Компенсационный акселерометр с дискретным выходом
Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при разработке современных прецизионных акселерометров. Сущность: акселерометр содержит чувствительный элемент с датчиком силы и датчиком смещения, усилительно-преобразующий блок, блок изменений масштабного коэффициента, командное устройство и коммутатор. При этом блок изменения масштабного коэффициента выполнен в виде усилителя постоянного тока с цепочкой последовательно включенных резисторов на его входе, и параллельно включенными резисторами в цепи обратной связи. К выходу усилителя параллельно подключена цепочка параллельно соединенных резисторов, а последовательно - обмотка датчика силы через цепочку параллельно соединенных резисторов и конденсаторов. Кроме того, входные резисторы усилителя и параллельно соединенные резисторы и конденсаторы связаны с нормально замкнутыми контактами коммутатора. Резисторы обратной связи усилителя и резисторы параллельной его выходу цепочки подключены через нормально разомкнутые контакты коммутатора. Технический результат: повышение точности при измерении малых ускорений. 2 ил. 
Предлагаемое изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при разработке современных прецизионных акселерометров.
Известны компенсационные акселерометры с дискретным выходом, состоящие из чувствительного элемента с датчиками смещения и силы, аналогового формирователя сигнала обратной связи и дискретного формирователя выходного сигнала, например описанный в "Трудах предприятия" вып.1, 1967 г. Недостатком данного акселерометра является недостаточная точность в условиях динамических возмущений на активном участке полета. Известен компенсационный акселерометр с дискретным выходом по авт.св. 1839856 состоящий из чувствительного элемента с датчиками смещения и силы, усилителя обратной связи и интегрирующего преобразователя тока в частоту. Недостатком данного акселерометра является малая точность в режиме малых ускорений.
Целью предлагаемого изобретения является повышение разрешающей способности и точности при измерении малых ускорений, которая достигается тем, что компенсационный акселерометр, состоящий из чувствительного элемента с датчиками смещения и силы и формирователей сигнала обратной связи и дискретного выходного сигнала, снабжен командным устройством, коммутатором, устройством изменения коэффициента усиления и перестраиваемым частотно-зависимым делителем сигнала обратной связи, причем вводимые устройство изменения и частотно-зависимый делитель соединены последовательно друг с другом и с датчиком силы чувствительного элемента, выходы коммутатора подключены к устройству изменения и делителю, а вход коммутатора - к выходу командного устройства.
Сущность изобретения заключается в следующем. Повышение дискретности выходной информации, необходимое для достоверного измерения малых ускорений при ограниченном времени подготовки, может быть достигнуто либо изменением коэффициента преобразования формирователя дискретного выходного сигнала, либо увеличением входного тока этого формирователя без изменения сигнала обратной связи, как это осуществляется в предлагаемом акселерометре при помощи делителя сигнала обратной связи, что предпочтительней с точки зрения достижимой помехозащищенности, определяющей мгновенную нестабильность выходной частоты.
Введение частотной зависимости в делитель, в совокупности с возможностью изменения коэффициента усиления сигнала обратной связи, позволяет повысить помехозащищенность с сохранением требуемой величины статического коэффициента-передачи акселерометра. Предлагаемый акселерометр предназначен дли измерения как больших перегрузок, так и малых ускорений при подготовке. Очевидно, что при проектировании акселерометра для измерения только малых ускорений можно использовать совершенно иные технические средства.
На фиг.1 приведен пример структурной схемы предлагаемого акселерометра, где обозначено:
1 - чувствительный элемент, содержащий:
2 - воспринимающий элемент,
3 - датчик смещения,
4 - датчик силы;
5 - формирователь сигнала обратной связи;
6 - формирователь дискретного выходного сигнала;
7 - перестраиваемый частотно-зависимый делитель сигнала обратной связи, например, параллельно-последовательного типа, выполненный на пассивных элементах;
8 - устройство изменения коэффициента усиления формирователя сигнала обратной связи, например, последовательное резистивного типа или релейно-контактного типа;
9 - коммутатор, например, релейно-контактного типа;
10 - командное устройство.
Выход датчика смещения 3 подключен ко входу формирователя сигнала обратной связи 5, выходы которого подключены ко входу делителя 7 и к первому входу формирователя дискретного выходного сигнала 6, выходы делителя 7 подключены ко второму входу формирователя 6 и ко входу устройства изменения коэффициента 8, выход которого соединен с датчиком силы 4. Выходы коммутатора 9 подключены к делителю 7 и устройству 8, а вход - к выходу командного устройства 10.
Предлагаемый акселерометр работает следующим образом. В режиме измерения малых ускорений командное устройство 10 формирует и подает на коммутатор 9 команду, соответствующую требуемой дискретности выходной частоты. Коммутатор 9 осуществляет выбор соответствующего коэффициента деления и постоянной времени делителя 7 и подключает устройство изменения коэффициента усилителя 8, обеспечивающее необходимое уменьшение коэффициента усиления формирователя 5. При необходимости изменения дискретности выходной частоты формируется другая команда, по которой коммутатор 9 производит соответствующие изменения коэффициента деления делителя 7 (ДОС) и его постоянной времени и параметров устройства 8. При уменьшении статического коэффициента усиления формирователя 5 (ФОС) уменьшается как коэффициент передачи сигнала обратной связи, так и входного сигнала формирователя дискретного сигнала 6 (ФДС), что при достижении требуемой помехозащищенности недопустимо снижает коэффициент передачи акселерометра на нулевых частотах и приводит к увеличению времени его вхождения в режим. В то же время, использование частотно-зависимого делителя 7 позволяет работать с необходимыми коэффициентами усиления на нулевых частотах, но необходимое для обеспечения требуемой мгновенной нестабильности уменьшение динамического коэффициента передачи акселерометра требует реализации больших постоянных времени, что ограничено допустимыми габаритами вводимых элементов делителя 7.
Предлагаемый акселерометр позволяет произвести выбор оптимального соотношения между снижением статического и динамического коэффициента передачи, обеспечивающего необходимую стабильность выходной частоты акселерометра.
Изложенное выше поясняется передаточными функциями по сигналу обратной связи (Joc) и сигналу на входе формирователя 8 (Jвх) относительно помехи по действующему моменту (
М) и соответствующими частотными характеристиками, приведенными на графиках фиг.2
На фиг.2 график 1 соответствует Wдс (p) а график 2 - Wвх(р).
Проведенные исследования показали, что реализация предлагаемого акселерометра позволяет в широких пределах (400-600 раз) изменять дискретность выходной частоты акселерометра при обеспечении точности измерения малых ускорений (от 0,001g) в 5-7 раз более высокой, чем в существующих акселерометрах.
Формула изобретения
Компенсационный акселерометр с дискретным выходом, содержащий чувствительный элемент с датчиками смещения и силы, усилительно-преобразующий блок, блок изменения масштабного коэффициента, командное устройство и коммутатор, отличающийся тем, что, с целью повышения точности при измерении малых ускорений, блок изменения масштабного коэффициента выполнен в виде усилителя постоянного тока с цепочкой последовательно включенных резисторов на его входе и параллельно включенными резисторами в цепи обратной связи, к выходу которого параллельно подключена цепочка параллельно соединенных резисторов, а последовательно - обмотка датчика силы через цепочку параллельно соединенных резисторов и конденсаторов, при этом входные резисторы усилителя и параллельно соединенные резисторы и конденсаторы связаны с нормально замкнутыми контактами коммутатора, а резисторы обратной связи усилителя и резисторы параллельной его выходу цепочки подключены через нормально разомкнутые контакты коммутатора.
РИСУНКИ
