Способ пневматического частотного измерения ускорения движения тела



Способ пневматического частотного измерения ускорения движения тела
Способ пневматического частотного измерения ускорения движения тела

 


Владельцы патента RU 2601271:

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова Российской академии наук (RU)

Изобретение относится к устройствам, использующимся при навигации летательных аппаратов, при измерении ускорения. Техническим результатом является повышение достоверности (уменьшения погрешности) за счет включения в прямую цепь интегратора, линеаризующего выходную характеристику системы измерения, и эффективности измерения путем включения в цепь обратной связи частотной части измерения. Технический результат достигается с помощью способа пневматического частотного измерения ускорения движения тела, по которому ускорение инерционной массы преобразуют во входное давление, усиливают, при этом используют аналоговую отрицательную обратную связь по ускорению, сигнал которой суммируют с входным давлением, выходное давление преобразуют в частоту и подают на счетное устройство, отличающийся тем, что по обратной связи подают выходной частотный сигнал, который преобразуют в частоту импульсов постоянной длительности и постоянной амплитуды, преобразуют импульсный сигнал в аналоговой сигнал давления обратной связи для последующего суммирования и интегрируют сигнал в прямой цепи перед нелинейным элементом, выпрямляя выходную характеристику системы. 2 ил.

 

Изобретение относится к устройствам, использующимся при навигации летательных аппаратов, при измерении ускорения.

Известен способ пневматического частотного преобразования ускорения движения тела в скорость и устройство для его осуществления, по которому ускорение инерционной массы преобразуют в давление и усиливают, при этом используют аналоговую отрицательную обратную связь по ускорению, которую суммируют с входным давлением, а выходное давление преобразуют в частоту и подают на счетное устройство (RU 2421734, C1, 20.06.2011). Указанный способ принят на прототип.

Недостатком известного способа является то, что по нему в исходной части цепи, измеряющей ускорение, обратная связь охватывает только сумматор и усилитель, что не позволяет держать под контролем и частотную часть цепи измерения, а также преобразование давления в частоту с помощью струйного генератора, который имеет нелинейную (квадратичную) зависимость, и система требует дальнейшей линеаризации.

Техническим результатом является повышение достоверности (уменьшения погрешности) за счет включения в прямую цепь интегратора, линеаризующего выходную характеристику системы измерения, и эффективности измерения путем включения в цепь обратной связи частотной части измерения.

Технический результат достигается с помощью способа пневматического частотного измерения ускорения движения тела, по которому ускорение инерционной массы преобразуют во входное давление, усиливают, при этом используют аналоговую отрицательную обратную связь по ускорению, сигнал которой суммируют с входным давлением, выходное давление преобразуют в частоту и подают на счетное устройство. По обратной связи подают выходной частотный сигнал, который преобразуют в частоту импульсов постоянной длительности и постоянной амплитуды, преобразуют импульсный сигнал в аналоговой сигнал давления обратной связи для последующего суммирования и интегрируют сигнал в прямой цепи перед нелинейным элементом, выпрямляя выходную характеристику системы.

На фиг. 1 представлена общая схема измерения ускорения. На фиг. 2 показана диаграмма обработки измерения.

На общей схеме измерения ускорения показано: 1 - преобразователь ускорения инерционной массы в пневматическое давление, подаваемое в систему измерения как входной сигнал; 2 - сумматор входного сигнала и сигнала отрицательной обратной связи; 3 - пневматический интегратор; 4 - преобразователь давления в частоту пневматических импульсов, например струйный генератор как нелинейное звено; 5 - выходное счетное устройство; 6 - пневматический преобразователь, формирующий импульсы постоянной длительности и постоянной амплитуды; 7 - линейный дроссель ЛД, 8 - пневмоемкость V; 9 - усилитель давления.

На фиг. 2 показана диаграмма последовательной работы замкнутой схемы измерения с участием интегрирующего звена в графическом варианте в четырех координатах для исследования влияния сигнала обратной связи при линеаризации нелинейного элемента. Диаграмма имеет четыре квадранта: квадрант сумматора, в котором расположена зависимость ΡΣвхос; квадрант интегратора с функцией ; квадрант нелинейного звена с функцией, в данном случае Ρвыхи0,5; квадрант выходного сигнала Рвых как функция входного сигнала Рвх (g) в систему измерения.

