Способ тарировки датчика микроускорений в космическом полете

Изобретение относится к космической технике и может быть использовано при определении погрешности датчика микроускорений на космическом аппарате (КА). Технический результат - обеспечение тарировки датчика микроускорений в космическом полете. Способ тарировки датчика микроускорений в космическом полете, включает в себя сопоставление измерений с калиброванными значениями и определение погрешностей в измерениях датчика, фиксирование в связанной с космическим аппаратом системе координат вектор определяющий положение датчика микроускорений, измерение угловой скорости космического аппарата и его угловое ускорение определение углового положения и орбиты космического аппарата, по изменению орбиты космического аппарата и определенному его угловому положению оценивают плотность атмосферы ρа на высоте полета космического аппарата и ускорение его торможения, калиброванное значение микроускорения определяют по формуле где:

- микроускорение в связанной с космическим аппаратом системе координат;

µe - гравитационный параметр Земли;

r - расстояние от центра Земли до центра масс космического аппарата;

- орт оси орбитальной системы координат, направленной по радиус-вектору космического аппарата;

- скорость космического аппарата;

с - баллистический коэффициент космического аппарата,

и сопоставляя калиброванное значение микроускорения и измеренное значение, определяют погрешность в измерениях датчика микроускорений.

 

Изобретение относится к космической технике и может быть использовано при определении погрешности датчика микроускорений на космическом аппарате (КА).

Для измерения ускорений используются специальные датчики и приборы - акселерометры. В процессе их использования вследствие различных причин происходит ухудшение точности измерений и появляется необходимость установления величины погрешности прибора, т.е. его тарировка. Такая задача возникает и перед началом использования прибора.

Известен способ тарировки датчиков ускорений - акселерометров, реализуемый устройством для создания нормированных ускорений при поверке акселерометров [1] (патент RU 2393488 с 1 по заявке 2009112707/28 от 06.04.2009). Данный способ не применим в космическом полете, где измеряются малые ускорения ~10-3 - 10-7g, где g = 9.8 м c 2 .

Известен способ тарировки датчика микроускорений, основанный на сопоставлении измерений с калиброванными значениями и определении погрешностей в измерениях датчика микроускорений [2] (патент США №3779065, 1973 г.). В данном способе, взятом авторами за прототип, тарировка датчиков осуществляется путем воздействия на датчик бойком с последующим измерением воздействия и фиксированием показаний датчика. Следует отметить, что в космическом полете на КА возникают обычно малые ускорения и их значение составляет 10-7g - 10-3g [3]. Их точное измерение является весьма сложной технической задачей и для ее решения используются различные датчики микроускорений [4]. В процессе полета возникают неизбежные погрешности в показаниях используемых датчиков и появляется необходимость выполнения их тарировки.

Известные способы, включая способ-прототип, не позволяют решить задачу тарировки датчиков микроускорений в космическом полете.

Задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является определение погрешностей датчика микроускорений в космическом полете.

Технический результат достигается тем, что в способе тарировки датчика микроускорений в космическом полете, включающем сравнение измерений датчика микроускорений с калиброванными значениями и определение погрешностей в измерениях датчика микроускорений, фиксируют в связанной с космическим аппаратом системе координат вектор , определяющий положение датчика микроускорений, измеряют угловую скорость космического аппарата ω и его угловое ускорение , определяют угловое положение и орбиту космического аппарата, по изменению орбиты космического аппарата и определенному его угловому положению оценивают плотность атмосферы ρа на высоте полета космического аппарата и ускорение его торможения, калиброванное значение микроускорения определяют по формуле

где - микроускорение в связанной с космическим аппаратом системе координат;

µe - гравитационный параметр Земли;

r - расстояние от центра Земли до центра масс космического аппарата;

- орт оси орбитальной системы координат, направленной по радиус-вектору космического аппарата;

- скорость космического аппарата;

с - баллистический коэффициент космического аппарата,

и сопоставляя калиброванное значение микроускорения и измеренное значение, определяют погрешность в измерениях датчика микроускорений.

