RU2376607C1 - Three-axis accelerometre - Google Patents

Three-axis accelerometre Download PDF

Info

Publication number
RU2376607C1
RU2376607C1 RU2008136649/28A RU2008136649A RU2376607C1 RU 2376607 C1 RU2376607 C1 RU 2376607C1 RU 2008136649/28 A RU2008136649/28 A RU 2008136649/28A RU 2008136649 A RU2008136649 A RU 2008136649A RU 2376607 C1 RU2376607 C1 RU 2376607C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
calibration
axis
calibration platform
platform
disk
Prior art date
Application number
RU2008136649/28A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Александр Абрамович Гинзбург (RU)
Александр Абрамович Гинзбург
Владимир Викторович Савосин (RU)
Владимир Викторович Савосин
Валерий Витальевич Воронин (RU)
Валерий Витальевич Воронин
Виктор Владимирович Тимков (RU)
Виктор Владимирович Тимков
Софья Николаевна Фирсова (RU)
Софья Николаевна Фирсова
Андрей Сергеевич Ицко (RU)
Андрей Сергеевич Ицко
Владимир Сергеевич Ющенко (RU)
Владимир Сергеевич Ющенко
Анатолий Борисович Манукин (RU)
Анатолий Борисович Манукин
Анна Викторовна Новикова (RU)
Анна Викторовна Новикова
Павел Владимирович Березин (RU)
Павел Владимирович Березин
Ростислав Игоревич Кондратенко (RU)
Ростислав Игоревич Кондратенко
Original Assignee
Учреждение Российской академии наук Институт геоэкологии им. Е.М. Сергеева РАН (ИГЭ РАН)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Учреждение Российской академии наук Институт геоэкологии им. Е.М. Сергеева РАН (ИГЭ РАН) filed Critical Учреждение Российской академии наук Институт геоэкологии им. Е.М. Сергеева РАН (ИГЭ РАН)
Priority to RU2008136649/28A priority Critical patent/RU2376607C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2376607C1 publication Critical patent/RU2376607C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)
  • Navigation (AREA)

Abstract

FIELD: measurement equipment.
SUBSTANCE: invention refers to measurement equipment and can be used for measuring accelerations induced with vibrations of the base on which three-axis accelerometre is installed. In order to achieve this result, accelerometre includes calibration platform 1, three one-axis acceleration sensors 2, electric motor 3 with rotor position sensor 4 and reduction gear 5, plate 7 with holes 8, electronic optic unit 9 with photodiode 10 and photoreceiver 11. Plate 7 is located between photodiode 10 and photoreceiver 11 so that plate holes can pass between photodiode 10 and photoreceiver 11 when it is rotated. Unit 12 for adjusting angular oscillations of calibration platform 1 is connected to plate 7 and made in the form of two levers 13 and 14, one end of one of which is hinged to plate 7, and the other end is hinged to second lever 14. The other end of second lever 14 is rigidly fixed on calibration platform 1. Calibration control module 15 has three inputs and two outputs. Two one-axis sensors 2 of accelerations with horizontal sensitivity axes are located on one side and at equal distances from axis of oscillation of calibration platform 1, and the third one - on axis of oscillation of calibration platform 1.
EFFECT: improving measuring accuracy.
3 dwg

Description

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения ускорений, вызываемых колебаниями основания, на котором установлен трехкоординатный акселерометр, в том числе и при скважинных измерениях и обеспечения контроля метрологических характеристик измерительного устройства путем проведения его периодических калибровок в месте измерений.The invention relates to measuring equipment and can be used to measure accelerations caused by vibrations of the base on which a three-coordinate accelerometer is installed, including during downhole measurements and to ensure control of the metrological characteristics of the measuring device by periodic calibrations at the measurement site.

Известна поворотная установка, включающая поворотную платформу с датчиками положений, коммутатор, ЭВМ, аналого-цифровой преобразователь, регистры хранения и состояния, буфер входа, три шинных формирователя, четыре дешифратора, два электронных ключа, три логических устройства И, два логических устройства ИЛИ, усилители (RU №2184979, G01P 21/00, 2000 г.).Known rotary installation, including a rotary platform with position sensors, a switch, a computer, an analog-to-digital converter, storage and status registers, an input buffer, three bus drivers, four decoders, two electronic keys, three logical AND devices, two logical OR devices, amplifiers (RU No. 2184979, G01P 21/00, 2000).

Недостатком данной поворотной установки является низкая точность измерений угловых положений платформы из-за ограниченных возможностей измерения угловых положений и отсутствия возможности получения динамических характеристик отклика акселерометров на разных частотах.The disadvantage of this rotary installation is the low accuracy of measuring the angular positions of the platform due to the limited ability to measure angular positions and the inability to obtain dynamic response characteristics of accelerometers at different frequencies.

Известно устройство для дистанционной калибровки акселерометра в составе измерительного преобразователя, включающее корпус, электронную схему обработки сигнала акселерометра, калибровочный узел в виде поворотной платформы, кулачка в виде кардиоиды, четырех арретиров, четырех пружин и четырех электромагнитов (RU №2272299, G01P 21/00, 2005).A device for remote calibration of the accelerometer as part of a measuring transducer, including a housing, an electronic signal processing circuit of the accelerometer, a calibration unit in the form of a rotary platform, a cam in the form of a cardioid, four arresters, four springs and four electromagnets (RU No. 2272299, G01P 21/00, 2005).

