Способ определения нелинейности компенсационного акселерометра с корректирующими звеньями

 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для контроля и регулировки компенсационных акселерометров. Целью изобретения является расширение частотного диапазона определения нелинейности характеристики акселерометра. Цель достигается тем, что измерительную ось акселерометра устанавливают последовательно в двух взаимно противоположных по отношению к ускорению свободного падения положениях. В обратный преобразователь подают переменный ток и для двух частот переменного тока при отключенном интегрирующем звене и отключенном дифференцирующем звене или дифференцирующем звене с уменьшенной постоянной времени измеряют изменение значения постоянного выходного сигнала и фазовые сдвиги между возмущающим переменным током и токами обратного преобразователя и нагрузочного резистора. Коэффициенты нелинейностей для любой частоты в полосе рабочих частот акселерометра вычисляют по определенным зависимостям. 2 ил.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для контроля и регулировки компенсационных акселерометров. Целью изобретения является расширение частотного диапазона определения нелинейности характеристики акселерометров. На фиг. 1 представлена схема компенсационного акселерометра, поясняющая способ определения нелинейности; на фиг.2 пример частотной характеристики усилителя акселерометра с корректирующими звеньями. Устройство, реализующее предлагаемый способ, содержит чувствительный элемент 1 акселерометра с датчиком положения 2 и магнитоэлектрическим преобразователем 3. Чувствительный элемент 1 охвачен отрицательной обратной связью через усилитель 4. К выходу усилителя в цепь обратного преобразователя 3 включен нагрузочный резистор 5, а к обмотке обратного преобразователя через балластный резистор 6 подключен генератор 7 переменной ЭДС. Последовательно с обратным преобразователем включен амперметр 8 переменного тока, а в выходную цепь усилителя подключен амперметр 9 переменного тока. Параллельно нагрузочному резистору 5 и обратному преобразователю 3 присоединены соответственно фазометры 10 и 11. При работе компенсационного акселерометра измеряемое ускорение, действующее по оси чувствительности, отклоняет чувствительный элемент 1 акселерометра от положения равновесия. Это отклонение регистрируется датчиком положения 2, сигнал с которого через усилитель 4 и обратный преобразователь 3 создает момент, равный моменту, действующему на чувствительный элемент от измеряемого ускорения. Таким образом, ток в обратном преобразователе 3, а следовательно, и напряжение на нагрузочном резисторе 5 оказываются пропорциональными измеряемому ускорению. Компенсационному акселерометру присуща нелинейность характеристики преобразования ускорения в выходное напряжение. Одной из причин, вызывающей нелинейность, является возмущающий момент, возникающий в результате искажения магнитного поля в обратном преобразователе при прохождении по его катушке тока. Погрешность в измерении ускорения в результате действия возмущающего момента обратного преобразователя Δ а₁описывается выражением Δa₁= P₂₁a²-P₃₁a³, где P₂₁, P₃₁ коэффициенты квадратичной и кубической нелинейностей, обусловленные возмущающим моментом; а измеряемое ускорение. Другой причиной, вызывающей нелинейность характеристики акселерометра, является неравномерность магнитной индукции в зазоре магнитопровода обратного преобразователя. Погрешность в измерении ускорения, вызванная неравномерностью индукции Δа₂, подчиняется выражению Δа₂=Р_2ϕа²+Р_3ϕа³, где Р_2ϕ,Р_3ϕ- коэффициенты квадратичной и кубической нелинейностей, обусловленные неравномерностью магнитной индукции. Влияние нелинейностей акселерометра проявляется в появлении ошибки в измерении переменного ускорения или при измерении постоянного ускорения при наложении на него переменной составляющей. Частотные искажения, присущие усилителю с корректирующими звеньями, делают эту ошибку зависимой от частоты переменной составляющей измеряемого ускорения. Для определения нелинейности в полосе пропускания акселерометра отключают интегрирующее звено, отключают дифференцирующее звено или уменьшают его постоянную времени. Отключение корректирующих звеньев делает коэффициент усиления усилителя во всем частотном диапазоне акселерометра постоянным и равным К_о (см.фиг.2). При отключенных корректирующих звеньях измеряют постоянные сигналы на выходе акселерометра для заданных в двух противоположных направлениях относительно оси чувствительности ускорений свободного падения а_о и (-а_о). В обмотку преобразователя 3 подают переменный ток от генератора ЭДС через балластный резистор 6. Частоту генератора 7 устанавливают в пределах полосы частот, для которой коэффициент усиления усилителя постоянен, например частоту f₃ (см. фиг.2). Измеряют изменение постоянного сигнала акселерометра, вызванное подачей тока в обратный преобразователь, при ускорениях а_о и (-а_о). Фазометрами 10 и 11 измеряют фазовый сдвиг Θ₁ между током нагрузочного резистора 5 и током генератора 7 и фазовый сдвиг Θ₂ между токами обратного преобразователя 3 и генератора 7. Амперметрами 8 и 9 измеряют соответственно переменные составляющие токов обратного преобразователя и нагрузочного резистора. Устанавливают на генераторе 7 другое значение частоты в пределах полосы пропускания усилителя с коэффициентом усиления К_о, например частоту f₄ (см. фиг. 2). Аналогично проведенным ранее измерениям для вновь установленной частоты определяют изменение постоянных сигналов акселерометра при ускорениях а_о и (-а_о), фазовые сдвиги Q₁ и Q₂ и переменные составляющие токов обратного преобразователя и нагрузочного резистора. Используя результаты измерений, вычисляют вспомогательные коэффициенты квадратичной и кубической нелинейностей для акселерометра с отключенными корректирующими звеньями Р_20I, Р_30I, Р_20ϕ,Р_30ϕ в соответствии с выражениями P₂₀₁= P₃₀₁= P_20ϕ= P_30ϕ= где n₀= n¹₀ n₁=
n₂=
G₃= ΔV₃(a_o)+ ΔV₃(-a_o);
G₄= ΔV₄(a_o)+ ΔV₄(-a_o);
G_-3=-ΔV₃(a_o)- ΔV₃(-a_o);
G_-4= ΔV₄(a_o)- ΔV₄(-a_o);
Ψ₃= Θ₁₃+Θ₂₃;
Ψ₄= Θ₁₄+Θ₂₄;
I_н3, I_н4 амплитуда тока нагрузочного резистора при частоте f₃ и f₄ соответственно;
I_оп3, I_оп4 амплитуда тока обратного преобразователя для частот f₃и f₄ соответственно;
К_I крутизна характеристики акселерометра;
ΔV₃(a_o),
ΔV₃(-a_o),
ΔV₄(a_o),
ΔV₄(-a_o) приращение постоянных сигналов на выходе акселерометра при действии ускорений а_о и (-а_о) и при подаче на обратный преобразователь переменного тока частотой f₃ и f₄ соответственно
Θ₁₃, Θ₁₄ сдвиг фаз между токами нагрузочного резистора и генератора при частотах f₃ и f₄ соответственно;
Θ₂₃, Θ₂₄ сдвиг фаз между токами обратного преобразователя и генератора при частотах f₃ и f₄ соответственно;
Коэффициенты нелинейности для акселерометра с подключенными корректирующими звеньями на любой частоте полосы пропускания акселерометра вычисляют по найденным вспомогательным коэффициентам в соответствии с выражениями
P_2fI=P_20I;
P_3f1= P
P_2fϕ= P
P_3fϕ= P где Р_2fI, P_3f1 коэффициенты соответственно квадратичной и кубической нелинейностей, обусловленные возмущающим моментом, обратного преобразователя на частоте f;
P_2fϕ,P_3fϕ- коэффициенты соответственно квадратичной и кубической нелинейностей, обусловленные неравномерностью магнитной индукции, на частоте f;
К_f коэффициент усиления усилителя акселерометра на частоте f. Таким образом осуществляется определение нелинейности акселерометра в пределах его рабочей полосы частот.