За счет выполнения предлагаемых действий возможна тарировка датчика микроускорений в космическом полете. Главная проблема в выполнении тарировки на КА заключается в создании калиброванных значений микроускорений малой величины (до 10-7g). В предлагаемом способе калиброванные значения микроускорений создаются за счет отличительных действий способа. Для анализа процессов, происходящих в аппаратуре космических экспериментов по микрогравитации, главным образом необходимо знать квазипостоянные величины микроускорений [3], [4]. Квазипостоянные значения микроускорений обусловлены вращением КА вокруг центра масс, неоднородностью гравитационного поля в пределах конструкции КА и действием на КА сопротивления атмосферы. Измеряя угловую скорость и угловое ускорение ΚΑ , можно для заданного вектором положения датчика микроускорений точно определить составляющую калиброванного значения микроускорений за счет вращения КА вокруг центра масс. Измерив угловое положение КА, можно точно определить составляющую, возникающую за счет неоднородности гравитационного поля в пределах конструкции КА. Измеряя точно орбиту КА, можно по изменению орбиты КА и его угловому положению определить плотность атмосферы на высоте полета КА и его ускорение от сопротивления атмосферы. Сложив три составляющие, получим калиброванное значение микроускорений. Сопоставление калиброванного значения микроускорений с измеренным значением, позволит определить погрешность в измерениях датчика микроускорений.

В настоящее время технически все готово для реализации предложенного способа на КА, например, на МКС или на транспортном грузовом корабле ТГК «Прогресс». Для измерения микроускорений на КА могут использоваться датчики типа ИМУ, ИМУ-Ц, MAMS и др. Для измерения угловой скорости и углового ускорения могут использоваться существующие датчики угловых скоростей и угловых ускорений. Для определения углового положения КА могут использоваться датчики ориентации: солнечный датчик, звездный датчик, магнитометр и т.д. Подобные приборы используются, например, на МКС и ТГК «Прогресс». Для определения орбиты КА могут использоваться высокоточные измерения радиоконтроля орбиты, или измерения спутниковых навигационных систем GPS и ГЛОНАСС. Приемники GPS и ГЛОНАСС уже установлены, например, на МКС. Для выполнения расчетов и сопоставления калибровочных значений микроускорений с измеренными могут использоваться вычислительные средства МКС, ТГК «Прогресс».

Список литературы

1. Патент RU 2393488 с 1 по заявке 2009112707/28 от 06.04.2009.

2. Патент США №3779065, 1973 г.

3. М.Ю. Беляев. «Научные эксперименты на космических кораблях и орбитальных станциях», М.: «Машиностроение», 1984.

4. Д.М. Климов, В.И. Полежаев, М.Ю. Беляев, А.И. Иванов, С.Б. Рябуха, В.В. Сазонов. «Проблемы и перспективы использования невесомости в экспериментах на орбитальных станциях». РКТ, серия 12, выпуск 1-2, 2011.

5. Основы теории полета космических аппаратов. М.: «Машиностроение, 1972.

Способ тарировки датчика микроускорений в космическом полете, включающий сравнение измерений датчика микроускорений с калиброванными значениями и определение погрешностей в измерениях датчика микроускорений, отличающийся тем, что фиксируют в связанной с космическим аппаратом системе координат вектор ρ , определяющий положение датчика микроускорений, измеряют угловую скорость космического аппарата ω и его угловое ускорение ω . , определяют угловое положение и орбиту космического аппарата, по изменению орбиты космического аппарата и определенному его угловому положению оценивают плотность атмосферы ρа на высоте полета космического аппарата и ускорение его торможения, калиброванное значение микроускорения определяют по формуле

где n - микроускорение в связанной с космическим аппаратом системе координат;
µe - гравитационный параметр Земли;
r - расстояние от центра Земли до центра масс космического аппарата;
E 3 - орт оси орбитальной системы координат, направленной по радиус-вектору космического аппарата;
V - скорость космического аппарата;
c - баллистический коэффициент космического аппарата,
и сопоставляя калиброванное значение микроускорения и измеренное значение, определяют погрешность в измерениях датчика микроускорений.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к технике определения параметров движения и к области оценки и компенсации погрешностей измерения углового положения летательного аппарата (ЛА).

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к измерениям воздушной скорости, и может быть использовано для определения и компенсации погрешности измерения воздушной скорости и определения скорости ветра на высоте полета летательного аппарата.

Изобретение относится к области измерительной техники, в частности к способам калибровки средств измерений, применяемых на стендах для определения моментов инерции изделий ракетной, авиационной и космической техники.

