Компенсационный акселератор
Использование: компенсационный акселерометр для измерения статических и динамических ускорений. Цель - повышение динамической точности за счет раздельного регулирования АЧХ и ФЧХ канала демпфирования. Сущность изобретения: акселерометр содержит инерционный элемент , колебательную систему и преобразователь перемещения, предварительный усилитель, оконечный усилитель основного канала, обратный преобразователь основного канала, дифференцирующий усилитель, усилитель постоянного тока, обмотку обратного преобразователя. Акселерометр позволяет повысить динамическую точность за счет введения дополнительного усилителя, обеспечивающего возможность независимой регулировки АЧХ и ФЧХ канала демпфирования. 2 ил. у Ј
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК (я)5 G 01 P 15/08Ц /13
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ
ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ
ПРИ ГКНТ СССР
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4916740/10 (22) 05.03.91. (46) 15.11,92. Бюл. М 42 (71) Научно-исследовательский институт физических измерений (72) А.А.Папко, В.Н.Колганов, С.H.Âÿòêèí и
Т, Н. Балашова (56) Авторское свидетельство СССР
ЬЬ 1486933, кл. G 01 P 15/13, 1987.
"Исследование акселерометров повышенной точности для беспилотных летательных аппаратов". Отчет, регистрация °
М 10601, 1984, с. 34-38. (54) КОМПЕНСАЦИОННЫЙ АКСЕЛЕРОМЕТР (57) Использование: компенсационный акселерометр для измерения статических и
Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для измерения статических и динамических ускорений.
Известны акселерометры, содержащие инерционный элемент, колебательную систему, преобразователь перемещения в электрический сигнал, усилитель цепи прямого преобразования, соединенный с первой обмоткой обратного преобразователя, а также самостоятельный канал демпфирования, состоящий из последовательно соединенных второй обмотки и усилителя, выход которого соединен с третьей обмоткой обратного преобразователя, и имеющий характеристику, близкую к характеристике идеального дифференциатора.
Недостатком указанных акселерометров является значительное энергопотребле,, Ы„„1775671 А1 динамических ускорений. Цель — повышение динамической точности за счет раздельного регулирования АЧХ и ФЧХ канала демпфирования. Сущность изобретения: акселерометр содержит инерционный элемент, колебательную систему и преобразователь перемещения, предварительный усилитель, оконечный усилитель основного канала, обратный преобразователь основного канала, дифференцирующий усилитель, усилитель постоянного тока, обмотку обратного преобразователя, Акселерометр позволяет повысить динамическую . точность за счет введения дополнительного усилителя, обеспечивающего возможность независимой регулировки АЧХ и ФЧХ кана-: ла демпфирования. 2 ил. ние, вызванное необходимостью выделения части обмотки обратного преобразователя для получения сигнала, пропорционального скорости перемещения.
Известен акселерометр, содержащий инерционный элемент, колебательную систему и преобразователь перемещения в Ch электрический сигнал, предварительный усилитель и оконечный усилитель цепи пря- ъ . мого преобразования, соединенный с первой обмоткой обратного преобразователя и канал демпфирования на основе корректирующего диффеценцирующего усилителя. вход которого подключен к выходу предварительного усилителя цепи прямого преобразования, а выход — ко второй обмотке обратного преобразователя.
Недостатком данного акселерометра является низкая динамическая точность ак1775671 селерометра, вызванная отличием динамических характеристик канала демпфирования от характеристик идеального дифференцирующего звена, и зависимостью регулировок его АЧХ и ФЧХ.
Изобретение направлено на повышение динамической точности эа счет раздельного регулирования АЧХ и ФЧХ канала демпфирования. .Согласно изобретению в компенсационный акселерометр, содержащий инерционный элемент, колебательную систему, преобразователь перемещения в электрический сигнал, подключенный через предварительный усилитель к оконечному усилителю цепи прямого преобразования, выход которого соединен с первой обмоткой обратно< о преобразователя, и канал демпфирования, содержащий подключенный к выходу предварительного усилителя дифференцирующий усилитель и вторую обмотку обратного преобразователя канала демпфирования, введен усилитель постоянного тока, вход которого подключен к выходу дифференцирующего усилителя, а выход — к второй обмотке обратного преобразователя канала демпфирования, Схема предлагаемого акселерометра . приведена на фиг. 1, где 1 — масса инерционного элемента,2 — колебательная система и преобразователь перемещения, 3 — предварительный усилитель, 4 — оконечный усилитель цепи прямого преобразования, 5— обратный преобразователь, Канал демпфирования состоит из дифференцирующего усилителя 6. вход которого подключен к выходу предварительного усилителя 3, а выход — к усилителю постоянного тока 7, соединенному с обмоткой обратного преобразователя канала демпфирования 8. На фиг. 2 приведены также обозначения резисторов R1, 82, ЙЗ, R4, R5, С1, С2, СЗ.
