RU2653140C1 - Accelerometer - Google Patents

Accelerometer Download PDF

Info

Publication number
RU2653140C1
RU2653140C1 RU2017117741A RU2017117741A RU2653140C1 RU 2653140 C1 RU2653140 C1 RU 2653140C1 RU 2017117741 A RU2017117741 A RU 2017117741A RU 2017117741 A RU2017117741 A RU 2017117741A RU 2653140 C1 RU2653140 C1 RU 2653140C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
output
input
circuit
exclusive
adder
Prior art date
Application number
RU2017117741A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Владимир Вениаминович Кулешов
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тульский государственный университет" (ТулГУ)
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 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тульский государственный университет" (ТулГУ) filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тульский государственный университет" (ТулГУ)
Priority to RU2017117741A priority Critical patent/RU2653140C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2653140C1 publication Critical patent/RU2653140C1/en

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
    • G01P15/00—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration
    • G01P15/02—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses
    • G01P15/08—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values
    • G01P15/13—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values by measuring the force required to restore a proofmass subjected to inertial forces to a null position

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Length Measuring Devices With Unspecified Measuring Means (AREA)

Abstract

FIELD: measuring equipment.
SUBSTANCE: accelerometer is designed for use in stabilization and navigation systems. Essence of the claimed technical solution is that, in an accelerometer comprising a sensing element, a reference voltage generator, an angle sensor, an EXCLUSIVE OR (XOR) circuit, a pair of logic elements, torque sensor, negative digital feedback, waiting for synchronous generators, RS-trigger, two pairs of coincidence circuits, synchronization circuit, low-bit reversing binary counter, low-order total register, a converter of digital information into a direct code, a binary multiplier, a sawtooth voltage generator, a negative feedback unit is introduced, from the output of the EXCLUSIVE OR (XOR) circuit to the torque sensor input through the second adder, wherein the output of the angle sensor through the proportional link is connected to one of the inputs of the first adder, the second input of which is connected to the output of an integrating AC amplifier with a stable gain, the output of which is connected to the input of the EXCLUSIVE OR (XOR) circuit, through the first logic element, in addition, from the output of the EXCLUSIVE OR (XOR) circuit to the input of the first precision relay element, an integrator and a third adder, one input of which is connected to the output of the sawtooth voltage generator, and the output is connected to the input of the first precision relay element. Output of the reversible binary counter is the digital output of the accelerometer.
EFFECT: expanded bandwidth and increased accuracy of measuring accelerations.
1 cl, 1 dwg

Description

Устройство предназначено для применения в качестве элемента в системах стабилизации, наведения и навигации. Изобретение может найти применение в приборах измерения механических величин компенсационного типа.The device is intended for use as an element in stabilization, guidance and navigation systems. The invention may find application in devices for measuring mechanical values of the compensation type.

Известно устройство для измерения ускорений (патент РФ №2098833, МПК6 G01P 15/13, опубл. 10.12.97), содержащее чувствительный элемент, включающий в себя два неподвижных электрода и подвижную пластину, три усилителя, два резистора, источник опорного напряжения, генератор электрического сигнала, две транзисторные пары, три резистора, два конденсатора, позволяющих за счет отрицательной обратной связи осуществить компенсацию электрических помех.A device for measuring accelerations is known (RF patent No. 2098833, IPC 6 G01P 15/13, publ. 10.12.97) containing a sensing element including two stationary electrodes and a movable plate, three amplifiers, two resistors, a voltage reference source, a generator an electric signal, two transistor pairs, three resistors, two capacitors, allowing due to negative feedback to compensate for electrical noise.

Недостатком данного устройства является низкая точность измерения, так как выбор коэффициента усиления в обратной связи ограничен условием устойчивости.The disadvantage of this device is the low accuracy of the measurement, since the choice of gain in feedback is limited by the stability condition.

