Способ измерения коэффициента преобразования датчика ускорения

Авторы патента:

Баталов Алексей Григорьевич (RU)

Байковский Юрий Викторович (RU)

Никонов Владимир Игоревич (RU)

Савохин Валерий Тихонович (RU)

Блеер Александр Николаевич (RU)

Захарьева Наталья Николаевна (RU)

Чернов Сергей Семенович (RU)

G01P21/00 - Элементы конструкции измерительных приборов

G01P15/00 - Измерение ускорения и замедления; измерение импульсов ускорения

Владельцы патента RU 2618481:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Российский государственный университет физической культуры, спорта, молодежи и туризма (ГЦОЛИФК)" (РГУФКСМиТ) (RU)

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 w_n, 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.

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для определения коэффициента преобразования датчика ускорения в узкой полосе частот.

На сегодняшний день подобная задача решается с помощью вибростенда [1]. Заявляемый датчик прикреплен к вибростолу, который возбуждается гармоническим колебанием, исходящим от генератора стандартных сигналов (ГСС) определенной частоты.

Испытуемый датчик преобразует калиброванные по амплитуде механические колебания в электрические, которые регистрируются при помощи вольтметра. Экспериментатор сразу получает искомую величину - коэффициент преобразования датчика с размерностью мВ/g (милливольт на единицу земного ускорения: g=9,8 м/с²) на определенной частоте. Калибровку датчиков проводят в специально оборудованной комнате, где поддерживается средняя температура 25°C, в которой стационарно установлен вибростенд, вес которого, если он способен возбуждать колебания порядка 10 Гц, может доходить до 500 кг плюс шестидесятикилограммовый ГСС. На практике при выездных соревнованиях часто требуется провести спектральную перепроверку коэффициента преобразования датчика, особенно при измерении силы отталкивания спортсмена.

На сегодняшний день необходимо мобильное калибровочное устройство, позволяющее быстро определять коэффициент преобразования датчиков в полевых условиях в требуемой полосе частот, не прибегая к помощи вибростенда.

Задача изобретения - разработать способ спектрального измерения коэффициента преобразования датчика ускорения, не прибегая к помощи вибростенда.

Поставленная задача решается путем использования метода отскока штока, поднятого на высоту Н, имеющего свободный или скользящий ход по отношению к трубке, внутри которой он движется, и при отпускании он 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,

а расчетная величина ускорения будет определяться формулой

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 w_n, по которым вычисляется коэффициент преобразования датчика:

Подставляя формулу 2 в формулу 3, в конечном итоге получаем:

На фигуре 1 приведена установка, реализующая предложенный способ измерения коэффициента преобразования датчика ускорения методом отскока. Шток 1 со сменными наконечниками 2, отличающимися друг от друга площадью своих носиков, имеет свободный или скользящий ход по отношению к трубке 3, которая для устойчивости снабжена фланцем 4.

Трубку со стороны фланца устанавливают на упругий массив 5, который находится на поверхности 6. Верхний торец штока запрессован в деревянную пластину 7, на которой крепится, в случае необходимости, добавочный груз 8 (М) и датчик ускорения 9, возбуждаемый ускорением штока, с которого через коаксиальный кабель 10 поступает на вход спектранализатора 11, в котором с помощью сменных RC-цепочек 12 устанавливается полосовой фильтр с требуемой центральной частотой. К выходу спектранализатора подключен вольтметр 13 в качестве индикатора ускорения штока.

Примеры конкретного выполнения. Работает устройство следующим образом. Шток 1 приподнимается в трубке до границы наконечника, отмеряемой по верхнему краю трубки, на высоту Н. После разжатия пальцев руки шток совершает свободное падение до удара об упругий массив, на котором стоит трубка. Его скорость в момент удара будет равна

где Н - высота падения;

- скорость падения штока в момент его удара об упругий массив.

Собственная частота колебаний штока в результате его удара об упругий массив определяется по формуле 1.

λ - величина сжатия упругого массива (рабочий ход) от удара падающего с высоты Н штока.

На фиг. 1 этот параметр схематически показан. Регулировка его величины, от которой зависит в соответствии с формулой (2) собственная частота колебания штока, осуществляется сменой наконечников штока, которые отличаются друг от друга площадью своих носиков. На сверхнизких частотах, начиная от 6 Гц и ниже, где требуются значительные величины рабочего хода упругого массива, верхний торец штока запрессован в пластину, на которую прикреплен добавочный груз (на фиг. 1 обозначен буквой М).

Эксперимент с падающим штоком продолжают до тех пор, пока его собственная частота колебаний w₀ не совпадет с частотой предварительно установленного в спектранализаторе с помощью RC-цепочек полосового фильтра w_n. Этот момент определяется по максимальной величине ускорения штока, фиксируемого вольтметром в единицах напряжения - вольтах. В этом случае величину ускорения штока можно будет рассчитать по формуле:

где f₀ - линейная частота колебаний стержня [1/с].

По полученным величинам а₀ и u₀ составляют линейную пропорцию:

a₀-u₀

Отсюда:

В табл. 1 приведены коэффициенты преобразования датчика ускорения на некоторых частотах при падении штока с высоты 70 мм и равенстве w₀=w_n.

По сравнению с известными способами, в которых используется вибростенд, заявляемый способ позволяет оперативно и достоверно определять качество покрытия упругого массива по коэффициенту преобразования датчика ускорения в требуемой полосе частот.

