Способ измерения скорости и пневматический скоростемер для тела

Способ измерения скорости и пневматический скоростемер для тела

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Способ измерения скорости и пневматический скоростемер для тела относится к способам и устройствам, использующимся при навигации летательных аппаратов, при измерении ускорения и скорости.

Известен способ измерения скорости объекта путем интегрирования ускорения, измеренного инерционной массой из Д.И.Агейкин, М.А.Балашов, С.П.Колосов и др. Руководство по проектированию элементов и систем автоматики. Вып.2 под ред. Б.Н.Петрова, Гос. Изд. Оборонпром, М., 1959, с.5-26. Недостатком известного способа является малая точность измерения вследствие применения механических передач.

Известен способ измерения ускорения инерционной массой, с силовой компенсацией ускорения моментом электродвигателя и его суммирования на оси с моментом обратной связи из Г.Г.Раннев, А.П.Тарасенко. Методы и средства измерений. М.: Издательский центр Академия, 2008, с.221. Недостатки: дополнительное преобразование аналогового сигнала, зависимость амплитуды выходного сигнала от измеряемой скорости вращения, что затрудняет измерение малых скоростей.

Известен также способ измерения скорости, принятый за прототип, с помощью интегрирующего акселерометра из Д.А.Браславский. Приборы и датчики летательных аппаратов. М.: Машиностроение, 1970, с.354-357.

В известном способе применено интегрирование ускорения, измеряемого инерционной массой в виде маятника, в полном диапазоне ускорения, причем интегрирование ускорения происходит вне контура обратной связи с помощью электродвигателя, угол поворота которого является выходом устройства.

Недостатками известного способа являются небольшая точность измерения ускорения и преобразование его в скорость электродвигателем, а также процедура измерения ускорения во всем диапазоне, а не отдельных участках. Отсутствие разбиения всего диапазона измерения на отдельные участки не позволяет увеличить точность измерения или изменить масштаб измерения на отдельных участках диапазона теми же деталями (элементами) измерения и той же точностью, что применяемые первоначально по всему диапазону измерения ускорения.

Кроме того, в известном способе измерение ведется аналоговым способом, без использования устройств с частотным преобразованием, что также снижает точность преобразования и измерения ускорения и перевод его значений в скорость объекта.

Известно устройство измерения скорости объекта путем интегрирования ускорения, измеренного инерционной массой, из Д.И.Агейкин, М.А.Балашов, С.П.Колосов и др. Руководство по проектированию элементов и систем автоматики. Вып.2 под ред. Б.Н.Петрова, М.: Гос. Изд. Оборонпром, 1959, с.5-26. Недостатком известного устройства является наличие механических преобразователей с подвижными частями, малым ресурсом и точностью.

Известно устройство измерения ускорения инерционной массой, содержащее электродвигатель, диск, постоянный магнит, преобразователь недокомпенсации из Г.Г.Раннев, А.П.Тарасенко. Методы и средства измерений. М.: Издательский центр Академия, 2008, с.221. Недостатки: наличие индукционного преобразователя, необходимость непосредственного доступа к валу, зависимость амплитуды выходного сигнала от измеряемой скорости вращения, что затрудняет измерение малых скоростей.

Известно также устройство, принятое за прототип, измерения скорости с помощью интегрирующего акселерометра, содержащее инерционную массу, преобразователь, усилитель и интегратор из Д.А.Браславский. Приборы и датчики летательных аппаратов. М.: Машиностроение, 1970, с.354-357. Недостатками известного устройства являются небольшая точность измерения ускорения, наличие механических подвижных деталей в виде маятниковой группы с преобразователем угла поворота в электрический потенциал, дополнительного преобразователя напряжения в момент обратной связи.

Техническим результатом способа является повышение точности измерения разбиением на отдельные участки всего интервала изменения ускорения с одновременным увеличением масштаба измерения, получения результата в цифровой форме, причем на всех этапах измерения.

Техническим результатом устройства является измерение ускорения и его преобразование в скорость с помощью пневматической аппаратуры с использованием частотных сигналов, а также повышение помехоустойчивости и снижение влияния различного рода воздействий.

