Способ и устройство обработки сигнала при измерении широкополосных линейных ускорений

Авторы патента:

G01P15/00 - Измерение ускорения и замедления; измерение импульсов ускорения

Владельцы патента RU 2781676:

АКЦИОНЕРНОЕ ОБЩЕСТВО "ГОСУДАРСТВЕННОЕ МАШИНОСТРОИТЕЛЬНОЕ КОНСТРУКТОРСКОЕ БЮРО "РАДУГА" ИМЕНИ А.Я. БЕРЕЗНЯКА" (RU)

Группа изобретений относится к измерительной технике и предназначено для измерения линейных широкополосных ускорений. Способ обработки сигнала при измерении широкополосных линейных ускорений заключается в применении узкополосной фильтрации сигнала с выхода линейного акселерометра. Причем фильтр является самонастраиваемым на частоту упругих колебаний конструкции, линейное ускорение которой измеряется. Технический результат – повышение точности измерения линейных ускорений объекта. 2 н.п. ф-лы, 1 ил.

Предлагаемое изобретение относится к измерительной технике и предназначено для измерения линейных широкополосных ускорений.

В настоящее время для оценки динамики летательных аппаратов применяются линейные акселерометры с рабочими частотами от 0 до 2000 Гц. Примером может служить акселерометр АВЭ 002, который серийно выпускается Пензенским институтом физических измерений. Этот прибор может быть принят в качестве аналога предложенному устройству. При измерении широкополосных линейных ускорений высоко динамичными акселерометрами, на линейное ускорение накладываются виброударные сигналы. Особенно это проявляется при измерении линейных ускорений в процессе раскладки аэродинамических поверхностей летательных аппаратов. Разделить известными способами виброударные нагрузки и нагрузки, вызванные линейным ускорением, не представляется возможным, если спектральные характеристики ударных сигналов лежат в диапазоне частот линейных ускорений. В результате ударных нагрузок в конструкциях возникает трехмерная упругая волна, вектор силы которой накладывается на силу, вызванную линейным ускорением конструкции.

Предлагаемое изобретение и направлено на решение задачи выделения линейных ускорений в условиях сильных виброударных нагрузок, при которых частотный спектр вибросигнала лежит в диапазоне частот измеряемых линейных ускорений.

Общими элементами аналога и предложенного измерителя является применение известного линейного акселерометра с режекторным фильтром на выходе, настроенным на собственную частоту линейного акселерометра.

Отличительными признаками являются дополнительно внесенные элементы: вибродатчик, спектральный анализатор и ряд режекторных фильтров. Спектральный анализатор и режекторные фильтры с настраиваемыми собственными частотами реализуются в аналого цифровом контроллере, имеющем два входа.

Для решения этой задачи, наряду с фильтрацией сигнала с выхода линейного акселерометра первым режекторным фильтром, настроенным на собственную частоту линейного акселерометра ω₀, дополнительно устанавливают ряд последовательно соединенных режекторных фильтров, собственные частоты которых настраиваются на частоты упругих колебаний конструкции, линейное ускорение которой измеряется. При этом с помощью вибродатчика, выход которого соединяется с спектральным анализатором, определяются собственные частоты конструкции в диапазоне частот от 0,1ω₀≤ω≤3ω₀.

Реализуется предложенный способ устройством, приведенным на рисунке 1.

Устройство для измерения широкополосных линейных ускорений содержит датчик линейных ускорений 1, вибродатчик 2, аналого-цифровой контроллер 3, режекторные фильтры 4, спектральный анализатор 5. Сигналы с датчика линейных ускорений 1 и с вибродатчика 2 подключаются к входам контроллера 3. Контроллер в своем составе содержит ряд последовательно соединенных режекторных фильтров 4, с управляющими входами, и спектральный анализатор 5. Вход режекторных фильтров 4 соединен с цифровым сигналом с выхода линейного акселерометра, вход спектрального анализатора 5 соединен с цифровым сигналом с выхода вибродатчика 2. Спектральный анализатор 5 имеет выходы с информацией о собственных частотах упругих колебаний. Эти выходы соединены с управляющими входами режекторных фильтров.

Устройство для измерения широкополосных линейных ускорений работает следующим образом. Перед началом измерения линейных ускорений на конструкцию воздействуют одиночным ударом. При этом на выходе вибродатчика появляется сигнал об упругих колебаниях конструкции. Этот сигнал обрабатывается спектральным анализатором, в котором выделяются собственные частоты упругих колебаний поверхности конструкции. Информация о собственных частотах упругих колебаний по управляющим входам режекторных фильтров используется для настройки собственных частот этих фильтров. Это позволяет на выходе режекторных фильтров не пропустить сигналы о собственных упругих колебаниях поверхности механизмов, движение которых измеряется линейными акселерометрами.

Тем самым измерительная система на выходе режекторных фильтров будет содержать информацию только о движении конструкции в виде линейного ускорения.

За счет применения последовательно соединенных режекторных фильтров, сигнал с выхода линейного акселерометра содержит информацию только о линейном ускорении конструкции.

