Способ определения динамической характеристики акселерометров с минимально-фазовыми характеристиками

 

Использование: приборостроение, технология изготовления акселерометров с минимально-фазовыми характеристиками и их поверка. Сущность изобретения: чувствительный элемент испытуемого акселерометра 2 поочередно возбуждает на разных частотах. Одна частота равна резонансной. Другая частота равна граничному значению рабочего диапазона измеряемых частот. Измеряют фазовый сдвиг на этих частотах. О динамической характеристике акселерометра 2 судят по его динамической чувствительности на фиксированных частотах. Динамическую чувствительность определяют из соотношения измеренных параметров . 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (Я)5 G 01 Р 21/00

ГОСУДАРСТВЕ ННЫ Й КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ш где U =ln —. а

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4822258/10 (22) 28.03,90 (46) 15.07.92, Бюл, Мг 26. (71) Научно-исследовательский институт физических измерений (72) В.А.Волков, В.В.Рыжаков и А.Н.Цапулин (53) 531.768(088.8) (56) Bode H.W.. Relations Веоаееп Attenuation

and Phase in Feedback Amplifer Design. ВеИ

System, Tech. 1940, vol, lulx P.P, 42.1 — 4$4.

Авторское свидетельство СССР

М l356746, кл. 6 01 Р 21/00, 1986, (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ДИНАМИЧЕСКОЙ ХАРАКТЕРИСТИКИ АКСЕЛЕРОМЕТРОВ С МИНИМАЛЬНО-ФАЗОВЫМИ

ХАРАКТЕ РИ СТИ КАМ И

Изобретение относится к технологии изготовления акселерометров с минималь, но-фазовыми характеристиками и может быть использовано при определении их динамической характеристики (ДХ).

Известен способ определения фазочастотной характеристики (ФЧХ) электронных усилителей путем замера амплитудно-частотной характеристики (АЧХ) усилителя с последующим ее пересчетом в ФЧХ по формуле

1 d5 1"

q)(z) = — ) — 4р ccooth — d 0, n du е (1) Предлагаемый способ характеризуется сложностью замера АЧХ акселерометра в широком диапазоне частот и при больших

„„. Ж„„1748074 А1 (57) Использование: приборостроение, технология изготовления акселерометров с минимально-фазовыми характеристиками и их поверка. Сущность изобретения: чувствительный элемент испытуемого акселерометра 2 поочередно возбуждает на разных частотах. Одна частота равна резонансной.

Другая частота равна граничному значению рабочего диапазона измеряемых частот, Измеряют фазовый сдвиг на этих частотах, О динамической хара ктеристике акселерометра 2 судят по его динамической чувствительности на фиксированных частотах, Динамическую чувствительность определяют из соотношения измеренных параметров, 1 ил. величинах амплитуд ускорения с высокой точностью, сложностью оценки погрешности ДХ акселерометра через АЧХ,замеренную в ограниченном диапазоне частот. 4

Известен способ определения ДХ ак- Д селерометра с жидкостным демпфером, QQ включающий определение коэффициента ( передачи первичного преобразователя на фиксированных частотах при фиксирован- д ных температурах, в котором с целью упрощения контроля ДХ и расширения диапазона контролируемых параметров, предварительно определяют массу ЧЭ, собственную частоту его колебаний, конструктивную постоянную акселерометра и функцию температурной зависимости вязкости демпфирующей жидкости, после этого охлаждают акселерометр до температуры, равной нижнему пределу рабочего диапазона температур акселерометра, а затем пооче1748074 редно возбуждают акселерометр на фиксированных частотах, измеряют коэффициенты преобразования ЧЭ на каждой частоте, сравнивают их с расчетными и по результатам сравнения судят о динамической характери- 5 стике акселерометра во всем рабочем диапазоне температур, Этот способ характеризуется большой трудоемкостью, обусловленной необходимостью замера массы инерционного эле- 10 мента, что для некоторых конструкций, например микроэлектронных, произвести трудно, Цель изобретения — повышение точности контроля ДХ и его упрощение. 15

Цель достигается тем, что поочередно возбуждают ЧЭ на астоте, равной резонансной, и частоте, равной граничному значению рабочего диапазона измеряемых частот, измеряют фазовый сдвиг на этих частотах, а о 20

ДХ акселерометра судят по его динамической чувствительности на фиксированных частотах, определяемой по формуле

25 — — — - —. ) о„ tgq, — (4. . ; 4 г 1-ф (Pð

9i « g г "Я Ц г

Р -(1 tg qt, 30

Р (г г <9 Рр

« г ф - г

-( (3 "р где вр — резонансная частота;

o — граничное значение рабочего диапазона частот; 35 ир — сдвиг фазы на резонансной частоте;

p — сдвиг фазы на гранйчной частоте рабочего диапазона частот; а(— фиксированная частота.

В предложенном способе для проверки 40 минймальной фазовости акселерометров дополнительно измеряют его динамиче-, скую чувствительность на резонансной час-тоте и частоте, равной граничному значению частоты рабочего диапазона, сравнивают из- 45 меренные значения динамической чувствительности с расчетными, определенными через фазовые сдвиги на названных частотах, и по вели ю",не их отклонений от нормы, например 5, судят о минимальной фазово- 50 сти акселерометра.