Недостатком данной поворотной установки является низкая точность и достоверность измерений из-за невозможности проведения динамической калибровки акселерометра и получения его основных характеристик на разных частотах, а также неточности задания угловых положений калибровочной платформы, соответствующих каждой из четырех задаваемых ориентаций.The disadvantage of this rotary installation is the low accuracy and reliability of measurements due to the impossibility of carrying out dynamic calibration of the accelerometer and obtaining its main characteristics at different frequencies, as well as the inaccuracy of setting the angular positions of the calibration platform corresponding to each of the four specified orientations.

Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемому изобретению является поворотная установка, включающая основание, установленную в нем платформу, n оптоэлектронных пар, усилители, коммутатор, двигатель с редуктором, диск на валу платформы, ЭВМ, аналого-цифровой преобразователь, регистры хранения и состояния, буфер входа, три шинных формирователя, четыре дешифратора, три логических устройства И, два логических устройства ИЛИ, два электронных ключа, электромагнитное реле. Оптоэлектронные пары расположены в одном ряду по радиусу от оси вала, на диске выполнены ряды отверстий, каждое отверстие расположено на одном из радиусов от оси вала (RU №2267749, G01P 21/00, 2004).The closest in technical essence to the present invention is a rotary installation, including a base, a platform installed in it, n optoelectronic pairs, amplifiers, a commutator, a gear motor, a disk on the platform shaft, a computer, an analog-to-digital converter, storage and status registers, a buffer input, three bus drivers, four decoders, three AND logical devices, two OR logical devices, two electronic keys, an electromagnetic relay. Optoelectronic pairs are arranged in the same row along the radius from the axis of the shaft, rows of holes are made on the disk, each hole is located on one of the radii from the axis of the shaft (RU No. 2267749, G01P 21/00, 2004).

Недостатком данного устройства является низкая точность и достоверность измерений, т.к. невозможно точно определить величину ускорений.The disadvantage of this device is the low accuracy and reliability of the measurements, because it is impossible to accurately determine the magnitude of the accelerations.

Техническим результатом является повышение точности и достоверности измерений за счет проведения динамической калибровки акселерометров на разных частотах и автоматического учета изменения параметров акселерометров, выявленных с помощью калибровки.The technical result is to increase the accuracy and reliability of measurements by conducting dynamic calibration of accelerometers at different frequencies and automatically taking into account changes in the parameters of accelerometers identified by calibration.

Технический результат достигается в трехкоординатном акселерометре, включающем калибровочную платформу, установленную с возможностью колебаний вокруг горизонтальной оси с заданной частотой, три однокоординатных датчика ускорений, расположенных на калибровочной платформе таким образом, чтобы их оси чувствительности не совпадали с осью колебаний калибровочной платформы, электромотор с датчиком положения ротора и редуктором, на выходном вале которого жестко закреплен диск с отверстиями, выполненными по одной окружности, блок задания угловых колебаний калибровочной платформы, соединенный с диском и выполненный в виде двух рычагов, один из которых одним концом шарнирно соединен с диском, а другим - шарнирно связан со вторым рычагом, другой конец второго рычага жестко закреплен на калибровочной платформе, оптоэлектронный блок с фотодиодом и фотоприемником, блок управления, регистрации и обработки результатов измерений и калибровки, модуль управления калибровкой, один вход которого соединен с блоком управления, регистрации и обработки результатов измерений и калибровки, второй - с оптоэлектронным блоком, а третий - с выходом датчика положения ротора, один выход - с электромотором, другой выход - с блоком управления, регистрации и обработки результатов измерений и калибровки, частотные фильтры, входы которых соединены с датчиками ускорений, блок аналого-цифрового преобразователя, входы которого соединены с выходами частотных фильтров, контроллер, вход которого соединен с выходом блока аналого-цифрового преобразователя, а выход - с входом блока управления, регистрации и обработки результатов измерений и калибровки, при этом диск расположен между фотодиодом и фотоприемником так, чтобы отверстия диска при его вращении проходили между фотодиодом и фотоприемником, а два однокоординатных датчика ускорений с горизонтальными осями чувствительности расположены по одну сторону и на равных расстояниях от оси колебаний калибровочной платформы, а третий - на оси колебаний калибровочной платформы.The technical result is achieved in a three-coordinate accelerometer, including a calibration platform, mounted with the possibility of oscillations around the horizontal axis with a given frequency, three single-axis acceleration sensors located on the calibration platform so that their sensitivity axes do not coincide with the axis of vibration of the calibration platform, an electric motor with a position sensor a rotor and a reducer, on the output shaft of which a disk with holes made in one circle is rigidly fixed, the task unit angular vibrations of the calibration platform, connected to the disk and made in the form of two levers, one of which is pivotally connected to the disk at one end and pivotally connected to the second lever at the other, the other end of the second lever is rigidly fixed to the calibration platform, an optoelectronic unit with a photo diode and a photodetector , a control unit for recording and processing measurement and calibration results, a calibration control module, one input of which is connected to a control unit for recording and processing measurement results and calibers ki, the second with the optoelectronic unit, and the third with the output of the rotor position sensor, one output with the electric motor, the other output with the control unit for recording and processing the results of measurements and calibration, frequency filters, the inputs of which are connected to acceleration sensors, an analog block a digital converter, the inputs of which are connected to the outputs of the frequency filters, a controller whose input is connected to the output of the analog-to-digital converter unit, and the output, to the input of the control unit, recording and processing measurement results, and calibration, while the disk is located between the photodiode and the photodetector so that the holes of the disk during its rotation pass between the photodiode and the photodetector, and two single-axis acceleration sensors with horizontal sensitivity axes are located on one side and at equal distances from the axis of oscillation of the calibration platform, and the third on the axis of oscillation of the calibration platform.

