Маятниковый компенсационный акселерометр с частотным выходом

 

Изобретение относится к измерителям ускорения, применяемым в инерциальных системах управления летательных аппаратов. Сущность: маятниковый компенсационный акселерометр с частотным выходом содержит аналоговый акселерометр с токовой обратной связью и преобразователь тока в частоту эталонных импульсов количества электричества, подаваемых в интегрирующую емкость. При этом в нем использован диодный мост, в одну диагональ которого включена интегрирующая емкость, а к другой диагонали через однополярный ключ подключен стабилизатор тока. Кроме того, он снабжен перекидным ключом с нейтральным положением и двумя последовательно соединенными источниками напряжения, которые подключены к неподвижным контактам ключа. Точка соединения источников и перекидной контакт ключа включены в разрыв диагонали диодного моста между точками соединения емкости с усилителем и двух последовательно соединенных диодов соответственно. Технический результат: повышение точности интегрирования. 4 ил.

Изобретение относится к измерителям ускорения, применяемым в инерциальных системах управления летательных аппаратов с ВЦВМ.

Известен маятниковый компенсационный акселерометр с частотным выходом, содержащий аналоговый акселерометр с токовой обратной связью и преобразователь тока в частоту эталонных импульсов количества электричества, подаваемых в интегрирующую емкость, включенную в диагональ диодного моста, к другой диагонали которого через однополярный ключ подключен стабилизатор тока (авт.св. №1839837). Рассмотрим работу акселерометра по авт.св. №1839837 с помощью блок-схемы, изображенной на фиг.1, и диаграммы напряжений в нагрузочной диагонали моста, например, относительно точки соединения диодов D₂ и D4, изображенной на фиг.2.

При указанном на фиг.1 направлении входного тока напряжение на интегрирующем конденсаторе С растет. При достижении потенциала на конденсаторе С, равного порогу срабатывания Иру, происходит разряд конденсатора С эталонным количеством электричества q_эт=I_эт Т_эт на величину При этом минимальная величина напряжения на конденсаторе С (U_{c min}) при разряде его эталонным количеством электричества должна быть не менее величины падения напряжения на диодах (Ug) проводящей диагонали моста (D₁ и D ₄) от протекания по ним эталонного тока I_эт, т.е. U_{c min}≥Ug, так как при U_{c min}<Ug эталонный ток может ответвляться в диоды непроводящей диагонали моста (D ₂ и D₃), что приведет к потере точностных характеристик преобразователя.

При преобразовании входного тока противоположной полярности схема работает при отрицательном напряжении на емкости около уровня Иру₂, однако все потенциальные условия для отрицательной ветви по модулю остаются теми же, что и для положительной ветви.

Таким образом, как видно из рассмотрения работы акселерометра по авт.св. №1839837, необходимым условием данной схемы является: U_{c min}≥Ug, что приводит к появлению дополнительных погрешностей преобразователя.

Во-первых, наличие среднего напряжения на емкости:

где

при входном токе, близком к нулевому значению, приведет к потере интегрируемого тока за счет конечной величины сопротивления изоляции интегрирующего конденсатора С и монтажа, а также за счет утечки элементов моста и биполярного реле уровня.

Во-вторых, наличие зоны 2U_{c max} приводит к тому, что при смене знака интегрируемого тока может теряться информация об интегральном значении тока на величину 2U_{с min}·C, и соответственно может привести к погрешности измерения скорости на величину, пропорциональную

При этом следует иметь в виду, что потеря информации может иметь место лишь в случае нечетного числа смен знака ускорения, и в этом случае необходимо будет вводить в систему управления изделия поправку на величину скорости, пропорциональную 2U _{c min}·C, что приводит к усложнению алгоритма управления изделием в процессе решения навигационной задачи.

Таким образом, целью предлагаемого изобретения является повышение точности преобразования ускорения в частоту. Цель достигается тем, что в диагональ диодного моста последовательно с интегрирующей емкостью подключен источник напряжения со средней точкой и переключатель, подключающий одну или другую половину источника напряжения последовательно с интегрирующей емкостью. Схема предлагаемого акселерометра приведена на фиг.5.

