчиков Холла, как это было реализовано в прототипе [15].

В датчик угла 45 фирмы RENISHAW, установленный в стенд, входят:

- кольцо типа RESM20 с нанесенными масштабными штрихами и встроенной нулевой меткой IN-TRAC™;

- две считывающие головки типа SR с кабелем;

- два интерфейса типа SIGNUM с разрешением 0,02-0,2 мкм.

Кольцо RESM представляет собой цельное кольцо из нержавеющей стали, на боковую поверхность которого с интервалом 20 мкм нанесены масштабные штрихи и автофазирующая оптическая нулевая метка INTRAC™. Малые масса (порядка 100-200 г) и момент инерции кольца (около 2 г·см·с²), которое закреплено на траверсе 2, позволяют практически не ухудшить динамические характеристики траверсы с закрепленными на ней чувствительным элементом, платформой и испытуемым прибором.

Две считывающие головки SIGNUM закреплены на корпусе так, что угол между нулевыми метками составляет 180°. Измерение угла поворота платформы стенда происходит при считывании отраженного от масштабной шкалы сигнала с помощью системы RENISHAW SIGNUM, реализованной в считывающей головке. Расположение нулевых меток двух считывающих головок под углом 180° позволяет исключить влияние эксцентриситета наружного диаметра кольца относительно оси вращения траверсы. Информация с выхода считывающих головок выдается в виде квадратурного кода с уровнями напряжения, соответствующими стандарту RS-422, и вводится непосредственно в четвертый порт ввода-вывода (ПВВ4) 32 управляющего процессора 29.

На фиг.3 представлена детализированная конструктивная схема соединения вала 1 с элементами, закрепленными на нем (ниже ДП-ДБ 18).

Вал 1 выполнен в виде трубы на длине L, которая соединена