Отличительными признаками предлагаемого изобретения являются установка калибровочной платформы с возможностью колебаний вокруг горизонтальной оси с заданной частотой, установка трех однокоординатных датчика ускорений, расположенных на калибровочной платформе, таким образом, чтобы их оси чувствительности не совпадали с осью колебаний калибровочной платформы, расположение двух однокоординатных датчика ускорений с горизонтальными осями чувствительности по одну сторону и на равных расстояниях от оси колебаний калибровочной платформы, а третий - на оси колебаний калибровочной платформы, выполнение отверстий на диске по одной окружности, выполнение блока задания угловых колебаний калибровочной платформы в виде двух рычагов, один из которых одним концом шарнирно соединен с диском, а другим - шарнирно связан со вторым рычагом, другой конец второго рычага жестко закреплен на калибровочной платформе, снабжение акселерометра частотными фильтрами, соединение входов частотных фильтров с выходами датчиков ускорений и выходов с блоком аналого-цифрового преобразователя. Установка калибровочной платформы с возможностью колебаний вокруг горизонтальной оси с заданной частотой позволяет получить данные об амплитудных и частотных характеристиках датчиков ускорений для внесения поправок в работу акселерометра. Установка датчиков ускорений таким образом, чтобы их оси чувствительности были взаимно ортогональны, позволяет независимо измерять ускорения, действующие на акселерометр по трем направлениям X, Y и Z. Установка датчиков ускорений на калибровочной платформе таким образом, чтобы их оси чувствительности не совпадали с осью колебаний калибровочной платформы позволяет задавать ускорения, обусловленные колебаниями калибровочной платформы на этот датчик, при совпадении оси чувствительности хотя бы одного датчика ускорений с осью колебаний калибровочной платформы при ее наклоне не происходит изменения проекции ускорения свободного падения на ось чувствительности этого датчика. Расположение двух однокоординатных датчика ускорений с горизонтальными осями чувствительности по одну сторону и на равных расстояниях от оси колебаний калибровочной платформы, а третий - на оси колебаний калибровочной платформы позволяет повысить точность и достоверность измерений. При колебаниях калибровочной платформы с заданной частотой на каждый датчик ускорений действует переменное ускорение, обусловленное как изменением проекции ускорения свободного падения на ось чувствительности датчика ускорения, так и инерционной составляющей, связанной с тем, что каждый датчик ускорения находится на некотором расстоянии от оси колебания калибровочной платформы. Расположение двух однокоординатных датчика ускорений с горизонтальными осями чувствительности по одну сторону и на равных расстояниях от оси колебаний калибровочной платформы позволяет создать одинаковые ускорения, действующие на эти датчики ускорений, для повышения эффективности сравнительного анализа характеристик этих датчиков ускорений. Расположение третьего датчика ускорений на оси колебаний калибровочной платформы позволяет исключить влияние инерционной составляющей ускорения, действующего на этот датчик, уменьшить ошибку при калибровке. Выполнение блока задания угловых колебаний калибровочной платформы в виде двух рычагов, один из которых одним концом шарнирно соединен с диском, а другим - шарнирно связан со вторым рычагом, другой конец второго рычага жестко закреплен на калибровочной платформе позволяет повысить надежность и точность калибровки. Частота колебаний калибровочной платформы задается блоком управления, регистрации и обработки результатов измерений и калибровки и поддерживается постоянной во время калибровки с высокой точностью модулем управления калибровкой, а амплитуда угловых колебаний калибровочной платформы при ее колебаниях определяется длиной двух рычагов в блоке задания угловых колебаний калибровочной платформы, расстоянием крепления шарнира первого рычага от центра диска и координатами оси колебаний калибровочной платформы относительно оси вращения диска. Поскольку эти параметры остаются постоянными в течение всего времени эксплуатации трехкоординатного акселерометра и практически не зависят от температуры, то величины задаваемых ускорений, действующих на каждый датчик ускорения при колебаниях платформы, не изменяются, что повышает надежность и уменьшает величину ошибок калибровки.Distinctive features of the invention are the installation of a calibration platform with the possibility of oscillations around the horizontal axis with a given frequency, the installation of three single-axis acceleration sensors located on the calibration platform, so that their sensitivity axes do not coincide with the axis of vibration of the calibration platform, the location of two single-axis acceleration sensors with horizontal axes of sensitivity on one side and at equal distances from the axis of oscillation of the calibration platform we, and the third - on the axis of vibration of the calibration platform, making holes on the disk in one circle, executing a block for specifying the angular vibrations of the calibration platform in the form of two levers, one of which is pivotally connected to the disk with one end and pivotally connected to the second lever with the other, the other end of the second lever is rigidly fixed to the calibration platform, supplying the accelerometer with frequency filters, connecting the inputs of the frequency filters to the outputs of the acceleration sensors and the outputs to the analog-to-digital converter unit. The installation of a calibration platform with the possibility of oscillations around the horizontal axis with a given frequency allows you to obtain data on the amplitude and frequency characteristics of the acceleration sensors to amend the operation of the accelerometer. Installing acceleration sensors so that their sensitivity axes are mutually orthogonal allows you to independently measure the accelerations acting on the accelerometer in three directions X, Y and Z. Installing acceleration sensors on the calibration platform so that their sensitivity axes do not coincide with the axis of vibration of the calibration the platform allows you to set the acceleration due to the oscillations of the calibration platform on this sensor, if the sensitivity axis of at least one acceleration sensor coincides with the axis of vibration When tilting the calibration platform, there is no change in the projection of the gravitational acceleration on the sensitivity axis of this sensor. The location of two single-axis acceleration sensors with horizontal sensitivity axes on one side and at equal distances from the axis of vibration of the calibration platform, and the third on the axis of vibration of the calibration platform allows to increase the accuracy and reliability of measurements. When the calibration platform oscillates with a given frequency, variable acceleration acts on each acceleration sensor due to both the change in the projection of the gravity acceleration on the sensitivity axis of the acceleration sensor and the inertial component due to the fact that each acceleration sensor is at some distance from the axis of vibration of the calibration platform . The location of two single-axis acceleration sensors with horizontal sensitivity axes on one side and at equal distances from the axis of oscillation of the calibration platform allows you to create the same accelerations acting on these acceleration sensors to increase the efficiency of the comparative analysis of the characteristics of these acceleration sensors. The location of the third acceleration sensor on the axis of oscillation of the calibration platform eliminates the influence of the inertial component of the acceleration acting on this sensor, and reduces the calibration error. The execution of the unit for setting the angular vibrations of the calibration platform in the form of two levers, one of which is pivotally connected to the disk at one end and pivotally connected to the second lever at the other, the other end of the second lever is rigidly fixed to the calibration platform to increase the reliability and accuracy of calibration. The oscillation frequency of the calibration platform is set by the control unit, recording and processing the measurement and calibration results and is maintained constant during calibration with high accuracy by the calibration control module, and the amplitude of the angular oscillations of the calibration platform during its oscillations is determined by the length of two levers in the angular oscillation setting unit of the calibration platform, by the distance fixing the hinge of the first lever from the center of the disk and the coordinates of the axis of oscillation of the calibration platform relative to the axis of rotation drive. Since these parameters remain constant throughout the life of the three-axis accelerometer and are practically independent of temperature, the values of the specified accelerations acting on each acceleration sensor during platform vibrations do not change, which increases reliability and reduces the value of calibration errors.

