Устройство контроля дополнительной нелинейности микроэлектромеханических преобразователей линейного ускорения при испытании на виброустойчивость

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.

 

Изобретение относится к области измерительной и преобразовательной техники.

Технический эффект заключается в повышении точности метода контроля виброустойчивости микроэлектромеханических преобразователей линейных ускорений (МПЛУ) посредством выставления плоскости стола вибратора в горизонтальное положение, в максимальной степени совмещая плоскости чувствительного элемента и стола вибратора, а также путем существенного уменьшения степени воздействия вибрации на угломерное устройство.

Известно устройство, содержащее вибрационный стенд, на столе которого закреплено приспособление с испытуемым МПЛУ, выход которого подключен к измерительному прибору [1] - аналог предлагаемого устройства. Получая значения выходного напряжения в нормальных условиях и значения выходного напряжения при вибрации, берут их отношение в качестве оценки виброустойчивости. Недостаток этого устройства состоит в том, что с выхода МПЛУ снимается сигнал, пропорциональный только одному значению входного ускорения, равного в данном случае величине ускорения свободного падения Земли g=9,81м/c2.

Установлено, что контроль дополнительной нелинейности МПЛУ в одной точке измерения недостаточен, т.к. ее максимальное значение может оказаться в любом пространственном положении (показано на примере диапазона ±1g).

Известно также устройство, содержащее вибростенд, на столе которого установлено и закреплено приспособление, позволяющее поворачивать акселерометр и, следовательно, его ось чувствительности на 180 угл. град [2]. В этом случае получают два значения измеряемого сигнала. Погрешность акселерометра получают как полуразность сигналов, снимаемых с акселерометра при положении оси его чувствительности относительно вектора входного ускорения, на углах соответственно 0 и 180 угл. град.

Недостаток этого устройства тот же, что и у предыдущего.

Известно также устройство, содержащее 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 - прототип [3]. Вибростенд в данном случае формируется из генератора, усилителя и вибратора.

Недостаток этого устройства состоит в недостаточной точности измерения выходной характеристики при воздействии вибрации.

Целью изобретения является повышение точности метода контроля.

Эта цель достигается тем, что в устройство, содержащее вибратор, неподвижно закрепленный на приспособлении, которое неподвижно закреплено на валу угломерного устройства, на столе вибратора закреплены вибродатчик и испытуемый МПЛУ, 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 с входом вибратора, в это устройство введены уровень, регулировочные винты, с помощью которых выставляют стол вибратора в горизонтальное положение, которое контролируется уровнем в двух взаимно перпендикулярных направлениях, устройство содержит также прокладку, выполненную с возможностью уменьшения вибрации, действующей на вал угломерного устройства.

На рисунке приведена блок-схема предлагаемого устройства. Предлагаемое устройство состоит из достаточно точного (погрешность 5-10 угл. c) угломерного устройства 1, в качестве которого целесообразно использовать оптическую делительную головку (ОДГ), установленную на станину. ОДГ имеет относительно мощный вал (диаметр около 30 мм), к которому прикрепляется приспособление (оснастка) 2, имеющее крепежную плоскость, на которой устанавливается и закрепляется миниатюрный вибратор 3 с помощью крепежно-регулировочных винтов 4. На столе (подвижной части вибратора) закреплены испытуемые МПЛУ 5 и вибродатчик 6. Выход МПЛУ подключается ко входу преобразователя 7. Преобразователь имеет два входа: цифровой и аналоговый. По цифровому тракту осуществляется преобразование кода с МПЛУ в код, воспринимаемый компьютером. По аналоговому тракту производится преобразование аналогового выходного сигнала с МПЛУ в такой же воспринимаемый компьютером код. Выход преобразователя в обоих случаях соединен с компьютером (ЭВМ) 8. Необходимые параметры вибрации по частоте и амплитуде задаются генератором синусоидальных напряжений 9 и усилителем мощности 10. Контроль параметров вибрации осуществляется с помощью тракта: вибродатчик 6 - осциллограф 11 - измеритель вибрации 12, при этом выходной сигнал с вибродатчика поступает одновременно и на осциллограф и на измеритель вибрации. Кроме того, предлагаемое устройство содержит уровень 13 и виброгасящую, например резиновую, прокладку 14. С помощью уровня 13 осуществляют контроль правильности выставления стола вибратора в горизонтальное положение. Виброгасящая прокладка 14 существенно уменьшает негативное воздействие вибрации на точность выставления и удержания углового положения угломерным устройством.

Предлагаемое устройство позволяет проводить контроль и обработку результатов испытаний и давать оценку виброустойчивости как аналогового, так и цифрового МПЛУ. В качестве угломерного устройства целесообразно применить оптическую делительную головку типа ОДГ-10, имеющую погрешность 10 угл. с, или ОДГ-5Э, погрешность которой 5 угл. с. Особенность указанных головок состоит в том, что они выполнены в мощных корпусах, имеют мощный выходной вал диаметром около 30 мм и способны выдерживать в связи с этим достаточно большие вибрационные нагрузки особенно с применением виброгасящей прокладки, поэтому названные ОДГ практически не теряют при этом своей точности.

