Способ измерения динамических характеристик компенсационного акселерометра

 

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для измерения динамических характеристик в процессе разработки и исследования современных компенсационных акселерометров. Сущность: с источника калиброванных по амплитуде и частоте электрических сигналов через гальваническую развязку в датчик силы чувствительного элемента подают сигналы. По отношению амплитуд выходных сигналов датчика смещения чувствительного элемента и формирователя сигнала аналоговой обратной связи к амплитуде этого сигнала определяют динамические характеристики акселерометра. При этом датчик силы гальванически развязывают от источника калиброванных сигналов. Технический результат: повышение точности и упрощение процесса измерения. 1 ил.

Предлагаемое изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для измерения динамических характеристик в процессе разработки и исследования современных компенсационных акселерометров.

Известен способ измерения динамических характеристик акселерометров путем задания гармонической вибрации на чувствительный элемент и измерения выходных сигналов датчиков смещения и силы, соответствующих задаваемым амплитудам и частотам вибровоздействия, описанный, например, в "Трудах предприятия", вып. 3, 1967 г. Недостатком этого способа является необходимость использования вибростенда для задания воздействия на акселерометр, что исключает возможность измерения в обычных лабораторных условиях. Наиболее близким к заявляемому является способ измерения динамических характеристик, предусматривающий размещение в чувствительном элементе дополнительного датчика момента, в который задается электрический сигнал, имитирующий гармоническое воздействие на акселерометр, и измеряются выходные сигналы с датчиков смещения и силы, описанный в "Трудах предприятия" вып. 1, 1968 г.

Основным недостатком данного способа является необходимость установки дополнительного датчика момента в чувствительный элемент, что не только сложно конструктивно, но и изменяет динамические характеристики акселерометра.

Целью предлагаемого изобретения является повышение точности и упрощение процесса измерения динамических характеристик. Эта цель достигается тем, что при способе измерения динамических характеристик компенсационного акселерометра путем подачи сигнала в одну из точек замкнутого контура акселерометра в датчик силы подают калиброванные по амплитуде и частоте электрические сигналы и по отношению амплитуд выходных сигналов датчика смещения и формирователя сигнала аналоговой обратной связи к амплитуде этих сигналов определяют динамические характеристики акселерометра, при этом датчик силы гальванически развязывают с источником калиброванных сигналов.

Предлагаемый способ предусматривает проведение следующих операций:

1. С источника калиброванных по амплитуде и частоте электрических сигналов через гальваническую развязку, например конденсатор или трансформатор, подают в датчик силы сигнал, имитирующий гармоническое ускорение (задаваемый сигнал).

2. Измеряют амплитуды выходных сигналов датчика смещения ("колебания подвижной системы") и формирователя сигнала аналоговой обратной связи ("выходной сигнал").

3. Определяют отношения амплитуд измеренных сигналов к амплитуде "задаваемого сигнала".

4. Повторяют операции по пп.1, 2, 3 для всего требуемого диапазона амплитуд и частот "задаваемого сигнала".

5. По результатам вычислений по операциям 3, 4 строят амплитудно-частотные характеристики замкнутой системы акселерометра "колебания подвижной системы - задаваемый сигнал" и "выходной сигнал - задаваемый сигнал", практически полностью определяющие динамические характеристики акселерометра.

На чертеже фиг.1 приведен пример структурной реализации предлагаемого способа. На чертеже обозначено:

1 - чувствительный элемент, включающий

2 - воспринимающий элемент,

3 - подвижную систему,

4 - датчик смещения,

5 - датчик силы;

6 - формирователь сигнала аналоговой обратной связи;

7 - устройство гальванической развязки;

8 - генератор калиброванных по амплитуде и частоте электрических сигналов;

А₁, А₂, А ₃ - "задаваемый сигнал", "колебания подвижной системы" и "выходной сигнал" соответственно.

Подвижная система 3 связана с датчиком смещения 4, выход которого через формирователь 6 соединен с датчиком силы 5. Выход генератора 8 через устройство гальванической развязки 7 подключен к датчику силы 5.

Сущность предлагаемого способа состоит в следующем.

При воздействии на акселерометр виброускорения в режиме полета или при задании его при помощи вибростенда в условиях испытаний амплитудно-частотные характеристики акселерометра "угол колебания подвижной системы - ускорение" и "выходной ток - ускорения" можно определить из передаточных функций Ф_α(р) и Ф_у(р), которые в соответствии с обозначениями фиг.1 примут вид:

Здесь W_2(p)÷W_6(p) - передаточные функции звеньев 2-6 по фиг.1.

При подаче задающего сигнала A₁ в датчик силы 5 передаточные функции "угол колебания подвижной системы - задаваемый сигнал" - Ф' _α(p) и "выходной ток - задаваемый сигнал" Ф' _I(p) можно записать в виде:

Сопоставление полученных передаточных функции показывает, что их отличие заключается в наличии члена W_5(p) в числителе выражений (3) и (4).

Учитывая, что в достаточно широком диапазоне частот вибровоздействий датчик силы 5 практически безинерционен, частотные характеристики, соответствующие передаточным функциям Ф_α(p) и Ф'_α(p) , также как и Ф_I(р) и Ф'_I(p) будут практически идентичны друг другу при выборе "задаваемого сигнала", равным:

Таким образом, подавая сигнал с амплитудой, выбранной по выражению (5) в заданном частотном диапазоне, в датчик силы 5, измеряя сигналы А₂ и А₃ и определив отношения амплитуд этих сигналов к амплитуде сигнала А₁ , получаем амплитудно-частотные характеристики акселерометра по углу колебания подвижной системы и выходному току или напряжению, первая из которых позволяет оценить динамический коэффициент передачи акселерометра по углу, определяющий погрешность акселерометра при воздействии вибрационных и ударных возмущений, а вторая - позволяет оценить запас устойчивости системы акселерометра по амплитуде и фазе и его полосу пропускания, т.е. все необходимые динамические характеристики акселерометра.

Предлагаемый способ применим для акселерометров, у которых выходное сопротивление формирователя 6 не менее, чем на порядок больше сопротивления датчика силы 5, т.к. в противном случае результаты измерения будут существенно искажены из-за "затекания" части сигнала А₁ в формирователь 6.

Введение гальванической развязки 7 датчика силы 5 от генератора 8 необходимо, т.к. в противном случае произойдет шунтирование датчика силы 5 и искажение результатов измерения или нарушение нормального функционирования акселерометра. Способ отличается более высокой точностью задания гармонических воздействий, т.к. электрические сигналы устанавливать и контролировать можно с большей точностью, чем механические перемещения вибростенда.

Проведенные испытания показали, что предлагаемый способ обеспечивает не менее чем на 20% повышение точности измерения характеристик, чем базовый. Кроме того, время испытаний снижается не менее чем в 3 раза - с 2 часов до 40 минут.

Формула изобретения

Способ измерения динамических характеристик компенсационного акселерометра, заключающийся в подаче сигнала в одну из точек замкнутого контура акселерометра, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и упрощения процесса измерения, в датчик силы чувствительного элемента подают калиброванные по амплитуде и частоте электрические сигналы и по отношению амплитуд выходных сигналов датчика смещения чувствительного элемента и формирователя сигнала аналоговой обратной связи к амплитуде этого сигнала определяют динамические характеристики акселерометра, при этом датчик силы гальванически развязывают от источника калиброванных сигналов.

РИСУНКИ