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к стендам поверочным для градуировки акселерометров с использованием более точных средств измерения. Стенд для градуировки акселерометров содержит тензометрическое устройство с градуируемым акселерометром, тензодатчиками и бойком, и наковальню.

Изобретение относится к области пьезотехники и используется для измерения коэффициента преобразования акселерометров методом сравнения с калибровочным акселерометром.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для обеспечения взаимозаменяемости пьезоэлектрических вибропреобразователей ускорения (вибродатчиков ускорения), входящих в состав акселерометров или измерительных систем, без дополнительной настройки электронных согласующих элементов акселерометра или измерительных систем.

Изобретение относится к области сейсмоакустических исследований и касается устройства контроля динамических характеристик сейсмоакустических преобразователей.

Устройство (12) определения ускорения содержит блок (21) корректировки нулевой точки для корректировки положения нулевой точки значения сигнала (Gsen) датчика, используя величину корректировки (абсолютное значение для значения (Gd) корректировки) на основе ускорения (Gout), когда транспортное средство переходит от остановленного состояния на наклонной дороге к состоянию движения, и блок (20) ограничения величины корректировки для ограничения величины корректировки, тем самым пресекая вычисление избыточной величины корректировки вследствие неровностей поверхности дороги или перемещения пассажира.

Изобретение относится к калибровке датчика ускорения. Способ калибровки датчика ускорения для определения показателей ускорения транспортного средства содержит этап определения характеристической постоянной для датчика ускорения.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для определения погрешностей инерциальных измерительных приборов, в частности лазерных гироскопов и маятниковых акселерометров, при стендовых испытаниях на ударные и вибрационные воздействия.

Изобретение относится к метрологии и предназначено для контроля дополнительной нелинейности микроэлектромеханических преобразователей линейного ускорения (МПЛУ) при испытании на виброустойчивость. Устройство для контроля дополнительной нелинейности преобразователей линейного ускорения при испытании на виброустойчивость содержит вибратор, неподвижно закрепленный на приспособлении, которое неподвижно закреплено на валу угломерного устройства. На столе вибратора закреплены вибродатчик и испытуемый микроэлектромеханический преобразователь линейных ускорений, выход которого соединен со входом преобразователя, выход которого подключен ко входу компьютера, выход вибродатчика соединен со входом осциллографа и со входом измерителя вибрации, выход генератора вибростенда подключен ко входу усилителя вибростенда, выход которого соединен со входом вибратора. При этом в устройство введен уровень, регулировочные винты, с помощью которых выставляют стол вибратора в горизонтальное положение, которое контролируется уровнем, устройство содержит виброгасящую прокладку, выполненную с возможностью уменьшения вибрации. Технический результат - повышение точности. 1 ил.

Группа изобретений относится к области измерений, а именно к калибровке комплекса измерения скорости транспортных средств. Система и способ калибровки комплекса измерения скорости транспортных средств (ТС) содержат электронно-вычислительное устройство (ЭВУ), соединенное с видеокамерой, с поворотной платформой и с лазерным дальномером. Видеокамера выполнена с возможностью формирования изображения дорожного полотна и находящихся на нем ТС, а также с возможностью передачи изображения в ЭВУ. Лазерный дальномер выполнен с возможностью проецирования в точку измерения расстояния световой метки из трех разных угловых позиций. ЭВУ выполнено с возможностью анализа изображения, а также с возможностью вычисления калибровочных параметров и функций, необходимых для позиционирования объектов, с использованием данных о расстоянии до световых меток и их пиксельных координат, а также с использованием данных внутренней калибровки объектива и чувствительной матрицы видеокамеры. Технический результат заключается в упрощении калибровки комплекса измерения скорости ТС, содержащего видеокамеру, осуществлении калибровки в автоматическом режиме с возможностью внесения поправок в значения калибровочных параметров во время эксплуатации комплекса измерения скорости ТС. 2 н.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретения относятся к области измерительной техники и могут быть использованы для определения частотных характеристик средств измерения параметров вибрации. Устройство для осуществления способа определения значения частоты установочного резонанса пьезоэлектрического вибропреобразователя содержит колебательную систему, состоящую из пьезоэлектрического вибропреобразователя и рабочего тела, прикрепленный к рабочему телу пьезоэлектрический вибратор, подсоединенный к нему генератор импульсных электрических сигналов с регулировкой импульса по длительности и амплитуде и подключенный к вибропреобразователю блок регистрации со схемой для преобразования Фурье выходного сигнала пьезоэлектрического вибропреобразователя. Для осуществления способа от генератора импульсных электрических сигналов на пьезоэлектрический вибратор подают одиночный электрический импульс, возбуждают затухающие вибрационные колебания в колебательной системе и регистрируют в блоке регистрации выходной сигнал - отклик пьезоэлектрического вибропреобразователя на воздействующую вибрацию в функции от времени. В схеме для преобразования Фурье блока регистрации преобразуют поступивший выходной сигнал в его спектральный вид и по преобразованному виду сигнала определяют искомое значение частоты установочного резонанса пьезоэлектрического вибропреобразователя. Технический результат - упрощение процедуры определения частоты установочного резонанса пьезоэлектрического вибропреобразователя, расширение частотного диапазона определяемых значений резонансных частот, расширение функциональных возможностей технического решения. 2 н.п. ф-лы, 4 ил., 4 табл.

