Способ измерения ускорений

 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в системах управления современных баллистических и космических ракет. Сущность: измерение ускорения компенсационным акселерометром с аналого-дискретным преобразователем осуществляется путем изменения его масштабного коэффициента частотно зависимым делителем тока обратной связи. При этом перед каждым измерением малых ускорений отключают конденсатор делителя. После отключения конденсатор делителя заряжают входным током аналого-дискретного преобразователя до величины, равной его заряду в режиме измерения. После окончания зарядки конденсатор вновь подключают. Технический результат: повышение точности. 1 ил.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в системах управления современных баллистических и космических ракет.

Известен способ измерения ускорений компенсационным акселерометром с дискретным выходом, описанный в "Трудах предприятия" вып.3, 1967 г. и предусматривающий преобразование величины смещения датчика смещения чувствительного элемента в ток обратной связи датчика силы, пропорциональный измеряемому ускорению, и последующее преобразование этого тока в последовательность импульсов с частотой, ему пропорциональной.

Недостатком данного способа является невозможность измерения малых ускорений с необходимой точностью из-за недостаточной дискретности выходной информации и помехозащищенности акселерометра.

Наиболее близким к заявляемому является способ измерения ускорений, реализуемый как "Компенсационным акселерометром с дискретным выводом" по авт. св. №1839853, 2006 г.

Этот способ, наряду с указанными выше известными операциями измерения, предусматривает изменение масштабного коэффициента при помощи частотно-зависимого деления тока обратной связи для повышения дискретности выходной информации одновременно с существенным повышением помехозащищенности, что обеспечивает измерение малых ускорений в установившемся режиме с достаточной точностью.

Однако введение частотно-зависимого деления тока обратной связи является причиной резкого увеличения времени установления входного тока аналого-дискретного преобразователя (АДП) при переключении масштабного коэффициента акселерометра для режима измерения малых ускорений. Следствием этого является дополнительная погрешность измерения ускорений.

Целью предлагаемого изобретения является повышение точности измерения малых ускорений.

Поставленная цель достигается тем, что в известном способе измерения ускорений маятниковым компенсационным акселерометром с дискретным выходом путем изменения его масштабного коэффициента частотно-зависимым делителем тока обратной связи перед каждым измерением малых ускорений по специальной команде исключают частотную зависимость деления тока обратной связи и производят заряд конденсатора делителя до величины, равной его заряду в режиме измерения, входным током аналого-дискретного преобразователя, уменьшая этим постоянную времени установления этого тока пропорционально коэффициенту деления тока обратной связи, а в момент начала измерения приводят схему делителя и цепь входного тока преобразователя в исходное состояние.

Предлагаемый способ предусматривает проведение следующих операций:

1. Определяют необходимый для требуемого повышения дискретности акселерометра коэффициент изменения его масштабного коэффициента.

2. Включают частотно-зависимый делитель тока обратной связи с коэффициентом деления, выбранным по операции 1.

3. Формируют команду на исключение частотной зависимости деления тока и переключения конденсатора делителя в цепь входного тока аналого-дискретного преобразователя (АДП).

4. По сформированной команде исключают частотную зависимость коэффициента деления тока обратной связи и производят заряд конденсатора делителя входным током АДП до величины, равной его заряду в режиме измерения (например, включают в цепь входного тока АДП резистор с сопротивлением пропорционально коэффициенту деления, меньшим резистора делителя, параллельно которому включен конденсатор, и переключают этот конденсатор параллельно дополнительному резистору).

5. В момент начала измерения приводят в исходное состояние схему делителя и цепь входного тока АДП.

На чертеже приведен пример структурной реализации предлагаемого способа. Структурная схема представлена в исходном состоянии. На ней обозначено:

1 - чувствительный элемент;

2 - формирователь тока обратной связи;

3 - аналого-дискретный преобразователь;

4 - частотно-зависимый делитель тока обратной связи, включающий:

R_п - последовательный резистор,

R_пр - параллельный резистор,

С_п - конденсатор,

R_g - дополнительный резистор;

i_oc - ток обратной связи,

i_agn - входной ток преобразователя.

Сущность изобретения заключается в следующем.

При включении частотно-зависимого делителя для повышения дискретности выходной информации акселерометра время установления входного тока преобразователя 3 определяется постоянной времени делителя 4 в режиме измерения T_п=R_п·C_п. Для обеспечения требуемой помехозащищенности постоянная времени имеет большую величину, вследствие чего ток i_agn может не достигать установившегося значения к моменту измерения ускорения. Следствием этого является появление некомпенсируемой погрешности измерения, которая может достигать недопустимых величин. В установившемся режиме коэффициент деления при R_n>R_np > сопротивления датчика смещения чувствительного элемента можно определить из выражения:

Так как по принципу работы компенсационного акселерометра в датчике момента ток всегда равен току обратной связи i_oc, то ток i_agn=K·i_oc . В режиме измерения конденсатор С_n заряжается до напряжения U_n=i_ос·R_n. Переключая перед началом измерения конденсатор C_n на резистор R_g, включаемый в цепь входного тока АДП, конденсатор заряжают до напряжения U_g=i_agn·R _g. Вследствие того, что i_agn=K·i_ос , a R_n=K·Rg, напряжения Un и Ug равны, но ток i_agn в этом случае устанавливается в К раз быстрее - с постоянной времени Tg=Rg·Cn. Очевидно, что при возвращении в режим измерения переходный процесс установления тока i _agn, обусловленный зарядом конденсатора C_n, практически отсутствует, так как он гарантированно завершается к моменту измерения ускорения.

Базовым объектом предлагаемого способа является способ измерения ускорения при помощи акселерометра по авт. св. №1839853, используемый на предприятии и имеющий погрешность из-за неустановления входного тока АДП до 0,001%.

Как показали лабораторные исследования, предлагаемый способ позволяет уменьшить погрешность до 0,0002%.

Формула изобретения

Способ измерения ускорения компенсационным акселерометром с аналого-дискретным преобразователем путем изменения его масштабного коэффициента частотно-зависимым делителем тока обратной связи, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, перед каждым измерением малых ускорений отключают конденсатор делителя и заряжают его входным током аналого-дискретного преобразователя до величины, равной его заряду в режиме измерения, а затем вновь подключают конденсатор.

РИСУНКИ