Способ определения аддитивной погрешности электронного прибора маятникового компенсационного акселерометра

 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при разработке акселерометров. Сущность: определение погрешности осуществляется путем измерения тока, протекающего через входной конденсатор. При этом от схемы акселерометра отключают вывод датчика момента чувствительного элемента, не соединенный с входным конденсатором аналого-цифрового преобразователя. Закорачивают входной конденсатор. По скорости нарастания напряжения его заряда до уровня, не превышающего десяти процентов от максимального, появляющегося на нем при работе в составе акселерометра, после снятия закоротки находят составляющую тока утечки, которая не зависит от знака измеряемой перегрузки. На входной конденсатор подают напряжение, обеспечивающее протекание в нем тока, равного по величине, но противоположного по направлению найденному значению составляющей тока утечки. От отдельного источника заряжают входной конденсатор до максимального для его работы напряжения и по скорости самопроизвольного разряда находят величину составляющей тока утечки, зависящей от знака измеряемой нагрузки. Технический результат: повышение точности за счет нахождения составляющих погрешности, зависящей и не зависящей от знака измеряемой перегрузки. 1 ил.

Предлагаемое изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при разработке акселерометров.

Известен способ измерения аддитивной погрешности АЦП электронного прибора путем измерения составляющей входного тока АЦП при отсутствии воздействия, основанный на использовании измерительных приборов, включаемых во входную цепь АЦП [1].

Недостатком этого способа является возможность внесения паразитных связей в АЦП, искажающих параметры прибора и измеряемые величины. Наиболее близким к заявляемому является способ определения аддитивной погрешности электронного прибора маятникового компенсационного акселерометра с аналого-цифровым преобразователем, входной конденсатор которого последовательно соединен с датчиком момента чувствительного элемента, основанный на сопоставлении величин выходной частоты (периода) при задании на вход АЦП входных токов, соответствующих перегрузкам 1g, 2g, 4g, 8g [2].

Недостаткам этого способа является невозможность разделения аддитивной составляющей входного тока АЦП на составляющие - зависящую и независящую от знака измеряемой перегрузки.

Целью предлагаемого изобретения является повышение точности измерения аддитивной погрешности электронного прибора акселерометра за счет раздельного определения составляющих погрешностей, зависящей и не зависящей от знака измеряемой перегрузки.

Эта цель достигается тем, что в способе определения аддитивной погрешности электронного прибора маятникового компенсационного акселерометра с аналого-цифровым преобразователем, входной конденсатор которого последовательно соединен с датчиком момента чувствительного элемента, путем измерения аддитивной составляющей входного тока АЦП отключают от схемы акселерометра вывод датчика момента, не подключенный к входному конденсатору, кратковременно закорачивают входной конденсатор АЦП и после раскоротки по скорости нарастания его заряда определяют аддитивную составляющую входного тока АЦП, не зависящую от знака измеряемой перегрузки, подают во входной конденсатор АЦП ток, равный измеренному, но противоположного знака, заряжают конденсатор до определенного напряжения и по скорости его разряда определяют величину аддитивной составляющей входного тока АЦП, зависящую от знака измеряемой перегрузки.

Среди известных авторам технических решений не обнаружена предлагаемая совокупность новых признаков, которая позволяет повысить точность измерения аддитивной погрешности электронного прибора акселерометра за счет раздельного измерения составляющих аддитивной составляющей входного тока АЦП, зависящей и не зависящей от знака измеряемого ускорения.

Следовательно, предложенный способ соответствует критерию "существенные отличия".

На чертеже приведен пример структурной реализации предлагаемого способа, где приняты следующие обозначения:

1 - чувствительный элемент, включающий:

2 - маятник,

3 - подвижную систему и датчик угла,

4 - датчик момента,

5 - формирователь аналогового сигнала обратной связи;

6 - аналого-цифровой преобразователь АЦП, включающий конденсатор С_вх,

7 - электронный прибор акселерометра,

8 - источник конденсирующего тока,

9 - источник напряжения заряда конденсатора С _вх;

I_вх - входной ток АЦП,

I _ут1 - ток утечки, зависящий от знака измеряемой перегрузки,

I_ут2, I_ут3 - токи утечки, не зависящие от знака измеряемой перегрузки,

R_ут1, R _ут2, R_ут3 - сопротивление изоляции выводов C _вх относительно источников напряжения электронного прибора 7,

I_комп - ток компенсации тока утечки, не зависящего от знака измеряемой перегрузки.

Предлагаемый способ предусматривает проведение следующих операций.

1. Отключают от схемы акселерометра вывод датчика момента чувствительного элемента, не подключенный к входному конденсатору АЦП.

2. Кратковременно замыкают между собой накоротко выводы входного конденсатора АЦП.

