Способ определения изменения углового положения измерительной оси однокомпонентного акселерометра
Изобретение относится к точному приборостроению и может быть использовано для определения метрологических характеристик акселерометров. Целью изобретения является повышение точности работы акселерометра за счет учета упругой податливости его измерительной оси при действии перегрузок. Для этого акселеромето, корпус которого ориентирован по трем ортогональным осям X, Y, Z, причем ос X совпадает с измерительной осью прибора при отсутствии перегрузок, поочередно ориентируют в пяти положениях, в которых измерительная ось находится под действием различной нагрузки. Измеряют в этих положениях показания акселерометра. Затем разворачивают акселерометр на 180° вокруг горизонтальной оси, перпендикулярной измерительной оси, и вновь определяют показания акселерометра. Показания прибора во всех положениях подставляют в соответствующие им аналитические выражения выходного сигнала с учетом соответствующих коэффициентов податливости . Решая полученную систему уравнений, находят искомые коэффициенты податливости. 2 ил. to С
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛ ИСТИЧ Е СКИХ
РЕСПУБЛИК (51) 5 G 01 Р 21/00
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ
ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ
ПРИ ГКНТ СССР
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4709482/10 (22) 30.03.89 (46) 23.12.91. Бюл. ЬЬ 47 (71) Научно-производственное объединение
"Ротор" (72) Ю.С.Кричевский, И.А.Харьков, А.Д.Шустров и Е.Н.Фролов (53) 531.768(088.8) (56) Синельников А.Е. Низкочастотные линейные акселерометры. Методы и средства поверки и градуировки. M.; Изд-во стандартов, 1979.
Измерения линейных ускорений. — Труды метрологических институтов СССР, вып.
205(265). Л.: Энергия, 1977, с.31 — 35. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ИЗМЕНЕНИЯ УГЛОВОГО ПОЛОЖЕНИЯ ИЗМЕРИТЕЛЬНОЙ ОСИ ОДНОКОМПОНЕНТНОГО
АКСЕЛЕ РОМЕТРА (57) Изобретение относится к точному приборостроению и может быть использовано для определения метрологических характеристик акселерометров. Целью изобретеИзобретение относится к области точного приборостроения и можетбыть использовано для определения метрологических характеристик акселерометров, Целью изобретения является повышение точности работы акселерометра за счет учета упругой податливости его измерительной оси при действии перегрузок.
На фиг.1 показан общий случай ориентации связанного с корпусом акселерометра трехгранника взаимно ортогональных
„„5U „„1700486 А1 ния является повышение точности работы акселерометра за счет учета упругой податливости его измерительной оси при действии перегрузок. Для этого акселеромето, корпус которого ориентирован по трем ортогональным осям Х, Y, Z, причем ос ° Х совпадает с измерительной осью прибора при отсутствии перегрузок, поочередно ориентируют в пяти положениях, в которых измерительная ось находится под действием различной нагрузки. Измеряют в этих положениях показания акселерометра. Затем разворачивают акселерометр на 180 вокруг горизонтальной оси, перпендикулярной измерительной оси, и вновь определяют показания акселерометра. Показания прибора во всех положениях подставляют в З соответствующие им аналитические выражения выходного сигнала с учетом соответствующих коэффициентов податливости. Решая полученную систему уравнений, находят искомые коэффициенты податливости. 2 ил. осей XYZ относительно системы координат ф, связанной с Землей, где ось Х совпадает с измерительной осью прибора при отсутствии ускорения, а ось ф направлена вертикально вверх; на фиг.2 — ориентация акселерометра в поле сил тяжести Земли, реализующая предлагаемый способ.
Положение прибора относительно вектора силы тяжести Земли может быть задано его поворотом вокруг оси g на угол р и поворотом вокруг оси Х на угол ч, 1700486
При действии перегрузки из-за упругой деформации элементов акселерометра его измерительная ось Пи отклоняется от положения, которое она занимала бы при отсутствии перегрузки. Указанное отклонение измерительной оси акселерометра Пи полностью может быть описано углом Q ее поворота в плоскости XY и углом j3a плоскости XZ.
Показания однокомпонентного акселерометра связаны с проекцией измеряемого ускорения на его измерительную ось некоторой зависимостью, Без ограничения общности выходная характеристика линейного акселерометра может быть представлена в виде
U = а + КЧЧизм, (1) где 0 — показание акселерометра; а — смещение нуля акселерометра;
К вЂ” коэффициент преобразования акселерометра;
ЧЧизм — проекция измеряемого ускорения на измерительную ось акселерометра.
Для малых углов а, физмеряемая акселерометром величина равна
W»M = gsIn (ф+ а соз v +p sl nv). (2)
Изменение положения измерительной оси акселерометра, обусловленное малой упругой деформацией его элементов при перегрузке, может быть описано. следующей линейной моделью: а= Х.с хЧЧх+ Хo(yWy+ Xa zWz;
P = Xp хЧЧх + Х р уЧЧу + Хр zWz (3) где Х х...Х@ — постоянные коэффициенты, характеризующие упругую податливость измерительной оси акселерометра;
Wx = gsin р- проекция ускорения силы тяжести на ось х; ! ЧЧу = gcos p cos v — проекция ускорения силы тяжести на ось У;
Wz = gcos p sin ч — проекция ускорения силы тяжести на ocb 2..
