Струнный акселерометр

Струнный акселерометр

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Союз Советских

Социалистических

Республик

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИ ИТИЛЬСТВУ («)847213 (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 02Л079 (21) 2823514/18-10 с присоединением заявки Йо (23) Приоритет

Опубликовано 150781.бюллетень N9 26 (51)М. Клз

G 01 P 15/10

Государствеииый комитет

СССР ао делам изобретеиий и отирытий (53) УДК 531. 768 (088.8) Дата опубликования описания 150781 —H. И. Брехни, A; A, Коваленко и Г, Го ) ин.- .. ) I

Харьковский авиационный институ H; E. Юуковского

" " "---"«( (72) Авторы изобретения (71) Заявитель (54)";СТРУННЫИ АКСЕЛЕРОИЕТР

Изобретение .относится к измерению) параметров движения, в частности к акселерометрам с дифференциальным струнным преобразователем.

Известные конструкции дифференциальных струнных датчиков ускорений имеют относительно небольшой диапа-. зон измеряемых ускорений, обусловленный существованием зоны нечувствительности, вызванной эахватыванием (взаимной синхронизацией),струнных автогенераторов (1).

Для устранения этого недостатка используются различные конструктивные и схемные решения „1J, однако их. реализация связана с усложнением конструкции механической и электрической частей акселерометров, либо, недостаточно эффективна. Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является струнный акселерометр, содержащий инерционную массу, закрепленную в корпусе с помощью упругого подвеса и двух идентичных струн, образующих дифференциальный преобразователь и включенных в схемы автогенераторов, блоки выделения суммарной и.раэностной частотй, входы которых соединены с выходами автогенераторов, генератор эталонной,частоты, блок . выделения ошибки суммарной частоты, один вход которого соединен с выходом блока выделения суммарной частоты, а другой — с генератором эталонной частоты, исполнительное устройство, установленное между одной иэ струн и корпусом; преобразователь ошибки

1о суммарной частоты, выход которого соединен с исполнительным устройством f2) .

Недостаток устройства - относительно малый диапазон измерения ма"

15 лых значений. линейных ускорений, обусловленный .Синхрониэайией частот автогенераторов.

Цель изобретения - расширение диапазона измерения за счет умень2Q,шения зоны нечувствительности акселерометра,, Укаэанная цель достигается тем, что в,струнный акселерометр введены блок формирования выходного сигнала

25 и логическое устройство-переключатель, информационный вход которого соединен с выходом блока выделения ошибки сухарной частоты, управляющий вход соединен с выходом блока вы«

3(l деления разностной частоты, управ847213 яФ

Т вЂ”вЂ” о

Ф =

2 4+Q>

ФО ляющий выход соединен со вхоцом преобразователя ошибки суммарной частоты, а информационный выход, соединен с одним из входов блока формирования выходного сигнала, другой вход которого соединен.с выходом блока выделения разностной частоты.

На фиг. 1 представлена схема струнного акселерометра; на фиг. 2 схема логического устройства- ереключателя.

Струнный акселерометр содержит. корпус 1, инерционную массу 2, подвешенную .с помощью .струн .3 и 4 частотного дифференциального преобразователя и растяжек 5 и 6. Струны расположены в зазорах магнитов 7 и 8 и 15 включены в схемы автогенераторов 9 и 10, Для формирования информации об измеряемом ускорении датчик содержит блок .11 выделения раэностной частоты и блок 12 формирования выходного Щ сигнала, Для поддержания постоянства суммы собственных частот колебаний ,струн служат блок 13 выделения суммарной частоты, генератор 14 эталонной удвоенной начальной частоты колебаниЯ д5 струн, блок 15 выделения ошибки суммарной частоты, преобразователь 16 ошибки суммарной частоты и исполнительное устройство 17, с помощью которого осуществляется. изменение натяжения струн. Для формирования выход, ной информации в диапазоне малых значений измеряемых линейных ускорений служат блок 13 выделения суммарной частоты, генератор 14 эталонной удвоенной начальной частоты, блок 15 выделения ошибки суммарной частоты и логическое устройство-переключатель

18, имеющее информационные и управляющие входы и вь1ходы (И,„, И,.„, У,„, Уы„ ). В состав логического 40 устройства-переключателя 18 входят логические элементы И, НЕ и два .ключа

К„ и К2, Струннйй акселерометр работает следующим образом, 45

При движении корпуса 1 датчика вдоль измерительной оси с ускорением под действием силы инерции. массы 2 изменяется натяжение струи 3 и 4, что приводит к изменению собственных частот их.колебаний, т.е. частота Г, колебаний одной струны возрастает, частота f колебаний второй струны. уменьшается

Где Т вЂ” начальное натяжение струн;

m — велйчина инерционной массы;

M — - измеряемое ускорение;

6 - линейная плотность струны; (- длина .струны, Однако при малых значениях ускорений наличие механической и электрической связей между колеблющимися струнами приводит к тому, что одна из струн, например, первая, получая приращение частоты f„,заставляет с такой же частотой колебаться вторую струну, т,е. имеет место явление

"захвата" частот, сохраняющееся в некотором диапазоне измеряемых ускорений. Этот режим работы акселерометра характеризуется равенством частот колебаний струн, т,е, f„ = f . При этом выходной сигнал блока 11 выделения разностной частоты .отсутствует так как f -f =О, а выходной сигнал ! блока 13 выделения суммарной частоI ты, пропорциональный величине поступает на вход блока 15 выделения ошибки суммарной частоты, где сравнивается с удвоенной начальной частотой 2fo генератора 14 частоты.