Наиболее близким по техническому решению является устройство (RU 2231075 C1, G01P 15/13, опубл. 20.06.2004, Бюл. №17), содержащее чувствительный элемент, интегрирующий усилитель, отрицательную обратную связь содержащую датчик момента, ждущие синхронные генераторы, RS-триггер, схемы совпадения. В устройство введены две активные параллельные отрицательные обратные связи: одна - аналоговая, а другая - цифровая. Аналоговая введена с выхода интегрирующего усилителя на вход второго суммирующего элемента через последовательно включенные первый логический элемент, схему ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, первый прецизионный релейный элемент, сглаживающий фильтр, фильтр верхних частот, первый преобразователь напряжение-ток. Цифровая обратная связь введена с выхода интегрирующего усилителя на другой вход второго суммирующего элемента через последовательно включенные первый логический элемент, схему ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, первый прецизионный релейный элемент, сглаживающий фильтр, первый суммирующий элемент, релейный элемент, ждущие синхронные генераторы, RS-триггер, первую пару схем совпадения, другой вход которых соединен с выходом схемы синхронизации, малоразрядный реверсивный двоичный счетчик, малоразрядный итоговый регистр, преобразователь цифровой информации в прямой код, двоичный умножитель, вторую пару схем совпадения, другой вход которых соединен с выходом знакового разряда малоразрядного регистра, реверсивный двоичный счетчик, схему сравнения, другой вход которой соединен со схемой синхронизации через суммирующий счетчик, второй прецизионный релейный элемент, второй преобразователь напряжение-ток, кроме того, дополнительные входы малоразрядного реверсивного двоичного счетчика, малоразрядного итогового регистра, ждущих синхронных генераторов соединены с одним из выходов схемы синхронизации, вход которой соединен с выходом генератора стабильной частоты, другой выход схемы синхронизации соединен с одним из входов первого суммирующего элемента через генератор пилообразного напряжения, а также в устройство введен генератор опорного напряжения, один выход которого соединен с входом датчика угла, другой - со вторым входом схемы ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ через второй логический элемент, и выход датчика угла соединен с входом интегрирующего усилителя, причем выход реверсивного двоичного счетчика является цифровым выходом устройства.The closest in technical solution is the device (RU 2231075 C1, G01P 15/13, publ. 06/20/2004, Bull. No. 17), containing a sensing element, an integrating amplifier, negative feedback containing a torque sensor, waiting for synchronous generators, RS-trigger , match patterns. Two active parallel negative feedbacks are introduced into the device: one is analog and the other is digital. An analogue input is introduced from the output of the integrating amplifier to the input of the second summing element through the first logic element sequentially connected, an EXCLUSIVE OR circuit, the first precision relay element, a smoothing filter, a high-pass filter, a first voltage-current converter. Digital feedback is introduced from the output of the integrating amplifier to another input of the second summing element through the first logic element, the EXCLUSIVE OR circuit, the first precision relay element, the smoothing filter, the first summing element, the relay element waiting for synchronous generators, RS-trigger, the first pair coincidence circuits, the other input of which is connected to the output of the synchronization circuit, low-bit reversible binary counter, low-bit final register, digital information converter the code into a direct code, a binary multiplier, a second pair of matching circuits, the other input of which is connected to the output of the sign discharge of a low-bit register, a reversible binary counter, a comparison circuit, the other input of which is connected to the synchronization circuit via a summing counter, a second precision relay element, a second voltage converter -current, in addition, additional inputs of a low-bit reversible binary counter, a low-bit total register, waiting for synchronous generators are connected to one of the outputs of the circuit with synchronization, the input of which is connected to the output of the stable frequency generator, the other output of the synchronization circuit is connected to one of the inputs of the first summing element through a sawtooth generator, and a reference voltage generator is introduced into the device, one output of which is connected to the input of the angle sensor, the other to the second the input of the circuit is EXCLUSIVE OR through the second logic element, and the output of the angle sensor is connected to the input of the integrating amplifier, and the output of the reversing binary counter is a digital output roystva.

Недостатком устройства является малая полоса пропускания и низкая точность измерения.The disadvantage of this device is the small bandwidth and low measurement accuracy.

Задачей предложенного технического решения является повышение точности измерения ускорения и расширение полосы пропускания акселерометра.The objective of the proposed technical solution is to increase the accuracy of measuring acceleration and expanding the bandwidth of the accelerometer.