Технический результат способа достигается тем, что предлагается способ измерения скорости тела, при котором ускорение инерционной массы преобразуют, усиливают и интегрируют, в котором весь интервал ускорения разделяют на основной диапазон и поддиапазон, основной диапазон измерения ускорения движения тела, а также поддиапазон разделяют на отдельные участки по ускорению с выбранными приращениями, участок с наибольшим по величине ускорением (последний в диапазоне) считают поддиапазоном, на участках диапазона и поддиапазона преобразуют ускорение в давление, участок диапазона с наименьшими величинами ускорения считают в качестве нулевого (текущего) участка, на котором компенсируют аналоговой обратной связью силовое воздействие в пределах приращения ускорения на каждом участке диапазона, и значениями давления на текущем участке измеряют величины приращения ускорения на других участках диапазона, преобразуют давление в частоту, для равновесия инерционной массы при изменении вектора приращения ускорения вместе с его более/менее граничной величиной в сумматор вводят/выводят для каждого участка диапазона дополнительную силовую компенсацию обратной связью по командам верхнего и нижнего значений порогов давления, формируют код участка, суммируют (интегрируют) импульсы на соответствующих участках диапазона со своим кодом, вычисляют величину скорости на участках диапазона, интервал ускорения инерционной массы на последнем участке диапазона преобразуют в интервалы входных давлений по участкам поддиапазона, для силовой компенсации используют аналоговую обратную связь участков поддиапазона, на которых функционально отделяют общий выходной интервал давления для всех участков поддиапазона от интервала входных давлений участков поддиапазона, соответствующих участкам приращения ускорения поддиапазона, также по командам верхнего и нижнего порогов давлений последовательно включают/выключают участки давлений поддиапазона, также преобразуют давление в частоту, также формируют код участков поддиапазона и также суммируют импульсы на соответствующих участках со своим кодом для вычисления значений скорости по участкам поддиапазона.

Технический результат устройства достигается тем, что пневматический скоростемер, содержащий сумматор с преобразователем интервала ускорения в перемещение, инерционную массу, усилитель мощности и интегратор, в котором интервал ускорения разделен на диапазон и поддиапазон, дополнительно введены участки в диапазоне и поддиапазоне, выходы которых соединены с линией обратной связи, также введены струйный генератор частоты, струйные триггеры пороговых значений минимального и максимального давления на участке, которые через струйные импульсаторы вместе с выходами реверсивного счетчика-указателя кода участка измерения и через свои по участкам элементы И подключены к входам струйных триггеров-переключателей участков, а выходы последних - к клапанам переключения участков, своими проточными входами подключенные к стабилизированному источнику давления, а выходы которых подключены к введенным также по числу участков диапазона ускорения камерам обратной связи в сумматоре, выход усилителя мощности подключен через дискретный клапан переключения диапазон/поддиапазон к струйному генератору, подключенному к счетчику, который вместе с выходами реверсивного счетчика-указателя кода участков соединен с вычислителем, также введены повторители со сдвигом по числу участков поддиапазона ускорения, объединенные входы которых соединены с усилителем мощности и выходы которых подключены по питанию к своим по участкам поддиапазона струйным триггерам переключения своих участков, к входам которых через свои по участкам элементы И подключены струйные импульсаторы вместе с выходами реверсивного счетчика-указателя кода участка измерения, а объединенные выходы струйных триггеров переключения соединены через усилитель давления и дискретный клапан переключения диапазон/поддиапазон к струйному генератору.

На фиг.1 представлена схема скоростемера (интегрирующего акселерометра), реализующего предложенный способ на пневматических элементах.

На фиг.2 представлена структурная схема устройства - пневматического скоростемера.

