Компенсационный акселерометр

 

КОМПЕНСАЦИОННЫЙ АКСЕЛЕРОМЕТР, содержащий инерционный элемент, расположенный в зазоре между деумя: электромагнитами, обмотки которых соединены с выходами усилительнопреобразовательных блоков, датчик положения инерционного элемента, подключённый к входу блока динамической коррекции, блок суммирования и блок вычитания, источник опорного сигнала, блок индикации, датчики индукции, чувствительные элементы которых размещены в зазорах меяду инерционным элементом и соответст- , вующим электромагнитом, два интегратора и две схемы, сравнения, причем одни из входов схем сравнения соединены с соответствунмцими выходами блока суммирования и блока вычитания, a выходы - с входами интеграторов, выходы которых подключены к соответствующим входам усилительно-преобразовательных блоков, вторые входы схем сравнения подключены к выходам соответствующих датчиков индукции, отличающийся тем, что, с целью увеличения точности и расширения диапазона измеряемых ускорений, в него введены управляемый делитель и зтравляемый усилитель, вход которого подключен к источнику опорного сигнала, a выход - к вторым входам блока суммирования и блока вычитания , первые йходы которых подключены к первому входу управляемого усилителя j второй выход которого подключен к блоку индикации и к управляющим входам управляемого делителя и управляемого усилителя, a вход к выходу блока динамической коррек:л ции. Nd lib

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

09) (И) ()) Я 01 P 15/13

Г

®Я.э,ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ - :

Н ABTGPCHGWIY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3523200/24-10

:(22) 16.12.82 (46) 15.12.84. Бюл. )) 46 (72) А.Т.Кизимов, Г.Б.Брусницын, В;Е.Дьячков, Н.Н.Беляков и А.Н.Лебедев (71) Рыбинский авиационный технологический институт (53) 531.768 (088.8) (56) !. Патент США Р 3090239, кл. 73-517, 1963.

2. Авторское свидетельство СССР

N - 824062, кл. g 01 P 15/13, 1979 (прототип). (54) (57) КОМПЕНСАЦИОННЫЙ АКСЕЛЕРОМЕТР, содержащий инерционный элемент, расположенный в зазоре между двумя. электромагнитами, обмотки которых соединены с выходами усилительнопреобразовательных блоков, датчик положения инерционного элемента, подключенный к входу блока динамической коррекции, блок суммирования и блок вычитания, источник опорного сигнала; блок индикации, датчики индукции, чувствительные элементы которых размещены в зазорах между инерционным элементом и соответствующим электромагнитом, два интегратора и две схемы, сравнения, причем одни из входов схем сравнения соединены с соответствующими выходами блока суммирования и блока вычитания, а выходы — с входами интеграторов, выходы которых подключены к соответствующим входам усилительно-преобра- . зовательных блоков, вторые входы схем сравнения подключены к выходам соответствующих датчиков индукции, отличающийся тем, что, с целью увеличения точности и расширения диапазона измеряемых ускорений, в него введены управляемый делитель Я и управляемый усилитель, вход которого подключен к источнику опорного сигнала, а выход — к вторым входам блока суммирования и блока вычитания, первые входы которых подключены д к первому входу управляемого усилителя, второй выход которого подключен к блоку индикации и к управляющим входам управляемого делителя и управляемого усилителя, а. вход » к выходу блока динамической коррекции.

1 11295

Изобретение относится к приборо- строению и предназначено для измерения ускорения.