Акселерометр работает следующим образом.
При воздействии на инерционный элемент 1 постоянного или переменного ускорения возникает сила, преобразуемая колебательной системой в перемещение и преобразователем перемещения 2 в электрический сигнал. Этот сигнал усиливается в предварительном усилителе 3 и с его выхода подается на оконечный усилитель 4 и вход канала демпфирования. Вследствие этого по обмоткам 5 и 8 обратного преобразователя, соединенным с выходами усилителей 4 и 7, протекают токи, взаимодействие которых с полем постоянного магнита приводит к возникновению силы, стремящейся возвратить инерционный элемент 1 в исходное состояние, Совокупное действие этих сигналов приводит к форми. рованию заданных статических и динамических характеристик. Канал демпфирования работает следующим образом: переменный сигнал с выхода усилителя 3 преобраэовывается в дифференцирующем усилителе 6 так, что его выходной сигнал по амплитуде пропорционален частоте и амплитуде входного сигнала, а по фазе сдвинут относительно него на угол, близкий к л /2. Далее этот сигнал усиливается в усилителе 7 по амплитуде, не изменяя фазового сдвига, и подается в катушку В обратного преобразователя, формируя демпфирующую силу.
Передаточная функция предлагаемого канала демпфирования (см. фиг.2) при условии R2 C3 = 2R1 С1 и R2 = R3 имеет вид
2R2C1p ч(р)—
Х р Я2 С2СЗ+ 2 — + 1 вд С3
X
R5 R5
= — — х
R4 R4
2R2C1
R4 — +2G — — +1 ф - вд
30 где -,6=
1 С2
R2 С2СЗ
При условии регулирования ФЧХ кор35 ректирующего устройства изменением конденсатора С1, а АЧХ изменением отношения R5/R4 обеспечивается независимость между постоянными времени числителя и знаменателя. T.ê. на точность
40 коррекции влияют значения постоянных времени числителя, выбор параметров
R2, С2, СЗ проводят таким образом, чтобы изменение фазового сдвига в заданном интервале частот не превышало
45 требуемой величины. Совпадение ПФ вида
1 с ПФ колебательной
- — +26- — + 1 ф Щ
50 системы 2 порядка позволяет осуществить выбор параметров корректирующего усилителя по графикам АЧХ и ФЧХ, на участке, соответствующем слабым изменениям АЧХ
tD 0,7; 0 — 0,3). При этом аналогом
М
55 амплитудной ошибки является отли <ие динамической чувствительности от статической, аналогом фазовой ошибки отличие
ФЧХ от нуля, аналогом коэффициента демпфирования — коэффициент G аналогом
1775671 данными, полученными при разработке акселерометров серии Вт, Формула изобретения
С2=G СЗ агавЂ
1 й2 C2C3
R2C3 = 2R1C1
20К4 О К
oo f йЪ R2C1
Полученные теоретические выводы хорошо согласуются с экспериментальными
Составитель А.Папко
Техред M.Ìîðãåíòàë
Корректор Е.Папп
Редактор
Заказ 4032 Тираж Подписное
ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР
113035, Москва, Ж 35, Раушская наО., 4/5
Производственно-издательский комбинат "Патент", t. Ужгород, ул.Гагарина, 101 собственной частоты — частота вД. Более точно такой выбор можно осуществить, пользуясь расчетами. Процедура выбора параметров предлагаемого устройства коррекции заключается в следующем: по ФЧХ колебательной системы при
Cl)
G= 0,7 определяют отношение, соответствующее заданной фазовой ошибке.
Задаваясь частотой ащ, соответствующей максимальному э учению частоты дифференцируемого сигнала, равной, например, собственной частоте акселерометра со,, определяют параметры корректирующего устройства по формулам
Компенсационный акселерометр, содержащий инерционный элемент, колебательную систему, преобразователь перемещения в электрический сигнал, под10 ключенный через предварительный усилитель к оконечному усилителю цепи прямого преобразования, выход которого соединен о первой обмоткой обратного преобразователя, и канал демпфирования, содержащий
15 подключенный к выходу предварительного усилителя дифференцирующий усилитель и вторую обмотку обратного преобразователя канала демпфирования, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения дина20 мической точности измерений за счет раздельного регулирования амплитудночастотных и фазочастотных характеристик канала демпфирования, в него введен усилитель постоянного тока, вход которого
25 подключен к выходу дифференцирующего усилителя, а выход — к второй обмотке обратного преобразователя канала демпфирования.
