RU1775671C - Compensation accelerator - Google Patents

Abstract

Использование: компенсационный акселерометр дл  измерени  статических и динамических ускорений. Цель - повышение динамической точности за счет раздельного регулировани  АЧХ и ФЧХ канала демпфировани . Сущность изобретени : акселерометр содержит инерционный элемент , колебательную систему и преобразователь перемещени , предварительный усилитель, оконечный усилитель основного канала, обратный преобразователь основного канала, дифференцирующий усилитель, усилитель посто нного тока, обмотку обратного преобразовател . Акселерометр позвол ет повысить динамическую точность за счет введени  дополнительного усилител , обеспечивающего возможность независимой регулировки АЧХ и ФЧХ канала демпфировани . 2 ил. у ЈUsage: compensation accelerometer for measuring static and dynamic accelerations. The goal is to increase dynamic accuracy by separately adjusting the frequency response and phase response of the damping channel. SUMMARY OF THE INVENTION: An accelerometer comprises an inertia element, an oscillating system and a displacement transducer, a preamplifier, a main channel termination amplifier, a main channel inverter, a differentiating amplifier, a direct current amplifier, and a reverse transformer winding. The accelerometer improves dynamic accuracy by introducing an additional amplifier, which allows independent adjustment of the frequency response and phase response of the damping channel. 2 ill. Ј

Description

Изобретение относитс  к области измерительной техники и может быть использовано дл  измерени  статических и динамических ускорений.The invention relates to the field of measurement technology and can be used to measure static and dynamic accelerations.

Известны акселерометры, содержащие инерционный элемент, колебательную систему , преобразователь перемещени  в электрический сигнал, усилитель цепи пр мого преобразовани , соединенный с первой обмоткой обратного преобразовател , а также самосто тельный канал демпфировани , состо щий из последовательно соединенных второй обмотки и усилител , выход которого соединен с третьей обмоткой обратного преобразовател , и имеющий характеристику , близкую к характеристике идеального дифференциатора.Known accelerometers containing an inertial element, an oscillatory system, a transducer to move into an electrical signal, a direct conversion circuit amplifier connected to the first winding of the inverse transducer, as well as an independent damping channel, consisting of a second winding and an amplifier connected in series, the output of which is connected to the third winding of the inverter, and having a characteristic close to that of an ideal differentiator.

Недостатком указанных акселерометров  вл етс  значительное энергопотребление , вызванное необходимостью выделени  части обмотки обратного преобразовател  дл  получени  сигнала, пропорционального скорости перемещени .The disadvantage of these accelerometers is the significant power consumption caused by the need to isolate part of the winding of the inverter to obtain a signal proportional to the speed of movement.

Известен акселерометр, содержащий инерционный элемент, колебательную систему и преобразователь перемещени  в электрический сигнал, предварительный усилитель и оконечный усилитель цепи пр мого преобразовани , соединенный с первой обмоткой обратного преобразовател  и канал демпфировани  на основе корректирующего дифференцирующего усилител . вход которого подключен к выходу предварительного усилител  цепи пр мого преобразовани , а выход - ко второй обмотке обратного преобразовател .An accelerometer is known which comprises an inertial element, an oscillatory system and a transducer for moving into an electrical signal, a preamplifier and a direct amplifier of a direct conversion circuit connected to the first winding of the inverse transducer and a damping channel based on a corrective differentiating amplifier. the input of which is connected to the output of the preamplifier of the direct conversion circuit, and the output to the second winding of the inverse converter.

Недостатком данного акселерометра  вл етс  низка  динамическа  точность акХ|The disadvantage of this accelerometer is the low dynamic accuracy of the aX |

гg

N4N4

селерометра, вызванна  отличием динамических характеристик канала демпфировани  от характеристик идеального дифференцирующего звена, и зависимостью регулировок его АЧХ и ФЧХ.the celerometer, caused by the difference in the dynamic characteristics of the damping channel from the characteristics of the ideal differentiating element, and the dependence of the adjustments of its frequency response and phase response.

Изобретение направлено на повышение динамической точности за счет раздельного регулировани  АЧХ и ФЧХ канала демпфировани .The invention seeks to increase dynamic accuracy by separately adjusting the frequency response and phase response of the damping channel.

