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

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:

где

ω - 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:

где

ν - 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.

 

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

В настоящее время подобная задача решается с помощью вибростенда. Испытуемый датчик крепится к вибростолу, который возбуждается гармоническим колебанием, исходящим от генератора стандартных сигналов (ГСС) определенной частоты. Испытуемый датчик преобразует калиброванные по амплитуде механические колебания вибростола в электрические, которые регистрируются вольтметром. 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.

Недостаток этого способа - невысокая точность калибровки из-за больших нелинейных искажений колебаний вибростола на частотах ниже 20 герц, в диапазоне которых в основном и происходят двигательные действия спортсмена (бег, прыжки и т.д.). Измерения коэффициента преобразования датчика ускорения можно проводить еще и методом отскока металлического стержня с закрепленным на верхней его плоскости датчиком ускорения, поднятого на высоту Н, и при отпускании которого он совершает свободное падение до удара об упругий массив с частотой отскока ω, рассчитываемой по формуле:

, где

ω - угловая частота отскока;

λ - рабочий ход упругого массива (мм) при ударе о него металлического стержня.

В этом случае расчетная величина ускорения стержня, на котором закреплен испытуемый датчик, будет определяться формулой:

, где

а - расчетное значение ускорения стержня, падающего с высоты Н на упругий массив с угловой частотой отскока ω;

- скорость, приобретаемая стержнем, падающим с высоты Н при достижении поверхности соударения; при этом датчик вырабатывает сигнал ускорения «u», по отношению параметров обоих вычисляется его коэффициент преобразования:

, где

- коэффициент преобразования датчика (мВ/g).

Недостаток этого способа - большая погрешность в определении частоты отскока ω стержня. Повышение точности определения этого параметра требует установки в спектроанализатор полосовых фильтров с большим затуханием - порядка 40-45 децибел/октаву, что значительно усложняет схему измерительного устройства. В обоих случаях проблемным измеряемым параметром, влияющим на точность определения коэффициента преобразования датчика ускорения, является частота изменения колебаний ускорений.

Задача изобретения - повышение точности измерения частоты колебания ускорения (в данном случае ног).

Поставленная задача решается путем использования тредбана, заключающаяся в том, что подсчитывается количество шагов N, пробегаемых спортсменом на движущейся со скоростью (м/с) в противоположную сторону бега спортсмена дорожке за отсчитанные секундомером отрезок времени t, при этом не меняющего своей начальной точки отсчета, по замеренным параметрам которых определяется частота ног ω (рад/сек) в единицу времени:

, где

ω - частота ног (1/сек);

N - количество шагов;

t - время, затрачиваемое спортсменом на прохождение N шагов,

способ отличается тем, что перед включением движения дорожки на голеностоп одной из ног спортсмена устанавливается датчик ускорения, сигнал которого поступает на вход спектранализатора с предварительно установленным в нем полосовым фильтром с центральной частотой ω, к выходу которого подключен цифровой вольтметр, показания которого «u» (вольт) будут соответствовать величине ускорения датчика на частоте ω, рассчитанной по формуле:

, где

- скорость движения дорожки тредбана (м/сек);

а - ускорение датчика на угловой частоте ω в единицах земного ускорения, отношение которого дает значение коэффициента преобразования датчика на частоте ω:

На фиг. 1 приведена схема, реализующая способ измерения коэффициента преобразования датчика ускорения с помощью тредбана. Спортсмен Д. бежит по бегущей дорожке 1 с фиксированной скоростью. Спидометр 2 определяет скорость движения этой дорожки. Перед включением движения дорожки на голеностоп одной из ног спортсмена устанавливают датчик ускорения 3, сигнал которого поступает на вход спектроанализатора 4 с предварительно установленным в нем полосовым фильтром с центральной угловой частотой ω 5, к выходу которого подключен цифровой вольтметр 6. Произведенные измерения позволяют определить коэффициент преобразования датчика на частоте ω (частоте передвижения ног спортсмена).

Данный способ позволяет, используя предлагаемое устройство, добиться увеличения точности измеряемого параметра (коэффициента преобразования датчика), не прибегая к помощи вибростола.

1. Способ измерения коэффициента преобразования датчика ускорения с помощью тредбана, заключающийся 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:

где

ω - частота передвижения ног (рад/сек);

N - количество шагов, сделанных ногой за отрезок времени t;

t - время, затраченное спортсменом на прохождение N шагов,

отличающийся тем, что 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:

где

ν - 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:

2. Измерительное устройство для реализации способа по п. 1, состоящее из датчика ускорения, установленного на голеностопе одной из ног спортсмена, подключенного ко входу спектроанализатора с перестраиваемым полосовым фильтром с помощью сменяемых RC-цепочек, к выходу которого в качестве индикатора ускорения подключен цифровой вольтметр.