Реализация заявляемого способа может осуществляться с помощью устройства, изображенного на фиг.1. В состав устройства входят; вибрационный стенд 1, генератор си- 55 нусоидальных колебаний 7, измеритель сдви-. га фазы 4 колебаний выходного сигнала испытуемого акселерометра 2 относительно выходного сигнала контрольного датчика 3, установленного нв столе вибростенда 1.

Функционируют устройство известным образом. Вибростенд возбуждают на фиксированных частотах с помощью генератора 7, Измерительные приборы (вольтметры) измеряют выходные сигналы акселерометра 2 и контрольного датчика 3. Прибор 4 измеряет ФЧХ испытуемого акселерометра, Согласно заявляемому способу акселерометр 2 возбуждают на резонансной частоте акселерометра, что контролируют по наибольшему значению амплитуды выходного сигнала прибора 2 при изменении частоты возбуждения, Измеряют АЧХ и ФЧХ акселерометра на резонансной частоте. Затем возбуждают акселерометр на частоте, равной грани,ному значению рабочего диапазона частот акселерометра. Измеряют

АЧХ и ФЧХ акселерометра на этой частоте, Фиксируют значения АЧХ и ФЧХ испытуемого акселерометра на указанных частотах.

Конт,.олируют наличие свойства минимальной фазовости акселерометра. Для этого вычисляют АЧХ акселерометра, используя замеры его ФЧХ на названных частотах по формуле (2), сравнивают вычисленные значения АЧХ с измеренными, если разница не превышает 5%, то акселерометр считают обладающим свойством минимальной фазовости, В этом случае его ДХ определяют с учетом измеренных значений ФЧХ по формуле(2), Теоретическое обоснование заявляемого способа основано на предположении допустимости представления ДХ акселерометра уравнением;

mx+ Dx+ cx = Ф(т), (3) здесь m, D, с — соответственно масса ЧЭ акселерометра, коэффициент демпфирования и жесткость акселерометрэ, Ф (т) — измеряемое воздействие, При стандартных обозначениях во = У вЂ”" - собственная частота колеN баний подвеса акселерометра;

0 (= у- — — степень успокоения колебаний инерциЬнного элемента акселерометра.

АЧХ и ФЧХ акселерометра приобретает вид =((М= (4) 1748074 (14) 35/

=o, зи(ю «с.)р (6) 10 (1 5) равна (5 -5(в )« ——

2 i(7) tg Ч.

4Я у, tgcp, "Ъ И . (- —.—

У 1ЯЧр

1О

16) вр — — м, б — 2 (, Ц< tf+r

"г Ч "г

2,t zq, и, Еу ц„

Яр t) CPp (8)

20 (9) S(q).

50 о (5)

cp(c<)- -а< с(- — — —. я z

1- ——

< а

Динамическая. чувствительность акселерометра на резонансной частоте определена из (4) условием:

Фазовый сдвиг р р выходного сигнала на частоте й) р, равной резонансной согласно (5) будет равен

ФЧХ на частоте в г равна г о

q «-ac<.t) (10) о

В заявленном способе предлагается определять ДХ акселерометра с минимальнофазовыми характеристиками, используя

ФЧХ на двух фиксированных характерных частотах а1 и а . Исходя из (5) и используя условие

63

5.- Ы-Ы:, - — éE-5)<,", 0<) Отсюда для собственной частоты акселерометра будет

И <8 т 1 Ч (12) о

G3 tg ц -са,4g, С учетом этого формула для степени успокоения колебаний акселерометрэ запишется как ,д,,,, „,,, т Ы,t y,-а,tgcfz(Ы, «t3<<-ßzt3Vz!

ДХ акселерометров формируется с выраженным резонансом,т.е.при g (-г — Это позво.1 2 ляет использовать при определении ДХ характерные для акселерометров частоты: граничную в и резонансную mp . Поэтому из выражения (9) получится

5 заменяя в формуле (12) cd) =Np, 602 =в, с учетом (14) окончательно получают

Р

Подставив (14) и (15) в (4), получают выражение АЧХ акселерометра через фазовые

15 сдвиги выходного сигнала:

Поскольку измерения ФЧХ для акселерометров с жидкостным демпфером можно осуществить с большей точностью в рабочем диапазоне частот по сравнению с заме25 рами его АЧХ, то заявляемый способ обладает не только меньшей трудоемкостью, но и большей точностью по сравнению с известными решениями.

30 Формула изобретения

Способ определения динамической характеристики акселерометров с минимально-фазовыми характеристиками, заключающийся в поочередном возбуждении

35 его чувствительного элемента на фиксированных частотах, отличающийся тем, что, с целью повышения точности контроля и его упрощения, чувствительный элемент акселерометрэ возбуждают на частоте, рэв40 ной резонансной, и частоте, равной граничному значению рабочего диапазона измеряемых частот, измеряют фазовый сдвиг на этих частотах, а о динамической характеристике акселерометра судят по его

45 динамической чувствительности S(с4) на фиксированных частотах, определяемой по формуле где а p — резонансная частота;

55 в г — граничное значение рабочего диапазона; р — сдвиг фазы на резонансной частоте;

1748074

p — сдвиг фазы на граничной частоте рабочего диапазона частот; в — фиксированная частота.

Составитель В,Костин

Техред М.Моргентал Корректор Т.Палий

Редактор Н.Горват

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 2502 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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