.Согласно изобретению в компенсационный акселерометр, содержащий инерционный элемент, колебательную систему, преобразователь перемещени  в электрический сигнал, подключенный через предва- рительный усилитель к оконечному усилителю цепи пр мого преобразовани , выход которого соединен с первой обмоткой обратного преобразовател , и канал демпфировани , содержащий подключенный к выходу предварительного усилител  дифференцирующий усилитель и вторую обмотку обратного преобразовател  канала демпфировани , введен усилитель посто нного тока, вход которого подключен к выходу дифференцирующего усилител , а выход- к второй обмотке обратного преобразовател  канала демпфировани ..According to the invention, a compensation accelerometer comprising an inertial element, an oscillatory system, a displacement transducer into an electrical signal connected through a preamplifier to a direct amplifier of the direct conversion circuit, the output of which is connected to the first winding of the inverse converter, and a damping channel containing connected to the output of the preamplifier is a differentiating amplifier and a second winding of the inverse converter of the damping channel, a constant amplifier is introduced current, the input of which is connected to the output of the differentiating amplifier, and the output to the second winding of the inverter of the damping channel.

Схема предлагаемого акселерометра приведена на фиг. 1, где 1 - масса инерционного элемента, 2 - колебательна  система и преобразователь перемещени , 3 - предварительный усилитель, 4 - оконечный усилитель цепи пр мого преобразовани , 5 - обратный преобразователь, Канал демпфировани  состоит из дифференцирующего усилител  6. вход которого подключен к выходу предварительного усилител  3, а выход - к усилителю посто нного тока 7, соединенному с обмоткой обратного преобразовател  канала демпфировани  8. На фиг. 2 приведены также обозначени  резисторов R1, R2, R3, R4, R5, С1. С2, СЗ.A diagram of the proposed accelerometer is shown in FIG. 1, where 1 is the mass of the inertial element, 2 is the oscillatory system and the displacement transducer, 3 is the preamplifier, 4 is the direct amplifier of the direct conversion circuit, 5 is the inverse converter, the damping channel consists of a differentiating amplifier 6. the input of which is connected to the output of the preliminary amplifier 3, and the output to a DC amplifier 7 connected to the winding of the inverter of the damping channel 8. In FIG. Figure 2 also shows the designations of resistors R1, R2, R3, R4, R5, C1. C2, C3.

Акселерометр работает следующим образом .The accelerometer works as follows.

При воздействии на инерционный элемент 1 посто нного или переменного ускорени  возникает сила, преобразуема  колебательной системой в перемещение и преобразователем перемещени  2 в электрический сигнал. Этот сигнал усиливаетс  в предварительном усилителе 3 и с его выхода подаетс  на оконечный усилитель 4 и вход канала демпфировани . Вследствие этого по обмоткам 5 и 8 обратного преобразовател , соединенным с выходами усилителей 4 и 7, протекают токи, взаимодействие которых с полем посто нного магнита приводит к возникновению силы, стрем щейс  возвратить инерционный элемент 1 в исходное состо ние, СовокупноеWhen the inertial element 1 is subjected to constant or variable acceleration, a force arises, which is converted by the oscillating system into displacement and by the displacement transformer 2 into an electric signal. This signal is amplified in the preamplifier 3 and from its output is supplied to the terminal amplifier 4 and the input of the damping channel. As a result, currents flow through the windings 5 and 8 of the inverter connected to the outputs of the amplifiers 4 and 7, the interaction of which with the field of the permanent magnet leads to the appearance of a force tending to return the inertial element 1 to its original state.

действие этих сигналов приводит к формированию заданных статических и динамических характеристик. Канал демпфировани  работает следующим образом: переменныйthe action of these signals leads to the formation of predetermined static and dynamic characteristics. The damping channel works as follows: variable

сигнал с выхода усилител  3 преобразовываетс  в дифференцирующем усилителе б так, что его выходной сигнал по амплитуде пропорционален частоте и амплитуде входного сигнала, а по фазе сдвинут относительно него на угол, близкий к п /2. Далее этот сигнал усиливаетс  в усилителе 7 по амплитуде , не измен   фазового сдвига, и подаетс  в катушку 8 обратного преобразовател , формиру  демпфирующую силу.the output signal of amplifier 3 is converted in differentiating amplifier b so that its output signal is amplitude proportional to the frequency and amplitude of the input signal, and phase shifted relative to it by an angle close to n / 2. Further, this signal is amplified in the amplifier 7 in amplitude without changing the phase shift, and is supplied to the inverter coil 8, generating a damping force.

Передаточна  функци  предлагаемого канала демпфировани  (см. фиг.2) при условии R2-C3 2R1-C1 и R2 R3 имеет видThe transfer function of the proposed damping channel (see figure 2) under the condition R2-C3 2R1-C1 and R2 R3 has the form

2R2C1p2R2C1p

.д. ,ч ЛГ.0 1Н.d. , h LG 0 1N

(P)p2R2 C2C3+7-J;W(P) p2R2 C2C3 + 7-J; W

Ж ад к сзW hell to sz

+1+1

У У -1- fY u -1- f

R4R4

R5 R4R5 R4

2R2C1p2R2C1p

R4 -Е + 2G -t- + 1 оЈыдR4 -E + 2G -t- + 1 od

30thirty

где ftЈwhere ftЈ

11

хч hh

R2 C2C3 сзR2 C2C3 sz

При условии регулировани  ФЧХ корректирующего устройства изменением конденсатора С1, а АЧХ изменением отношени  R5/R4 обеспечиваетс  независимость между посто нными времени числител  и знаменател . Т.к. на точностьProvided that the phase response of the correction device is adjusted by changing the capacitor C1, and the frequency response by changing the ratio R5 / R4, independence between the time constants of the numerator and denominator is ensured. Because for accuracy