Трехкоординатный акселерометр поясняется чертежами, где на фиг.1 представлена общая схема устройства, на фиг.2 - расположение датчиков ускорения на калибровочной платформе, на фиг.3 - выполнение блока задания угловых колебаний калибровочной платформы.The three-coordinate accelerometer is illustrated by drawings, in which Fig. 1 shows a general diagram of a device, Fig. 2 shows the location of acceleration sensors on a calibration platform, and Fig. 3 shows a block for setting angular vibrations of a calibration platform.

Трехкоординатный акселерометр включает калибровочную платформу 1, установленную с возможностью колебаний вокруг горизонтальной оси с заданной частотой, три однокоординатных (одноосных) датчика ускорений 2, расположенных на калибровочной платформе 1 таким образом, чтобы их оси чувствительности были взаимно ортогональны и не совпадали с осью колебаний калибровочной платформы 1, электромотор 3 с датчиком положения ротора 4 и редуктором 5, на выходном вале 6 которого жестко закреплен диск 7 с отверстиями 8, выполненными по одной окружности, оптоэлектронный блок 9 с фотодиодом 10 и фотоприемником 11. Диск 7 расположен между фотодиодом 10 и фотоприемником 11 так, чтобы отверстия диска при его вращении проходили между фотодиодом 10 и фотоприемником 11. Блок 12 задания угловых колебаний калибровочной платформы 1 соединен с диском 7 и выполнен в виде двух рычагов 13 и 14, один из которых (рычаг 13) одним концом шарнирно соединен с диском 7, а другим - шарнирно связан со вторым рычагом 14, другой конец второго рычага 14 жестко закреплен на калибровочной платформе 1. Шарнир рычага 13 соединен с диском 7 на определенном расстоянии от центра. Модуль управления калибровкой 15 имеет три входа и два выхода. Первый вход модуля управления калибровкой 15 соединен с блоком 16 управления, регистрации и обработки результатов измерений и калибровки, второй - с оптоэлектронным блоком 9, а третий - с выходом датчика положения ротора 4. Выходы модуля управления калибровкой 15 соединены соответственно с электромотором 3 и блоком 16 управления, регистрации и обработки результатов измерений и калибровки. Частотные фильтры 17 (их входы) соединены с датчиками ускорений 2. Входы блока 18 аналого-цифрового преобразователя соединены с выходами частотных фильтров 17. Вход контроллера 19 соединен с выходом блока 18 аналого-цифрового преобразователя, а выход - с входом блока 16 управления, регистрации и обработки результатов измерений и калибровки. Два однокоординатных датчика 2 ускорений с горизонтальными осями чувствительности расположены по одну сторону и на равных расстояниях от оси колебаний калибровочной платформы 1, а третий - на оси колебаний калибровочной платформы 1.The three-coordinate accelerometer includes a calibration platform 1, mounted with the possibility of oscillations around the horizontal axis with a given frequency, three single-axis (uniaxial) acceleration sensors 2, located on the calibration platform 1 so that their sensitivity axes are mutually orthogonal and do not coincide with the axis of oscillation of the calibration platform 1, an electric motor 3 with a rotor 4 position sensor and a gearbox 5, on the output shaft 6 of which a disk 7 is rigidly fixed with holes 8 made in one circle, op an electron block 9 with a photo diode 10 and a photodetector 11. A disk 7 is located between the photo diode 10 and a photodetector 11 so that the holes of the disk during its rotation pass between the photo diode 10 and the photodetector 11. The block 12 for setting the angular vibrations of the calibration platform 1 is connected to the disk 7 and made in the form of two levers 13 and 14, one of which (lever 13) is pivotally connected to the disk 7 by one end and pivotally connected to the second lever 14 by the other, the other end of the second lever 14 is rigidly fixed to the calibration platform 1. The lever 13 hinge is connected to the disk 7 on EFINITIONS distance from the center. Calibration Control Module 15 has three inputs and two outputs. The first input of the calibration control module 15 is connected to the control, recording and processing unit 16 of the measurement and calibration results, the second to the optoelectronic unit 9, and the third to the output of the rotor position sensor 4. The outputs of the calibration control module 15 are connected respectively to the electric motor 3 and the block 16 management, registration and processing of measurement and calibration results. Frequency filters 17 (their inputs) are connected to acceleration sensors 2. The inputs of the block 18 of the analog-to-digital converter are connected to the outputs of the frequency filters 17. The input of the controller 19 is connected to the output of the block 18 of the analog-to-digital converter, and the output to the input of the control unit 16, registration and processing measurement and calibration results. Two single-axis acceleration sensors 2 with horizontal sensitivity axes are located on one side and at equal distances from the oscillation axis of the calibration platform 1, and the third - on the oscillation axis of the calibration platform 1.