Способ измерения коэффициента преобразования датчика ускорения методом отскока в узкой полосе частот, заключающийся в поднятии штока на высоту Н, имеющего свободную или скользящую посадку по отношению к трубке, внутри которой он движется, и при отпускании которого он совершает свободное падение до удара об упругий массив, на котором стоит трубка, с частотой отскока, определяемой формулой

где w₀ - угловая частота отскока штока [рад/с]

g=9,8 м/с²

λ - рабочий ход упругого массива [мм] при ударе об него штока, падающего с высоты Н,

а расчетная величина ускорения будет определяться формулой

где а₀ - расчетное значение ускорения штока, падающего с высоты Н, при собственной частоте колебаний упругого массива w₀=2πf₀,

отличающийся тем, что датчик, закрепленный на верхнем торце штока, с помощью коаксиального кабеля подключенный к входу спектранализатора с установленным в нем полосовым фильтром с центральной частотой w_n, к выходу которого подключен вольтметр, вырабатывает сигнал напряжения u₀, соответствующий расчетной величине ускорения а₀ при равенстве параметров w₀ и w_n, по которым вычисляется коэффициент преобразования датчика

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.

Способ определения поперечной чувствительности акселерометра // 2596778

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.

Способ определения значения частоты установочного резонанса пьезоэлектрического вибропреобразователя и устройство для его осуществления // 2593646

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.

Способ и система калибровки комплекса измерения скорости транспортных средств // 2592711

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.

Устройство контроля дополнительной нелинейности микроэлектромеханических преобразователей линейного ускорения при испытании на виброустойчивость // 2586262

Изобретение относится к метрологии и предназначено для контроля дополнительной нелинейности микроэлектромеханических преобразователей линейного ускорения (МПЛУ) при испытании на виброустойчивость.

Способ тарировки датчика микроускорений в космическом полете // 2583882

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.

Устройство определения погрешностей измерения углов атаки и скольжения // 2579551

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

Способ определения погрешности измерения воздушной скорости и устройство для его осуществления // 2579550

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.

Способ калибровки датчика углового ускорения // 2568956

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.

Стенд для градуировки акселерометров // 2555198

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.

Способ обеспечения виброустойчивости маятникового акселерометра линейных ускорений с цифровой обратной связью и виброустойчивый маятниковый акселерометр // 2615221

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в области приборов для измерения линейного ускорения. Сущность изобретения заключается в том, что обеспечивают изменение значения коэффициента передачи регулятора в микроконтроллере от Крег до Kрегmax по закону, для чего на каждом шаге дискретизации выполняют измерение и сравнение в микроконтроллере напряжения U на входе АЦП усилителя с пороговым значением Uпор; при значениях напряжений, меньших либо равных Uпор, для организованного внутри микроконтроллера ШИМ-модулятора формируют в микроконтроллере цифровой входной сигнал для ШИМ-модулятора, для текущего значения напряжения U при значении коэффициента передачи регулятора Крег; обеспечивают формирование ШИМ-модулятором последовательности импульсов постоянной амплитуды и определенной длительности; определяют в микроконтроллере тот шаг дискретизации, на котором U больше Uпор, обеспечивают на последующих шагах дискретизации формирование увеличенного цифрового сигнала U*ув, для увеличенного коэффициента передачи, что обеспечивает увеличение длительности импульсов до определенной величины τув; обеспечивают соответствующее увеличение длительности открытого состояния, определяемого величиной τув, переключателя тока усилителя мощности, что обеспечивает поступление с выхода усилителя мощности в обмотку датчика момента акселерометра последовательности импульсов тока стабилизированной амплитуды и увеличенной длительности, определяют тот шаг дискретизации, на котором на входе АЦП напряжение U меньше либо равно Uпор, после чего обеспечивают возврат системы обратной связи к режиму работы со значением коэффициента передачи, равным Крег.

Способ пневматического частотного измерения ускорения движения тела // 2601271

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.

Способ измерения выталкивающей силы упругого объекта методом отскока и устройство для его осуществления // 2600508

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

Сенсор на пространственной спирали // 2594071

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

Акселерометр-тахогенератор // 2584576

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.

Способ определения замедлений поступательно движущихся систем // 2581738

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.

Способ измерения кажущегося ускорения и пьезоэлектронный акселерометр для его реализации // 2566655

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.

Линейный микроакселерометр с оптической системой // 2564810

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.

Способ, использующий опознавание воздействия для системы управления парками транспортных средств // 2561482

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

Акселерометр // 2559867

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.

Способ измерения коэффициента преобразования датчика ускорения с помощью тредбана и устройство для его осуществления // 2625092

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для измерения коэффициента преобразования датчика ускорения в узкой полосе частот. Способ измерения коэффициента преобразования датчика ускорения с помощью тредбана заключается в том, что подсчитывается количество шагов N, сделанных одной ногой спортсмена на движущейся со скоростью ν (м/с) в противоположную сторону бега спортсмена дорожке тредбана, за отсчитанный секундомером отрезок времени t, чтобы удержаться на начальной точке отсчета, по замеренным параметрам которых рассчитывается частота передвижения ноги ω в единицу времени: гдеω - частота передвижения ног (рад/сек);N - количество шагов, сделанных ногой за отрезок времени t;t - время, затраченное спортсменом на прохождение N шагов, при этом перед включением движения дорожки на голеностоп одной из ног спортсмена устанавливается датчик ускорения, сигнал которого поступает на вход спектроанализатора с предварительно установленным в нем полосовым фильтром с центральной угловой частотой ω, к выходу которого подключен цифровой вольтметр, показание которого «u» будет соответствовать величине ускорения датчика на угловой частоте ω, рассчитанной по формуле: гдеν - скорость движения дорожки тредбана (м/сек);а - ускорение датчика на частоте ω (в ед. «g»),отношение которых дает значение коэффициента преобразования датчика на частоте ω: Технический результат – повышение точности измерения частоты колебания ускорения (в данном случае ног). 2 н.п. ф-лы, 1 ил.