Изобретение относится к области измерительной техники, в частности к способам определения поперечной чувствительности пьезоэлектрических акселерометров. Способ определения поперечной чувствительности акселерометра с использованием диаграммы направленности заключается в том, что на поворотную платформу стенда устанавливают акселерометр плоскостью его основания в направлении воздействия возмущения, осуществляют поворот акселерометра в гравитационном поле Земли с помощью поворотной платформы, при этом акселерометр устанавливают соосно оси вращения платформы и фиксируют его радиальное положение относительно горизонтальной оси, измеряют максимальные значения электрического напряжения при каждом повороте платформы на угол более 90°, которые используют для построения диаграммы направленности, по которой определяют максимальное значение поперечной чувствительности акселерометра, при этом значение относительного коэффициента влияния поперечного ускорения определяют из отношения значений максимальной поперечной чувствительности к осевой чувствительности, которую измеряют при установке акселерометра на поворотную платформу с ориентацией оси чувствительности перпендикулярно оси вращения вала, совмещении с ней центра масс инерционного элемента акселерометра и повороте акселерометра в гравитационном поле Земли. Технический результат - исключение инструментальной погрешности воспроизведения единицы ускорения. 4 ил.

Изобретения относятся к измерительной технике и могут быть использованы для проведения калибровки инерциальных измерительных модулей (ИИМ), в состав которых входят датчики угловой скорости (ДУС) и акселерометры. Технический результат - расширение функциональных возможностей. Для этого способ калибровки ИИМ включает установку ИИМ с блоком записи информации на платформу устройства для калибровки, обеспечивающего задание угловой скорости двигателем вокруг трех приблизительно ортогональных осей (отклонение от ортогональности не должно превышать 5°), связанных с ИИМ, вращение ИИМ вокруг приблизительно горизонтальной оси (отклонение оси вращения от плоскости горизонта не должно превышать 20°) с переменными угловыми скоростями и идентификацию математических моделей ошибок датчиков ИИМ. При этом вращения вокруг трех приблизительно ортогональных осей системы координат, связанной с ИИМ, осуществляются после однократного закрепления ИИМ на платформе устройства, а оценивание составляющих как моделей ошибок ДУС, так и моделей ошибок акселерометров осуществляется на основе сопоставления углов разворота ИИМ по показаниям акселерометров и ДУС в результате единого цикла калибровочных движений. Записанные данные инерциальных датчиков используют для идентификации математических моделей ошибок датчиков ИИМ, в частности постоянных составляющих нулевых сигналов и погрешностей масштабных коэффициентов ДУС и акселерометров, углов отклонения измерительных осей ИИМ от оси вращения устройства для калибровки и коэффициентов g-чувствительности ДУС. Устройство, реализующее данный способ, содержит двигатель, который вращает внешнюю рамку карданового подвеса (КП), фиксатор внутренней рамки, позволяющий устанавливать в определенные угловые положения внутреннюю рамку КП относительно внешней рамки, фиксатор платформы, позволяющий устанавливать в определенные угловые положения платформу относительно внутренней рамки КП. На платформе устройства располагается испытуемый ИИМ с устройством записи информации. Платформа устройства может быть снабжена интерфейсом беспроводной передачи информации. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для определения коэффициента преобразования датчика ускорения в узкой полосе частот. Способ измерения коэффициента преобразования датчика ускорения заключается в поднятии штока, имеющего свободный или скользящий ход по отношению к трубке, внутри которой он движется, на высоту Н. При отпускании шток совершает свободное падение до удара об упругий массив с частотой отскока, определяемой формулой где w0 - угловая частота отскока штока (рад/с); g=9,8 м/с2; λ0 - рабочий ход упругого массива, мм, при ударе об него штока, падающего с высоты Н. Расчетная величина ускорения будет определяться формулой (2),где а0 - расчетное значение ускорения штока, падающего с высоты Н, при собственной частоте колебаний упругого массива w0=2πf0. Датчик, который закреплен на верхнем торце штока с помощью коаксиального кабеля, подключен к входу спектранализатора с установленным в нем полосовым фильтром с центральной частотой w0, к выходу которого подключен вольтметр; он вырабатывает сигнал напряжения u0, соответствующий расчетной величине ускорения а0 при равенстве параметров w0 и wn, по которым вычисляется коэффициент преобразования датчика. Заявляемый способ позволяет без применения вибростенда оперативно и достоверно определять качество покрытия упругого массива по коэффициенту преобразования датчика ускорения в требуемой полосе частот. 1 табл., 1 ил.