Известен компенсационный акселерометр, содержащий инерционный элемент, установленные с противоположных сторон от него электромагниты, обмотки которых соединены с выходами соответствующих усилительно-преобразовательных блоков, датчик положения 10 инерционного элемента, подключенный к входу блока динамической коррекции, блок суммирования и блок вычитания, один из входов которых подключены к источнику опорного сигнала, вторые — 15 к выходу блока динамической коррекции, а выходы — к входам соответствующих усилительно-преобразовательных блоков, и блок индикации, входы которого соединены с выходами усили- 20 тельно-преобразовательных блоков (1), В известном акселерометре ускорение, пропорциональное разности электромагнитных сил, компенсирую-щих инерционную силу, вычисляется 25 по разности токов в обмотках электромагнитов, но разность токов нелинейно связана с разностью электромагнитных сил, причем нелинейность обусловлена изменением зазоров межцу 50 электромагнитами и инерционным элементом, наличием гистерезиса при намагничивании магнитопроводов и инерционного элемента, влиянием температуры на магнитную проницаемость магнитопроводов, что обуславливает высокую погрешность измерения ускор ения.

Наиболее близким к предлагаемому является компенсационный акселеро- 40 метр, содержащий инерционный элемент, расположенный в зазоре между двумя электромагнитами, обмотки которых соединены с выходами усилительнопреобразовательных блоков, датчик 45 положения инерционного элемента, подключенный к входу блока динамической коррекции, блок .суммирования и блок вычитания, одни из входов которых подключены к источнику опор- 50 ного сигнала, другие — к выходу блока динамической коррекции, блок индикации, датчики индукции, чувствительные элементы которых размещены в зазорах между инерционным элементом I 55 и соответствующим электромагнитом, два интегратора и две схемы сравнения, причем одни из входов схем

24 2 сравнения соединены с соответствующими выходами блока суммирования и блока вычитания и с входами блока индикации, а вьходы — с входами интеграторов, выходы которых подключены к соответствующим входам усилительно-преобразовательных блоков, вторые входы схем сравнения подключены к выходам соответствующих датчиков индукции (2) .

Недостатками этого компенсационного акселерометра являются низкая точность и узкий диапазон измеряемых ускорений, связанные с наличием двух .плеч управления силами в зазорах между инерционным элементом и электромагнитами с различными коэффициентами передачи. Относительная максимальная погрешность измерения ускорения .этим компенсационным акселерометром определяется из выражения где А 0 „,щ — максимальная относительная погрешность измерения ускорения; — относительная погрешность коэффициента передачи плеча компенсационного акселерометра;

О rngx — максимальное измеряемое прибором ускорение;

0 — фактически измеряемое прибором ускорение.

Даже при относительно низкой погрешности коэффициента передачи плеча компенсационного акселерометра (не более 0,01X) погрешность измерения максимального ускорения составляет 0,02Х. и увеличивается в десять раз при каждом десятикратном уменьшении величины измеряемого ускорения. В этом случае легко определяется порог чувствительности компенсационного акселерометра. Например, при максимальном измеряемом ускорении 10 ", где g — ускорение силы земного притяжения, он составит

2 10 g, т.е. диапазон измеряемых с 3 .ускорений менее четырех порядков.

Снижая величину максимального измеряемого ускорения, можно снизить измеряемое ускорение на пороге чувствительности, ° но диапазон измеряемых ускорений остается прежним.! l29

Если ускорение отсутствует., то

55 инерционный элемент 1 находится в среднем положении относительно электромагнитов 2. Датчик положения 4 вырабатывает пулевой сигнал. Нулевой з

Цель изобретения — увеличение точности и расширение диапазона измеряемых ускорений.

Поставленная цель достигается тем, что в компенсационный акселеро- 5 метр, содержппий инерционный элемент, расположенный в зазоре между. двумя электромагнитами, обмотки которых соединены с выходами усилительно-преобразовательных блоков, датчик положения инертдонного элемента, подключенный к входу блока динамической коррекции, блок суммирования и блок вычитания, источник опорного сигнала, блок индикации, датчики индукции, чувствительные элементы которых размещены в зазорах между инерционным элементом и соответствующим электромагнитом, два интегратора и две схемы сравнения„ причем zp одни из входов схем сравнения соединены с соответствующими выходаии бло. ка суммирования и блока вычитания, а выходы — с входаии интеграторов, выходы которых подключены к соответ- 25 ствующим входам, усилительно-преобразовательных блоков, вторые входы схем сравнения подключены к выходам соответствующих датчиков индукции, введены управляемый делитель и управ- З0 ляемый усилитель, вход которого подключен к источнику опорного сигнала, а выход — к вторым входам блока суммирования и блока вычитания, первые входы которых подключены к первому

