Способ компенсации нелинейности акселерометра

Способ компенсации нелинейности акселерометра

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИ ЕТЕЛЬСТВУ

<1о 690395 (61) Дополнительное к авт. сеид-еу (22) Залвлено 250675 (23) 2148414/18-10 с присоединением эаяеки М 2149158/18-10 (23) Г3риоритет

Олубликоеано 051079. Бюллетень Nо "7

Дата ойубликоеания описания 05,10.79 (51)М. Кл. (т 01 P 21/ОО

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий (53) УДЦ 531. 768 (088. 8) (72) Авторы изобретен и я

В. И. Баженов и К. A. Гурович (71) Заявитель (54) СПОСОБ КОМПЕНСАЦИИ НЕЛИНЕЙНОСТИ AKCEJIEPOMETPA

Изобретение относится к технике контроля параметров движения н может быть использовано для повышения точности преобразования ускорения в электрический сигнал акселерометрами, построенными по методу силового уравновешивания.

Известны акселерометры, в которых используются дифференциальные магнитоэлектрические обратные преобразователи. Однако они обладают нелинейностями (11.

Нелинейность компенсационного акселерометра с магнитоэлектрическим обратным преобразователем образуется вследствие искажения магнитного поля катушки с током магнитопроводом обратного преобра-. зователя (соленоидный эффект) и неравномерности магнитной индукции в воздушном зазоре магнитной системы обратного преобразователя.Нелинейность A.Í от этих причин выражается в виде

>НК f (Pay +P>q ) а + (Pqу -Рыу ) а 4 K (P+t +P a3) (1) где К вЂ” крутизна статической грудуировочной характеристики акселерометра;

Р у, р у- коэффициенты квадратичной и кубической нелинейности вследствие соленоидного эффекта

P>, P — коэффициенты квадратичной и кубической нелинейности вследствие неравномерности магнитной индукции;

P суммарный коэффициент квадратичной нелинейности;

P суммарный коэффициент кубической налиней15 ности; а — ускорения., Известен способ уменьшения нелинейности акселерометра с магнитоэлектрическим обратным преобразова20 телем путем перемещения катушки относительно магнитопровода обратного преобразователя, s котором устанавливают измерительную ось датчика акселерометра под различными углами по отношению к вектору ускорения силы тяжести и измеряют выходные сигналы акселерометрау определяют нелинейность путем сравнения полученной статической

30 градуировочной характеристнки аксеb9O395 лерометра с расчетной и производят

Отиосительное перемещение катушки и магнитопровода обратного преобразователя, затем повторяют операции до получения необходимой величины н гкнейности f2(.

Однако вследствие малых величин не гинейности точность определения нрдинейности по статической гoa-, дуИровочной характеристике акселерометра мала, поэтому невысокая точность, достигаемая прк умень=енкк нелинейностг(. Полученная информация не позволяет определить величину и Направление перемещения, так как в Втой информации нет зависимости между перемещением и нелинейностью. Целью изобретения является повыщенке точности, с которой производит я угленьщенке нелин ABGoTH

3Та цель достигается тем, что в обмотку обратного преобразователя по@ают переменный ток, измеряют пофтоянные составляющие выходного си нала акселерометра на одной частоте переменногс така,. затем измеряют постоянные составляющие ! выходного сигнала на другой частоте а по знакам и величинам приращейий постоянных ccoтанляющих выходного сигнала акселерометра определяют направление H величину ïeремещения статора силового преобразователя.

При установке датчика акселеромеТра в положение, когда по измерительной оси направлено статиче="кое ускорение <»,» = 1о, и при подаче н обмотку обратногс преобразователя переменного тока с частотой <» вследствие нелинейности статической характеристики акселерометра н вь--:— ходном сигнале акселерометра появляется допол»нительная постоянная составляющая g )

» <«4 о) = - и »

Где а1 — амплитуда приведенного ко входу синусокдального сигнала акселероматраг с — коэффициент.

3

1 ного преобразователя на частоте и<, переменного тока, подаваемого в обратный преобразователь.

q<=àü(e + 9,) (4) где В - фазовый сдвиг между возму

4 » щающкм переменным током

H To# oM B нагруэсчном ре-" зксторе на частоте м

@ — фазовый сдвиг между воэ.=

2л мущающигл током к током обратного преобр:=,зов теля на частоте <.»„ у акселерометров с диапазоном измерения, значительно преныщающим г 1Q, 5 малы составляющие приращения сигнала акселерометра с коэффициентами

Р,, Р,, Tàê как значение а находит; я у ""амото начала координат. Это

: —.-""-ныне.-. Кк н ел .,:=:. ;КО<,::.-: .=-.:; -.::.»-:еромет-!