Способ измерения скорости тела, при котором ускорение инерционной массы преобразуют, усиливают и интегрируют, в котором весь интервал ускорения, например 0…4 g, разделяют на основной диапазон и поддиапазон, основной диапазон измерения ускорения движения тела 0…3 g разделяют на отдельные участки 0, 1, 2 по ускорению с выбранными приращениями, например 1 g, а также в поддиапазоне 3…4 g участок, например 3, с наибольшим по величине ускорением (последний в диапазоне) считают поддиапазоном, на участках диапазона 0, 1, 2 (поддипазона 4, 5, 6) преобразуют приращение ускорения 0…1 g (0…0,3 g) в давление P_A или кР_Б=0,1…1,0 атм, участок 0 диапазона с наименьшими величинами ускорения 0…1 g считают в качестве текущего участка, на котором компенсируют аналоговой обратной связью силовое воздействие в пределах приращения 1 g ускорения на каждом участке 0, 1, 2 диапазона, и значениями давления Р_А=0,1…1,0 атм на текущем участке измеряют величины приращения ускорения 1…2 g, 2…3 g на участках 1, 2 диапазона, преобразуют генератором 7 давление P_A в частоту, для равновесия инерционной массы 8 при изменении вектора приращения ускорения вместе с его более/менее граничной величиной, например 1 g, в сумматор 9 вводят/выводят для каждого участка диапазона дополнительную силовую компенсацию обратной связью по командам триггеров верхнего 10 и нижнего 11 значений порогов давлений 1,0 атм и 0,09 атм, формируют 12 код участка, суммируют 13 (интегрируют) импульсы на соответствующих участках диапазона со своим кодом, вычисляют 14 величину скорости на участках диапазона, интервал 3…4 g ускорения инерционной массы на последнем 3 участке диапазона преобразуют в интервалы входных давлений, например по 0,3 атм по участкам 4, 5, 6 поддиапазона, для силовой компенсации используют аналоговую обратную связь на всех участках 4, 5, 6 поддиапазона без дополнительной силовой компенсации для каждого участка поддиапазона, на которых функционально отделяют общий выходной интервал Р_Б=0,1…0,3 атм давления для всех участков поддиапазона от интервала входных давлений 0,1…0,4 атм, 0,4…0,7 атм, 0,7…1,0 атм участков поддиапазона, соответствующих участкам 4, 5, 6 приращения ускорения 3…3,4 g, 3,4…3,7 g, 3,7…4 g поддиапазона, также по командам триггеров верхнего 10 и нижнего 11 значений порогов давлений 1,0 атм и 0,09 атм последовательно включают/выключают участки 4, 5, 6 давлений поддиапазона, также преобразуют давление кР_Б=0,1…1,0 атм в частоту, также формируют 12 код участков 4, 5, 6 поддиапазона и также суммируют 13 импульсы на соответствующих участках со своим кодом для вычисления 14 значений скорости по участкам 4, 5, 6 поддиапазона.

В представленной на фиг.2 структурной схеме устройства можно выделить три части - пунктиром выделена измерительная и вычислительная часть для подсчета скорости движения объекта, справа и слева от нее - пневматические устройства для переключения участков измерения ускорения, расположение которых (участков) соответствует расположению на фиг.1. Измерение сигнала ускорения ±j и преобразование его в скорость происходит с помощью аналоговых сигналов давления P_A или кР_Б, которые проходят через сумматор 9, усилитель мощности 15 УМ, дискретный клапан 16 переключения первый/второй метод измерения ускорения, струйные триггеры 10, 11 для фиксирования пороговых значений давления (максимальных и минимальных величин давлений) при переключении участков измерения, далее путем преобразования аналоговых значений давления в частоту струйным генератором 7 СГ, число импульсов которого передается через счетчик 13 вычислителю 14, и определяется скорость передвижения объекта, учитывая код участка измерения реверсивным счетчиком 12. Переключатели 16 участков 1…3 диапазона подключают давление источника 17 Р_ст в компенсационные камеры сумматора 9 и в камеру дискретного клапана 24 для перехода измерения ускорения вторым методом, при котором работают переключатели 18 участков 4, 5, 6 поддиапазона.

Первый метод измерения ускорения (метод «участки на входе») конструктивно ограничен числом камер обратной связи в сумматоре. Для расширения диапазона измерения по участкам необходимо в помощь введение второго метода измерения (метод «участки на выходе»), при котором число камер обратной связи не связано с числом участков и не увеличивается пропорционально числу участков измерения. Т.е. выбирается один участок (любой) диапазона. Этот выбранный участок для работы второго метода называем поддиапазоном, он разделяется в свою очередь на участки, пределы измерения входных значений ускорения также выбираем по участкам, например 0,3 g, но с уменьшенными интервалами входных давлений соответствующих входным участкам по ускорению. Например, для диапазона соответствие 0…1 g / 0,1…1,0 атм по всем участкам 0, 1, 2, участок 3 имеет расширенный интервал ускорения - 3…4 g, который измеряется также давлением 0,1…1,0 атм, для поддиапазона - соответствие 3,0…3,4 g / 0,1…0,4 атм по всем участкам. При этом уменьшенные интервалы выходных значений давления усиливаются до значений давлений, аналогичных давлениям по участкам при измерении ускорения по первому методу - «участки на входе».

