Способ измерения векторных физических величин

 

Использование: в измерительной технике, а именно при измерении векторных физических величин. Сущность изобретения: способ измерения векторных физических величин, включающих измерение составляющих вектора, действующих по трем осям, с последующим определением значения вектора, одновременно с составляющими вектора, дествующими по трем осям, производят измерение составляющей вектора, действующей по четвертой оси, а направление осей выбирают совпадающими с перпендикулярами к граням трехгранной правильной пирамиды, проведенными из центра сферы, вписанной в пирамиду, при этом значение величины вектора определяют по формуле где F_x,F_y,F_z,F_w значения составляющих вектора, действующих по осям X, Y, Z и W соответственно.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для определения значений векторных физических величин, в частности параметров магнитного потока, параметров движения и т.п.

Известен способ определения значения вектора физической величины, заключающийся в измерении составляющих вектора по трем взаимно перпендикулярным осям и нахождении модуля вектора по формуле F где F_x, F_y, F_z значения составляющих вектора, действующих по осям Х, Y, и Z соответственно (Бобров В.Д. Виброиспытания изделий с учетом составляющих вектора ускорения. Методы, метрологические характеристики и средства испытаний изделий. Материалы конференции. М. МДПТП, 1974, с.110-114). Реализация указанного способа крайне затруднена, особенно при натурных испытаниях, так как устройство для реализации способа должно иметь три квадратора, сумматор и блок извлечения квадратного корня, работающий при динамическом диапазоне входного сигнала более 50 дБ.

Известен способ (регистратор ударов 2503. Каталог фирмы Брюль и Къер, 1990), основанный на измерении составляющих вектора, действующих по трем взаимно перпендикулярным осям, и определении искомого значения путем суммирования по формуле a_u K˙( a + a_y + a ), где a_x, a_y и a_z составляющие вектора, действующего по осям Х, Y и Z; К коэффициент пропорциональности (К ≈ 0,8).

Однако при реализации этого способа возникают методические погрешности, лежащие в пределах от -20 до -40% Сущность предлагаемого способа состоит в том, что производят измерения составляющих вектора, действующих по 4 осям, направление которых совпадает с направлением перпендикуляров к граням трехгранной правильной пирамиды, проведенных из центра сферы, вписанной в пирамиду, а затем определяют значение вектора по формуле F_u = K( F_x + F_y + F_z + F_w ), где F_x, F_y, F_z и F_w значения составляющих вектора, действующих по осям X, Y, Z м W соответственно, К ≈ 0,48. При этом достигается повышение точности измерения величины вектора.

Действительно, в прототипе погрешность измерения величины вектора без учета инструментальной погрешности лежит в пределах от -20% когда направление вектора ускорения а_g совпадает с одной из осей а_u 0,8(a_g˙cos0^o + a_g cos90^o + + a_g cos90^o) 0,8a_g, до 40% когда вектор а_у находится под одинаковыми углами к осям a_u 0,8(a_gcos55^o + a_ycos55^o + + a_gcos55^o) 1,4a_g.

В предлагаемом способе эти ошибки будут лежать в пределах от -7,3% когда направление вектора совпадает с одной из осей: a_u 0,48(a_y˙cos0^o + a_g˙cos71,74^o +
+ a_g˙cos71,74^o + a_g˙cos71,74^o) ≈ 0,93a_g, до +7,3% когда вектор находится под одинаковыми углами ко всем осям
a_u 0,48(a_gcos56^o + a_gcos56^o +
+ a_gcos56^o + a_gcos56^o) ≈ 1,073a_g.

При опробировании способа на примере измерения вектора ускорения использовались три комплекта четырехканальной аппаратуры типа 00036 с датчиками типа КД-34, поверенными в соответствии с ГОСТ 8.138-84 (инструментальная составляющая погрешности 10%), аналого-цифровой вычислительный комплекс типа "Русалка". По три датчика закреплялись на боковых гранях 2-х кубов, а четыре на гранях правильной трехгранной призмы. Оба куба и призма крепились на платформе, которая подвергалась воздействию ударных перегрузок в различных направлениях.

Принимая за действительное значение пикового ускорения показания, полученные с использованием способа, основанного на геометрическом суммировании ускорений, действующих по трем взаимно-перпендикулярным осям, при испытаниях были определены максимальные значения погрешностей измерений, которые для прототипа не превысили 44% а для предлагаемого способа 12%

Формула изобретения

СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ВЕКТОРНЫХ ФИЗИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН, включающий измерение составляющих вектора, действующих по трем осям, с последующим определением значения вектора, отличающийся тем, что одновременно с составляющими вектора, действующими по трем осям, производят измерение составляющей вектора, действующей по четвертой оси, а направление осей выбирают совпадающими с перпендикулярами к граням трехгранной правильной пирамиды, проведенными из центра сферы, вписанной в пирамиду, при этом значение величины вектора определяют по формуле
|F_u| = K (|F_X| + |F_Y| + |F_Z| + |F_W|),
где F_x, F_y, F_z, F_w значения составляющих вектора, действующие по осям X, Y, Z и W соответственно.