Способ определения изменения углового положения измерительной оси однокомпонентного акселерометра

(51) 5 6 01 Р 21/00 СУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯИ ГКНТ СССР ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ъединение в, А,Д.Шус отные лии средства о стандарий. - ТруССР, вып, 5.ИЗМЕНЕ- ИЗМЕРИ- ЕНТНОГО ному при ользовано х характе изобрете е относится к области точнония и можетбыть использоделения метрологических кселерометров,ретения является повыше- боты акселерометра за счет датливости его измерительствии перегрузок.казан общий случай ориенго с корпусом акселерометка взаимно ортогональных Изобретени го приборостро вано для опре характеристик а Целью изо ние точности ра учета упругой и ной оси при де На фиг.1 по тации связанно ра трехгранни(56) Синельников А.Е. Низкочаснейные акселерометры, Методыповерки и градуировки. М.; Изд-втов, 1979.Измерения линейных ускореды метрологических институтов С205(265). Л.: Энергия, 1977, с.31 -(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯНИЯ УГЛОВОГО ПОЛОЖЕНИЯТЕЛЬНОЙ ОСИ ОДНОКОМПОНАКСЕЛЕ РОМЕТРА(57) Изобретение относится к тоборостроению и может быть испдля определения метрологическиристик акселерометров. Целью ния является повышение точности работы акселерометра за счет учета упругой податливости его измерительной оси при действии перегрузок. Для этого акселеромето, корпус которого ориентирован по трем ортогональным осям Х, У, 2, причем осХ совпадает с измерительной осью прибора при отсутствии перегрузок, поочередно ориентируют в пяти положениях, в которых измерительная ось находится под действием различной нагрузки, Измеряют в этих положениях показания акселерометра. Затем разворачивают акселерометр на 180 вокруг горизонтальной оси, перпендикулярной измерительной оси, и вновь определяют показания акселерометра. Показания прибора во всех положениях подставляют в З соответствующие им аналитические выражения выходного сигнала с учетом соответствующих коэффициентов податливости. Решая полученную систему уравнений, находят искомые коэффициенты податливости. 2 ил. осей ХУ 2 относительно системы координатд , связанной с Землей, где ось Х совпадаетс измерительной осью прибора при отсутствии ускорения, а ось ф направлена вертикально вверх; на фиг.2 - ориентацияакселерометра в поле сил тяжести Землиреализующая предлагаемый способ.Положение прибора относительно втора силы тяжести Земли может быть зано его поворотом вокруг оси )1 на уголповоротом вокруг оси Х на угол ч, 1700486При действии перегрузки из-за упругойдеформации элементов акселерометра его измерительная Ось Пи отклоняется от положения, которое она занимала бы при отсутствии перегрузки. Указанное отклонение измерительной оси акселерометра Пи полностью может быть описано углом а ее поворота в плоскости ХУ и углом фв плоскости ХЕ.Показания Однокомпонентного акселерометра связаны с проекцией измеряемого ускорения на его измерительную Ось некоторой зависимостью, Без ограничения общности выходная характеристика линейного акселерометра может быть представлена в видеО =а+ КЧЧиэм (1)где О - показание акселерометра;а - смещение нуля акселерометра;К - коэффициент преобразования акселерометра;Юизм - проекция измеряемого ускорения на измерительную ось акселерометра.Для малых углов а, Ризмеряемая акселерометром величина равнайизм = Я 31 П (ф+ а СОЗ Ч+331 ПЧ). (2) Изменение положения измерительнойоси акселерометра, обусловленное малой упругой деформацией его элементов при перегрузке, может быть описано. следующей линейной моделью:а=Х хЧЧх+Хк уЮу+Х гЧЧг;ф = Х в хЧЧх + Х р уЧЧу + Хр гЧЧг, (3)где Хх.Хв г - постоянные коэффициенты, характеризующие упругую податливость измерительной оси акселерометра;Юх = Яз П Р- ПРОЕКЦИЯ УСКОРЕНИЯ СИЛЫтяжести на ось х;ЧЧу = Ясоз Р соз ч - пРоекциЯ УскоРениЯсилы тяжести на ось У;ЧЧг = Ясов (р 31 п ч - проекция ускорениясилы тяжести на ось 2После переворота аксеперометра вокруг любой горизонтальной оси на 180 по отношению к его положению на фиг.1 получим значения аналогичных величин;ЧЧиэм =-Яз 1 п( р+асоз ч+ ф 31 п ч);а,= Хх ЧЧх + Хо у ЧЧу + Хг ЧЧг;Р=Хлх ЧЧх+ХдуЧЧу+ Хрг ЧЧг, (4) ЧЧх = -981 п 9; чЧу = -9 соз фсоз ч; чЧг = "-Ясоз р з 1 п ч.