 

Похожие патенты:

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.

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.

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.

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.

Способ обеспечения линейности масштабного коэффициента маятникового акселерометра компенсационного типа относится к измерительной технике. Способ основан на использовании цифровой обратной связи, реализуемой микроконтроллером, в котором программным способом реализован ШИМ; ШИМ формирует последовательность рабочих импульсов, длительность которых равна τраб(n⋅T0), а таймер микроконтроллера формирует два равных по величине вспомогательных импульса длительностью τвсп и две равные по величине паузы длительностью τпауз. В способе задается правило выбора длительности интервала рабочего импульса τраб(n⋅T0), длительности вспомогательных импульсов и пауз на «n»-м такте дискретизации, а также правило взаимного размещения на каждом «n»-м такте дискретизации рабочего, вспомогательных импульсов и пауз. В начале каждого «nТ0»-го такта дискретизации размещают первый вспомогательный импульс тока; к этому вспомогательному импульсу тока присоединяют рабочий импульс; через определенный промежуток времени на интервале Т0 размещают второй вспомогательный импульс, при этом знак первого вспомогательного импульса совпадает со знаком рабочего импульса, а знак второго вспомогательного импульса противоположен знаку рабочего импульса. Среднее значение тока Iср, поступающего в обмотку датчика момента, выражается через постоянную по величине амплитуду тока в импульсе Iа, длительность рабочего импульса τраб(nТ0) и период Т0 работы ШИМ, т.е. Iср=Iа⋅τраб(nТ0)/Т0. Произведение Iа⋅τраб(n⋅Т0) - это площадь идеального импульса прямоугольной формы, которая искажается переходными процессами на передних фронтах тока в обмотку датчика момента. Требуемая линейность преобразования может быть достигнута, если в течение периода ШИМ подавать два одинаковых вспомогательных импульса разной полярности, а к одному из них присоединять рабочий импульс длительности τраб(nT0), то переходные процессы не будут искажать площадь рабочего импульса Iа⋅τраб(nТ0), т.к. переходные процессы на передних фронтах импульсов взаимно компенсируются с определенной точностью, а величина среднего за период Т0 тока, поступающего в обмотку датчика момента, будет пропорциональна только длительности рабочего импульса, т.е. измеряемому линейному ускорению. Техническим результатом изобретения является обеспечение линейности масштабного коэффициента маятникового акселерометра компенсационного типа. 1 табл., 6 ил.

Изобретение относится к области микросистемной техники, в частности к приборам для измерения величины линейного ускорения. Интегральный датчик ускорения содержит выполненные из полупроводникового материала за одно целое опорную рамку и закрепленную на одном из ее плеч с помощью упругих консольных элементов с тензорезистивными преобразователями деформации инерционную массу, при этом датчик дополнительно содержит пару упругих торсионных элементов, расположенных на противоположных плечах опорной рамки перпендикулярно упругим консольным элементам и соединенных с инерционной массой, при этом тензорезистивные преобразователи деформации выполнены на основе кремниевых нанонитей, оснащенных измерительными электродами. Технический результат – повышение чувствительности интегрального датчика ускорений при сохранении рабочего частотного диапазона. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

Группа изобретений относится к датчику с электростатическим маятниковым акселерометром и к способу управления таким датчиком. Акселерометрический датчик содержит по меньшей мере один электростатический маятниковый акселерометр, имеющий первый и второй неподвижные электроды, закрепленные на корпусе и соединенные со схемой возбуждения, и третий электрод, установленный на маятнике, соединенном с корпусом, с возможностью перемещения и связанный с детекторной схемой. Схема возбуждения имеет выход, соединенный с переключателем, связанным с первым и вторым электродами, при этом переключатель имеет первое положение соединения и второе положение соединения, чтобы селективно соединять со схемой возбуждения первый электрод и второй электрод, при этом схема возбуждения, переключатель и детекторная схема соединены со схемой управления, выполненной таким образом, чтобы первый и второй электроды возбуждались импульсами таким образом, чтобы удерживать маятник в заданном положении и определять ускорение, действующее на маятник. Технический результат – повышение точности определения ускорения. 2 н. 12 з.п. ф-лы, 4 ил.

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 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 ;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 ;а - ускорение датчика на частоте ω,отношение которых дает значение коэффициента преобразования датчика на частоте ω: Технический результат – повышение точности измерения частоты колебания ускорения. 2 н.п. ф-лы, 1 ил.

Наверх