Цифровой акселерометр

 

Оп ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советсиик

Социапистичасиие

Респубпии, «ii920529 (6! ) Дополнительное к BBT. свид-ву (22)Заявлено 23.07 80 (21) 2967518/18-1-0 с присоединением заявки .% (23) Приоритет

Опубликовано 15.04,82. Бюллетень Р&14

Дата опубликования описания 15 . 04 . 82 (5!)М. Кл.

G 01 P 15/08! ееудеретвеннеш квинтет

СССР ео аелем нэебретенкй и открытий (53) УД,К 531.768 (088. 8) Ю.А. Абрамов, В.А. Ермолаев и В.В. Терешко

t (72) Авторы изобретения (7l ) Заявитель (54) ЦИФРОВОЙ АКСЕЛЕРОИЕТР

15 б

Изобретенйе относится к измерительной технике и может быть исполь зовано при измерении линейных низкочастотных ускорений.

Известны акселерометры, состоящие из капиллярной трубки, наполненной электролитом, контактирующим с шариком из ртути, являющимся чувствительным элементом. По обеим сторонам трубки-расположены электроды, находящиеся в электрическом контакте с обеими сторонами капли ртути и служащие для обнаружения электрического потенциала, развиваемого на капле вследствие изменения формы поверхности раздела между ртутью и электролитом при изменении ускорения Cl l.

Недостатком данных устройств является то, что выходной сигналаналоговый, его величина весьма мала (единицы милливольт при величинах ускорений порядка единиц g), а измерение возможно лишь по одной проекции вектора ускорения.

Известны акселерометры с чувстГ вительным элементом в виде капли электропроводной жидкости, помещенной в некоторый канал и контактирующий с протяженным резистором, возможно получение выходного сигнала в виде импульсов, качестро которых несет информацию об измеряемом сигнале 21. !

Однако подобные акселерометры также являются одноосными измерителями.

Наиболее близким к предлагаемому является акселерометр, содержащий чувствительный элемент, выполненный в виде ампулы с непрозрачным включением из вещества в жидкой фазе, оптический датчик перемещения, состоящий из источника света, волоконных световодов, охватывающих ампулу и матрицы фотоприемников, тактовый генератор, триггеры, эле15 правлению смещения чувствительного

5В элемента 2 вдоль оси Х. При этом световой поток от источника света 5 через волоконные световоды 3 и 4, замыкаясь, поступает на матрицу фотоприемников 6, возбуждая последние.

Невозбужденными оказываются лишь фотоприемники матрицы 6, которые

"затенены" непрозрачным жидким включением 2: На потенциальных выходах матрицы 6 имеют место сигналы в ви49 де потенциалов, величина которых про. порциональна количеству возбужденных фотоприемников в левой и правой частях матрицы. Вследствие этого схема сравнения 7 разрешает прохождение импульса опроса от тактового генера45 тора 8 через схему И 9, Одновременно на установочный вход триггера знака 13 подается сигнал, по которому определяется знак ускорения.

5© С поступлением импульсов от генератора 8 на матрицу 6 начинается опрос фотоприемников, причем опрос начинается с той стороны ампулы 1, в которую произошло смещение жидко55 го включения 2. Импульс с тактового генератора S поступает также на триггер 14, в результате чего подготавливается схема И 11 для про3 92 менты И и ИЛИ, два двоичных счетчи. ка и триггер знака, причем счетный выход матрицы фотоприемников соединен со входом первого счетчика через первый вход первого элемента И, . первый вход первого элемента ИЛИ, а со вторым .счетчиком - через первый вход первого триггера, первый, вход второго элемента И, причем выход второго элемента И соединен со входами второго и третьего триггеров, выходы которых соединены соответственно со вторыми входами первых элементов И и ИЛИ, а выход тактового генератора - со вторым ! входом первого триггера. Акселерометр, выполненный по подобной схеме, является двухосным с дискретным выходным сигналом (33.

Однако время измерения ускорения в одном устройстве, определяемое временем опроса фотоприемников в матрице, сравнительно велико,.особенно при больших величинах ускорений,так как. возможна ситуация, когда требуется опросить почти все фотоприемники матрицы.

Цель изобретения - сокращение времени измерения ускорения путем адаптивного выбора начала счета.

Указанная цель обеспечивается тем, что акселерометр дополнительно снабжен схемой сравнения и двумя элементами И, первые входы которых соединены с соответствующими выходами схемы сравнения и установочными sxoдами триггера знака, вторые входыс выходом тактового генератора, а выходы дополнительных элементов Исо входами матрицы фотоприемников, выполненной в виде двух одинаковых частей, потенциальные выходы которой соединены со входами схемы сравнения.

На чертеже представлена схема цифрового акселерометра.

Акселерометр содержит ампулу 1, выполненную из прозрачного материала и имеющую специальный арочный свод требуемого профиля, включение из вещества в жидкой фазе 2, которое являет я непрозрачным и служит чувствительным элементом, волоконные световоды 3 и ", охватывающие ампулу 1 по образующей и установленные друг против друга с разной стороны ампулы, источник света 5, матрицу фотоприемников 6, которая выполнена в

0529 ф виде двух одинаковых частей и име- . ет выходы двух типов - счетный и два потенциальных, схему сравнения 7, входы которой соединены с потенциальными выходами матрицы фотоприемников 6, тактовый генератор 8, схемы И 9-12, триггер знака 13,триггеры 14-16, схемы ИЛИ 17 и два двоичных счетчика 18 и 19.