Это достигается тем, что в акселерометр, содержащий чувствительный элемент, генератор опорного напряжения соединенный с датчиком угла, со схемой ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, через второй логический элемент, интегрирующий усилитель переменного тока со стабильным коэффициентом усиления, соединенный с выходом датчика угла, датчик момента, отрицательную цифровую обратную связь, реализованную с выхода первого прецизионного релейного элемента на вход второго прецизионного релейного элемента, через последовательно соединенные по информационным входам: ждущие синхронные генераторы, RS-триггер, первую пару схем совпадения, другой вход которых соединен с выходом схемы синхронизации, малоразрядный реверсивный двоичный счетчик, малоразрядный итоговый регистр, преобразователь цифровой информации в прямой код, двоичный умножитель, вторую пару схем совпадения, другой вход которых соединен с выходом знакового разряда малоразрядного регистра, реверсивный двоичный счетчик, схему сравнения, другой вход которой соединен со схемой синхронизации через суммирующий счетчик, кроме того, дополнительные входы малоразрядного реверсивного двоичного счетчика, малоразрядного итогового регистра, ждущих синхронных генераторов соединены с одним из выходов схемы синхронизации, вход которой соединен с выходом генератора стабильной частоты, и выход схемы синхронизации соединен с генератором пилообразного напряжения схемы, введена единичная отрицательная обратная связь, с выхода схемы ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ на вход датчика момента через второй сумматор, причем выход датчика угла, через пропорциональное звено, соединен с одним из входов первого сумматора, второй вход которого соединен с выходом интегрирующего усилителя переменного тока со стабильным коэффициентом усиления, выход которого соединен с входом схемы ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, через первый логический элемент, кроме того, с выхода схемы ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ на вход первого прецизионного релейного элемента введены последовательно по информационным входам интегратор и третий сумматор, один вход которого соединен с выходом генератора пилообразного напряжения, а выход соединен с входом первого прецизионного релейного элемента. Выход реверсивного двоичного счетчика является цифровым выходом акселерометра.This is achieved by the fact that in the accelerometer containing the sensing element, the reference voltage generator connected to the angle sensor, with an EXCLUSIVE OR circuit, through the second logic element integrating an AC amplifier with a stable gain connected to the output of the angle sensor, a torque sensor, negative digital feedback realized from the output of the first precision relay element to the input of the second precision relay element through series-connected information inputs m: waiting synchronous generators, RS-trigger, the first pair of matching circuits, the other input of which is connected to the output of the synchronizing circuit, low-bit reversible binary counter, low-bit total register, digital information to direct code converter, binary multiplier, second pair of matching circuits, another input which is connected to the output of the sign discharge of a low-bit register, a reversible binary counter, a comparison circuit, the other input of which is connected to the synchronization circuit through a summing counter, in addition, The inputs of the low-bit reversible binary counter, low-bit total register, waiting for synchronous generators are connected to one of the outputs of the synchronization circuit, the input of which is connected to the output of the stable frequency generator, and the output of the synchronization circuit is connected to the sawtooth voltage generator, a single negative feedback is introduced from the output circuit EXCLUSIVE OR to the input of the torque sensor through the second adder, and the output of the angle sensor, through a proportional link, is connected to one of the inputs of the first an adder, the second input of which is connected to the output of the integrating AC amplifier with a stable gain, the output of which is connected to the input of the EXCLUSIVE OR circuit, through the first logic element, in addition, from the output of the EXCLUSIVE OR circuit, the input of the first precision relay element is sequentially inputted to the information inputs an integrator and a third adder, one input of which is connected to the output of a sawtooth voltage generator, and the output is connected to the input of the first precision relay element. The output of the reversible binary counter is the digital output of the accelerometer.

Введение интегрирующего усилителя (4) в прямую цепь и пропорционального звена (6) позволило создать изодромное звено (4, 5, 6) с передаточной функцией W(s)=K1(1+T⋅s)/s, которое обеспечит надлежащее качество переходного процесса и астатизм, где

Figure 00000001
, K2 - коэффициент передачи пропорционального звена, K1 - коэффициент передачи интегрирующего усилителя. Реализация единичной и интегрирующей обратных связей позволило повысить точность измерения ускорения, расширить полосу пропускания и создать акселерометр инвариантным к изменению коэффициента передачи и с астатизмом второго порядка.The introduction of an integrating amplifier (4) into the direct circuit and a proportional link (6) made it possible to create an isodromic link (4, 5, 6) with the transfer function W (s) = K 1 (1 + T⋅s) / s, which will ensure proper quality transient and astatism where
Figure 00000001
, K 2 - transmission coefficient of the proportional link, K 1 - transmission coefficient of the integrating amplifier. The implementation of single and integrating feedbacks made it possible to increase the accuracy of measuring acceleration, expand the passband, and create an accelerometer that is invariant to a change in the transmission coefficient and with second-order astatism.

На чертеже изображена функциональная схема акселерометра.The drawing shows a functional diagram of the accelerometer.