Для малой упругой податливости измерительной оси акселерометра сумма его показаний в исходном и перевернутом состояниях равна О+О=2 а+2 КЯ созд) (Хс х 31 пр соз ч+Х.с ч х хс О 3 7 с О 8 ч+Хр х 81 пф 31 п ч+Хв гсо 3 ф 31 п ч2+(Х, г+Хд у) созо(5)з 1 п 2 ч2Задавая различные ориентации акселерометра в поле сил тяжести Земли,5 принципиально возможно определить коэффициенты Хх, Ху, Хэх, Хвг и линейнуюкомбинацию (Х, + Хду ).При изменении углового положения измерительной оси при действии перегрузки10 акселерометр дополнительно измерит проекцию поперечных ускорений на измерительную ось, равнуюЬМIЯ = ЧЧус + ЧЧ 2 Ю = ХхЧЧхчЧу+ ХсуЧЧу +ФХ рхЧЧхЧЧг+ ХвЮг + (Х,с г+ Хд у)В/уЧЧг (6)215 По известному способу указанная дополнительная величина измеряемого акселерометром ускорения не учитывается иприводит к погрешности метода измерения.Как видно из формулы (6), данная погреш 20 ность может быть полностью учтена признании пяти коэффициентов Х,1 х, Х,у, Хвх,Х в г и (Х, г+ Хв у), которые определяютсяпо предлагаемому способу.По предлагаемому способу выбраны25 следующие ориентации акселерометра в поле сил тяжести Земли (фиг.2) - положения1 - 5:1, у=О; ч =О.2. 0=45; ч =О,30 3. р = О; ч = 900, (7)4. у=45; ч =900.5.Р=О; ч =450,и соответствующие им положения 6-10,полученные в результате разворота акселе 35 рометра на 180 вокруг горизонтальной оси,перпендикулярной его измерительной оси.Выбранные ориентации акселерометрапозволяют вычислить коэффициенты, характеризующие упругую податливость его из 40 мерительной оси с минимальнымипогрешностями. При этом, в соответствии с(5), система уравнений для вычисления указанных величин может быть представлена ввиде45 О 1+,О 1 =2 а+2 К 92 Х ;О 2+ О 2 =2 а Кд (Хы х+Ху);Оз+,Оз = 2 а+ 2 КЯ 2 Х в04+ О 4 = 2 э+ КЯ (Хр х+Хр г);О 5+ О 5 =2 а+ КЯ (Хыу+Х 32+(Х,Сг+Хзу),50где индекс при показаниях акселерометрэ соответствует номеру его ориентации.Решая систему (8), находят коэффициенты, которые характеризуют упругую55 податливость измерительной оси акселерометра при действии перегрузок. Используя эти коэффициенты и решая систему уравнений (3), находят изменение1700486 2 положения измерительной оси акселерометра.Формула изобретения Способ определения изменения углового положения измерительной оси однокомпонентного акселерометра, включающий регистрацию показаний акселерометра при различных положениях в поле силы тяжести Земли, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности, акселерометра, корпус которого ориентирован по трем ортогональным осям Х,У,Е, причем ось Х совпадает с измерительной осью акселерометра при отсутствии перегрузок, последовательно устанавливают в пяти различных положениях, в первом из которых ось У направляют вертикально вверх, во втором положении ось Е располагают горизонтально, а оси Х и У наклоняют под углом 45 к горизонту, в.третьем положении ось Е направляют вертикально вверх, в четвертом положении ось У располагают горизонтально, а оси Х и Е наклоняют под углом 45 к 5 горизонту, в пятом положении ось Х располагают горизонтально, а оси У иЕнгклоняют под углом 45 к горизонту, в каждом положении регистрируют показания акселерометра и относительно каждого из этих 10 положений акселерометр разворачиваютна 180 вокруг горизонтальной оси, перпендикулярной измерительной оси, повторно регистрируют показания прибора, а по полученным результатам всех измерений вы числяют коэффициенты, характеризующиеизменения положения измерительной оси акселерометра при действии перегрузок, которые используют для определения искомой величины,201700486 Положение б Положение 1 Положени оложение 3 ложение О ние 5 ЦЯ,Л Корректор М. Кучер едактор Л. Гратилло Тираж Подписноевенного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ ССС 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 . роизводственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужго гарина, 10 Положени 2. Заказ 4464 ВНИИПИ Гос Составитель Г, Ермолае Техред М,Моргентал