Трехкомпонентный акселерометр

 

ТРЕХКОШОНЕНТНЫЙ АКСЕЛЕРОМЕТР , содержащий инерционную массу, датчики перемещения и электромагниты, расположенные вокруг инерционной массы попарно по трем перпендикулярным осям, три схемы управления, каждая из которьгх включает в себя два регулятора индукции, фильтр-усилитель, фазочувствительный демодулятор, блок динамической коррекции, частотно-импульсный модулятор, формирователь строба постоянной длительности, логический блок, электронный ключ, источник переменного напряжения, счетчик импулвсов и блок индикации, причем регуляторы индукции, нагруженные электромагнитами датчиков силы, подключены к источнику .переменного напряжения через электронньй ключ, фазочувствительньм демодулятор подклюiseH цервым входом к датчику перемещения через фильтр-усилитель, а вторым входом - к источнику переменного напряжения , частотно-импульсный модуля-., тор подключен к выходу блока динамической коррекции и к входу логического блока, формирователь строба постоянной длительности подключен к выходу частотно-импульсного модулятора и к входу счетчика импульсов, первые управляющие входы электронного ключа - к выходам логического блока, второй управляющий вход электронного ключа - к выходу формирователя строба постоянной длительности, входы блока индикации - к выходам логического блока и выходу счетчика импульсов , отличающийся тем, СП что, с целью повышения точности, в С каждую схему управления введены второй электронный ключ, второй фильтрусилитель и блок суммирования, причем вход второго электронного ключаподключен к выходу формирователя строба постоянной длительности, уп:«э CAD равляющие входы второго электронного ключа подключены к выходам логичесjKoro блока, а выходы - к входам второго фильтра-усилителя, выход которосо го подключен к второму входу блока суммирования, первый вход блока сум- . мирования подключен к выходу фазочувствительного демодулятора, а выход - к входу блока динамической коррекции .

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕОЪБЛИН

09) (11) А

4{51) G 01 P 15/13

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОЧМРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTGPCHGMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ТЕ гН6(21) 3600631! 24-10 (22) 06.06.83 (46) 30.01.85 Бюл. Р 4 (72) А.Т.Кизимов, А.Н.Лебедев, 1".Б.Брусницыи и Н.H.Áåëÿêîâ (71) Рыбинский авиационный технологический институт

{53) 531.768(088.8) (56) 1. Патент США N - 3491600, кл. 73-503, 1970.

2. Положительное решение по заявке

У 3317992, кл. G 01 Р 15!13, 15. 07. 81 (прототип) . {54) (57) ТРЕХКОИПОНКНТНЫЙ АКСЕЛЕР0.ИЕТР, содержащий инерционную массу, датчики перемещения и электромагниты, расположенные вокруг инерционной массь! попарно по трем перпендикулярным осям, три схемы управления, каждая из которьж включает в себя два регулятора индукции, фильтр-усилитель, фазочувствительный демодулятор, блок динамической коррекции, частотно-импульсный модулятор, формирователь строба постоянной длительности, логический блок, электронный ключ, источник переменного напряжения, счетчик импулвсов и блок индикации, причем регуляторы индукции, нагруженные электромагнитами датчиков силы, подключены к источнику переменного напряжения через электронный ключ, фа.зочувствительный демодулятор подклю:,чен первым входом к датчику иеремещения через фильтр-усилитель, а вторым входом — к источнику переменного напряжения, частотно-импульсный модуля-,. тор подключен к выходу блока динамической коррекции и к входу логического блока, формирователь строба постоянной длительности подключен к выходу частотно-импульсного модулятора и к входу счетчика импульсов, первые управляющие входы электронного ключа — к выходам логического блока, второй управляющий вход электронного ключа — к выходу формирователя строба постоянной длительности, входы блока индикации — к выходам логического блока и выходу счетчика импуль- Я сов, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, в каждую схему управления введены второй электронный ключ, второй фильтрусилитель и блок суммирования, при- Я чем вход второго электронного ключа подключен к выходу формирователя строба постоянной длительности, уп" равляющие входы второго электронного ключа подключены к выходам логического блока, а выходы — к входам второго фильтра-усилителя, выход которого подключен к второму входу блока суммирования, первый вход блока сум- . мирования подключен к выходу фазочувствительного демодулятора, а выход — к входу блока динамической коррекции. . В погруженную в демпфирующую жидкость, расположенные вокруг инерционной массы шесть электромагнитов, создающие усилия на инерционную массу, шесть датчиков перемещений, три схемы управления, каждая иэ которых включает в себя фильтр-усилитель, подключен10 иый к нему фоточувствительный демодулятор, логический блок, электронный ключ, переключатель и реверсивный счетчик (1).