В качестве примера на фиг.1 выбран последний 3 участок диапазона для переключения на второй метод измерения по участкам 4, 5, 6 поддиапазона.

Если выбранный участок для поддиапазона находится внутри диапазона (не последний участок диапазона), то необходимы командные сигналы на переключение методов измерения, с первого на второй и обратно для продолжения измерения ускорения по первому методу, после того как число участков поддиапазона будет исчерпано для измерения.

На фиг.2 показана схема, по которой пневмоустройства 8, 9, 15 (инерционная масса 8, сумматор 9, усилитель мощности 15) проводят измерение величин ускорения с помощью аналоговых значений давления, переводят последние струйным генератором 7 в частотные сигналы и далее с помощью пневмоустройств 5, 10, 11 (счетчик 13, реверсивный счетчик 12, вычислитель скорости 14) преобразуют в скорость. Остальные пневмоэлементы схемы служат для переключения участков приращения ускорения при его измерении по первому или второму методу.

Сначала работает левая часть схемы с измерением по методу «участки на входе» (первый метод), например, на диапазон 0…3 g с «текущим» первым участком. «Текущий» участок измеряет ускорение только в пределах, например, 0…1 g. При увеличении ускорения более 1 g действующая инерционная сила на входе «обнуливается», т.е. компенсируется включением давления в своей камере обратной связи, дополнительной, предназначенной только для следующего - второго участка. Измерение продолжается снова на «текущем» участке 0…1 g, так продолжается и на других участках диапазона, для работы которых требуется наличие дополнительных камер обратной связи в сумматоре.

При измерении большого диапазона ускорения с разбиением на малые участки неконструктивно работать с большим числом камер обратной связи, тогда переходят к другому методу измерения. «Текущий» участок при этом теряет свои функции текущего и становится полноценным поддиапазоном измерения ускорения для заданной оставшейся части величин ускорения, которая не измерена в диапазоне. При этом выделенная камера обратной связи (одна), в которой давление (умноженное на эффективную площадь мембраны камеры обратной связи) компенсирует силы, возникающие в поддиапазоне измерения, и поддиапазон также делится на отдельные участки измерения.

Далее включается правая часть схемы фиг.1 и 2, работающая по второму методу - сначала давлением, а далее выходным диапазоном частоты f измеряем приращение ускорения на фоне уже скомпенсированного перемещения мембранного штока от действия 3 g, не привлекая для этого дополнительные камеры обратной связи сумматора. Как бы шток сумматора 2 поддерживается силой от 3 g и измерение далее идет от условного нуля «0» g при увеличении ускорения, например, еще до следующих в сумме 1 g, т.е. от 3 до 4 g. Ранее при измерении в диапазоне ускорения по участкам сумматор 9 перемещался от сопла питания до сопла слива (практически от упора до упора), то при измерении в поддиапазоне ускорения сумматор 9 перемещается на часть полного хода, т.е на такую величину хода, при котором происходит силовая компенсация силы ускорения на данном участке поддиапазона. В общем, при работе левой и правой частей схема, приведенная на фиг.1 и 2, позволяет осуществить измерение ускорения до 4 g с более детальным измерением величин ускорения на последнем участке измерения 3…4 g.

Пневматический струйный генератор 7 СГ (фиг.1) как выходной элемент, преобразующий аналоговый сигнал в частоту, имеет ограниченный линейный диапазон характеристики «давление-частота».

Процедура увеличения точности состоит в том, что этим ограниченным линейным (близко к линейному) диапазоном частоты измеряем не весь диапазон входных значений параметра - ускорения, а его отдельные участки. Т.е. увеличиваем масштаб измерения участков по очереди или рассматриваем отдельные участки входного сигнала под «микроскопным» увеличением с последовательным переключением.

Таким образом, входные участки имеют уменьшенный диапазон, а выходной частотный диапазон измерения ускорения устройства один и тот же для всех входных участков.

Например, если в схеме измерения весь входной диапазон ускорения Δj=10 g, а весь выходной диапазон изменения частоты струйного генератора Δf=1000 Гц, в линейной шкале ошибка на 1 импульс будет составлять 10 g /1000=0,01 g или 1%.