Акселерометр работает следующим образом.

В отсутствие ускорений вдоль осей

Х и У, являющихся измерительными, жидкое включение 2, являющееся чувствительным элементом, находится в центральной части ампулы 1 и имеет форму шара. Это обусловлено выбором формы рабочей полости ампулы 1 в виде арочного, свода, а также действием капиллярных сил; Наличие ускорения вдоль оси Х приводит к смещению жидкого включения 2 вдоль этой же оси на величину, пропорциональную величине смещения. Наличие ускорения вдоль оси Y приводит к изменению площади сечения жидкого включения 2 (в плоскости, нормальной оси Y).

Знак ускорения определяется по на20529

10

20

55

5 9 хождения следующего импульса с генератора 8 на двоичный счетчик 19. С поступлением первого импульса на матрицу 6 опрашивается первый правый фотоприемник, который возбужда-. ется, в результате чего со счетного выхода матрицы 6 снимается сигнал в виде импульса, который поступает

° на выход схемы И 12 и на вход триггера 14. Так как перед началом измерения все триггеры были, установлены в нулевое положение, то импульс с матрицы 6 через открытую схему И

12 и схему ИЛИ 17 поступает на вход двоичного счетчика 18. Этим же импульсом триггер 14 переводится в другое состояние, в результате чего закрывается схема И 11. Следующий импульс с тактового генератора

8 переводит триггер 14 в новое.сос" тояние - единичное. При опросе первого невозбужденного фотоприемника матрицы 6 на ее счетном выходе отсутствует сигнал и триггер 14 остается в единичном состоянии.

Следующий импульс с выхода генератора 8, проходя через открытую по сигналу от триггера 14, схему И ,11, поступает на вход счетчика 19 и переводит триггер 15 в единичное состояние. В результате этого схема И 12 закрывается. При .этом чис ло невозбужденных фотоприемников матрицы 6- определяется шириной жидкого включения 2. До тех пор, пока не появится ймпульс со счетного выхода матрицы 6, импульсы с выхода генератора 8 через схему И ll поступают на вход, двоичного счетчика 19 и через триггер 16 и схему ИЛИ 17на вход двоичного счетчика 18. Триггер 16 является делителем, что необходимо для определения координаты середины жидкого включения 2. С появлением на счетном выходе матри" цы 6 импульса схема И 11 запирается до конца измерения.

Таким образом, в результате измерения в счетчиках 18 и 19 записываются соответственно коды, пропорциональные расстоянию центра жидкого . включения 2 от правого торца ампулы

1, что принято за начало отсчета, и ширине этого включения. Направление смещения жидкого включения 2 определяется с помощью .триггера знака

13. Если наличие ускорения приводит к тому, что жидкое включение 2 смещается вдоль ампулы 1 влево, то потенциал на левом потенциальном выходе матрицы фотоприемников 6 по абсолютной величине больше, чем потенциал на правом потенциальном выходе этой матрицы. B результате этого опрос матрицы 6 с помощью тактового генератора 8 производится через схему И 10, причем опрос проводится слева направо, т.е. от ближайшего к жидкому включению 2 торца ампулы 1. Далее схема работает аналогично.

Процесс измерения ускорения заканчивается тогда, когда в счетчи-ках 18 и 19 записаны соответствующие коды, т.е. с появлением первого импульса на счетном выходе матрицы

6 после невозбужденных фотоприемников. При. этом с увеличением величины

/ ускорения жидкое включение 2 смещается относительно центра ампулы 1 на большую величину, все более и более приближаясь к одному из ее тор25.. цов, от которой и организуется начало счета. В результате подобной орга-: низации начала опроса, т.е. выбора начала света в зависимости от положения жидкого включения, время измерения ускорения снижается. формула изобретения

Цифровой акселерометр, содержащий чувствительный элемент, выполненный в виде ампулы с непрозрачным включением из вещества в жидкой фазе, оптический датчик перемещения, состоящий из источника света, волоконных

40 световодов, охватывающих ампулу.и матрицы фотоприемников, тактовый генератор, триггеры, элементы И и ИЛИ, два двоичных счетчика и триггер знака, причем счетный выход матрицы фо45 топриемников соединен с входом первого счетчика через первый вход первого элемента И, первый вход первого элемента ИЛИ, а с вторым счетчикомчерез первый вход первого триггера, первый вход второго элемента И, причем выход второго элемента И соединен с входами второго и третьего триггеров, выходы которых соединены соответственно с вторыми входами первых элементов И и ИЛИ, а выход тактового генератора - с вторым входом первого триггера, о т л и ч а ю, шийся тем, что, с целью сокра"

920529

Составитель Б. Сычев

Редактор Н. Ромжа Техред М. Рейвес Корректор Н. Стец

Заказ 2327/

46 Тираж 883 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

l13035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г, Ужгород, ул. Проектная,4 щения времени измерения, в акселеро метр введены схема сравнения и дополнительно два элемента И, первые входы которых соединены с выходами схемы сравнения и установочными входами триггера знака, вторые входы .с выходом тактового генератора, а выходы дополнительных элементов И с входами матрицы фотоприемников, выполненной в виде двух одинаковых частей, потенциальные выходы которой

8 соединены с входами схемы сравнения.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе I. Патент США И 3530726, кл. 73-5I6, 1970.

2. Патент CIIIA V 3#64997 кл. 73-583, 1965

3. Авторское свидетельство СССР о II 381032, кл. С 01 Р 15/08, 197I (прототип).