Трехкоординатный акселерометр работает следующим образом.Three-coordinate accelerometer works as follows.

После начальной установки трехкоординатного акселерометра в месте проведения измерений (например, в скважине) перед началом непрерывных измерений переменных сейсмических или техногенных ускорений, воздействующих на акселерометр, проводится его калибровка. Для этого с блока 16 управления, регистрации и обработки результатов измерений и калибровки подается команда на модуль управления калибровкой 15 о включении режима калибровки и задается частота колебаний калибровочной платформы 1. С модуля 15 на электромотор 3 начинает поступать соответствующее напряжение питания, обеспечивающее вращение ротора электромотора 3 с заданной частотой, контролируемой датчиком положения ротора 4, сигнал с которого поступает на модуль управления калибровкой 15. С валом 6 редуктора 5 электромотора жестко связан диск 7, вращение которого с помощью блока 12 задания угловых колебаний калибровочной платформы 1 преобразуется в угловые колебания калибровочной платформы 1, на которой установлены три взаимно ортогональных однокоординатных датчиков ускорений 2, т.е. они установлены таким образом, что их оси чувствительности были взаимно ортогональны. Амплитуда угловых колебаний калибровочной платформы 1 определяется геометрическими размерами рычагов в блоке 12 задания угловых колебаний калибровочной платформы 1 и расстоянием шарнирного крепления конца рычага 13 на диске 7 от его центра. При колебаниях калибровочной платформы 1 вокруг горизонтальной оси на каждый датчик ускорений 2 действуют переменные ускорения, обусловленные как изменением проекции ускорения свободного падения на ось чувствительности датчика 2, так и инерционным воздействием, определяемым расстоянием датчика 2 до оси вращения калибровочной платформы 1 и первой и второй производной по времени переменного угла наклона калибровочной платформы 1. Датчики ускорений 2 на калибровочной платформе 1 расположены таким образом (фиг.2), что наклоны платформы 1 вызывают изменения действующего ускорения сразу во всех датчиках ускорений 2: оси чувствительности датчиков 2 не совпадают с осью колебаний платформы 1, а для создания равных по величине ускорений по осям x и у, датчики 2 горизонтальных ускорений расположены по одну сторону от оси колебаний калибровочной платформы 1 и на равных расстояниях до нее. Датчик ускорений 2 с вертикальной осью чувствительности располагается на оси колебаний калибровочной платформы 1 для исключения воздействия на него инерционной составляющей. Электрические сигналы с датчиков ускорений 2 проходят фильтрацию в частотных фильтрах 17 для выделения полезного сигнала в диапазоне частот от 0,1 до 10 Гц. Эта операция необходима во время режима непрерывных измерений для уменьшения влияния собственных шумов датчиков ускорений 2 и увеличения динамического диапазона измеряемых ускорений. После фильтрации аналоговые сигналы датчиков ускорений 2 поступают на блок аналого-цифрового преобразования 18, где происходит преобразование аналоговых сигналов датчиков ускорений 2 в цифровой 24-разрядный код и затем на контроллер 19, где накапливаются полученные данные в буферной памяти и передаются в блок 16 управления, регистрации и обработки результатов измерений и калибровки.After the initial installation of the three-coordinate accelerometer at the place of measurement (for example, in the well), before the start of continuous measurements of variable seismic or technogenic accelerations affecting the accelerometer, it is calibrated. For this, from the control unit 16, recording and processing the measurement and calibration results, a command is sent to the calibration control module 15 to enable the calibration mode and the oscillation frequency of the calibration platform 1 is set. From module 15, the corresponding supply voltage starts to flow to the electric motor 3, which rotates the rotor of the electric motor 3 with a given frequency, controlled by the rotor position sensor 4, the signal from which is supplied to the calibration control module 15. A dis to 7, the rotation of which, with the help of the block 12 for specifying the angular oscillations of the calibration platform 1, is converted into angular oscillations of the calibration platform 1, on which three mutually orthogonal single-axis acceleration sensors 2 are installed, i.e. they are set in such a way that their sensitivity axes are mutually orthogonal. The amplitude of the angular vibrations of the calibration platform 1 is determined by the geometric dimensions of the levers in the block 12 for setting the angular vibrations of the calibration platform 1 and the distance of the hinged fastening of the end of the lever 13 on the disk 7 from its center. When the calibration platform 1 oscillates around the horizontal axis, acceleration variables 2 are affected by acceleration variables due to both the change in the projection of the gravitational acceleration on the sensitivity axis of the sensor 2 and the inertial effect determined by the distance of the sensor 2 to the rotation axis of the calibration platform 1 and the first and second derivatives in time of a variable angle of inclination of the calibration platform 1. The acceleration sensors 2 on the calibration platform 1 are located in such a way (figure 2) that the inclination of the platform 1 call changes in the effective acceleration immediately in all acceleration sensors 2: the sensitivity axes of the sensors 2 do not coincide with the axis of oscillation of the platform 1, and to create equal accelerations along the x and y axes, the horizontal acceleration sensors 2 are located on one side of the axis of vibration of the calibration platform 1 and at equal distances to her. The acceleration sensor 2 with a vertical axis of sensitivity is located on the oscillation axis of the calibration platform 1 to exclude the impact of the inertial component on it. Electrical signals from acceleration sensors 2 are filtered in frequency filters 17 to select a useful signal in the frequency range from 0.1 to 10 Hz. This operation is necessary during the continuous measurement mode to reduce the influence of the intrinsic noise of the acceleration sensors 2 and increase the dynamic range of the measured accelerations. After filtering, the analog signals of the acceleration sensors 2 are sent to the analog-to-digital conversion unit 18, where the analog signals of the acceleration sensors 2 are converted to a digital 24-bit code and then to the controller 19, where the received data is accumulated in the buffer memory and transmitted to the control unit 16, registration and processing of measurement and calibration results.

