Устройство для измерения ускорений

 

?2) Авторы (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ УСКОРЕНИЙ тока 2).. Изобретение относится к измери= тельной технике и может быть использовано для измерения вибрационных и линейных ускорений.

Известен емкостной прибор для измерения виброперемещений, содержащий опорный и измерительный генераторы, смеситель, усилитель, дискриминатор и преобразователь изменения напряже ния в изменение тока (1).

Недостатком указанного устройства является возникновение дополнительных ошибок в связи с наличием двух генераторов. Для уменьшения ошибок измерения требуются дополнительные средства для стабилизации частоты генераторов.

Наиболее близким по технической . сущности к предлагаемому является устройство для измерения линейных и вибрационных ускорений, содержащее дифференциальный индукционный датчик, включенный в одну из плеч измерительного моста, преобразователь питания с выходным трансформатором, демодулятор, фильтр низкой частоты и усилитель постоянного

Недостатком указанного устройства является. его низкая помехозащищенность, ограничивающая его применение на автономных объектах с большим

;уровнем электрических помех и ограниченными энергоресурсами. 8 случае удаления измерительного датчика на значительное расстояние электрические наводки на кабель питания датчика детектируются демодулятором и создают ошибку измерения. Повышение напряжения запитки датчика для уменьшения относительного уровня напряжения ошибки и уменьшения погрешности, вызванной наводками и падением напря26 жения на выпрямительных диодах демодулятора, ведет к резкому увеличению мощности преобразователя и увеличению объема аппаратуры.

3 91709

Цель изобретения - повышение помехозащищенности от внешних помех и взаимных наводок.

Указанная цель достигается введением в устройство для измерения ускорений последовательно соединенных усилителя переменного тока, синхронного ключевого демодулятора на операционном усилителе с управ7Гяющим ключом в цепи неинвертирующего 1о входа операционного усилителя, и резистивного делителя в одно из плеч измерительного моста. Причем вход усилителя переменного напряжения соединен с выходом измерительного 1з моста, выход синхронного ключевого демодулятора - с входом фильтра нижних частот, а управляемый ключ синхронного демодулятора соединен с управляющей обмоткой выходного транс- щ форматора.

На чертеже приведена схема предлагаемого устройства.

Устройство для измерения ускорений содержит преобразователь 1 с 2ь выходным трансформатором 2, измерительный мост 3, одно плечо которого образовано полуобмотками дифференциального индуктивного датчика 4, а второе плечо - резистивным делителем Зо

5, усилитель 6 переменного напряжения, синхронный ключевой демодулятор

7 на операционном усилителе и управляемый ключ 8 в цепи неинвертирующего входа операционного усилителя, последовательно соединенные фильтр

9 нижних частот и усилитель 10 постоянного тока.

Измерительный мост 3 запитан от

40 вторичной обмотки трансформатора 2 преобразователя 1, выход измерительного моста 3 соединен с входом усилителя 6 переменного напряжения, выход которого соединен с входом синхронного ключевого демодулятора 7, 45 вход управляемого ключа 8 демодулятора 7 запитан от управляющей обмотки трансформатора 2. Выход синхронного ключевого демодулятора 7 соединен с входом фильтра 9 нижних частот.

Устройство для измерения ускорений работает следующим образом.

В исходном состоянии, при отсутствии линейных или вибрационных ускорений величины. индуктивного сопро.тивления полуобмоток датчика 4 равны, измерительный мост сбалансирован и выходное напряжение измерительного

1 4 моста равно нулю. Соответственно равны нулю исходное напряжение демодулятора 7, фильтр 9 нижних частот и усилитель 10 постоянного тока. При наличии ускорения якорь индуктивного датчика 4 под действием сил инерции смещается, изменяются в противоположные стороны значения индуктивных сопротивлений полуобмоток и баланс измерительного моста нарушается, в результате чего на выходе моста появляется переменное напряжение, величина которого в пределах линейной рабочей эоны датчика 4 пропорциональна величине ускорения; частота напряжения равна опорной частоте преобразователя 1, а фаза изменяется на 180 при изменении направления перегрузки.