Способ обеспечения линейности масштабного коэффициента маятникового широкодиапазонного акселерометра компенсационного типа относится к измерительной технике и может быть использован в области производства приборов для измерения линейного ускорения. В процессе наладки устанавливают акселерометр на центрифугу, задают последовательно ряд линейных ускорений в диапазоне измерения акселерометра, измеряют выходной сигнал акселерометра в зависимости от величины заданного линейного ускорения, корректируют параметры системы, обеспечивая линейность зависимости выходного сигнала от заданного линейного ускорения. Согласно изобретению после измерения последовательности значений зависимости выходной информации Qвых n от заданных линейных ускорений an=g⋅n, где n - значение перегрузки, определяют значения корректирующих коэффициентов Ккорр(n)=Qвых 1⋅n/Qвых n, где Qвых 1 - выходная информация при действии линейного ускорения a1=g, Qвых 1⋅n - значение выходной информации, которое должно было быть получено при условии линейности масштабного коэффициента; посредством внешнего компьютера выполняют аппроксимацию функции Ккорр(n), вводят в память микроконтроллера обратной связи акселерометра данные аппроксимирующего полинома, при эксплуатации акселерометра определяют микроконтроллером частичные отрезки полинома, к которым относятся измеренные акселерометром ускорения, определяют посредством микроконтроллера для измеренных ускорений корректирующие коэффициенты и выполняют корректировку микроконтроллером измеренной выходной информации путем ее умножения на соответствующие корректирующие коэффициенты. Технический результат изобретения – обеспечение линейности масштабного коэффициента широкодиапазонного маятникового акселерометра компенсационного типа. 5 ил.

Изобретение относится к космической технике и может быть использовано при определении погрешности датчика микроускорений на космическом аппарате. Технический результат - обеспечение тарировки датчика микроускорений в космическом полете. Способ тарировки датчика микроускорений в космическом полете, включает в себя сопоставление измерений с калиброванными значениями и определение погрешностей в измерениях датчика, фиксирование в связанной с космическим аппаратом системе координат вектор определяющий положение датчика микроускорений, измерение угловой скорости космического аппарата и его угловое ускорение определение углового положения и орбиты космического аппарата, по изменению орбиты космического аппарата и определенному его угловому положению оценивают плотность атмосферы ρа на высоте полета космического аппарата и ускорение его торможения, калиброванное значение микроускорения определяют по формуле где: - микроускорение в связанной с космическим аппаратом системе координат;µe - гравитационный параметр Земли;r - расстояние от центра Земли до центра масс космического аппарата; - орт оси орбитальной системы координат, направленной по радиус-вектору космического аппарата; - скорость космического аппарата;с - баллистический коэффициент космического аппарата,и сопоставляя калиброванное значение микроускорения и измеренное значение, определяют погрешность в измерениях датчика микроускорений.

Наверх