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 Fx,Fy,Fz,Fw 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
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/321/3213174.gif)
F
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/321/3213176.gif)
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
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/321/3213177.gif)
a
u ![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/321/3213178.gif)
K
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/729.gif)
(
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/321/3213179.gif)
a
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/321/3213180.gif)
+
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/321/3213181.gif)
a
y ![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/321/3213182.gif)
+
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/321/3213183.gif)
a
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/321/3213184.gif)
), где a
x, a
y и a
z составляющие вектора, действующего по осям Х, Y и Z; К коэффициент пропорциональности (К
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/8776.gif)
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
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/321/3213185.gif)
F
u ![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/321/3213186.gif)
= K(
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/321/3213187.gif)
F
x ![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/321/3213188.gif)
+
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/321/3213189.gif)
F
y ![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/321/3213190.gif)
+
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/321/3213191.gif)
F
z ![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/321/3213192.gif)
+
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/321/3213193.gif)
F
w ![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/321/3213194.gif)
), где F
x, F
y, F
z и F
w значения составляющих вектора, действующих по осям X, Y, Z м W соответственно, К
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/8776.gif)
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![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/729.gif)
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![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/729.gif)
cos0
o + a
g![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/729.gif)
cos71,74
o +
+ a
g![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/729.gif)
cos71,74
o + a
g![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/729.gif)
cos71,74
o)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/8776.gif)
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)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/8776.gif)
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.