Акселерометр содержит чувствительный элемент 1, угловое положение которого фиксирует датчик угла 2, обмотка возбуждения которого соединена с генератором опорного напряжения 3. Выходная обмотка датчика угла 2 соединена с входом интегрирующего усилителя 4 переменного тока со стабильным коэффициентом усиления, выход которого соединен с входом первого сумматора 5. Второй вход первого сумматора 5 соединен с выходом пропорционального звена 6, вход которого соединен с выходом датчика угла 2. Выход первого сумматора 5 соединен с входом первого логического элемента 7. Вход второго логического элемента 8 соединен с одним из выходов генератора опорного напряжения 3, а выход соединен с одним из входов схемы ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 9, другой вход схемы ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 9 соединен с выходом первого логического элемента 7. Один из выходов схемы ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 9 соединен с входом второго сумматора 10, выход которого соединен с одним из входов датчика момента 11. Другой выход схемы ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 9 соединен с входом интегратора 12, выход которого соединен с одним из входов третьего сумматора 13, другой вход третьего сумматора 13 соединен с выходом генератора стабильной частоты 14, через схему синхронизации 15 и генератор пилообразного напряжения 16. Выход третьего сумматора 13 соединен с входом первого прецизионного релейного элемента 17, выходы которого соединены с входами ждущих синхронных генераторов 18 и 19. Выход ждущего синхронного генератора 18 соединен с R входом RS-триггера 20. Выход ждущего синхронного 19 соединен с S входом RS-триггера 20. Выходы RS-триггера 20 соединены соответственно с одним из входов первой пары схемы совпадения 21 и 22, другие входы 21 и 22 соединены с выходом схемы синхронизации 15. Выходы первой пары схем совпадения 21 и 22 соединены с входами малоразрядного реверсивного двоичного счетчика 23, другой вход счетчика 23 соединен с выходом схема синхронизации 15. Входами для малоразрядного итогового регистра 24 является выход малоразрядного реверсивного двоичного счетчика 23 и выход схемы синхронизации 15. Выход малоразрядного итогового регистра 24 соединен с входом преобразователя цифровой информации в прямой код 25, выход которого соединен с входом двоичного умножителя 26, выход двоичного умножителя 26 соединен с входами второй пары схем совпадения 27 и 28, другие входы второй пары схем совпадения 27 и 28 соединены с выходами знакового разряда малоразрядного итогового регистра 24. Выходы схем второй пары схем совпадения 27 и 28 соединены соответственно с суммирующим и вычитающим входами реверсивного двоичного счетчика 29. Выход реверсивного двоичного счетчика 29 соединен с одним из входов схемы сравнения 30, другой вход схемы сравнения 30 соединен с выходом схемы синхронизации 15 через суммирующий счетчик 31. Вход второго прецизионного релейного элемента 32 соединен с выходом схемы сравнения 30, а выход второго прецизионного релейного элемента 32 соединен с одним из входов второго сумматора 10. Информация о действующем ускорении, в цифровом коде, выдается с выхода реверсивного двоичного счетчика 29.The accelerometer contains a sensing element 1, the angular position of which is fixed by the angle sensor 2, the field winding of which is connected to the reference voltage generator 3. The output winding of the angle sensor 2 is connected to the input of an integrating amplifier 4 with a stable gain, the output of which is connected to the input of the first adder 5 The second input of the first adder 5 is connected to the output of the proportional link 6, the input of which is connected to the output of the angle sensor 2. The output of the first adder 5 is connected to the input of the first log element 7. The input of the second logic element 8 is connected to one of the outputs of the reference voltage generator 3, and the output is connected to one of the inputs of the EXCLUSIVE OR 9 circuit, the other input of the circuit EXCLUSIVE OR 9 is connected to the output of the first logic element 7. One of the outputs of the circuit EXCLUSIVE OR 9 is connected to the input of the second adder 10, the output of which is connected to one of the inputs of the torque sensor 11. Another output of the circuit EXCLUSIVE OR 9 is connected to the input of the integrator 12, the output of which is connected to one of the inputs of the third adder 13, the other input the third adder 13 is connected to the output of the stable frequency generator 14, through the synchronization circuit 15 and the sawtooth voltage generator 16. The output of the third adder 13 is connected to the input of the first precision relay element 17, the outputs of which are connected to the inputs of the standby synchronous generators 18 and 19. The output of the standby synchronous generator 18 is connected to the R input of the RS-flip-flop 20. The output of the standby synchronous 19 is connected to the S input of the RS-flip-flop 20. The outputs of the RS-flip-flop 20 are connected respectively to one of the inputs of the first pair of matching circuit 21 and 22, others in Odes 21 and 22 are connected to the output of the synchronization circuit 15. The outputs of the first pair of matching circuits 21 and 22 are connected to the inputs of the low-bit reversible binary counter 23, the other input of the counter 23 is connected to the output of the synchronization circuit 15. The inputs for the low-bit final register 24 are the output of the low-bit reversible binary the counter 23 and the output of the synchronization circuit 15. The output of the low-bit final register 24 is connected to the input of the digital information converter into direct code 25, the output of which is connected to the input of the binary multiplier 26, the output of the binary multiplier 26 is connected to the inputs of the second pair of matching circuits 27 and 28, the other inputs of the second pair of matching circuits 27 and 28 are connected to the outputs of the sign discharge of the low-bit final register 24. The outputs of the circuits of the second pair of matching circuits 27 and 28 are connected respectively to the summing and subtracting inputs reverse binary counter 29. The output of the reverse binary counter 29 is connected to one of the inputs of the comparison circuit 30, the other input of the comparison circuit 30 is connected to the output of the synchronization circuit 15 through the summing counter 31. The second input of the first precision relay element 32 is connected to the output of the comparison circuit 30, and the output of the second precision relay element 32 is connected to one of the inputs of the second adder 10. Information about the effective acceleration, in a digital code, is output from the output of the reversible binary counter 29.