В предложенном способе измерения диапазон (поддиапазон) ускорения делится, например, на Δj=1 g (0,3 g) и выходной диапазон частоты тот же Δf=1000 Гц. При этом ошибка на 1 импульс будет составлять 1/1000=0,1% (в поддиапазоне 0,3/1000=0,03%). Следовательно, в данном примере, применяя предложенный способ измерения для 4 g на 4 участка, величины ускорения измеряются с погрешностью 0,1%, а на последнем - 0,03%.

Этот способ является комбинацией двух методов измерения при разбиении полного диапазона измерения ускорения. Первый метод - метод «участки на входе» с числом камер обратной связи в сумматоре, равным числу участков. Второй метод разбиения поддиапазона - метод «участки на выходе» с одной камерой обратной связи на все участки измерения. Аппаратурным переключением в работу различных по составу участков измерения ускорения достигается процесс измерения, в котором участвует только один участок, но методы измерения разные. При измерении первым методом действует только один и тот же участок для различных интервалов величин ускорения. При измерении вторым методом действуют различные участки на разных интервалах ускорения, но всегда по одному. На всех участках при использовании обоих методов измерение значений ускорения ведется величинами давлений, далее преобразованных в частоту импульсов давления с их дальнейшим подсчетом для определенного отрезка времени и выявления скорости передвижения тела. Комбинация этих методов введена для сокращения состава пневматической аппаратуры скоростемера при измерении более точной величины скорости.

Пневматический скоростемер (фиг.1), содержащий сумматор 9 с преобразователем интервала ускорения в перемещение, инерционную массу 8, усилитель мощности 15 и интегратор, отличающийся тем, что интервал ускорения разделен на диапазон и поддиапазон, дополнительно введены участки 0, 1, 2, 3 в диапазоне и 4, 5, 6 поддиапазоне, выходы которых соединены с линией обратной связи, также введены струйный генератор 7 частоты, струйные триггеры 10, 11 пороговых значений P_A минимального 0,09 атм и максимального давления 1,0 атм на участке, которые через струйные импульсаторы 19, 20 вместе с выходами 2⁰, 2¹, 2² и др. реверсивного счетчика-указателя кода участка измерения 12 и через свои по участкам 1, 2, 3 элементы И 21, 22, 31, 32, 41, 42, 43, 44 подключены к входам струйных триггеров-переключателей 51, 52, 53 участков 1, 2, 3, а выходы последних - к клапанам 61, 62, 63 переключения участков 1, 2, 3, своими проточными входами подключенные к стабилизированному источнику давления Р_ст, а выходы которых 61, 62, 63 подключены к введенным также по числу участков диапазона ускорения камерам обратной связи в сумматоре 9, выход усилителя мощности 15 подключен через дискретный клапан 24 переключения диапазон/поддиапазон к струйному генератору 7, подключенному к счетчику 13, который вместе с выходами 2⁰, 2¹, 2² и др. реверсивного счетчика-указателя кода участков 12 соединен с вычислителем 14, также введены повторители 74, 75, 76 со сдвигом по числу участков 4, 5, 6 поддиапазона ускорения, объединенные входы которых соединены с усилителем мощности 15 и выходы которых подключены по питанию к своим (по участкам 4, 5, 6 поддиапазона) струйным триггерам 84, 85, 86 переключения своих участков 4, 5, 6, к входам которых через свои (по участкам) элементы И 140, 141, 150, 151, 160, 161 подключены струйные импульсаторы 19, 20 вместе с выходами 2⁰, 2¹, 2² и др. триггеров состояния T₃₁ Т₃₂, Т₃₃, например трехразрядного реверсивного счетчика-указателя кода 12 участка измерения, а объединенные выходы струйных триггеров 84, 85, 86 переключения соединены через усилитель 23 давления и дискретный клапан 24 переключения диапазон/поддиапазон к струйному генератору 7, преобразующему аналоговый сигнал P_A или кР_Б в частоту f.

На фиг.1 также обозначено: обратные клапаны 164, 165, 166 участков 4, 5, 6 измерения поддиапазона; источник Р_ст стабилизированного пневмопитания; источник P_n пневмопитания.