Недостатком известного трехкомпоиентного акселерометра является низ-. кая точность измерения ускорения.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является трехкомпонентный акселерометр, содержащий инерционную массу, расположенные вокруг инерционной массы шесть электромагнитов, шесть. датчиков перемещений, три схемы управления, каждая из которых включает s себя пва регулятора индук ции, фильтр-усилитель, фазочувствительный демодулятор, блок динамической коррекции, частотно-импульсный модулятор, формирователь строба постоянной длительности, логический блок электронный ключ, источник пе- З5 ременного напряжения, счетчик импульсов и блок индикации, причем регуляторы индукции, нагруженные электро-. магнитами, подключены к источнику ,переменного напряжения через элект- .40 ронный ключ фазочувствительный демодулятор подключен .к датчику перемещения через фильтр-усилитель, частотноимпульсный модулятор подключен к фоточувствительному демодулятору через "5 блок динамической коррекции, формирователь строба постоянной длительности подключен к частотно-импульсному модулятору, вход логического блока подключен к выходу блока динамической коррекции, первые управляющие входы электронного ключа — к выходам логического блока, второй управляющий вход электронного ключа — к выходу формирователя строба постоянной дли- 55 тельности, вход счетчика импульсовк выходу частотно-импульсного модулятора, входы блока индикации — к вы1 11323

Изобретение относится к приборостроению и может найти применение . в приборах инерционной навигации.

Известен трехкомпонентный акселероиетр, содержащий инерционную массу, 9? ходам логического блока и выходу счетчика импульсов (2$.

Однако данный трехкомпонентный акселерометр имеет недостаточную точность измерения ускорения, обусловленную недостаточной точностью преобразования стабилизированных импульсов индукции в импульсы электромагнитной силы при измерении зазоров между электромагнитами и инерционной массой.

Цель изобретения — повышение точности измерения ускорения.

Поставленная цель достигается тем, что в трехкомпонентнь1й акселерометр, содержащий инерционную массу, датчики перемещения и электромагниты, расположенные вокруг инерционной массы попарно по трем перпендикулярным осям, три схемы управления, каждая из которых включает в себя два регулятора индикации, фильтр-усилитель, фазочувствительный демодулятор, блок динамической коррекции, частотно-импульсный модулятор, формирователь строба постоянной длительности, логи-. ческий блок, электронный ключ, источник переменного напряжения, счетчик импульсов и блок индикации, причем регуляторы индукции, нагруженные электромагнитами датчиков силы, подключены к источнику переменного напряжения через электронный ключ, фазочувствительный демодулятор подключен первым входом к датчику перемещения через фильтр-усилитель, а вторым входом — к источнику переменного напряжения, частотно-импульсный модулятор подключен к выходу блока динамической коррекции и к входу логического блока, формирователь строба постоянной длительности подключен к выходу частотно-импульсного модулятора и к входу счетчика импульсов, первые управляющие входы электронного ключа — к выходам логического блока, второй управляющий вход электронного ключа - к выходу формирователя строба постоянной длительности, входы блока индикации — к выходам логического блока и выходу счетчика импульсов, дополнительно в каждую схему управления введены второй электронный ключ, второй фильтр-усилитель и блок суммирования, причем вход второго электронного ключа подключен к выходу формирователя строба постоянной длительности, управляющие входы вто3 1137 рого электронного ключа подключены к выходам логического блока, а выходы — к входам второго фильтра-усилителя, выход которого подключен к второму входу блока суммирования, первый вход блока суммирования подключен к выходу фазочувствительного демодулятора, а выход — к входу блока динамической коррекции.