Внутреннее содержание блоков, реализующих акселерометр, описано в книгах: Майоров С.А., Новиков Г.И. "Принцип организации цифровых машин ". Л.: Машиностроение, 1974, 432 с.; Хоровиц П., Хилл У. "Искусство схемотехники". М.: Мир, т. 1-3, 1993.The internal content of the blocks that implement the accelerometer is described in the books: Mayorov S.A., Novikov G.I. "The principle of organization of digital machines." L .: Mechanical engineering, 1974, 432 p .; Horowitz P., Hill W. "The art of circuitry." M .: World, t. 1-3, 1993.

Работа акселерометра осуществляется следующим образом.The operation of the accelerometer is as follows.

Отклонение чувствительного элемента 1, под действием ускорения, фиксируется датчиком угла 2, обмотка возбуждения которого соединена с генератором несущей частоты (ГОН) 3. Выходной сигнал с датчика угла 2 имеет фазу 0° либо 180° относительно несущей частоты ГОН 3. Выходной сигнал с датчика угла 2 усиливается первым интегрирующим усилителем переменного тока 4 со стабильным коэффициентом усиления. Сигнал с первого интегрирующего усилителя 4 поступает на один из входов первого сумматора 5, другой вход которого соединен с выходом датчика угла 2 через пропорциональное звено 6. Сигнал с выхода первого сумматора 5 поступает на вход первого логического элемента 7. С выхода первого логического элемента 7 входной сигнал с первого сумматора 5 представляется в виде сигнала прямоугольной формы с частотой ГОН 3. Для выделения фазы отклонения чувствительного элемента 1 предусмотрен второй логический элемент 8, на вход которого подается сигнал с ГОН 3. На выходе второго логического элемента 8 будет сигнал аналогичный по форме сигналу с первого логического элемента 7. Выходные сигналы с 7 и 8, сдвинутые по фазе, поступают на входы схемы ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 9 (схема сложения по модулю "2"), осуществляющей операцию логического сложения. Если сигналы с 7 и 8 имеют нулевой фазовый сдвиг, то на выходе схемы 9 имеем логический "0", если же сигналы с 7 и 8 имеют фазовый сдвиг, отличный от нуля, то на выходе 9 имеем логическую "1". Форма выходного сигнала с 9 аналогична форме сигналов со схемы 7 и 8. Выходной сигнал с выхода 9 поступает как на вход второго сумматора 10, так и на вход первого прецизионного релейного элемента 17, через интегратор 12, выход которого соединен с одним из входов третьего сумматора 13. Переключение первого прецизионного релейного элемента 17 происходит на несущей частоте генератора 3, и осуществляется фиксация уровня сигнала с выхода 9. Выход второго сумматора 10 соединен с обмоткой датчика моментов 13. На другой вход третьего сумматора 13 поступает сигнал с генератора пилообразного напряжения 16, для которого входным сигналом является сигнал со схемы синхронизации 15. Генератор стабильной частоты 14 подключен к входу схемы синхронизации 15. На выходе третьего сумматора 13 будет сигнал в виде пилы, смещенный по уровню в зависимости от фазы отклонения чувствительного элемента 1. Релейный элемент 17, включенный на выход 13, срабатывает по знаку сигнала с выхода 13, и сигнал в виде ШИМа (широтно-импульсной модуляции) поступает на входы ждущих синхронных генераторов (ЖСГ) 18 и 19, которые взводятся от релейного элемента 17 и вырабатывают короткие (длительностью, определяемой частотой привязки схемы синхронизации 15) импульсы, частота которых определяется частотой переключения 17. В зависимости от фазы отклонения чувствительного элемента 1 на RS-триггер 20 подается импульс с ЖСГ 18, либо с ЖСГ 19. На один из входов первой пары схем совпадения 21 и 22 (схем И) подаются сигналы с выхода RS-триггера 20, на другие - импульсы счета со схемы синхронизации 15. В зависимости от состояния RS-триггера 20 импульсы будут подаваться либо на суммирующий, либо на вычитающий входы малоразрядного реверсионного двоичного счетчика 23. Информация из счетчика 23 (равная разности "положительных" и "отрицательных" импульсов) по сигналу импульса установки со схемы синхронизации 15 переписывается в малоразрядный итоговый регистр 24 по импульсу записи со схемы синхронизации 15. Цифровой код с итогового регистра 24 поступает в преобразователь цифровой информации в прямой код 25. Положительная информация в малоразрядном итоговом регистре 24 представляется в прямом коде, а отрицательная - в дополнительном. Старший знаковый разряд показывает направление отклонения чувствительного элемента 1. Цифровой код с 25 поступает на двоичный умножитель 26, сигнал на выходе которого представляется в виде синхроимпульсов. Синхроимпульсы с двоичного умножителя 26, пропорциональные цифровому коду, поступают на выходы второй пары схем совпадения 27 и 28, на другие входы которых поступает старший знаковый разряд с малоразрядного итогового регистра 24. Если знаковый разряд с 24 совпадает со знаковым разрядом цифрового кода с 26, то цифровой код с 26 поступает на суммирующий вход реверсивного двоичного счетчика 29, в противном случае - на отрицательный вход счетчика 29. Информация со счетчика 29 (равная разности числа "положительных" и "отрицательных" импульсов), по сигналу с устройства распределения синхроимпульсов 15, поступает на один из входов схемы сравнения 30, другой вход 30 соединен с выходом суммирующего счетчика 31, заполнение которого осуществляется с частотой заполнения с устройства 15. Цифровые коды с 29 и 31 сравниваются схемой сравнения 30, если код с 29 больше, чем с 31, на выходе 30 имеем логический "0", в противном случае - "1". Информация со схемы сравнения 30 поступает на вход второго прецизионного релейного элемента 32, переключение которого осуществляется с частотой с устройства распределения синхроимпульсов 15, и выходной сигнал в виде ШИМа поступает на второй вход второго сумматора 10. Под действием сигналов, поступающих на датчик момента 11 с 