При включен.к резистора н цепь обратной свя=-и доля I=Hrнала. акселерометра! с коэф"!»Ициен ".ам»!л кубкческОЙ нелкнеинОстк РЗ . » РЗ, !, зели хкн!»ется, При статическом ускорении а- 1g с включением резистора н цепь обратной связи, †:-а чec готе .:, переменного тока„ подаваемо-о в обрат;--ый преобразователь, дополнительная постоянная ссс< авляющая а »<» (аа) выходного сигнала ак<"елерометра

Ч. ».» г д

lsJcd»(oo) " -2(2у и Зу) 1

»<ЯДу р !! » Ч»! 3P р а!»!» к<- эбф!Ицкен;! и «»! .Ф О

Ж3

=- - U (я) ()<» !.»,-, !»»сто ян кое ныходнoe н cop»-.

:*-! женке усилителя следящeA системы акселерометра при

35 ста-. <чeскoм ускорении 0=1 и включенном н цепь обратной снязи резисторе;

U - постоянное выходное напряженке усилителя при ускоре49 н <Н а без нключения резистор-=: в цепь обратной связи. Гак как -! . !, Тс! составляю» ке коэффициентами Р эу р з!.ф

Р в р =-«<— и ..:Я (5 гуме,0T бОльшук! 9åJLH>HH"»7 э < <;

< . зeннe-",-т"=.р с Я)

При статическом ускорении а = -1f, с включением резистора н цепь обрат--»QA св яз и He -<аo To Te <».»< переменного тока дополнительная постоянная составляющая ь d <», (-а )

4 аъ.» (-<» )=I

1 .(g P - — дР„-q, гЛ» Р )а.-а ) . (г) -;астота <». выбирается таким образом, "-;тобы при выполнении усло З вия (3) амплитуда перемещения чувствительного элемента была такой же, как и при пркнеденном ко нходу синусоидальногл сигнале акселерометра а .

Амплитуда перемещения такая же, д как и при с<.г, если

Ц

5 690395 6 обратный преобразователь переменного тока; постоянный ток обратног преобразователя при статическом ускорении а = 1 . 5

Для определения коэффициентов нелинейности и их составляющих необходимо измерить постоянные составляющие выходного сигнала акселерометра на другой частоте м переменного тока,. подаваемого в обратный преобразователь. Частота <) может быть,. например, выбрана та, чтобы на ней выполнялось условие:

5Ы ЯаУ = м) ЮаХ {9} где Ды2й)ах — амплитуда тока обратного преобразователя на частоте м2 переменного тока, подаваемого в обратный преобразователь °

2О

На частоте )) условие (8) не выполняется, так как амплитуды тока обратного преобразователя и перемещения чувствительного элемента изменяются по разным законам с частотой переменного тока, подаваемого в обратный преобразователь.

На частоте ю при условии (9) »»»»»» 3»» а» Ы» »»»» з - sl4 у " »»»ю» l(1j где 1(),)„п) ) — амплитуда переменного выходного напряжения усилителя на частоТе 4.) 2 коэффициент, В соответствии с выражениями (10 и 11) дополнительная постоянная составляющая Ь5)) (а ) на частоте йз2 переменного тока, при статическом ускорении ао = 1ф и с включением резистора в цепь обратной св)эи где с)з — коэффициен т;

= ) э (Я - 8 з), (13) Где Р- фаэоэый сдвиг между возму щающим переменным током и током Б кегруэочном резисторе на частоте ))й ) е. д- фазовый сдвиг между возмущающим током и током обратного преобразователя на част ->те )2 ,Нополнительная постоянная состав:- ÿ:-=щая Ь ",) м2 (- йо} выходного сигна- ла акселерометра на частоте ы при статическом ускорении а =- 1ф

С) и с включением резистора в цепь

-братной связи имеет вид

» }() <)р )2 3 2 ) 1 ()3"зч) " ЭУ- о,„q, з,,-:Й ) Рэ, ) д, (и) На основании выражений (5), (7), (12), {14) определяются составляющиее к О 3 ффицие н тов Р>> Р2) P > P>< н суммарные коэффициенты нелинейности P Р р ) о) ) оИЧ Я )Ф 4 2(а„) -лЪ,| (о g<