Предложенный способ работает следующим образом (фиг. 1).

При возникновении ускорения g на выходе преобразователя 1 появляется соответствующее ему давление, которое поступает на плюсовой вход сумматора 2 системы. На минусовой вход сумматора поступает сигнал отрицательной обратной связи Рос с выхода системы. Из сумматора сигнал ΡΣвхос следует через интегратор 3 (выходное давление Ри) и преобразователь 4 давления Ри в частотный сигнал f на выходное счетное устройство 5 системы и одновременно на цепочку обратной связи, состоящей из элементов 6, 7, 8, 9. В цепочке обратной связи частотный сигнал f перерабатывается в аналоговое давление Рос с помощью перечисленных звеньев. В преобразователе 6 частотный сигнал преобразовывается в частотно-импульсный сигнал, импульсы которого имеют постоянную длительность и амплитуду. В пневмоемкости 8 величиной V и линейном дросселе ЛД вырабатывается аналоговая величина давления Ра, которая после усилителя 9 в виде сигнала обратной связи Рос далее подается на отрицательный вход сумматора 2.

При этом на выходе интегратора 3 вырабатывается сигнал (в силу замкнутости системы), по форме адекватно отображающий характеристику нелинейного звена 4, который линеаризует общую характеристику системы.

На фиг. 2 представлена диаграмма, поясняющая работу системы с интегратором перед нелинейным звеном, на которой показано: кривая А - характеристика нелинейного звена системы, кривая Б - выходная характеристика интегратора, линия В - выходная характеристика системы, линейно-пропорциональная входному сигналу системы.

Наклонные линии И1, И2, И3 … - это пути, по которым накапливается в интеграторе его выходной сигнал при различных уровнях сигнала на его входе, а пунктирная линия между точками с1, с2, с3 … - это изменение выходного сигнала интегратора, имеющее нелинейный характер, адекватно отражающий функцию нелинейного звена.

В систему подается входной сигнал, например Ρвх1 (по оси Рвх, фиг. 2), он попадает на плюсовой вход сумматора 2 по фиг. 1 и на ось нулей сумматора по фиг. 2, и в интеграторе 2 начнется накопление входного сигнала PΣ по наклонной линии 1 и изменение величины выходного сигнала Рвых1 системы, которое воздействует через нелинейный элемент 4 и по обратной связи (элементы 6, 7, 8) через усилитель 9 на отрицательный вход сумматора величиной «-Рос1». Это изменение сигналов (фиг. 2) продолжается до тех пор, пока через определенное время t1 (ось t) на отрицательном входе сумматора сигнал - Рос1 не достигнет величины, равной Ρвх1 (на оси нулей сумматора). В результате их разность обратится в ноль (Рвх1ос1=0) и интегратор прекратит накопление своего выходного сигнала по наклонной линии 1 в точке с1. При этом фиксируется в точке с1 выходной сигнал Ри1 интегратора пропорционально времени интегрирования t1.

Двойная линия, разделяющая квадранты интегратора и сумматора (фиг. 2), совмещает две оси (левая ось - ось времени, правая ось - ось значений выходных величин интегратора), поскольку значения выходных величин интегратора Ри1, Ри2, Ри3 пропорциональны времени интегрирования t.

Для различных значений входного сигнала Ρрх1, Рвх2, Рвх3 … интегратор таким образом вырабатывает свои выходные сигналы Ρ, Р, Р … (точки с1, с2, с3 …), создавая свою выходную характеристику Б, соответствующую характеристике нелинейного звена А. Из нелинейного звена сигнал из точки е1 поступает на выход системы, проецируясь на ось Ρвых (точка h1) и на обратную связь, проецируясь далее через точки е1 и с1 к точке Р1 (на ось нулей сумматора).

Таким образом, каждому значению входной величины Рвх соответствует пропорциональное значение выходной величины Рвых, в совокупности образующие линейную выходную характеристику системы (линия В).