Сумматор 9 с преобразователем перемещения в давление состоит из многокамерного элемента сравнения с дифференциальными соплами и инерционной массой 8, укрепленной на общем штоке, связывающим мембраны, с числом камер, предназначенных для силовой компенсации инерционной силы ускорения по участкам, равным числу участков измерения. В сумматоре 9 выход камеры, в которой расположено сопло питания, и выход камеры, в которой расположено сопло с выходом в атмосферу, соединены между собой и с усилителем мощности 15 с блоком предварения. Перемещение X инерционной массы 8 относительно корпуса сумматора является мерой действующего ускорения j в данный момент времени и выражается формулой X=k₁j для некоторого значения времени t, а давление выхода сумматора 9 связано с перемещением P₁=k₂X. Отсюда P₁=k₂k₁j. Усилие разделительных элементов мембранного блока 1, возникающее при перемещении инерционной массы 8, принимается малой величиной, входящей в погрешность измерения.

Усилитель мощности 15 с устройством предварения выполнен как, например, трехмембранный элемент сравнения с дифференциальными соплами с пневмоповторителем (например, типа П2П.7) предназначен для создания выходного сигнала, равного по величине давления входному сигналу и увеличенного по расходу. Выходное давление равно P_A=Р₁+T_n (dP₁/dt) или P_A=k₂k₁j+T_n(dj/dt).

Сигнал выхода усилителя мощности, равный P_A=k_AP₁, поступает одновременно к струйному генератору 7, ко всем повторителям со сдвигом 74, 75, 76 и далее как питание струйных триггеров 84, 85, 86 под соответствующим пропорциональным давлением.

Аналоговый сигнал P_A преобразуется в выходной частотный сигнал струйным генератором (СГ), построенным на одном или нескольких (например, трех) дискретных струйных элементах. Принимая в ограниченном диапазоне частот линеаризованную зависимость типа Q_A~k₃P_A, можно принять зависимость f=k₄Q_A. Частотный выход СГ в виде импульсов давления передается на счетчик 13 и далее вычислителю 14. Реверсивный счетчик-указатель кода участка 12 согласует работу вычислителя для счета по участкам и получает команду передачи кода участка по командам струйных триггеров 10, 11 в ту или другую сторону (увеличение или уменьшение) ускорения j на величину, например, 1 g. Реверсивный счетчик 12 выполнен, например, по патенту №470801.

Для повышения чувствительности по частоте f по предлагаемому способу в скоростемере введены пневматические элементы для каждого участка измерения. Весь диапазон измеряемого ускорения по первому методу делится несколькими участками, крайние величины давления которых будут соответствовать минимальному и максимальному значению по частоте f. Весь диапазон ускорения можно разделить на любые по величине участки и любое количество, т.е. увеличить точность измерения в наиболее интересующих значимых изменениях ускорения j.

Пневматические функциональные устройства 9, 8, 15 входят в контур, в котором от входного ускорения j изменяется давление Р_А для силовой компенсации j с прибавлением скоростной обратной связи усилителя мощности 15 для большей помехоустойчивости при изменении знака приращения по ускорению. Пневматические устройства 21, 22, 31, 32, 41…44, 51…53, 61…63 только переключают расположение мембранного блока между дифференциальными соплами сумматора 9 при увеличении ускорения j или уменьшении для отсчета ускорения с нового условного нуля.

Источник стабилизированного пневмопитания Р_ст позволяет более строго выдержать компенсирующую силу, противопоставляемую изменяемой по величине инерционной силе от измеряемого ускорения, и снизить погрешность измерения.

Рассмотрим работу пневматического скоростемера (интегрирующего акселерометра).

Давление питания P_n подано в прибор и при этом на инерционную массу M действует ускорение j. Давлением P_A запитан струйный генератор 7, который вырабатывает частотный сигнал f, пропорциональный расходу Q_A, протекающему через его сопло питания. Частотные импульсы откладываются в счетчик 13 на участке 0…1 g, если весь диапазон измерения разделен, например, по 1 g на участок.

Частота f, вырабатываемая струйным генератором 7, является одним из выходных сигналов устройства, и можно принять в начале характеристики «частота-давление», что частота прямо пропорциональна измеряемому ускорению f=k₅j.

Нулевой участок диапазона измерения ускорения j, например, в пределах 0…1 g служит как «текущий» участок, в котором каждый раз начинается измерение ускорения при его увеличении на 1 g при сдвиге условного нуля измерения ускорения. Т.е. фактически интервалом значений давления этого участка сканируются величины ускорений по приращению по всему диапазону (первый метод измерения) от начала до конца после его каждого увеличения или уменьшения. При этом величина ускорения проходит через границы участков максимального и минимального значений между первым и вторым, вторым и третьим и далее и на обратном ходе измерения, при уменьшении абсолютной величины ускорения.