35 входу управляемого усилителя, второй выход которого подключен к блоку индикации и к управляющим входам управляемого делителя и управляемого усилителя, а вход — к выходу блока ди-.

40 намической коррекции.

На чертеже приведена функциональ.ная схема коипенсационного акселерометра.

Компенсационный акселероиетр со- 45 держит инерционный элемент 1, расположенный в зазоре между двумя электромагнитами 2, обмотки которых соединены с выходами усилительно-преобра зовательных блоков 3, датчик положе- 50 ния 4 инерционного элемента, подключенный к входу блока динамической коррекции 5 блок суммирования 6 и блок вычитания 7, источник опорного сигнала 8, блок индикации 9, датчики индукции 10, чувствительные элементы 11 которых размещены в зазорах между инерционным элементом и

524 4 соответствукнцим электромагнитом, два инт erp атор а 12, две схемы сравнения

13, управляемый делитель 14 и управляемый усилитель 15, причем одни из входов схем сравнения 13 соединены с соответствующими выходами блока суммирования 6 и блока вычитания 7, а выходы — с входами интеграторов

12, выходы которых подключены к соответствующим входам усилительно-прео6разовательных блоков 3, вторые входы схем сравнения 13 подключены к выходам соответствующих датчиков индукции 10, вход управляемого делителя 14 подключен к источнику опорного сигнала 8, а выход — к вторым входам блока суммирования 6 и блока вычитания 7, первые входы которых подключены к первому выходу управляемого усилителя 15, второй выход управляемого усилителя 15 подключен к блоку индикации 9, к управляющим входам управляемого делителя 14 и управляемого усилителя 15, а вход .— к выходу блока динамической коррекции.

Компенсационный акселерометр работает следующим образом.

Ускорение, действующее на компенсационный акселерометр в соответствии с законами Ньютона и формулой

Максвелла, выражается через разность квадратов индукций в зазорах между инерционным элементом и электромаг интами 2:

KK= — (KK -8â)= ((IK, üâI-(8;FBI)=4K0-ЦьВ, где К вЂ” коэффициент передачи плеча

О акс елерометра; и! — масса инерционного элемента;

 —. индукция в зазоре между инерционным элементом и левым электромагнитом; .

 — индукция в зазоре между

2 инерционным элементом и правым электромагнитом; .Во — некоторое значение индукции, задаваемое источникои опорного сигнала;

4 — приращение индукции, вырабатываемое на первом выходе управляемого усилителя.

1129524 сигнал будет на выходе блока динамической коррекции 5, на обоих выходах управляемого усилителя 15, на входе блока индикации 9, на первых входах блока суммирования 6 и блока вычита- 5 ния 7. На вторые входы блока суммирования 6 и блока вычитания 7 подается сигнал, численно равный Во, с источника опорного сигнала 8 через управляемый делитель 14. Сигнал В сохранится на выходах блока суммирования 6 и блока вычитания 7 и на входах. схем сравнения 13. Регуляторы индукций, каждый из которых включает в себя датчик индукции 10 15 с чувствительным элементом 11, схему сравнения 13, интегратор 12, усилительно-преобразовательный блок 3 и электромагнит 2, задают. равные индукции в зазорах между инерционным эле- 20 ментом 1 и электромагнитами 2, следовательно, будут равны силы, действующие на инерционный элемент 1 со стороны электромагнитов 2, а блок индикации покажет нулевое ускорение.