В итоге, предложенный способ пневматического измерения ускорения движения тела обеспечивает более высокую достоверность и эффективность измерения, за счет включения в прямую цепь интегратора 3, линеаризующего выходную характеристику системы, и включения в цепь обратной связи частотной части измерения пневматическим преобразователем 6.

Способ пневматического частотного измерения ускорения движения тела, по которому ускорение инерционной массы преобразуют во входное давление, усиливают, при этом используют аналоговую отрицательную обратную связь по ускорению, сигнал которой суммируют с входным давлением, выходное давление преобразуют в частоту и подают на счетное устройство, отличающийся тем, что по обратной связи подают выходной частотный сигнал, который преобразуют в частоту импульсов постоянной длительности и постоянной амплитуды, преобразуют импульсный сигнал в аналоговой сигнал давления обратной связи для последующего суммирования и интегрируют сигнал в прямой цепи перед нелинейным элементом, выпрямляя выходную характеристику системы.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области спорта и может быть использовано при создании упругих подпятников, вкладываемых в спортивную обувь с целью получения дополнительной выталкивающей силы.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при определении характеристик движения объектов, таких как скорость, ускорение, вибрации и прочее.

Изобретение относится к электрическим микромашинам, а именно к датчикам угловых ускорений (акселерометрам), предназначенным для измерения угловых ускорений контролируемых валов в устройствах автоматики и вычислительной техники.

Предложенное изобретение относится к области испытания механических систем, которые оценивают по замедлению при выбеге вращающейся детали, и может быть использовано для определения отрицательных ускорений вращающихся частей или систем в целом.

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для измерения кажущегося ускорения в системах ориентации и навигации подвижных объектов и путеизмерительных комплексах, а также сейсмических измерениях.

Изобретение относится к области измерительной техники и касается линейного микроакселерометра с оптической системой. Микроакселерометр включает в себя корпус, две инерционные массы на упругих подвесах, два датчика положения, два компенсационных преобразователя.

Изобретение относится к способам опознавания воздействий на подъемно-транспортную машину. Осуществляя контроль эксплуатации транспортного средства, обнаруживают перегрузки при столкновении транспортного средства.

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для измерения параметров ускорения в виброметрии, сейсмологии и акустике. Акселерометр содержит предусилитель и концентрично расположенные, кольцевые инерционную массу, корпус и первый пьезочувствительный элемент с осевой поляризацией в виде пьезоэлектрических секторов, не соприкасающихся друг с другом, и электродов, контактирующих с боковыми поверхностями пьезоэлектрических секторов, при этом кольцевой корпус выполнен из электропроводного материала с возможностью контактирования с боковыми поверхностями кольцевых пьезоэлектрических секторов, причем электроды электрически соединены параллельно и подключены к предусилителю, при этом в него введены второй и третий предуселители, а также второй кольцевой пьезочувствительный элемент, установленный над первым кольцевым пьезочувствительным элементом и выполненный в виде двух пар радиально поляризованных секторов, снабженных электродами, контактирующими с боковыми поверхностями секторов, при этом оба сектора пары установлены центрально симметрично с противоположной поляризацией, соединены через электроды параллельно и подключены ко второму и третьему предусилителям.

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использован в приборостроении и машиностроении для измерения ускорения подвижных объектов. Чувствительный элемент акселерометра на поверхностных акустических волнах содержит встречно-штыревой преобразователь, связанный с приемопередающей антенной, и две решетки отражателей, выполненных зеркально-симметричными относительно встречно-штыревого преобразователя и образующих структуру резонатора на поверхностных акустических волнах, при этом он снабжен единой конструкцией, выполненной из монокристаллического кремния, и состоящей из рамки, консоли треугольной формы, основание которой неподвижно прикреплено к рамке с ее внутренней стороны, инерционной массы, находящейся на одной стороне консоли, и пьезоэлектрической пленки, нанесенной на второй стороне консоли, причем встречно-штыревой преобразователь и решетки отражателей нанесены на поверхность пьезоэлектрической пленки, приемопередающая антенна размещена по периметру рамки.

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.
Наверх