Самонастройка фильтра производится перед измерением линейных ускорений. С этой целью на конструкцию задается ударное воздействие, которое измеряется вибродатчиком и определяется спектральная плотность сигнала с вибродатчика, представленная на выходах спектрального анализатора собственными частотами упругих колебаний конструкции.

Предложенный способ измерения широкополосных линейных ускорений заключается в применении узкополосной фильтрации сигнала с выхода линейного акселерометра. Причем, фильтр является самонастраиваемым на частоту упругих колебаний конструкции, линейное ускорение которой измеряется. Устройство, реализующее предложенный способ, содержит линейный акселерометр, к выходу которого подключен первый режекторный фильтр, частота которого настроена на собственную частоту линейного акселерометра, и аналого-цифровой контроллер с двумя входами, который содержит ряд последовательно соединенных режекторных фильтров с управляющими входами и спектральный анализатор. Вход режекторных фильтров соединен с цифровым сигналом входа, к которому подключен линейный акселерометр, вход спектрального анализатора соединен с цифровым сигналом входа, к которому подключен вибродатчик. Выходы спектрального анализатора содержат информацию о собственных частотах упругих колебаний конструкции, линейное ускорение которой измеряется. Эти выходы соединены с управляющими входами режекторных фильтров и это позволяет настроить собственные частоты режекторных фильтров на частоты упругих колебаний конструкции. Тем самым исключаются из сигнала линейного акселерометра упругие колебания конструкции, этот сигнал содержит информацию только о линейном движении конструкции.

1. Способ обработки сигнала при измерении широкополосных линейных ускорений, заключающийся в применении узкополосной фильтрации сигнала с выхода линейного акселерометра, отличающийся тем, что применена группа последовательно соединенных режекторных фильтор, причем собственные частоты последовательно соединенного ряда режекторных фильтров настраиваются на частоты упругих колебаний конструкции, линейное ускорение которой измеряется, причем собственные частоты конструкции измеряются в диапазоне частот 0,1ω₀≤ω≤3ω₀, где ω₀ - собственная частота упругих колебаний линейного акселерометра.

2. Устройство для измерения широкополосных линейных ускорений, реализующее способ по п. 1, содержащее линейный акселерометр, первый режекторный фильтр, настроенный на собственную частоту упругих колебаний линейного акселерометра, и аналого-цифровой контроллер обработки выходного сигнала акселерометра, отличающееся тем, что дополнительно введен вибродатчик, для измерения собственных частот колебаний конструкции, контроллер имеет два аналоговых входа, первый вход контроллера подключается к выходу линейного акселерометра, второй вход контроллера подключается к выходу вибродатчика, контроллер содержит ряд последовательно соединенных режекторных фильтров с управляющими входами и спектральный анализатор, входы режекторных фильтров подключены к цифровому сигналу первого канала контроллера, а сигнал со второго входа контроллера соединен со спектральным анализатором, выходы которого подключены к управляющим входам режекторных фильтров, при этом спектральный анализатор определяет собственные частоты упругих колебаний конструкции, на которой установлены датчики и настраивает собственные частоты режекторных фильтров на частоты упругих колебаний конструкции.

Группа изобретений относится к области приборостроения. Устройство измерения ускорения на оптическом разряде с электродным поджигом состоит из сферической камеры, прозрачной для лазерного излучения, заполненной газовой смесью; одного или нескольких лазеров, расположенных снаружи сферической камеры, излучение которых сфокусировано в центре сферической камеры, двух металлических электродов, расположенных вблизи центра сферической камеры.

Устройство и способ измерения ускорения на оптическом разряде электродным и теневым методом // 2781363

Группа изобретений относится к области приборостроения. Устройство измерения ускорения на оптическом разряде электродным и теневым методом состоит из сферической камеры, прозрачной для лазерного и видимого излучения, заполненной газовой смесью; одного или нескольких лазеров, расположенных снаружи сферической камеры, излучение которых сфокусировано в центре сферической камеры, двух металлических электродов, расположенных вблизи центра сферической камеры.

Устройство и способ измерения ускорения на оптическом разряде с фотолюминофором // 2781362

Группа изобретений относится к области приборостроения. Устройство измерения ускорения на оптическом разряде с фотолюминофором состоит из сферической камеры, прозрачной для лазерного и видимого излучения, заполненной газовой смесью, одного или нескольких лазеров, расположенных снаружи сферической камеры, излучение которых фокусируют в центре сферической камеры, двух металлических электродов, расположенных вблизи центра сферической камеры.

Устройство и способ измерения ускорения на оптическом разряде с лазерным поджигом // 2780300

Группа изобретений относится к области приборостроения. Устройство измерения ускорения на оптическом разряде с лазерным поджигом состоит из сферической камеры, прозрачной для лазерного излучения, заполненной газовой смесью; одного или нескольких лазеров, расположенных снаружи сферической камеры, излучение которых сфокусировано в центре сферической камеры, при этом вся внутренняя поверхность сферической камеры, свободная от лазерного излучения одного или нескольких лазеров, имеет датчики теплового потока, при этом количество датчиков теплового потока, попадающих целиком в тепловое пятно теплового потока нагретого от оптического разряда газа на внутренней поверхности сферической камеры, должно быть больше или равно трём по любому из двух взаимно перпендикулярных направлений.