На выходе сумматора 9 формируется давление, пропорциональное ускорению j инерционной массы 8, укрепленной на мембранном блоке. Блок предварения и усилитель мощности 15 формирует сигнал давления, пропорциональный ускорению и его производной, который изменяется, например, в диапазоне 0,1…1 атм.

Далее сигнал давления поступает в камеру отрицательной обратной связи «текущего» (нулевого) участка чувствительного блока для компенсации действия ускорения j на инерционную массу 8 в пределах 0…1 g. Переменное давление P_A, зависящее от входного ускорения j, может меняться в любую сторону, при этом изменяется положение общего штока мембранного элемента относительно дифференциальных сопел, т.е. сопла питания и сопла слива или сопла связи с атмосферой. Причем это может происходить на любом участке измерения всего диапазона и поддиапазона ускорения j. При ускорении j=1 g инерционная масса М развивает усилие такой величины, что мембранный блок перемещается на максимальное удаление от сопла питания. Для измерения следующего по величине приращения ускорения в диапазоне мембранный блок сумматора 9 следует переместить в прежнее начальное положение и одновременно изменить точку отсчета и зафиксировать условный ноль «0» для измерения ускорения j в новом положении.

На этом этапе происходят действия, определяемые предложенным способом, в частности первым методом, когда весь диапазон измерения ускорения делят на отдельные участки, преобразуют ускорение в давление, выбирают участок в качестве текущего участка, на котором силовое воздействие от ускорения компенсируют аналоговой обратной связью в сумматоре, и значениями давления текущего участка измеряют величины ускорения на остальных участках, для равновесия инерционной массы при приращении ускорения вводят/выводят для каждого участка дополнительную компенсацию обратной связью в сумматор по командам пороговых датчиков давления, преобразуют давление в частоту, которую передают на счетчик от любого участка, формируют код участка, суммируют импульсы на соответствующих участках и вычисляют величину скорости.

Одновременно давление P_A проходит в струйный генератор 7, который вырабатывает импульсы давления для счета в счетчике 13. При переходе на другой участок измерения по команде вычислителя 14, определяемой реверсивным счетчиком-указателем кодов 12, набранное число импульсов сбрасывается вычислителю 14 и на счетчике 13 устанавливается начальное число.

Частота следования импульсов струйного генератора 7 минимальна в начале участка и максимальна в конце, которое вычисляется на струйном счетчике 13, например, в двоичном коде. Это число отражает скорость объекта, передвигающегося с ускорением j≤1 g на отрезке времени 0…t1. При ускорении j≅1 g выходная частота f струйного генератора 7 имеет максимальное значение.

Первый участок диапазона измерения ускорения j находится в пределах 1 g…2 g и ведется он величинами давлений на «текущем» участке. Все участки диапазона ускорения переходят для измерения давлениями «текущего» участка, а в разные соответствующие своим участкам компенсационные камеры чувствительного блока 1 подается только давление после включения клапанов 9 для равновесия мембранного блока между двумя дифференциальными соплами питания и слива блока сумматора 1. При разных значениях ускорения в интервалах участка и его инерционной силы, действующей на инерционную M массу 8, при измерении первым методом требуется сложение компенсационных сил в разных камерах отрицательной обратной связи сумматора 9.

Измерение на первом участке диапазона снова начинается с минимальной частоты f струйного генератора 7, так как в мембранном блоке заслонка элемента «сопло-заслонка», камера которого связана с атмосферой, находится на максимальном удалении от сопла слива и на минимальном расстоянии от сопла питания находится заслонка другой пары «сопло-заслонка». В это время через струйный генератор 7 проходит минимально возможный расход Q_A, одинаковый для всех участков измерения в диапазоне.