На фнг. 1 изображена конструктив,ная схема трехкомпонентного акселерометра; на фиг. 2 — функциональная схе- ма одного канала трехкомпонентного акселерометра.

Трехкомпонентный акселерометр со- 15 держит инерционную массу 1, электромагниты 2 и датчики перемещения 3, расположенные вокруг инерционной массы попарно по трем перпендикулярным осям, три схемы управления, каждая из которых включает в себя два регулятора индукции 4, первый фильтр-усилитель 5, фазочувствительный демодулятор б, блок динамической коррекции

7 частотно-импульсный модулятор 8, формирователь строба постоянной длитжьности 9, логический блок 10, первый электронный ключ 11, источник переменного напряжения 12, счетчик импульсов 13, блок индикации 14, второйЗ0 электронный ключ 15, второй фильтрусилитель 16 и блок суммирования 17, причем регуляторы индукции 4, нагруженные электромагнитами датчиков силы, подключены к источнику переменного 35 напряжения 12.через первый электронный ключ 11, фазочувствительный демодулятор 6 подключен к датчику перемещения 3 через первый фильтр-усилитель

5, частотно-импульсный модулятор 8 40 подключен к блоку динамической коррекции 7, формирователь строба постоянной длительности 9 подключен к частотно-импульсному модулятору 8, вход логического блока 1 подключен к вы- 45 ходу блока динамической коррекции 7, первые управляющие входы первого электронного ключа 11 — к выходам логического блока 10, второй управляющий вход первого электронного ключа 50

11 — к выходу формирователя строба постоянной длительности 9, вход счетчика импульсов 13 — к выходу частотно-импульсного модулятора 8, входы блока индикации 14 — к выходам логи- 55 ческого блока 10 и выходу счетчика импульсов 13, вход второго электрон1 ного ключа 15 подключен к выходу фор397 4 мирователя с-.роба постоянной длительности 9, управляющие входы второго электронного ключа 15 — к выходам логического блока 10, а выходы — к входам второго фильтра-усилителя 16, выход которого подключен к второму входу блока суммирования 17, первый вход блока суммирования 17 подключен; к выходу фазочувствительного демодулятора б, а,выход — к входу блока динамической коррекции 7.

Трехкомпонентный акселерометр работает следующим образом.

При отсутствии ускорения инерционная масса 1 находится в среднем положении относительно электромагнитов 2.

Сигналы с датчиков перемещения равны нулю. Электромагниты 2и конструктивно связанные с ними датчики перемещения

3 запитаны небольшим переменным напряжением с регуляторов индикации 4 °

Небольшие величинь: индукций в зазорах между электромагнитами 2 и инерционной массой 1 стабилизируются регуляторами индукции 4, так что суммарная электромагнитная сила, действующая на инерционную массу 1, равна нулю. В каждой схеме управления нулевой сигнал не запускает частотноимпульсный модулятор 8, а формирователь строба постоянной длительности

9 и логический блок 10 имеют на выходе напряжения, соответствующие логическому нулю. В этом случае первый электронный ключ !1 подает на регуляторы индукции 4 низкий уровень напряжения с источника переменного напряжения 12. Со второго электронного ключа 15 на второй фильтр-усилитель подаются нулевые сигналы, следовательно, на второй вход блока суммирования 17 также поступит нулевой сигнал. Со счетчика импульсов 13 снимаются, дешифрируются и индицируются индикатором 14 сигналы, соответ. ствующие нулевому ускорению.

