Способ определения смещения нуля маятникового компенсационного акселерометра

 

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано при контроле параметров прецизионных компенсационных акселерометров. Сущность: устанавливают акселерометр в плоскости горизонта маятником и его осью. Затем измеряют сигналы обратной связи при двух взаимнопротивоположных положениях оси чувствительности. При этом предварительным вращением корпуса акселерометра с разомкнутой обратной связью вокруг оси маятника, получают нулевой сигнал датчика угла. Поворотом корпуса акселерометра на 90° вокруг оси маятника устанавливают его в исходное положение. Перед измерением сигнала обратной связи разбалансом усилителя сводят к нулю сигнал датчика угла. Технический результат: повышение точности. 1 ил.

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано при контроле параметров прецизионных компенсационных акселерометров.

Недостатком известных способов является малая точность измерения, обусловленная трудностью выставки оси чувствительности в строго вертикальное положение. Отклонение оси от вертикали или заданного угла вызывает появление дополнительного выходного сигнала акселерометра, величина которого суммируется с постоянной составляющей, в результате определение смещения нуля акселерометра осуществляется с большой погрешностью.

Наиболее близким к предлагаемому способу по технической сущности является способ определения смещения нуля маятникового компенсационного акселерометра, заключающийся в установке акселерометра маятником и осью вращения подвижной части в плоскости горизонта, повороте акселерометра на 180° вокруг оси вращения подвижной части и измерении полусуммы выходных сигналов акселерометра в указанных положениях (см. А.Липтон. Выставка инерциальных систем на подвижном основании, М.: Наука, 1971 г., стр.147).

Недостатком известного способа является наличие погрешности измерения, связанной с провисом подвижной части акселерометра и некоторым смещением рамки его моментного датчика от положения (относительно магнита датчика), соответствующего максимальному значению коэффициента преобразования моментного датчика. Величина погрешности может быть определена следующим образом:

где I - выходной сигнал акселерометра;

m·l - маятниковость акселерометра;

К_дм - коэффициент преобразования моментного датчика;

- измеряемое ускорение.

Коэффициент преобразования моментного датчика с цилиндрическим магнитом и косинусоидальным распределением напряженности магнитного поля в рабочем зазоре равен:

или для малых α₀ и δα:

где К₁ - коэффициент пропорциональности;

Н₀ - максимальная напряженность магнитного поля в зазоре;

α₀ - смещение центра рамки от плоскости максимальной напряженности (максимального значения коэффициента преобразования датчика);

δα - провис подвижной части.

где К_ду - коэффициент преобразования датчика угла акселерометра;

К_ус - коэффициент усилителя обратной связи.

Совместное решение уравнений (1), (2), (3), (4) дает:

Полусумма выходных сигналов акселерометра при повороте его корпуса вокруг оси подвижной части на 180° при горизонтальном маятнике равна:

Таким образом, погрешность измерения смещения нуля акселерометра от провиса, определяется величиной смещения центра рамки относительно полюсов магнита. Свести величину к нулю при регулировке акселерометра затруднительно вследствие того, что оптимальное расположение рамки и магнита определяется величинами других параметров, например минимального проявления соленоидного эффекта и т.п.

Кроме того, к недостаткам известного способа следует отнести погрешность от провиса, проявляющуюся при отклонении маятника от горизонтальной плоскости (погрешность выставки акселерометра). Проявление этой погрешности аналогично рассмотренной выше.

Целью настоящего изобретения является исключение погрешности измерения от статизма (провиса подвижной части) акселерометра.

Указанная цель достигается тем, что при определении смещения нуля акселерометра путем установки акселерометра осью вращения в плоскости горизонта и измерении полусуммы выходных сигналов акселерометра в двух противоположных относительно направления ускорения силы тяжести положениях, перед началом измерения разрывают обратную связь акселерометра и поворачивают его корпус вокруг оси вращения подвижной части до получения нулевого сигнала на выходе датчика угла акселерометра, затем поворачивают корпус на 90° вокруг оси вращения подвижной части, включают (замыкают) обратную связь и устраняют, например, разбалансом нуля усилителя изменение сигнала датчика угла, после чего измеряют выходной сигнал акселерометра, поворачивают корпус акселерометра вокруг оси подвижной части на 180°, сводят к нулю сигнал датчика угла, снова устраняют изменение сигнала датчика угла, а затем повторно измеряют выходной сигнал акселерометра.

Предлагаемый способ содержит следующие операции:

1. Акселерометр устанавливают осью вращения в плоскости горизонта, маятником вниз в направлении, близком к вертикали, и разрывают обратную связь (отключают усилитель обратной связи).

При этом маятник акселерометра примет вертикальное положение, фиг.1а, а с датчика угла будет сниматься некоторый сигнал 1, не равный нулю.

2. Корпус акселерометра поворачивают вокруг оси вращения подвижной части до получения нулевого сигнала датчика угла (фиг.1б).

3. Поворачивают корпус акселерометра на 90° вокруг оси вращения подвижной части (с помощью прямоугольной призмы, обеспечивающей точность до угловых секунд) фиг.1в, включают обратную связь и устраняют провис подвижной части сведением к нулю сигнала датчика угла. Последняя операция легко производится разбалансом нуля усилителя обратной связи. Маятник акселерометра занимает строго горизонтальное положение (фиг.1г).

4. Измеряют выходной сигнал акселерометра.

5. Поворачивают корпус акселерометра на 180° (с помощью прецизионной призмы) вокруг оси вращения подвижной части (фиг.1д) и устраняют изменение сигнала датчика угла (т.е. опять сводят его к нулю) разбалансом усилителя. При этом маятник занимает строго горизонтальное положение, противоположное относительно направления ускорения силы тяжести положению в операции 3, фиг.1е.

6. Измеряют выходной сигнал акселерометра.

7. Определяют смещение нуля как алгебраическую полусумму выходных сигналов акселерометра, измеренных в операциях 4, 6.

Таким образом, предлагаемый способ полностью исключает погрешности измерения, связанные с влиянием провиса при смещении центра рамки моментного датчика акселерометра относительно полюсов магнита датчика, а также позволяет избегать дополнительной погрешности от провиса в результате отклонения маятника от плоскости горизонта при измерении выходного сигнала акселерометра.

Использование предлагаемого способа по сравнению с известными позволяет значительно повысить точность измерения смещения нуля акселерометра (величины вредных моментов на его подвижной части) за счет исключения погрешностей связанных с провисом подвижной части.

Формула изобретения

Способ определения смещения нуля маятникового компенсационного акселерометра путем установки акселерометра маятником и его осью в плоскости горизонта и измерения сигналов обратной связи при двух взаимно противоположных положениях оси чувствительности, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, предварительно вращением вокруг оси маятника корпуса акселерометра с разомкнутой обратной связью получают нулевой сигнал датчика угла, поворотом корпуса акселерометра на 90° вокруг оси маятника устанавливают его в исходное положение и перед измерением сигнала обратной связи разбалансом усилителя сводят к нулю сигнал датчика угла.

РИСУНКИ