10, чувствительный элемент 1 возвращается в исходное (нулевое) положение.The deviation of the sensor element 1, under the action of acceleration, is detected by the angle sensor 2, the field winding of which is connected to the carrier frequency generator (GON) 3. The output signal from the angle sensor 2 has a phase of 0 ° or 180 ° relative to the carrier frequency of the GON 3. The output signal from the sensor angle 2 is amplified by the first integrating AC amplifier 4 with a stable gain. The signal from the first integrating amplifier 4 is fed to one of the inputs of the first adder 5, the other input of which is connected to the output of the angle sensor 2 through a proportional link 6. The signal from the output of the first adder 5 is fed to the input of the first logic element 7. From the output of the first logic element 7, the input the signal from the first adder 5 is presented in the form of a rectangular waveform with a frequency of GON 3. To isolate the phase of deviation of the sensing element 1, a second logic element 8 is provided, the input of which is supplied with a signal from GON 3. At the output of the second logic element 8, there will be a signal similar in form to the signal from the first logical element 7. The output signals 7 and 8, shifted in phase, are fed to the inputs of the circuit EXCLUSIVE OR 9 (addition circuit modulo "2") performing the operation logical addition. If signals with 7 and 8 have a zero phase shift, then at the output of circuit 9 we have a logical "0", but if signals with 7 and 8 have a phase shift other than zero, then at output 9 we have a logical "1". The shape of the output signal with 9 is similar to the shape of the signals from circuit 7 and 8. The output signal from output 9 is supplied to the input of the second adder 10 as well as to the input of the first precision relay element 17, through an integrator 12, the output of which is connected to one of the inputs of the third adder 13. Switching of the first precision relay element 17 occurs at the carrier frequency of the generator 3, and the signal level is fixed from the output 9. The output of the second adder 10 is connected to the winding of the torque sensor 13. The si goes to the other input of the third adder 13 drove from the sawtooth voltage generator 16, for which the input signal is a signal from the synchronization circuit 15. The stable frequency generator 14 is connected to the input of the synchronization circuit 15. At the output of the third adder 13 there will be a saw-like signal, shifted in level depending on the phase of deviation of the sensing element 1. The relay element 17, connected to the output 13, is triggered by the sign of the signal from the output 13, and the signal in the form of a PWM (pulse-width modulation) is fed to the inputs of the waiting synchronous generators (ZhSG) 18 and 19, which are charged from p of the unloading element 17 and produce short (duration determined by the frequency of the synchronization circuit 15) pulses, the frequency of which is determined by the switching frequency 17. Depending on the phase of the deflection of the sensing element 1, an RS-flip-flop 20 is supplied with a pulse from the ZhSG 18, or from the ZhSG 19. On one of the inputs of the first pair of matching circuits 21 and 22 (circuits I) receives signals from the output of the RS-flip-flop 20, to the others - counts pulses from the synchronization circuit 15. Depending on the state of the RS-flip-flop 20, pulses will be sent either to the summing or to I subtract the inputs of the low-bit reversible binary counter 23. The information from the counter 23 (equal to the difference of the "positive" and "negative" pulses) from the setup pulse signal from the synchronization circuit 15 is written to the low-bit final register 24 by the write pulse from the synchronization circuit 15. The digital code from the final register 24 enters the digital information converter in direct code 25. Positive information in the low-bit final register 24 is presented in the direct code, and negative - in the additional one. The most significant digit indicates the direction of deviation of the sensitive element 1. A digital code from 25 is sent to the binary multiplier 26, the output signal of which is presented in the form of clock pulses. The clock pulses from the binary multiplier 26, proportional to the digital code, are fed to the outputs of the second pair of matching circuits 27 and 28, the other inputs of which receive the most significant digit from the low-bit final register 24. If the digit sign with 24 matches the sign digit of the digital code with 26, then digital code 26 goes to the summing input of the reversible binary counter 29, otherwise to the negative input of the counter 29. Information from the counter 29 (equal to the difference between the number of "positive" and "negative" pulses), according to the signal from the clock distribution device 15, it is supplied to one of the inputs of the comparison circuit 30, the other input 30 is connected to the output of the summing counter 31, the filling of which is carried out with the filling frequency from the device 15. Digital codes 29 and 31 are compared by the comparison circuit 30, if the code is 29 more than with 31, at output 30 we have a logical "0", otherwise - "1". Information from the comparison circuit 30 is fed to the input of the second precision relay element 32, the switching of which is carried out with a frequency from the clock distribution device 15, and the output signal in the form of a PWM is fed to the second input of the second adder 10. Under the action of the signals supplied to the torque sensor 11 s 10 , the sensing element 1 is returned to its original (zero) position.