коррекции вли ют значени  посто нных времени числител , выбор параметров R2, С2, СЗ провод т таким образом, чтобы изменение фазового сдвига в заданном интервале частот не превышалоcorrections affect the values of the time constants of the numerator; the parameters R2, C2, and C3 are selected so that the change in the phase shift in a given frequency range does not exceed

требуемой величины. Совпадение ПФ видаrequired size. Match PF view

-5 с ПФ колебательной-5 with PF vibrational

4+2G + 14 + 2G + 1

системы 2 пор дка позвол ет осуществить выбор параметров корректирующего усилител  по графикам АЧХ и ФЧХ, на участке, соответствующем слабым изменени м АЧХsystem 2 allows you to select the parameters of the correction amplifier according to the graphs of frequency response and phase response, in the area corresponding to weak changes in frequency response

(D 0,7; -- 0 -0,3). При этом аналогом (D 0.7; - 0 -0.3). With this analog

амплитудной ошибки  вл етс  отличие динамической чувствительности от статической , аналогом фазовой ошибки отличие ФЧХ от нул , аналогом коэффициента демпфировани  - коэффициент G аналогомamplitude error is the difference between dynamic sensitivity and static sensitivity, an analog of phase error is the difference between the phase response and zero, an analog of the damping coefficient is the coefficient G by an analog

собственной частоты - частота ад. Более точно такой выбор можно осуществить, пользу сь расчетами. Процедура выбора параметров предлагаемого устройства коррекции заключаетс  в следующем:natural frequency - the frequency of hell. More precisely, such a choice can be made using calculations. The procedure for selecting the parameters of the proposed correction device is as follows:

по ФЧХ колебательной системы приaccording to the phase response of the oscillatory system at

ы  s

G 0,7 определ ют отношение --г-, соотШ ()G 0.7 determine the ratio - g-, respectively ()

ветствующее заданной фазовой ошибке. Задава сь частотой («max, соответствующей максимальному значению частоты дифференцируемого сигнала, равной, например, собственной частоте акселерометра соь. определ ют параметры корректирующего устройства по формуламcorresponding to a given phase error. Given a frequency (max max corresponding to the maximum value of the frequency of the differentiable signal, equal, for example, to the natural frequency of the soybean accelerometer. The parameters of the correction device are determined by the formulas

С2 G2 СЗC2 G2 SZ

сод sod

11

R22 С2СЗ R2C3 2R1C1R22 C2S3 R2C3 2R1C1

DK4Dk4

К7 2DK4 K7 2DK4

147 (Oof 147 (oof

Полученные теоретические выводы хорошо согласуютс  с экспериментальнымиThe obtained theoretical conclusions are in good agreement with experimental

данными, полученными при разработке акселерометров серии Вт.data obtained during the development of the W series accelerometers.

Claims (1)

Формула изобретени The claims Компенсационный акселерометр, содержащий инерционный элемент, колебательную систему, преобразователь перемещени  в электрический сигнал, подCompensation accelerometer containing an inertial element, an oscillatory system, a transducer of displacement into an electrical signal, under ключенный через предварительный усилитель к оконечному усилителю цепи пр мого преобразовани , выход которого соединен с первой обмоткой обратного преобразовател , и канал демпфировани , содержащийconnected through a preamplifier to a terminal amplifier of the direct conversion circuit, the output of which is connected to the first winding of the inverse converter, and a damping channel containing подключенный к выходу предварительного усилител  дифференцирующий усилитель и вторую обмотку обратного преобразовател  канала демпфировани , отличающий- с   тем, что, с целью повышени  динамической точности измерений за счет раздельного регулировани  амплитудно- частотных и фазочастотных характеристик канала демпфировани , в него введен усилитель посто нного тока, вход которогоa differentiating amplifier connected to the output of the preamplifier and a second winding of the inverse converter of the damping channel, characterized in that, in order to increase the dynamic accuracy of measurements by separately controlling the amplitude-frequency and phase-frequency characteristics of the damping channel, a DC amplifier is inserted into it, input whom подключен к выходу дифференцирующего усилител , а выход - к второй обмотке обратного преобразовател  канала демпфировани .connected to the output of the differentiating amplifier, and the output to the second winding of the inverter of the damping channel. а(Р )a (P) Фиг 1Fig 1 U8bix()U8bix ()