Способ измерения ускорения

Способ измерения ускорения

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Союз Советских

Социалистических

Республик

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

<>838588 (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 19.09.79 (21) 2817434/18-10 с присоединением заявки М (23) Приоритет

Опубликовано 1506Я1. Бюллетень No 22

Дата опубликования описания 150б,81 (51)м. кл.3

G 01 P 15/10

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий (53) УДК 531. 768 (088. 8) (72) Автор изобретения

В.Е.Мельников

C !! .;

Московский ордена Ленина авиационный цнститут им. Серго Орджоникидзе (71) Заявитель (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ УСКОРЕНИЯ

Изобретение относится к элементам системы ориентации и навигации и может быть использовано для снижения погрешностей.в измерении линейных ускорений подвижных объектов 5 струнными дифференциальными акселерометрами.

Известны способы построения дифференциальных акселерометров, выходной сигнал которых формируют по разности частот поперечных колебаний струн (1).

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к предлагаемому является способ измере- 15 ния ускорения, заключающийся в возбуждении поперечных автоколебаний струн акселерометра и регистрации. разности частот автоколебаний струн в последовательные интервалы времени, 20

Способ позволяет улучшить некоторые характеристики струнных акселерометров, в частности температурную стабильность, за счет включения струн дифференциального акселерометра в .25 смежные плечи одной мостовой схемы что позволяет значительно улучшить стабильность электрических характеристик мостовой схемы в диапазоне температур Г23 ° 30

Однако данный способ не решает других проблем, связанных, например, с наличием нулевого сигнала ввиду различия физических характеристик струн дифференциального акселерометра, различием статических характеристик струн, в релаксационных процессах, протекающих в отдельных струнах, и другими факторами.

Цель изобретения — уменьшение погрешностей от нулевого сигнала и температуры окружающей среды1 снижение влияния на выходной сигнал релаксационных процессов в струнах.

Указанная цель достигается тем, что меняют пространственную ориентацию по отношению к измеряемой компоненте входного сигнала разворотом на угол 7Г относительно оси, ортогональной оси чувствительности регистрируют для каждого положения корпуса разность частот автоколебаний струн и формируют выходной, сигнал по алгебраической сумме результатов измерений в последовательные интервалы времени.

На чертеже. представлена функциойальная схема, поясняющая данный способ.

838588 — — м— т +дт ьт

ХЕ1 Р = о то,-дт д1

1=—

2 26 Я О

= о 1где 1

TO длина струны; начальное усилие, растягивающее струну; приращение усилий, связанное с измеряемыми величинами, линейная плотность материала струны.

Струнный кварцевый чувствительный элемент (ЧЭ) содержит струны 1 и 2„ жестко укрепленные своими концами на стержне 3. На свободном конце стержня укреплена инерционная масса

4, второй конец стержня 3 укреплен в корпусе 5, Корпус 5 кинематически связан с двигателем 6 и имеет возможность поворачиваться относительно оси Х на фиксированные углы, кратные л

Струны 1 и 2 размещены в.зазоре постоянного магнита и включены в схему магнитоэлектрических автогенераторов (на чертеже не показаны), обеспечивающих незатухающие поперечные колебания струн на частоте механического резонанса. На чертеже стрелками, отходящими от струн, условно показаны выходные сигналы соответствующих автогенераторов, поступающие через управляемые вентили

7 и 8 на входы реверсивного счетчика(РС) 9. Выход последнего фиксируется на устройстве 10.

Опорный генератор 11 формирует интервалы времени и команды,на разворот ЧЭ, команды запрета на управляемые вентили 7 .и 8 и команду начала счета на реверсивный счетчик 9.

В момент поворота корпуса 5 с ЧЭ сигналы с автогенераторов не поступают íà PC. После фиксации нового положения ЧЭ и завершения переходных процессов в контурах автогенераторов вентили 7 и 8 открывают ся и сигналы поступают на вход PC.

Счет разностной частоты начинается после подачи тактовых импульсов с генератора 11, определяющих интервал счета. Устройство 10 алгебраически суммирует результаты измерения в два последовательные интервала времени, для двух фиксированных положений корпуса (струн) относительно компоненты измеряемого ускорения. После завершения одного цикла измерения описанные процессы повторяются.

Для идеализированного струнного дифференциального акселерометра с гибкими струнами имеют место следующие зависимости между частотами

f2 струн, измеряемыми величинами и параметрами струны

При условии малости расстройки @ Т по отношению к Т« т.е. при 1, ьт ц выражения (1) и (2) можно представить в виде разложения в ряд в окрестности Т

Разность частот струн определяется из

Если в соответствии с техническим заданием наложены ограничения на нелинейность статической характеристики Ф можно определить предельную и ° 0 величину отношения (+ — ) (@ у„, а следовательно, и предельную разность частот

Afmax= S ea„.