Формула изобретения

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ НЕЛИНЕЙНОСТИ КОМПЕНСАЦИОННОГО АКСЕЛЕРОМЕТРА С КОРРЕКТИРУЮЩИМИ ЗВЕНЬЯМИ, заключающийся в том, что измерительную ось акселерометра устанавливают последовательно в двух взаимно противоположных направлениях относительно ускорения свободного падения, подают в обратный преобразователь переменный ток, производят измерения изменений постоянного выходного сигнала при двух различных значениях частоты переменного тока и фазовых сдвигов между возмущающим переменным током и токами обратного преобразователя и нагрузочного резистора, вычисляют коэффициенты квадратичной и кубической нелинейностей, отличающийся тем, что, с целью расширения частотного диапазона определения нелинейности, перед установкой отключают интегрирующее звено, отключают дифференцирующее звено или уменьшают его постоянную времени, две частоты переменного тока через обратный преобразователь устанавливают в полосе пропускания частот усилителя с отключенными корректирующими звеньями с постоянным коэффициентом усиления К_о, измеряют переменные токи обратного преобразователя и нагрузочного резистора, по отношению токов обратного преобразователя и нагрузочного резистора и по изменениям постоянного выходного сигнала акселерометра определяют вспомогательные коэффициенты квадратичной и кубической нелинейностей, вызываемых возмущающим моментом обратного преобразователя и неравномерностью магнитной индукции, а коэффициенты нелинейности на любой частоте полосы пропускания акселерометра вычисляют в соответствии с выражениями

P_2fI P_20I


где P_2fϕ, P_3fϕ коэффициенты соответственно квадратичной и кубической нелинейностей, обусловленные неравномерностью магнитной индукции, на частоте f;
P_2fi, p_3fi коэффициенты соответственно квадратичной и кубической нелинейностей, обусловленные возмущающим моментом обратного преобразователя, на частоте f;
P_20ϕ, P_30ϕ коэффициенты соответственно квадратичной и кубической нелинейностей, обусловленные неравномерностью магнитной индукции, в полосе пропускания частот усилителя с отключенными корректирующими звеньями;
P_20i, P_30i коэффициенты соответственно квадратичной и кубической нелинейностей, обусловленные возмущающим моментом обратного преобразователя, в полосе пропускания частот усилителя с отключенными корректирующими звеньями;
K_о коэффициент усиления усилителя в полосе пропускания частот с отключенными корректирующими звеньями;
K_f коэффициент усиления усилителя акселерометра на частоте f.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2