Информация об ускорении объекта, в виде цифрового кода, поступает с выхода реверсивного двоичного счетчика 29.Information about the acceleration of the object, in the form of a digital code, comes from the output of the reversible binary counter 29.

Введение в устройство двух параллельных отрицательных обратных, одна из которых с единичной обратной связью, связей позволяет создать акселерометр повышенной точности, с астатизмом второго порядка и с изодромой по переменному току, обеспечивающей заданное качество переходного процесса и фильтрацию, а также изменение скорости интегрирования в зависимости от состояния малоразрядного реверсивного двоичного счетчика, малоразрядного итогового регистра и двоичного умножителя. Введение в устройство единичной обратной связи позволяет создать акселерометр, инвариантный к изменению коэффициента передачи.The introduction of two parallel negative feedbacks into the device, one of which with a single feedback, allows you to create an accelerometer of increased accuracy, with second-order astatism and with an alternating current isodrome, providing a given transient quality and filtering, as well as a change in the integration speed depending on states of a low-bit reversible binary counter, a low-bit total register, and a binary multiplier. The introduction of a unit feedback device allows you to create an accelerometer that is invariant to a change in the transmission coefficient.

Claims (1)

Акселерометр, содержащий чувствительный элемент, генератор опорного напряжения, соединенный с датчиком угла, со схемой ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, через второй логический элемент, интегрирующий усилитель переменного тока со стабильным коэффициентом усиления, соединенный с выходом датчика угла, датчик момента, отрицательную цифровую обратную связь, реализованную с выхода первого прецизионного релейного элемента на вход второго прецизионного релейного элемента через последовательно соединенные по информационным входам: ждущие синхронные генераторы, RS-триггер, первую пару схем совпадения, другой вход которых соединен с выходом схемы синхронизации, малоразрядный реверсивный двоичный счетчик, малоразрядный итоговый регистр, преобразователь цифровой информации в прямой код, двоичный умножитель, вторую пару схем совпадения, другой вход которых соединен с выходом знакового разряда малоразрядного регистра, реверсивный двоичный счетчик, схему сравнения, другой вход которой соединен со схемой синхронизации через суммирующий счетчик, кроме того, дополнительные входы малоразрядного реверсивного двоичного счетчика, малоразрядного итогового регистра, ждущих синхронных генераторов соединены с одним из выходов схемы синхронизации, вход которой соединен с выходом генератора стабильной частоты, и выход схемы синхронизации соединен с генератором пилообразного напряжения схемы, отличающийся тем, что в него введена единичная отрицательная обратная связь, с выхода схемы ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ на вход датчика момента через второй сумматор, причем выход датчика угла, через пропорциональное звено, соединен с одним из входов первого сумматора, второй вход которого соединен с выходом интегрирующего усилителя переменного тока со стабильным коэффициентом усиления, выход которого соединен с входом схемы ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, через первый логический элемент, кроме того, с выхода схемы ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ на вход первого прецизионного релейного элемента введены последовательно по информационным входам интегратор и третий сумматор, один вход которого соединен с выходом генератора пилообразного напряжения, а выход соединен с входом первого прецизионного релейного элемента, и выход реверсивного двоичного счетчика является цифровым выходом акселерометра.An accelerometer containing a sensing element, a reference voltage generator connected to an angle sensor, with an EXCLUSIVE OR circuit, through a second logic element integrating an AC amplifier with a stable gain connected to the output of the angle sensor, a torque sensor, negative digital feedback implemented with the output of the first precision relay element to the input of the second precision relay element through sequentially connected to the information inputs: waiting synchronous generator circuit breakers, RS-flip-flop, the first pair of matching circuits, the other input of which is connected to the output of the synchronization circuit, a low-bit reversible binary counter, a low-bit total register, a digital information to direct code converter, a binary multiplier, a second pair of matching circuits, the other input of which is connected to the output sign discharge of a low-bit register, a reversible binary counter, a comparison circuit, the other input of which is connected to the synchronization circuit through a summing counter, in addition, additional inputs of a low-bit a reversible binary counter, a low-bit total register, waiting synchronous generators are connected to one of the outputs of the synchronization circuit, the input of which is connected to the output of the stable frequency generator, and the output of the synchronization circuit is connected to the sawtooth voltage generator of the circuit, characterized in that a single negative feedback is introduced into it , from the output of the circuit EXCLUSIVE OR to the input of the torque sensor through the second adder, and the output of the angle sensor, through a proportional link, is connected to one of the inputs of the first of the adder, the second input of which is connected to the output of the integrating AC amplifier with a stable gain, the output of which is connected to the input of the EXCLUSIVE OR circuit, through the first logic element, in addition, from the output of the EXCLUSIVE OR circuit, the input of the first precision relay element is input sequentially by information the inputs of the integrator and the third adder, one input of which is connected to the output of the sawtooth voltage generator, and the output is connected to the input of the first precision relay element, and the output of the reversible binary counter is the digital output of the accelerometer.
RU2017117741A 2017-05-22 2017-05-22 Accelerometer RU2653140C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017117741A RU2653140C1 (en) 2017-05-22 2017-05-22 Accelerometer