3. После снятия закоротки по скорости нарастания заряда на входном конденсаторе определяют ток утечки, не зависящий от знака измеряемой перегрузки, например, как отношение произведения емкости конденсатора на заданное напряжение его заряда к времени достижения его на конденсаторе АЦП.

4. Подают во входной конденсатор АЦП ток, равный, но противоположный по знаку измеренному по операции 3 току утечки.

5. Заряжают входной конденсатор АЦП до определенного напряжения и скорости его разряда до определенного напряжения или нуля определяют величину тока утечки, зависящего от знака измеряемого ускорения.

6. Отношения токов утечки, измеренных по операциями 3 и 5, к известному входному току АЦП определяют величины составляющих аддитивной погрешности измерения ускорения, не зависящей и зависящей от знака измеряемого ускорения.

Сущность предлагаемого способа заключается в следующем. Вследствие конечности величин сопротивления изоляции выводов конденсатора С_вх относительно различных источников напряжения, имеющихся в приборе 7, а также между собой, включая сопротивление изоляции самого конденсатора С_вх, через него могут протекать токи утечки I_ут1, I_ут2, I _ут3. Вследствие независимости их величин от величины измеряемого ускорения они определяют аддитивную составляющую входного тока АЦП 6 и аддитивную погрешность измерения ускорения, вносимую электронным прибором 7. При этом очевидно, что ток утечки I _ут1, являясь следствием конечности величины сопротивления изоляции между выводами С_вх, всегда разряжает конденсатор С_вх, в отличие от заряжающего его входного тока АЦП-6 I_вх, т.е. аддитивная составляющая погрешности, определяемая током I_ут1, зависит от знака измеряемого ускорения. В то же время токи I_ут2 и I_утm3 определяются лишь напряжением питания источников прибора 7 и величинами сопротивлений изоляции R_ут2, R_ут3 между выводами конденсатора С_вх и этими источниками. Величины резисторов R _ут2, R_ут3 в свою очередь определяются лишь конструктивно-технологическими особенностями конкретных блоков прибора 7.

Таким образом, в общем случае, через входной конденсатор С_вх АЦП 6 протекает суммарный ток утечки I_ут.∑:

I_ут.∑=±I_ут1±(I_ут2-I _ут1),

и все известные методы позволяют измерить только суммарный ток утечки. Однако для анализа результатов и расчета точности измерения ускорения в реальной эксплуатации необходимо иметь значения составляющих погрешности, зависящей и не зависящей от знака измеряемого ускорения. Предлагаемый способ предусматривает доследовательное измерение тока утечки, не зависящего от знака измеряемой перегрузки, его компенсации от отдельного источника, и после этого измерение тока утечки, зависящего от знака измеряемого ускорения. Размыкают связь между формирователем сигнала обратной связи 5 и датчиком момента 4. Кратковременно замыкают накоротко С_вх, гарантируя этим нулевой заряд на нем. Снимают закоротку конденсатора и по скорости заряда С_вх определяют величину тока утечки, не зависящего от знака измеряемой перегрузки I_ут.н

I_ут.н=I_ут2-I _ут3.

От источника тока 8 в конденсатор С_вх подают ток компенсации I_комп, равный

I _комп=-I_{ут.н .}

Затем от источника напряжения 9 заряжают конденсатор С_вх до определенного напряжения и по скорости самопроизвольного его разряда определяют ток I _ут1, зависящий от знака измеряемого ускорения.

Таким образом, в результате этих операций определяется ток утечки, зависящий и не зависящий от знака измеряемого ускорения. Знание этих составляющих позволяет учесть их в условиях реальной эксплуатации и за счет этого уменьшить погрешность измерения ускорений из-за аддитивной погрешности электронного прибора акселерометра.

Формула изобретения

Способ определения аддитивной погрешности электронного прибора маятникового компенсационного акселерометра с аналого-цифровым преобразователем, входной конденсатор которого последовательно соединен с датчиком момента чувствительного элемента, включающий измерение тока, протекающего через входной конденсатор, отличающийся тем, что, с целью повышения точности за счет нахождения составляющих погрешности, зависящей и не зависящей от знака измеряемой перегрузки, отключают от схемы акселерометра вывод датчика момента чувствительного элемента, не соединенный с входным конденсатором аналого-цифрового преобразователя, закорачивают входной конденсатор и по скорости нарастания напряжения его заряда до уровня, не превышающего десяти процентов от максимального, появляющегося на нем при работе в составе акселерометра, после снятия закоротки находят составляющую тока утечки, не зависящую от знака измеряемой перегрузки, подают на входной конденсатор напряжение, обеспечивающее протекание в нем тока, равного по величине, но противоположного по направлению найденному значению составляющей тока утечки, от отдельного источника, заряжают входной конденсатор до максимального для его работы в акселерометре напряжения и по скорости самопроизвольного разряда находят величину составляющей тока утечки, зависящей от знака измеряемой перегрузки.

РИСУНКИ