При увеличении ускорения j>1 g увеличивается давление P_A, одновременно вырабатываются СГ 7 пневмоимпульсы, которые передаются на счетчик 13. Два струйных пороговых триггера (реле) 10 и 11 определяют коридор (0,09…1,0 атм) изменения давления P_A (0,1…1,0 атм). При давлении P_A>1,0 атм реле 10 переключается в новое устойчивое верхнее положение (фиг.1). Сформированный сигнал от реле 10 после импульсатора 19 поступает в следующих направлениях: 1) на изменение кода в «+» реверсивного счетчика-указателя кода 12 при увеличении ускорения при зачете импульсов счетчика 13 с другим весом для вычислителя 14, т.е. знак 2⁰=0 меняется на 2⁰=1; 2) переключает струю питания струйного триггера 51 в верхнее положение после срабатывания И элемента 22; 3) далее по этой команде открывается дискретный клапан 61 и пропускает давление Р_ст=1 атм=const от стабилизированного источника, которое поступает в камеру обратной связи сумматора 9 первого участка измерения и обозначает сдвиг условного нуля «0» измерения ускорения j.

Если ранее при j<1 g необходимо было обратной связью компенсировать силу, равную до 1 Mg, то на первом участке измерения ускорения сила компенсации должна быть до 2 Mg. После срабатывания триггера 51 на сумматоре 9 уже суммируется к имеющейся ранее силе дополнительная сила по противодействию j на первом участке. Поскольку в дополнительную камеру обратной связи подано максимальное давление, соответствующее концу первого участка измерения, то частота f изменила свое значение с max на min и соответствует j≅1 g+0,0. Так как инерционная масса M вместе с мембранным блоком сумматора 9 вернулась в исходное состояние (положение) по перемещению, то и вслед за этим давление Р_А имеет минимальное значение.

Одновременно реверсивный счетчик-указатель кода участков 12 для участка 1, на котором j=1…2 g, передает код 2⁰=1 вычислителю 14. Так закончилась перестройка измерения ускорения с нулевого участка на первый участок.

Давление P_A минимально и равно 0,1 атм, так как осуществлена перестановка мембранного блока сумматора 9 в первоначальное положение для начала работы опять текущего участка уже в пределах измерения ускорения j=1…2 g, т.е. произошел сдвиг условного нуля «0» для измерения ускорения на первом участке. Импульсы поступают от счетчика 13 и передаются вычислителю 14 с другим весом на первом участке. Также учитывается вес на втором, третьем и т.д. участках измерения приращения ускорения j.

Частота следования импульсов струйного генератора 7 минимальна в начале участка и максимальна в конце. Число импульсов определяется счетчиком 5 и отражает скорость объекта, передвигающегося с ускорением 1 g ≤ j ≤ 2 g на отрезке времени t1…t2.

На этом этапе проходят действия, определяемые предложенным способом, когда в разделенном на отдельные участки диапазоне измерения ускорения компенсируют силовое воздействие от ускорения на нулевом участке аналоговой обратной связью по давлению нулевого участка и вводят дополнительную силовую (величина давления, умноженная на эффективную площадь мембраны) компенсацию от источника стабилизированного давления по достижении назначенной величины приращения ускорения, преобразовывают давление, полученное на первом участке, в частоту, интегрируют количество пневмоимпульсов за определенный промежуток времени и вычисляют скорость на первом участке.

Когда давление будет P_A>1,0 атм, то это означает, что измерение ускорения j на нулевом участке закончилось и измерение должно автоматически продолжиться на первом участке 1…2 g. Однако при неожиданном уменьшении ускорения менее 1 g необходимо вернуться на нулевой (текущий) участок измерения 0…1 g.

Переменное давление Р_А, зависящее от входного ускорения j, может меняться в любую сторону, при этом изменяется положение общего штока мембранного элемента сумматора 9 с инерционной 8 массой M относительно дифференциальных сопел, сопла питания и сопла слива (сопла связи с атмосферой). Причем это может происходить на любом участке измерения всего диапазона ускорения j.

Рассмотрим процедуру возврата измерения с первого участка на нулевой (текущий) участок измерения ускорения.

Ускорение j>1 g уменьшается, и давление становится P_A<0,09 атм, которое при сравнении переключает струю питания струйного реле 11. Под действием импульсатора 20 происходит несколько автоматических переключений: 1) подан сигнал со знаком минус «-» в счетчик-указатель кода 12 для счета импульсов, поступающих от счетчика 13 в вычислитель 14 с прежним весом импульсов, соответствующих участку измерения 0…1 g; 2) возвращается струя питания в положение «1» струйного триггера 51 после получения сигнала через струйный 21 элемент И от двух сигналов-импульса импульсатора 20 и сигнала от реверсивного счетчика 12; 3) клапан 61 закрывает доступ давления Р_ст от стабилизированного источника питания к камере обратной связи первого участка. После этого и