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017117741A RU2653140C1 (en) 2017-05-22 2017-05-22 Accelerometer

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2653140C1 true RU2653140C1 (en) 2018-05-07

Family

ID=62105673

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2017117741A RU2653140C1 (en) 2017-05-22 2017-05-22 Accelerometer

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2653140C1 (en)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU920529A1 (en) * 1980-07-23 1982-04-15 Харьковское Высшее Военное Командное Училище Им.Маршала Советского Союза Крылова Н.И. Digital accelerometer
RU2018132C1 (en) * 1992-09-17 1994-08-15 Раменское приборостроительное конструкторское бюро Accelerometer
US5396439A (en) * 1991-08-20 1995-03-07 Nec Corporation Acceleration sensing device having negative feedback loop
RU2276372C1 (en) * 2004-12-27 2006-05-10 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Тульский государственный университет (ТулГУ) Device for measuring accelerations
US7406868B2 (en) * 2006-03-20 2008-08-05 Innalabs Technologies, Inc. Compensating accelerometer with optical angle sensing

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU920529A1 (en) * 1980-07-23 1982-04-15 Харьковское Высшее Военное Командное Училище Им.Маршала Советского Союза Крылова Н.И. Digital accelerometer
US5396439A (en) * 1991-08-20 1995-03-07 Nec Corporation Acceleration sensing device having negative feedback loop
RU2018132C1 (en) * 1992-09-17 1994-08-15 Раменское приборостроительное конструкторское бюро Accelerometer
RU2276372C1 (en) * 2004-12-27 2006-05-10 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Тульский государственный университет (ТулГУ) Device for measuring accelerations
US7406868B2 (en) * 2006-03-20 2008-08-05 Innalabs Technologies, Inc. Compensating accelerometer with optical angle sensing

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR102045784B1 (en) Noise reduction method with chopping for a merged mems accelerometer sensor
RU2513667C1 (en) Compensation accelerometer
RU2449293C1 (en) Compensation accelerometer
RU2415442C1 (en) Compensation accelerometre
RU2397498C1 (en) Compensation accelerometre
RU2363957C1 (en) Compensation accelerometer
RU2653140C1 (en) Accelerometer
RU2724241C1 (en) Compensatory accelerometer
RU2359277C1 (en) Compensation accelerometre
RU2411522C1 (en) Compensation accelerometre
RU2539826C2 (en) Compensation-type accelerometer
RU2750531C1 (en) Device for measuring accelerations
RU2526589C1 (en) Accelerometer
RU2276372C1 (en) Device for measuring accelerations
RU2447451C1 (en) Compensation accelerometer
RU2308039C1 (en) Device for measuring accelerations
KR101836705B1 (en) Apparatus and method for generating sine wave
RU2589771C1 (en) Capacitance-voltage measuring transducer
RU2555215C1 (en) Compensation-type accelerometer
RU2740875C1 (en) Device for measuring accelerations
RU2785946C1 (en) Device for measuring accelerations
RU2649246C1 (en) Compensation accelerometer
RU2329513C1 (en) Device for measurement of accelerations
RU2754203C1 (en) Acceleration measuring device
RU2688880C1 (en) Accelerometer

Legal Events

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

Effective date: 20190523