Таким образом, при выполнении условия(6)можйо считать, что характеристика такого струнного акселерометра линейна с оговоренной погрешностью, не превосходящей он

30 дЮ= — дТ о то

Реальные струны даже в пределах одного датчика неодинаковы, различны и

35 их начальные частоты, поэтому для таких струн соотношения (3) и (4) и другие видоизменяются

40 и и l т,„э -го 1о о

2Р От 2 ТО2 8 Т02 16 TО2

45 . Г дт„ дт2 д 7 2 дт2 о.1 дт д 2

—;t-Ж; - :::Г !" В "Й)1-50

Из (9) видно, что статическая характеристика такого прибора имеет смещение нуля на величину (fo - 1о2) и значительно большую нелинейность статической характеристики. Можно показать, что нулевой сигнал такого прибора не остается неизменным с течением .времени и при изменении температуры окружающей среды из-за различия геометрических размеров и 0 физических характеристик струн. Поэтому компенсировать нулевой сигнал схемным путем в диапазоне эксплуатационных температур вряд ли возможно. Предложенный способ решает

65 эту задачу.

Пусть для фиксированного положения струнного датчика в момент времени с зафиксированы частоты

1 струн дтлл

= 10 " т

° и 10 10 дтпл.1

11 20 T%0 где первый индекс указывает номер струны, второй — момент времени, и определена разность частот дf струн

ЬЯ= 1+ — -У 1- — (г.) дт„„ дтпл

Л т0 10 0 >gp

Если представить слагаемые в выражении (12) в виде разложения в ряд>то, учитывая различие параметров струн, получим выражение вида (9) .

После разворота корпуса на угол У изменяется ориентация струн относительно измеряемого ускорения и, следовательно, характер их напряженного состсиния. Тогда для момента времени t имеем дтл

1- — т10

Ы ii i дт

М. 20 (т4) aa =Z — 12- 1 т

<0. т10 >0 т о

Выражение (15), как и (12), можно привести к виду (9). Им свойственны те же недостатки, что и статическим характеристикам, описываемым соотношением (9> .

Если в соответствии с предложенным способом сформировать алгебраическую сумму из выражений (12) и (15), отражающих приращение частоты в два последовательные моменты .времени (t„ и t ) для двух фиксированных положенйй струнного датчика,то получим дую= †" (дт дта)(160 Г л дтлл-ото то 11 П(. Е .а дт л-дт11дтЛО дт1а +120 -т +

+— ь .т„ "3 2т

20 ьт т-дт „ (ь)

+дт) <

Выражение (16) дает статическую характеристику струнного дифференциального акселерометра, реализующего предложенный способ. В каждом слагаемом, ограниченном квадратной .скобкой, сопоставляются величины, 838588 относящиеся к одной струне дифферен- циального датчика, но для разных близко лежащих моментов времени и резкой пространственной ориентации струны.

Видно, что статическая характеристи5 ка (16) не имеет смещения нУля. Для анализа нелинейности статической характеристики такого устройства необходимо использовать вероятностностатические методы анализа с учетом динамики и статических характеристик объекта, динамики струнного автогенератора, динамики реверсирующей системы и динамики частотного съема.

Для низкочастотных объектов самолетного типа можно считать,что

15 за время, соответствующее интервалу (t -t ) не произойдет заметных из1 / менений входного сигнала. Тогда можно положить | что Т1 =.ATH =ATI2 °

bT>=bT22 =bT2 <р,и получим х л+ Дта 2

Выражение (17) практически соответствует идеализированной характеристике струнного дифференциально.го преобразователя в соответствии с

Таким образом, проведенный анализ и полученные соотношения (16)и (17) .свидетельствуют о преимуществах предложенного пособа пеРед известными.

Как видно из (17), статическая характеристика акселерометра не имеет смещения нулевого сигнала, в значительной степени свободна от погрешностей, вызванных релакционными

40 процессами в струнах, ".àê как раз.ность частот формируют по алгебраической сумме приращений частот каждой из струн для двух фиксированных относительно измеряемой компоненты

45 ускорений пространственных положений струн.

Формула изобретения

Способ измерения ускорения, заключающийся в возбуждении поперечных автоколебаний струн акселерометра и регистрации разности частот автоколебаний струн в последовательные интервалы времени, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения>меняют пространственную ориентацию струн по,отношению к измеряемой компоненте входного сигнала

60 разворотом корпуса на угол Т относительно оси, ортогональной оси.чувствительности, регистрируют для каждого положения корпуса разность частот автоколебаний струн и формируют вы65 ходной сигнал по алгебраической

838588

Составитель И. Полунина

Редактор О.Колесникова Техред Н. Келушак Корректор М.Демчик

Заказ 4419/68 Тираж 907 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4 сумме результатов измерений в последовательные интервалы времени.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское

Р 535513, кл. G

2. Авторское

Р 647610, кл. G (прототип). свидетельство СССР

01 P 15/10, 190675. свидетельство СССР

01 P 15/08, 01.04.77