Акселерометр содержит:

1 - Аналоговый акселерометр;

2 - Биполярное реле уровня;

3 - Стабилизатор эталонного тока;

4 - Логическое устройство;

К₁ - однополярный ключ;

K₂ - переключатель проводимости моста;

Д₁, Д₂, Д₃, Д ₄ - диодный мост;

Е_см - источник напряжения смещения;

Е₁, Е₂ - источник напряжения со средней точкой;

С - интегрирующий конденсатор.

Рассмотрим подробнее работу предлагаемого акселерометра с помощью фиг.3 и диаграмм напряжений на интегрирующем конденсаторе С и в нагрузочной диагонали моста относительно точки соединения диодов Д₂ и Д₄ (фиг.4).

При отсутствии входного тока напряжение на интегрирующем конденсаторе равно нулю, однополярный ключ К₁ замкнут, переключатель проводимости моста К₂ находится в среднем нейтральном положении, диоды моста закрыты смещением Е см.

При указанном на фиг.3 направлении входного тока напряжение на интегрирующем конденсаторе С растет. При достижении напряжением на интегрирующем конденсаторе порога срабатывания реле уровня Иру₁, переключатель К₂ подключает последовательно с интегрирующей емкостью С источник напряжения Е₁ и с некоторой задержкой размыкается однополярный ключ К₁, заряд с конденсатора С списывается эталонным током, который протекает по элементам моста Д₄, К₂, Е₁, Д₁ . По скончании Т_эт однополярный ключ замыкает на себя эталонный ток, прекращая тем самым поступление его в интегрирующий конденсатор, и с некоторой задержкой переключатель К₂ отключает источник напряжения Е₁ от интегрирующего конденсатора и устанавливается в нейтральное положение.

Описанный процесс списывания заряда с интегрирующего конденсатора повторяется, каждый раз при достижении под действием входного тока напряжения на интегрирующем конденсаторе равного порогу срабатывания.

При смене знака входного тока процесс списывания заряда с интегрирующего конденсатора происходит аналогичным образом при достижении напряжения на конденсаторе уровня Иру₂ , при этом ключ К₂ подключает к интегрирующей емкости источник Е₂, и разрядный ток стабилизатора тока протекает по элементам противоположной диагонали моста - Д₃, Е₂, К₂, Д₂. Такая схема позволяет работать при U_{c ср}=0 при интегрировании преобладающего тока, соответствующего преобладающему направлению ускорения, в результате чего существенно уменьшается влияние указанных выше утечек интегрируемого тока и упрощается система управления летательным аппаратом, т.к. при |Иру₁|+|Иру₂|=2U _{с max} отсутствует необходимость введения поправок в систему управления, что неизбежно в преобразователе, выполненном по авт.св. №1839837.

Однако во время разряда интегрирующей емкости С эталонным током потенциальные соотношения для нагрузочной диагонали диодного моста должны быть такими же, как и в известной схеме по авт.св. №1839837, для чего на время, перекрывающее по длительности Т_эт, переключатель проводимости моста К₂ последовательно с интегрирующей емкостью подключает, в зависимости от знака входного тока, одну или другую половину источника напряжения со средней точкой Е₁ Е₂.

При этом может иметь место повышенная утечка интегрируемого тока, вызванная факторами, описанными выше, но, поскольку время подключения дополнительных источников напряжения Е₁ или Е₂ строго постоянно и близко к Т_эт, то, во-первых, относительная погрешность, вносимая этой утечкой, будет определяться отношением тока утечки к эталонному току, а не к интегрируемому входному, как это имеет место в преобразователе по авт.св. №1839837 и, во-вторых, наличие утечки на этот момент времени будет эквивалентно смещению коэффициента преобразования на величину что будет учено при предстартовой калибровке акселерометра.

Формула изобретения

Маятниковый компенсационный акселерометр с частотным выходом по авт.св. № 1839837, отличающийся тем, что, с целью повышения точности интегрирования, он снабжен перекидным ключом с нейтральным положением и двумя последовательно соединенными источниками напряжения, которые подключены к неподвижным контактам ключа, при этом перекидной контакт ключа и точка соединения источников включены в разрыв диагонали диодного моста между точками соединения емкости с усилителем и двух последовательно соединенных диодов соответственно.

РИСУНКИ