Переменное напряжение с выхода измерительного моста 3 демодулируется синхронным ключевым демодулятором 7.

Ключ 8 периодически замыкается и размыкается с частотой и фазой опорного напряжения преобразователя 1. Ключевой демодулятор 7 имеет коэффициент передачи (-1) при замкнутом состоянии ключа 8 и (+1) при разомкнутом состоянии ключа 8. Таким образом, если переменное напряжение с измерительного моста 3 совпадает по фазе с опорным напряжением управляющей обмотки трансформатора 2, демодулятор 7 выполняет функцию двухполупериодного выпрямителя с коэффициентом (-1), а если напряжение противоположно опорному - с .коэффициентом (+1).

Достоинством синхронного ключевого демодулятора является его обратимость, он является демодулятором для всех сигналов, синхронизированных по частоте и фазе (с точностью до +!80 ) с управляющим опорным напряжением на ключе 8 и модулятором для всех параэитных сигналов, не синхронизированных .с опорным. Выходное напряжение с демодулятора поступает на фильтр нижних частот, который отфильтровывает пульсации несущей частоты полезного сигнала и паразитные модулированные сигналы напряжения помехи.

Таким образом, синхронный ключевой демодулятор 7 с управляемым ключом 8 в цепи неинвертирующего входа совместно с фильтром 9 нижних частот образуют синхронный фильтр, который усиливает, детектирует и выделяет только полезный сигнал, пропорциональСоставитель Б. Сычев !

Редактор Н. Гришанова Техред А. Бабинец.Заказ 1879/64 Тираж 883 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и.открытий .

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 ный величине ускорения, и отфильтро" вывает сигналы наводок и собственных ошибок измерительного устройства.

Усилитель 10 постоянного тока усиливает отфильтрованный сигнал до величины, необходимой для нормальной работы регистрирующей аппаратуры.

В предлагаемом устройстве для измерения ускорений по сравнению с известным достигается повышение помехоэащищенности эа счет применения синхронного ключевого демодулятора, который позволяет избавиться от всех шумовых помех и наводок, частота и фаза которых не синхронизированы с частотой и фазой опорного напряжения преобразователя питания датчика. Так, например, в известном устройстве такой параметр как не нуль устройства составляет 200 мВ, а в предлагаемом50 МВ, т.е. помехозащищенность увеличивается в 4 раза.

В результате повышения помехозащищенности появляется возможность уменьшить напряжение запитки датчика и значительно уменьшить мощность потребления всего устройства. Кроме этого предлагаемое устройство позволяет унифицировать элементную базу за счет применения в ключевом демоду- ляторе и усилителе постоянного тока однотипных интегральных ОУ.

Формула изобретения

Устройство для измерения ускорений, содержащее дифференциальный ин7091 6 дуктивный датчик, включенный в одно из плеч измерительного моста, преобразователь питания с выходным трансформатором и последовательно соединенные фильтр нижних частот и усилитель постоянного тока, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью повышений помехозащищенности от внешних помех и взаимных наводок, в него введены .

10 ПОСЛЕДОВатЕлЬНО СоеДинЕНнЫе уСиЛИтЕЛь переменного напряжения и синхронный ключевой демодулятор на операционном усилителе с управляемым ключом в цепи неинвертирующего входа операци11 онного усилителя, резистивный делитель, включенный в одно иэ плеч измерительного моста, причем вход усилителя переменного напряжения соединен с выходом измерительного моста, 20 выход синхронного ключевого демодулятора - с входом фильтра нижних частот, а управляемый ключ синхронного демодулятора соединен с управляющей обмоткой выходного трансформатора.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Виброметрия. Общество "Знание", Московский дом научно-технич. пропаганды им. Ф.Э.Дзержинского, 1979, с. 23-26.

2. Техническое описание виброиэмерительной аппаратуры ВИ6-6ТН. 3авод контрастной аппаратуры. Тарту;

1973 (прототип).