Сигнал на выходе блока 15 выделения ошибки суммарной частоты пропорционален величине

fo+ -- - .гд2Г„- 2Гд -" 2 A&Ra. — 1 466% (В)

Домножая обе части равенства (1) на 2f + 2f и преобразуя относительно И, имеем

+ 2с) (2 2 а )

Так как при измерении малых ускорений в режиме "захвата" частоты f и Г1 мало отличаются друг от друга, можно положить

2f„ + 2fo = 4fo = const .

Таким образом вместо (2) имеем

W = — ЙС Fo (2Г„- 2Fo)Это в ;,ражение определяет зависимость между измеряемым ускорением и выходным сигналом акселерометра.

Такое допущение приводит к незначительным погрешностям измерений от нелинейности, Кроме того, принятое допущение позволяет отказаться от включения двух дополнительных блоков в схему прибора,реализующую полную полученную зависимость (2).

Выходной сигнал блока 15 выделения ошибки суммарной частоты, пропорциональный величине 2f — 2fo поступает на информационный вход логического устройства-переключателя 18. В . режиме измерения малых ускорений из-за явления.,"захвата" сигнал на выходе блока 11 выделения разностной частоты .отсутствует и, следовательно, отсутствует сигнал на управляющем входе переключателя 18. В этом случае логический элемент HE (фиг.. 2) переключателя 18 (фиг ° 1) открывает ключ К„, и выходной сигнал блока 15 выделения снйибки суммарной частоты через информационный выход переключателя 28 поступает на выходное регистрирующее устройство 1?. В режиме

847213

"захвата" этот сигнал содержит информацию об измеряемом ускорении. При этом на выходе логического элемента

И (фиг. 2) сигнал отсутствует, следовательно ключ К закрыт, и выходной сигнал блока 15 выделения ошибки суммарной частоты (фиг. 1) на управляю5 щий выход переключателя 18 и на вход .перобразователя 16 ошибки суммарной частоты не поступает, т.е. цепь обратной связи поддержания постоянства суммы собственных частот колебаний струн разорвана..

В этом случае, если при возрастании измеряемого.ускорения явление

"захвата" исчезает, частоты колебаний струн становятся отличными. друг от друга, выходной сигнал блока 11 выделения разностной частоты, пропорциональный разности частот колебаний струн - f1, поступает на вход блока 12 формирования выходного сигнала. Щ

B данном режиме этот сигнал содержит информацию об измеряемом ускорении.

Выходной сигнал блока 15 выделенйя ошибки суммарной частоты, пропорцио" нальный величине („ + fg) 2fp поступает на информационный вход логического устройства-переключателя

18. На его управляющий вход поступает . выходной сигнал блока 11 выделения разностной частоты. Это определяет наличие сигналов на обоих входах логического элемента И (фиг. 2) переключателя 18 (Лиг 1); Ключ К1 открывается, и выходной сигнал блока 15 выделения ошибки суммарной частоты (фиг. 1) через управляющий выход переключателя 18 поступает на вход преобразователя 16 ошибки суммарной частоты, т.е. цепь обратной связи поддержания постоянства суммы частот колебаний акселерометров замыкается. 40

В этом режиме на входе логического элемента НЕ (фиг. 2) переключателя

18 (фиг. 1) присутствует выходной сигнал блока 11 выделения разностной частоты, следовательно, ключ К закрыт и выходной сигнал блока 15 выделения ошибки суммарной частоты на информационный выход переключателя 18 не поступает.

Конструкция струнного акселерометра позволяет расширить диапазон измерения малых линейных ускорений без изменения механической части конструкции.

Формула изобретения

Струнный акселерометр, содержащий инерционную массу, .закрепленную в корпусе с помощью упругого подвеса и двух идентичных струн, образующих дифференциальный преобразователь и включенных в схемы автогенераторов, блоки выделения суммарной и раэностной частоты, входы которых соединены с выходами автогенераторов, генератор эталонной частоты, блок выде.. ления ошибки суммарной частоты, один вход которого соединен с выходом блока выделения суммарной частоты, а другой — с генератором эталонной частоты, исполнительное устройство, установленное между одной из струн и корпусом, преобразователь ошибки суммарной частоты, выход которого соединен с исполнительным устройством,. отличающийся тем, что, с целью расширения диапазона измерения за счет уменьшения зоны нечувствительности акселерометра, в него введены блок формирования выходного р сигнала и логическое устройство-переключатель, информационный вход которого соединен с выходом блока выделения ошибки суммарной частоты, управляющий вход соединен с выходом блока выделения разностной частоты, управляющий выход соединен со входом преобразователя ошибки суммарной частоты, а информационный выход соединен с одним из входов блока формирования выходного сигнала, другой вход которого соединен с выходом блока выделе-. ния разностной частоты.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Новицкий П. В. и др. Цифровые приборы с частотными датчиками. Л., °

"Энергия", 1970, с.125,126, 136.

2. Патент США Р 33290057, кл, 73-517, опублик. 04.07.67.