В с луча е дейст вия ус хор е «п«я на компенсационный акселерометр имеет место смещение инерционного элемента 1 относительно электромагнитов 2.

Датчик положения 4 вырабатывает сиг- ЗО нал, который блоком динамической коррекции 5 и управляемым усилителем преобразуется в сигнал, численно равный ДВ, подаваемый на первые входы блока суммировании 6 и блока вы- 35 читания 7. Блок суммирования 6 вычисляет сумму индукции В + ДВ, а блок вычитания 7 — разность индукций

Во - ДВ, которые подаются на схемы сравнения 13. Регуляторы индукций за-40 дают индукции в зазорах между инерционным элементом 1 и электромагнитами 2, равные В«+ДВи В -ДВи, следовательно, задают электромагнитные силы, компенсирую«ш«е перемещение 5 инерционного элемента. Ускорение, действующее на компенсационный акселерометр, опредеЛяется по приращению индукции ДВ, преобразованному в сигнал измеряемого ускорения на вто- M ром выходе управляемого усилителя 15, и индицируется блоком индикации 9.

При измерении ускорений, близких к максимальному, в вазорах между инерционным элементом 1 и электро.— 55 магнитами 2 индукции имеют максимальный диапазон изменения от Во - Д В„,1„ до Вц + Ь В„„ц и жесткость электромагнитной системы компенсации смещения инерционного элемента акселерометра максимальна, Погрешность измерения ускорения определяется выражением (1).

При снижении измеряемого ускорения до одной десятой доли от максимального погрешность прибора возрастает до 0,2 . Выходной сигнал с второго выхода управляемого усилителя снижается до О, 1 от максимального.

Пусть этот сигнал, поступающий на управляющие входы управляемого делителя ".4 и управляемого усилителя 15, уменьшит коэффициенты передачи управляемого делителя в 10 раз, управляемого усилителя по первому выходу— в 10 раз, по второму выходу — в

Г"

10 раз. В этом случае индукция В о уменьшится в - 10 раз, максимальное отклонение индукции дВ„,,„также уме««ьшится в 10 раз, а жесткость электромагнитной системы компенсации смещения инерционного элемента акселерометра снизится в 10 раз. Сигнал на втором выходе управляемого усилителя сохранится без изменения, но погрешность изменения ускорения, как следует из выражения (1), снизится в 10 раз, так как снизилось в

10 раз ц, как следствие снижения жесткости электромагнитной системы компенсации смеще«мя инерционного элемента акселерометра.

Автоматически снижая коэффициент передачи, управляемого делителя 14 и управляемого усилителя 15 по первому выходу в «Дд раз, а по второму выходу в 10 раз при десятикратном снижении величины измеряемого ускорения, погрешность измерения ускорения не превысит 0,2%. Если коэффициенты передачи управляемого делителя 14 и управляемого усилителя 15 изменять непрерывно в зависимости от величины измеряемого ускорения, то жесткость электромагнитной системы компенсации смещения инерционного элемента акселерометра будет изменяться плавно и погрешность измерения ускорения не превысит 0,02 .

Порог чувствительности компенсационного акселерометра в этом случае определится ростом других составляющих погрешности при уменьшении величины измеряемого ускорения, зависящих от свойств элементов электромагнитной компенсации усилий, и соста7 9 вит 1(T g — 10 g, т.е. диапазон из1129524

Составитель Т.Иакарова

Техред А.Кикемезей Корректор Л.Пилипенко

Редактор Т.Веселова

Заказ 9442/34 Тираи 822, Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патен ", г. Уигород, ул. Проектная, 4 меряемых ускорений увеличится до

8-10 порядков.

Таким образом, изобретение увеличивает точность измерения ускорения и расширяет диапазон измеряемас ускорений за счет управления весткостью электромагнитной системы компенсации смещения инерционного элемента аксеперометра сигналом, про5 порционалъньи измеряемому ускорению.