В течение определенного времени происходят угловые колебания калибровочной платформы 1 и запись показаний датчиков ускорений 2. Коэффициенты преобразования известных величин ускорений в электрический сигнал для каждого датчика ускорений 2 записываются в память блока 16 управления, регистрации и обработки результатов измерений и калибровки. Во время проведения длительных мониторинговых измерений такая операция периодически повторяется, чтобы получить информацию о стабильности коэффициентов преобразования каждого датчика ускорений 2. Таким образом, удается существенно повысить точность, достоверность и надежность получаемой информации. Важно, что не нарушается непрерывность измерений. Кроме того, проверяется работа всей цепочки системы получения информации о колебаниях почвы под действием сейсмической активности либо техногенных воздействий.Over a period of time, angular oscillations of the calibration platform 1 and recording of the readings of the acceleration sensors 2 occur. Coefficients of conversion of the known values of the accelerations into an electrical signal for each acceleration sensor 2 are recorded in the memory of the control unit 16 for recording and processing the measurement and calibration results. During long-term monitoring measurements, such an operation is periodically repeated to obtain information on the stability of the conversion coefficients of each acceleration sensor 2. Thus, it is possible to significantly increase the accuracy, reliability and reliability of the information received. It is important that the continuity of measurements is not violated. In addition, the operation of the entire chain of the system for obtaining information about soil vibrations under the influence of seismic activity or man-made impacts is checked.

После окончания режима калибровки калибровочную платформу 1 необходимо возвратить в первоначальное горизонтальное положение с высокой точностью. Для операции точного возврата калибровочной платформы 1 в исходное положение в модуле управления калибровкой 15 предусмотрен специальный режим остановки колебаний калибровочной платформы 1, использующий сигналы с оптоэлектронного блока 9, установленного так, что между ее фотодиодом 10 и фотоприемником 11 расположен диск 7 с отверстиями 8, выполненными по окружности. При вращении диска 7 отверстия 8 последовательно проходят между фотодиодом 10 и фотоприемником 11, что создает ряд электрических импульсов, используемых в модуле управления калибровкой 15, параллельно с сигналами с датчика положения ротора 4, для точной остановки калибровочной платформы 1 в горизонтальном положении.After the end of the calibration mode, the calibration platform 1 must be returned to its original horizontal position with high accuracy. For the operation of accurately returning the calibration platform 1 to its original position, the calibration control module 15 has a special mode for stopping the oscillations of the calibration platform 1, using signals from the optoelectronic unit 9, which is installed so that between its photodiode 10 and photodetector 11 there is a disk 7 with holes 8 made around the circumference. When the disk 7 rotates, the holes 8 sequentially pass between the photodiode 10 and the photodetector 11, which creates a series of electrical pulses used in the calibration control module 15, in parallel with the signals from the rotor 4 position sensor, to precisely stop the calibration platform 1 in a horizontal position.