При действии ускорения, например» по оси инерционная масса 1 в переход. .ном режиме смещается вправо от среднего положения (фиг. 2). Зазор между левым электромагнитом 2 и инерционной массой 1 увеличивается, а между первым электромагнитом и инерционной массой уменьшается. С датчика перемещения снимается сигнал, не равный нулю, который усиливается фильтромусилителем 5 и преобразуется фазочув"

;ствительным демодулятором б в посто1137397 янное напряжение, например, положительной полярности и подается на первый вход блока суммирования 17.

На второй вход этого блока в первый момент начала действия ускорения по.дается нулевое .напряжение. Блок динамической коррекции 7 вводит производную от изменения величины напряжения с выхода блока суммирования

17 и тем самым формирует необходимые 10 динамические характеристики трехкомпонентного акселерометра. Частотноимпульсный модулятор 8 независимо от полярности напряжения на входе вырабатывает импульсы с частотой, 15 пропорциональной величине входного сигнала, а генератор строба постоянной длительности 9 формирует строб на каждый нли через определенное чис. ло импульсов, поданных с частотно- 20 импульсного модулятора 8. Логический блок 10 определяет знак выходного напряжения с блока динамической коррекции 7 и подает в левые каналы первого и второго электронных ключей 25

11 и 15 напряжения, соответствующие логической единице,, В случае прихода на электронные ключи 11 и 15 строба генератора строба постоянной дли1 тельности 9 одновременно с логичес- З0 кой единицей с.логического блока.10 левый канал первого электронного ключа 11 пропускает высокий уровень- напряжения с источника переменного напряжения 12 на левый регулятор индук З ции, который стабилизирует высокий заданный уровень индукции в зазоре между левым электромагнитом 2 и инерционной массой 1 и тем самым формирует импульс силы, а левый канал второ 10 го электронного ключа 15 пропускает строб постоянной длительности на не-. инвертирующий вход второго фильтраусилителя 16, который подает на вто" рой вход блока суммирования 17 напря-4g жение, пропорциональное силе, сформированной левым электромагнитом 2.

Суммарный сигнал с блока суммирования 17 увеличит частоту импульсовна выходе частотно-импульсного моду- 50 лятора 8, увеличится частота стробов на входе формирователя 9 и частота импульсов силы, сформированных левым электромагнитом 2. Под действием дополнительной силы инерционная масса

1 переместится в среднее положение, в этом случае напряжение на первом входе блока суммирования 17 снизится до нуля, а на втором входе сохранится напряжение, пропорциональное силе, сформированной левым электромагнитом 2, равной инерционной силе, действующей на инерционную массу 1, Именно величиной этого напряжения на выходе блока суммирования 17 определится в установившемся режиме частота на выходе частотно-импульсного модулятора 8, которая c BblcoKoH To oc тью пропорциональна средней индукции в зазоре между левым электромагнитом

2 и инерционной массой 1. При постоянно действующем ускорении инерционная масса 1 находится в среднем положении и структура поля в зазорах между электромагнитами 2 и инерционной массой 1 не изменяется, что обеспечивает высокую точность преобразования измеренной и стабилизированной индук. ции в электромагнитную силу. Таким образом частота на выходе частотноимпульсного модулятора 8 с высокой точностью пропорциональна средней электромагнитной силе, сформированной левым электромагнитом, а следовательно, и измеряемому ускорению. Счетчик импульсов 13 подсчитывает число импульсов, выработанных частот. но-импульсным модулятором 8 за некоторый промежуток времени, а блок индикации tu дешифрирует и индицирует эту информацию в единицах ускорения, причем знак ускорения определяется дешифрируемым сигналом с логического

;блока 10.

Предложенный акселерометр характеризуется высокой точностью измерения ускорения за счет точного преобразования индукции в электромагнитную силу, обусловленного инвариантностью подвеса инерционной массы к действующему ускорению, что устраняет изменение структуры поля в зазорах между инерииОнной массой и электромагнитами.

1137397

Фвг.t щущ Заказ 10515/33 Тираа 896 ПайПИаааа.

Филмал ППП Патевт", г Уагород, ул Проектно 4