После переворота акселерометра вокруг любой горизонтальной оси на 180 по отношению к его положению на фиг.1 получим значения аналогичных величин:
W»M = -g sin(р + а cos v+,/ sin v);
Q=Хаx Wx+X<у Wy+Хс(z Wz;
P = Х л х ЧЧх + Х д у Wy + Х p z Wz, (4)
Wx = -gsln p; Wy = -gcos p соз v; Wz =
--gcos p з1п v.
Для малой упругой податливости измерительной оси акселерометра сумма его показаний в исходном и перевернутом состояниях равна
U+U =2à+2Êg cosp (Х,а х sinp-cos ч+Х.с х хсозP cos ч+Крx slnP з!п v+XyzcosPsln v
+(Xq +Хя у) cosp }.. (5) з1п 2V
Задавая различные ориентации акселерометра в поле сил тяжести Земли, 5 принципиально возможно определить коэффициенты Х х, Х у, Хэх, Xpz и линейную комбинацию (Х, + Хзу ).
При изменении углового положения измерительной оси при действии перегрузки
10 акселерометр дополнительно измерит проекцию поперечных ускорений на измерительную ось, равную
Л Wg = Wy< + W2P = XaxWxWy + Х уЧЧу + Х рхЧЧхЧЧ2+ XgzWz + (Х,с z+ Х в y)WyWz (6)
15 По известному способу указанная дополнительная величина измеряемого акселерометром ускорения не учитывается и приводит к погрешности метода измерения.
Как видно из формулы (6), данная погреш20 ность может быть полностью учтена при знании пяти коэффициентов Х, х, Х.< у, Х в,, Хв z и (Х. z+ Х з y), которые определяются по предлагаемому способу.
По предлагаемому способу выбраны
25 следующие ориентации акселерометра в поле сил тяжести Земли (фиг.2) — положения
1 — 5:
1,p=0; v=0.
2. p=45O; v =0.
30 З.p=0; V =90О. (7)
4. p = 45 ; ч = 90О.
5. (р = 0; ч = 45О, и соответствующие им положения 6-10, полученные в результате разворота акселе35 рометра на 180 вокруг горизонтальной оси, перпендикулярной его измерительной оси.
Выбранные ориентации акселерометра позволяют вычислить коэффициенты, характеризующие упругую податливость его из40 мерительной оси с минимальными погрешностями. При этом, в соответствии с (5), система уравнений для вычисления указанных величин может быть представлена в виде
45 u<+,u 1 =2а+ гК92х„у;
U2+ U2,=2а Kg (Х +X 0з+,0з = 2а+ 2К9 Х э, ® 04+ 04 = 2а + К9 (Хр х+Хз z): 05+ U5 = 2а+ Kg (Хы у+ Хз 2+ (Х (+ Хзу)), 50 где индекс при показаниях акселерометрэ соответствует номеру его ориентации. Решая систему (8), находят коэффициенты, которые характеризуют упругую 55 податливость измерительной оси акселерометра при действии перегрузок. Используя эти коэффициенты и решая систему уравнений (3), находят изменение 1700486 положения измерительной оси акселерометра. Формула изобретения Способ определения изменения углового положения измерительной оси однокомпонентного акселерометра, включающий регистрацию показаний акселерометра при различных положениях в поле силы тяжести Земли, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, акселерометра, корпус которого ориентирован по трем ортогональным осям X,Y,Z, причем ось Х совпадает с измерительной осью акселерометра при отсутствии перегрузок, последовательно устанавливают в пяти различных положениях, в первом из которых ось Y направляют вертикально вверх, во втором положении ось Z располагают горизонтально, а оси Х и Y наклоняют под углом 45 к горизонту, в.третьем положении ось Z направляют вертикально вверх, в четвертом положении ось Y располагают горизонтально, а оси Х и 2 наклоняют под углом 45 к 5 горизонту, в пятом положении ось Х располагают горизонтально, а оси У и2нгклоняют под углом 45 к горизонту, в каждом положении регистрируют показания акселерометра и относительно каждого из этих 10 положений акселерометр разворачивают на 180 вокруг горизонтальной оси, перпендикулярной измерительной оси, повторно регистрируют показания прибора, а по полученным результатам всех измерений вы15 числяют коэффициенты, характеризующие изменения положения измерительной оси акселерометра при действии перегрузок, которые используют для определения искомой величины. 1700486 Положение б Положение I Положение 7 Положение 3 Положение О Положение 4 Положение IO Редактор Л. Гратилло Заказ 4464 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5 . Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 101 Положение 5 - 4 я 3 Положение 8 Составитель Г. Ермолаев Техред M.Moðãåíòàë Корректор M. Кучерявая