Предлагаемый трехкоординатный акселерометр повышает точность и достоверность измерений за счет проведения динамической калибровки акселерометров на разных частотах и автоматического учета изменения параметров акселерометров, выявленных с помощью калибровки. Трехкоординатный акселерометр позволяет вести сейсмические наблюдения в системах оповещения о сейсмической опасности в районах расположения ответственных объектов для уменьшения ущерба от экологической катастрофы. Он может также использоваться для измерения уровня вибрационных воздействий на объектах и как наклономер. Трехкоординатный акселерометр может быть установлен на фундаментах, непосредственно на конструкциях исследуемых объектов, в скважинах и т.п.The proposed three-coordinate accelerometer improves the accuracy and reliability of measurements by conducting dynamic calibration of the accelerometers at different frequencies and automatically taking into account changes in the parameters of the accelerometers identified by calibration. The three-axis accelerometer allows seismic observations in seismic hazard warning systems in areas where critical facilities are located to reduce damage from an environmental disaster. It can also be used to measure the level of vibration effects on objects and as a tiltmeter. The three-axis accelerometer can be installed on foundations, directly on the structures of the objects under study, in wells, etc.

Claims (1)

Трехкоординатный акселерометр, включающий калибровочную платформу, установленную с возможностью колебаний вокруг горизонтальной оси с заданной частотой, три однокоординатных датчика ускорений, расположенных на калибровочной платформе по трем взаимно ортогональным направлениям таким образом, чтобы их оси чувствительности были взаимно ортогональны и не совпадали с осью колебаний калибровочной платформы, электромотор с датчиком положения ротора и редуктором, на выходном вале которого установлен диск с отверстиями, выполненными по одной окружности, блок задания угловых колебаний калибровочной платформы, соединенный с электромотором и выполненный в виде двух рычагов, один из которых одним концом шарнирно соединен с диском, а другим шарнирно связан со вторым рычагом, другой конец второго рычага жестко закреплен на калибровочной платформе, оптоэлектронный блок с фотодиодом и фотоприемником, блок управления, регистрации и обработки результатов измерений и калибровки, модуль управления калибровкой, первый вход которого соединен с блоком управления, регистрации и обработки результатов измерений и калибровки, второй - с оптоэлектронным блоком, а третий - с выходом датчика положения ротора, один выход - с электромотором, другой выход - с блоком управления, регистрации и обработки результатов измерений и калибровки, частотные фильтры, входы которых соединены с датчиками ускорений, блок аналого-цифрового преобразователя, входы которого соединены с выходами частотных фильтров, контроллер, вход которого соединен с выходом блока аналого-цифрового преобразователя, а выход - с входом блока управления, регистрации и обработки результатов измерений и калибровки, при этом диск расположен между фотодиодом и фотоприемником так, чтобы отверстия диска при его вращении проходили между фотодиодом и фотоприемником, а два однокоординатных датчика ускорений с горизонтальными осями чувствительности расположены по одну сторону и на равных расстояниях от оси колебаний калибровочной платформы, а третий - на оси колебаний калибровочной платформы. A three-axis accelerometer, including a calibration platform mounted with the possibility of oscillations around the horizontal axis with a given frequency, three single-axis acceleration sensors located on the calibration platform in three mutually orthogonal directions so that their sensitivity axes are mutually orthogonal and do not coincide with the axis of vibration of the calibration platform , an electric motor with a rotor position sensor and a gearbox, on the output shaft of which there is a disk with holes made one by one circumference, a unit for setting angular vibrations of the calibration platform, connected to an electric motor and made in the form of two levers, one of which is pivotally connected to the disk by one end and pivotally connected to the second lever by the other, the other end of the second lever is rigidly fixed to the calibration platform, optoelectronic unit with a photodiode and a photodetector, a control unit for recording and processing the results of measurements and calibration, a calibration control module, the first input of which is connected to the control unit, for recording and processing measurement and calibration results, the second with the optoelectronic unit, and the third with the output of the rotor position sensor, one output with the electric motor, the other output with the control unit for recording and processing the results of measurements and calibration, frequency filters, the inputs of which are connected to the sensors accelerations, an analog-to-digital converter unit, the inputs of which are connected to the outputs of the frequency filters, a controller whose input is connected to the output of the analog-to-digital converter unit, and the output - to the input of the control unit, registration and processing the measurement and calibration results, with the disk located between the photo diode and the photodetector so that the disk holes during rotation pass between the photo diode and the photodetector, and two single-axis acceleration sensors with horizontal sensitivity axes are located on one side and at equal distances from the oscillation axis calibration platform, and the third - on the axis of oscillation of the calibration platform.
RU2008136649/28A 2008-09-12 2008-09-12 Three-axis accelerometre RU2376607C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2008136649/28A RU2376607C1 (en) 2008-09-12 2008-09-12 Three-axis accelerometre

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2008136649/28A RU2376607C1 (en) 2008-09-12 2008-09-12 Three-axis accelerometre

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2376607C1 true RU2376607C1 (en) 2009-12-20

Family

ID=41625777

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2008136649/28A RU2376607C1 (en) 2008-09-12 2008-09-12 Three-axis accelerometre

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2376607C1 (en)