Интегральный микромеханический гироскоп // 2778622

Изобретение относится к области измерительной техники и микросистемной техники. Интегральный микромеханический гироскоп дополнительно содержит восемь дополнительных торсионных элементов, выполненных из полупроводникового материала и расположенных с зазором относительно подложки по краям инерционной массы, четыре дополнительных неподвижных электрода электростатического привода, выполненные из полупроводникового материала, расположенные непосредственно на подложке и изолированные друг от друга вытравленным каналом, дополнительные металлические контактные площадки, расположенные на опорах и неподвижных электродах, четыре дополнительных подвижных электрода электростатического привода, выполненные из полупроводникового материала, и расположенные с зазором относительно подложки, и образующие с четырьмя дополнительными неподвижными электродами емкостных преобразователей перемещений плоские конденсаторы, а также дополнительный слой полупроводникового материала, выполненный из оксида кремния.

Датчик моментов акселерометра компенсационного // 2776595

Изобретение относится к измерительной технике. Магнит магнитной системы датчика момента акселерометра компенсационного имеет два секторных цилиндрических магнита прямоугольного сечения, размещенных симметрично относительно оси подвеса и намагниченных по радиусу таким образом, что для первого магнита кольцевая катушка проходит над северным полюсом, а для второго магнита проходит над южным полюсом, магнитопровод также состоит из двух частей, имеющих П-образную конфигурацию, при этом в первом магнитопроводе установлен первый магнит, во втором магнитопроводе установлен второй магнит таким образом, чтобы магнитная индукция в зазоре, где размещена кольцевая катушка, была равномерной, а угловые размеры секторных магнитов и соответственно магнитопроводов равны , где угол между плоскостью, проходящей через ось подвеса упругих перемычек, и плоскостью, которая определяет угловой размер секторных магнитов.

Микромеханический датчик удара // 2771967

Изобретение относится к измерительной технике. Микромеханический датчик удара представляет собой нормально разомкнутый ключ, имеющий два электрода, замыкающиеся при воздействии перегрузки, подвижный электрод, подвешенный на упругих элементах, представляющих собой изогнутую балку прямоугольного сечения, закрепленных с одной стороны в неподвижную часть основания, а с другой стороны - в инерционную массу, при этом на инерционной массе и на крышке, формирующих электроды, нанесено металлическое покрытие, места закрепления упругих элементов к инерционная массе расширены втрое по площади, инерционная масса имеет смещенный центр тяжести, что позволяет фиксировать перегрузки при боковых ударах вдоль оси X и/или Y и ударах под углом к оси чувствительности Z, герметичность внутреннего рабочего объема датчика достигается сращиванием крышки с основанием по месту крепления крышки.

Способ преобразования струйного частотного сигнала // 2771920

Изобретение относится к области автоматики и предлагается к использованию измерения и управления в системах, подверженных радиационным воздействиям и работающих во взрывоопасных условиях, а также в авиационных приборах. Способ преобразования струйного частотного сигнала давления содержит этапы, на которых входной частотный сигнал давления подают в сопла управления струйного усилителя с соплом питания, осевым приемным каналом и двумя боковыми приемными каналами, по мере увеличения частоты входного сигнала накапливают в осевом приемном канале величину потока струи сопла питания струйного усилителя, передают накапливаемый поток питания в пневматическую емкость, используют ограниченный диапазон давления накопленной части потока питания на выход.

Беспроводной трёхканальный датчик вибрации // 2765333

Изобретение относится к области измерительной техники. Сущность изобретения заключается в том, что датчик вибрации содержит корпус, а также стойку, жестко закрепленную в корпусе, в отсеке которого расположен аккумулятор, закрепленный на стойке, средство зарядки аккумулятора выполнено в виде проводной связи между внешним блоком электрического питания, аккумулятором и платой коммуникационного процессора через комплексный электрический разъем на поверхности корпуса, при этом пьезоэлектрический керамический чувствительный элемент выполнен в форме куба из объединенных в единое целое однонаправленно поляризованных и ортогонально ориентированных трех пар пьезоэлектрических сегментов.

Преобразователь струйного частотного сигнала // 2762540

Изобретение относится к области автоматики и предлагается к использованию измерения и управления в системах, подверженных радиационным воздействиям и работающим во взрывоопасных условиях, а также в авиационных приборах. Преобразователь струйного частотного сигнала давления характеризуется тем, что содержит на первой пластине струйный усилитель с соплом питания, соплами управления, осевые и боковые симметричные приемные каналы, на второй пластине – пневматическую камеру с емкостями, разделенными сужением, вход одной из них соединен с выходом осевого приемного канала усилителя на первой пластине.