2у (15) (Ыы,(а,)ы ы)г )3-(а :;.("-) ")г(" }3

2V К(,q, „) ;=50,(ao) Ы (а,ф2 ) ц -g )-((Л,- с )- Э (-а,) (Ъ ))- ) зм gj(2q ))}(2„С} ) Р) -)) 29 P g)) 2 о (16) « ) " (")1(2Ч -я - а Ж),)- (- «д3Ь - ) (18) к в» О О

"((2 ;")Ð)) S - )-(2 -п)РS, ï-1) а а (ьЭ),),(ф )iИы j-аЦ(q +1)-jP Ì2,"oÄ+ÛÈ (- )а Ц(9, j

Рк(с} q - )а ) ь (я д (О )-дд)ду(-р )j(2q 4Q -2n g -)))-(л (а (ор)-4 4)a(-аоЯ(Ес) )-2 о-и ))

К((гс ;п)(2пс q -Я)-(2q -n)(2a,, n->Ha(og

Дополнительные постоянные состав- мерность магнитной индукции, имеет ляющие выходного сйтнала акселеромет- следующее выражение:

Ра слУжат ДлЯ опРеДелениЯ напРавле- 60 Ад= К{Р У ° а +Рзу аЗ}, (21) ния и величины перемещения статора обратного преобразователя при чмень- Нелинейность минимальная, если щении нелинейности акаелерометра. Р а2а Р, а = О, 2ц) (22)

Нелинейность акселерометра а „ Найдя производную по ускореник) причиной которой является неравйо- Я выражения (22) и приравняв ее нулю

69О395

Формула изобретения

Ссставитель Е.Швецов

Техред Я. Sабуoка- Корректор A.1 PHöåíêo

Редактор О.Филиппова

Заказ 5956/42

Тираж 169Î Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, K-35, Раушская наб., д.4/5

Филиал ППП Патент, г.ужгород, ул.Проектная,4 определяют при кексам,.Ускорении нелинейность имеет экстремум (3 =- — -- —

2 P.co (23)

Так как перемещение Вц чувствительного элемента связайо с ускорением зависимостью

Ц., (24) где g — перемещейие чувствительного элемента на единицу уско; рения (статизм следящей системы},то направление и ве-личина перемещения 3 оратора обратного преобразователя

s =- — $рг ч (25)

Выражение (25) определяет направление перемещения статора. Статор необходимо перемещать в том направ-. лении в каком смещается чувствительный элемент при ускорении, определенном по формуле (23).

С помощью предложенного способа повышается точность, так как повышается доля сигнала акселерометра с коэффициентами кубической нелинейности Р, Р у акселерометз ров, диапазон измеряеьаях ускорений кОторых значительно превышает + 1gi .

При включении резистора в цепь обратной связи акселерометра за счет статического перемещения чувствительного элемента синусоидальное входное воздействие уже прикладывается не относительно точки а 1, а относительно а1 > 1ф .

Это ведет к увеличению постоянной сОставляющей выходного сигнала акселерометра. Сигнал с кеэффициентами

Р, Р увеличивается потому„ что

Щ Р п)1, При перемещении статора обратного преобразователя в направлении и на величину, определяемые из выражения (25), диап3зон рабочих перемещений чувствительного элемента приводится в интервал, где магнитная индукция равномерна, Поэтому нели нейность акселерометра стан ==-.-.: тся минимальной и, таким образо ;.. очность процесса уменьшения неп-:нейности повышаетc.я.

Способ компенсации нелинейности акселерометра, содержащего диффе () ренциальный магнитоэлектрический обратный преобразователь путем установки измерительной -оси в различные положения относительно вектора силы тяжести и перемещения статора относительно катушки ротора обра-..ного преобразователя, о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения точно" òè компенсации, измеряют на резисторе, вклю О е .ном в «>b обратной определяемом величиной заданного ускорения постоянные составляющие выходного сигнала акселерометра при одной частоте переменного тока, подаваемого в обмотку обратного 5 преобразователя„ изменяют частоту переменного тока и измеряют постоянные сос-авляющие выходного сигнала при новой частоте, à по знакам и величинам приращений постоян36 ных составляющих определяют направление и величину перемещения статора обратного преобразователя.

Источники информации, принятые во внимание чри экспертизе

1. Инерциальные системы управления" . Под ред, Д,Питтмана, Yi., 1964, с. 335-357.

2. Сотникова Г.И. Влияние

О магнитного поля катушки на характеристику магнитоэлектрического lIc полнительного механизма . Известия ВУЗов ",, серия Приборостроения, - åì,,ХП, Р 10 1969,c„54-58.