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101975872A (en) * 2010-10-28 2011-02-16 哈尔滨工程大学 Method for calibrating zero offset of quartz flexible accelerometer component
RU2488849C1 (en) * 2012-02-15 2013-07-27 Открытое акционерное общество "Газпром" Borehole three-component digital accelerometer
RU2540940C1 (en) * 2014-02-06 2015-02-10 Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт "Элпа" с опытным производством" Measurement bench for determination of transformation ratio of piezoceramic accelerometers
RU2591018C2 (en) * 2010-12-24 2016-07-10 Маньети Марелли С.П.А. Method for calibration of inertial sensor installed in arbitrary position on board vehicle, and sensor system for dynamic parameters of vehicle adapted to be arranged in arbitrary position onboard
CN105806367A (en) * 2016-03-25 2016-07-27 中国人民解放军国防科学技术大学 Gyro-free inertial system error calibration method
WO2017126986A1 (en) * 2016-01-19 2017-07-27 Алексей Михайлович КОРОЛЕВ Inertial device for creating images
RU174938U1 (en) * 2017-03-21 2017-11-13 Открытое акционерное общество "АБС ЗЭиМ Автоматизация" Digital Position Alarm Unit
RU2654977C1 (en) * 2017-01-11 2018-05-23 Федеральное государственное военное казённое образовательное учреждение высшего профессионального образования "Военная академия материально - технического обеспечения имени генерала армии А.В. Хрулева" Photoelectric accelerator sensor
CN110514871A (en) * 2019-09-03 2019-11-29 南京林业大学 A kind of calibration switching mechanism of high-precision six-dimension acceleration sensor and scaling method

Cited By (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101975872A (en) * 2010-10-28 2011-02-16 哈尔滨工程大学 Method for calibrating zero offset of quartz flexible accelerometer component
RU2591018C2 (en) * 2010-12-24 2016-07-10 Маньети Марелли С.П.А. Method for calibration of inertial sensor installed in arbitrary position on board vehicle, and sensor system for dynamic parameters of vehicle adapted to be arranged in arbitrary position onboard
RU2488849C1 (en) * 2012-02-15 2013-07-27 Открытое акционерное общество "Газпром" Borehole three-component digital accelerometer
RU2540940C1 (en) * 2014-02-06 2015-02-10 Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт "Элпа" с опытным производством" Measurement bench for determination of transformation ratio of piezoceramic accelerometers
WO2017126986A1 (en) * 2016-01-19 2017-07-27 Алексей Михайлович КОРОЛЕВ Inertial device for creating images
CN105806367A (en) * 2016-03-25 2016-07-27 中国人民解放军国防科学技术大学 Gyro-free inertial system error calibration method
CN105806367B (en) * 2016-03-25 2018-07-06 中国人民解放军国防科学技术大学 Gyro free inertia system error calibrating method
RU2654977C1 (en) * 2017-01-11 2018-05-23 Федеральное государственное военное казённое образовательное учреждение высшего профессионального образования "Военная академия материально - технического обеспечения имени генерала армии А.В. Хрулева" Photoelectric accelerator sensor
RU174938U1 (en) * 2017-03-21 2017-11-13 Открытое акционерное общество "АБС ЗЭиМ Автоматизация" Digital Position Alarm Unit
CN110514871A (en) * 2019-09-03 2019-11-29 南京林业大学 A kind of calibration switching mechanism of high-precision six-dimension acceleration sensor and scaling method
CN110514871B (en) * 2019-09-03 2024-03-08 南京林业大学 High-precision six-dimensional acceleration sensor calibration conversion mechanism and calibration method

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2376607C1 (en) Three-axis accelerometre
KR101838053B1 (en) System and method for determining movements and oscillations of moving structures
CN105445756B (en) Safety diagnosis system for structure
US7801704B2 (en) Method and system for azimuth measurements using gyro sensors
CN103238040B (en) For monitoring the system and method for machinery coupled structure
EP3315917B1 (en) Microelectromechanical systems device test system and method
JP2012018045A (en) Sensor failure diagnosis device and sensor system
Lo Iacono et al. Structural monitoring of “Himera” viaduct by low-cost MEMS sensors: characterization and preliminary results
Concepcion et al. Triaxial MEMS digital accelerometer and temperature sensor calibration techniques for structural health monitoring of reinforced concrete bridge laboratory test platform
CN104154933B (en) A kind of method based on vibrating fatigue theory analysis inertial measurement system failure mode
CN116609548B (en) Three-dimensional optical fiber acceleration sensor system capable of measuring inclination angle
RU2381511C1 (en) Comprehensive test procedure for unified positioning systems based on micromechanical accelerometres and gyroscopes and automated test bench therefor
KR101458025B1 (en) A dynamic feature measuring apparauts for a static structure and a sensor module used to it
CN113252071B (en) Critical angular acceleration test system and test method based on double fiber-optic gyroscope
KR20190113199A (en) A Method For Diagnosing a Condition of a Construction Based on Detecting a Dynamic Displacement of a Sensor Array
Jonscher et al. Dynamic displacement measurement of a wind turbine tower using accelerometers: tilt error compensation and validation
Rosal et al. Development of Triaxial MEMS Digital Accelerometer on Structural Health Monitoring System for Midrise Structures
Cervera et al. An Inertial Uni-axial Interferometer-Based Accelerometer for harsh environments
KR101095995B1 (en) Method for detecting error in global navigation satellite system
EP4050313A1 (en) System and method for measuring response of structures
KR20200025610A (en) Integrated apparatus for diagnosing sensors
CN103759710A (en) Method for measuring obliquity angle of crank arm in crank arm inertia system and obliquity angle sensor
Komarizadehasl et al. Laboratory validation of an Arduino based accelerometer designed for SHM applications
CN115931009B (en) Inertial device centrifugal measurement method based on gyroscope and laser ranging
Tomaszewski et al. Analysis of the use of integrated IMU module for vibration measurements

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20100913