Компенсационный акселерометр

 

Изобретение относится к области измерительной техники, а именно к измерителям линейных ускорений с компенсационным преобразованием с магнитоэлектрическим силовым преобразователем. Компенсационный акселерометр содержит чувствительный элемент, датчик положения, усилитель, магнитоэлектрический силовой преобразователь, компенсационная катушка которого подключена к выходу усилителя, а к ней подключена цепь из последовательно соединенных первого и второго резисторов, причем первый резистор зашунтирован конденсатором. К точке соединения компенсационной катушки с цепью из последовательно соединенных первого и второго резисторов подключено интегродифференцирующее звено с передаточной функцией, определяемой расчетным соотношением. Техническим результатом изобретения является повышение точности измерения линейного ускорения. 1 ил.

Изобретение относится к области измерительной техники, а именно к измерителям линейных ускорений с компенсационным преобразованием с магнитоэлектрическим силовым преобразователем.

Известны компенсационные акселерометры [1] , [2], содержащие чувствительный элемент акселерометра, датчик положения, усилитель, магнитоэлектрический силовой преобразователь, нагрузочный резистор.

Наиболее близким по технической сущности является компенсационный акселерометр [3] , содержащий чувствительный элемент акселерометра, датчик положения, усилитель, магнитоэлектрический силовой преобразователь, компенсационная катушка которого подключена к выходу усилителя, причем к компенсационной катушке подключена цепь из последовательно соединенных первого и второго резисторов, а первый резистор зашунтирован конденсатором.

Недостатком такого компенсационного акселерометра является динамическая погрешность, обусловленная включением параллельно одному из резисторов конденсатора, что равносильно введению в компенсационный акселерометр апериодического звена.

Техническим результатом изобретения является повышение точности измерения линейного ускорения.

Данный технический результат достигается в компенсационном акселерометре, содержащем чувствительный элемент акселерометра, датчик положения, усилитель, магнитоэлектрический силовой преобразователь, компенсационная катушка которого подключена к выходу усилителя, причем к компенсационной катушке подключена цепь из последовательно соединенных первого и второго резисторов, а первый резистор зашунтирован конденсатором, тем, что к точке соединения компенсационной катушки с цепью из последовательно соединенных первого и второго резисторов подключено интегродифференцирующее звено с передаточной функцией: где T₁, Т₂ - постоянные времени; S - преобразователь Лапласа; причем Т₁=r₁C; где r₁ - сопротивление первого резистора; С - емкость конденсатора; r₂ - сопротивление второго резистора.

Путем включения в компенсационном акселерометре интегродифференцирующего звена устраняется вносимое параллельно соединенными первым резистором и конденсатором запаздывание в следящей системе компенсационного акселерометра. В результате уменьшается динамическая погрешность компенсационного акселерометра и повышается точность измерения линейного ускорения.

На чертеже представлена электрическая схема компенсационного акселерометра.

В компенсационном акселерометре датчик положения 1, выполненный, например, в виде трансформаторного преобразователя с обмоткой возбуждения, запитываемой переменным напряжением U_B, и сигнальной обмоткой на чувствительном элементе акселерометра 2 подсоединен своей сигнальной обмоткой к входу усилителя 3 следящей системы акселерометра. Чувствительный элемент акселерометра 2 выполнен в виде маятника, подвешенного посредством упругой опоры. К выходу усилителя 3 включена компенсационная катушка 4 магнитоэлектрического силового преобразователя 5, к которой подключена цепь из последовательно соединенных первого резистора R1 и второго резистора R2. Параллельно первому резистору R1 подключен конденсатор С.

К точке соединения компенсационной катушки 4 с цепью из резисторов R1, R2 и конденсатором С подключено интегродифференцирующее звено 6 с передаточной функцией:

где Т₁, Т₂ - постоянные времени;
S - преобразователь Лапласа,
причем
T₁ = r₁C;

где r₁ - сопротивление первого резистора R1;
С - емкость конденсатора С;
r₂ - сопротивление второго резистора R2.

Компенсационный акселерометр работает следующим образом.

При наличии линейного ускорения под действием инерционной силы происходит изменение положения чувствительного элемента акселерометра 2, которое преобразуется посредством датчика положения 1 в электрический сигнал, поступающий на вход усилителя 3. Посредством проходящего с выхода усилителя 3 тока компенсационной катушки 4 в магнитоэлектрическом силовом преобразователе 5 создается компенсационная сила, уравновешивающая инерционную силу. Одновременно проходящим через компенсационную катушку 4 током I (S) на цепи из первого резистора R1, второго резистора R2 создается напряжение

При статическом линейном ускорении напряжение U'₁(S)
U'₁(S) = I(S) (r₁=r₂) (5)
При измерении низкочастотного линейного ускорения возникает динамическая погрешность U(S):

Посредством интегродифференцирующего звена 6 напряжение U₁(S) преобразуется в выходное напряжение компенсационного акселерометра U_a(S)
U_a(S)=U'₁(S) W(S) (7)
При подстановке в формулу (7) выражений (1), (2), (3),(4) получается

Ввиду того, что выражение (8) идентично выражению (5), следует, что измерения статического линейного ускорения и низкочастотного линейного ускорения производятся с одинаковой точностью. Таким образом, в компенсационном акселерометре происходит устранение динамической погрешности.

Источники информации
1. Авторское свидетельство СССР 1028I63, кл.G 01 Р 15/13, 1981 г.

2. Патент США 4507965, кл.G 01 P 15/13, 1985 г.

3. Патент СССР 1795374 A1, кл.G 01 Р 15/13, 15/08, 1993 г.

Формула изобретения

Компенсационный акселерометр, содержащий чувствительный элемент акселерометра, датчик положения, усилитель, магнитоэлектрический силовой преобразователь, компенсационная катушка которого подключена к выходу усилителя, причем к компенсационной катушке подключена цепь из последовательно соединенных первого и второго резисторов, а первый резистор зашунтирован конденсатором, отличающийся тем, что к точке соединения компенсационной катушки с цепью из последовательно соединенных первого и второго резисторов подключено интегродифференцирующее звено с передаточной функцией

где Т₁, Т₂ - постоянные времени;
S - преобразователь Лапласа,
причем
Т₁= r₁С;
где r₁ - сопротивление первого резистора;
С - емкость конденсатора;
r₂ - сопротивление второго резистора.

РИСУНКИ

Рисунок 1