Применение компьютера дает возможность повысить производительность контроля, увеличить объем измерительной информации за счет проведения многократных измерений и соответственно повысить точность измерений.

В качестве миниатюрного источника вибрации в данном устройстве может быть применен, например, миниатюрный вибрационный стенд типа 4810 фирмы Bruel&Kjaer (Дания).

Устройство работает следующим образом. В зависимости от того, какой выходной сигнал имеет испытуемый МПЛУ - цифровой или аналоговый, его выход соединяют с соответствующим входом преобразователя. Вначале выполняют настройку устройства. Выставляют угломерное устройство в нулевое положение. С помощью регулировочных винтов и уровня выставляют плоскость стола вибратора в горизонтальное положение. Это позволит в максимальной степени уменьшить угол расхождения между плоскостью чувствительного элемента МПЛУ и плоскостью стола вибратора. МПЛУ размещают таким образом, чтобы его ось чувствительности по направлению совпадала с направлением ускорения вибрации. Убирают со стола вибратора уровень. Включают питание всех составных частей устройства контроля. Настраивают генератор с усилителем мощности на нужную частоту и амплитуду, создав тем самым требуемое значение частоты и ускорения вибрации. После настройки вибрацию отключают.

Подают питание на МПЛУ и контролируют его выходной сигнал в нормальных условиях. Включают вибрацию. Измеряют выходной сигнал МПЛУ при воздействии вибрации. В результате получают первое значение передаточной характеристики как в нормальных условиях, так и при воздействии вибрации. Поворачивают вал угломерного устройства на требуемый угол. Согласно программе и методике испытаний, например, требуется поворачивать вал угломерного устройства через каждые 5 угл. град, для получения тем самым массива из 72 значений передаточной характеристики. Контроль выходного сигнала МПЛУ в нормальных условиях и при воздействии вибрации проводят при каждом выставленном угле поворота вала угломерного устройства.

Обработка результатов испытаний. При установке на стол вибратора МПЛУ, его целесообразно выставить таким образом, чтобы при нулевом положении вала угломерного устройства иметь на выходе МПЛУ сигнал, соответствующий нулевому входному ускорению. Тогда каждое следующее значение (идеальное) должно быть:

Ui=Um×sin (αi),

где Um - значение выходного сигнала, соответствующее 1 g, αi - угол при i-м положении вала угломерного устройства. Для указанного выше случая: i=1, α1=5°; i=2, α2=10°; … i=71, α71=355°.

Реальное значение выходного сигнала получаем непосредственным его измерением. В разности реального и идеального выходных сигналов присутствуют методическая погрешность измерений и нелинейность МПЛУ:

Δi=Uipн-Ui,

где Uipн - реальное значение выходного сигнала в нормальных условиях, откуда:

Uipн=Uii.

При воздействии вибрации в том же угловом положении идеальное значение выходного сигнала МПЛУ должно быть равно Ui.

Реальное значение выходного сигнала получаем непосредственным его измерением. В разности реального и идеального выходных сигналов при воздействии вибрации присутствуют такая же методическая погрешность измерений, такая же нелинейность МПЛУ, но появляется дополнительная нелинейность от воздействия вибрации.

Δiдопi=Uipв-Ui,

где Uipв - реальное значение выходного сигнала при воздействии вибрации, откуда:

Uipв=Uiiдопi.

Дополнительную нелинейность в каждой точке передаточной характеристики определяют как разность измеренных значений выходного сигнала МПЛУ при воздействии вибрации и в нормальных условиях, то есть:

Uipв-Uipн=(Uiiдопi)-(Uii)=Δдопi.

Таким образом получают массив значений дополнительной нелинейности, строят ее график и закон распределения вероятностей появления ее значений.

В заключение следует отметить, что повышение точности метода контроля дополнительной нелинейности МПЛУ при воздействии вибрации заключается не только в том, чтобы точнее измерять эти значения, но и в том, что при контроле с помощью предложенного устройства измерение i-го значения выходного сигнала МПЛУ при воздействии вибрации производится сразу (через несколько секунд) после измерения в нормальных условиях без каких-либо переподключений и перезакреплений. Благодаря чему практически не проявляются зависящие от этого и от времени погрешности.

Источники информации

1 - Технические условия ИФДЖ.. 402139.006ТУ. Акселерометр AT1105.

2 - Авторское свидетельство СССР 528510.

3 - Афанасьев А.С. Метод контроля виброустойчивости микроэлектромеханических преобразователей линейного ускорения во множестве пространственных ориентаций / А.С. Афанасьев, В.Г. Домрачев, Е.Г. Комаров, В.М. Полушкин // Вестник МГУЛ - Лесной вестник. - М.: МГУЛ. - 2013. - №2. - С. 135-140.

Устройство для контроля дополнительной нелинейности преобразователей линейного ускорения при испытании на виброустойчивость, содержащее 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, отличающееся тем, что в него введены уровень, регулировочные винты, с помощью которых выставляют стол вибратора в горизонтальное положение, которое контролируется уровнем, устройство содержит виброгасящую прокладку, выполненную с возможностью уменьшения вибрации.



 

Похожие патенты:

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.

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.

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 метрологии и предназначено для контроля дополнительной нелинейности микроэлектромеханических преобразователей линейного ускорения 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.

Наверх