Способ компенсации нелинейности акселерометра

ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОУСКОМУ СВИ ЕТЕЛЬСТВУ 1 о 690395(22) Заявлено 25,06,75 (21) 2148414/18-10С ЛрНСОЕДННЕННЕМ ЭаЯЕКН Ио 2149158/18-10(51)М. Кл. т 01 Р 21/ОО Государетвеииый комитет СССР по делам изобретений и открытий(54) СПОСОБ КОМПЕНСАЦИИ НЕЛИНЕЙНОСТИ АКСЕЛЕРОМЕТРА Изобретение относится к технике контроля параметров движения н " может быть использовано для повышения точности преобразования ускорения в электрический сигнал акселерометрами, построенными по методу силового уравновешивания.Известны акселерометры, в которых используются дифференциальные магнитоэлектрические обратные преобразователи, Однако они обладают нелинейностями 11,Нелинейность компенсационного акселерометра с магнитоэлектрическим обратным преобразователем образуется вследствие искажения магнитного поля катушки с током магнитопроводом обратного преобра-. зователя (соленоидный эффект) и неравномерности магнитной индукции в воздушном зазоре магнитной системы обратного преобразователя.Нелинейность дН от этих причин выражается в видеЬНфК (Рау +Рру ) а + (Рзу Рир ) аК (Рае+Р аа) (1) где К - крутизна статической грудуироаочнойхарактеристики акселерометра; Ру, Ру- коэффициенты квадратичной икубической нелинейности вследствиесоленоидного эффектаР , Р - коэффициенты квадратичной и кубической нелинейности вследствие неравномерностимагнитной индукции;Р суммарный коэффициентквадратичной нелинейности;Р суммарный коэффициенткубической налиней ности;а - ускотеюия,Известен способ уменьшения нелинейности акселерометра с магнитоэлектрическим обратным преобразова" 20 телем путем перемещения катушкиотносительно магнитопровода обратного преобразователя, в которомустанавливают измерительную осьдатчика акселерометра под различными углами по отношению к векторуускорения силы тяжести и измеряютвыходные сигналы акселерометрауопределяют нелинейность путемсравнения полученной статической 30 градуировочной характеристнки аксе лерометра с расчетной и производятотиосительное перемещение катушкии магнитопровода обратного преобразователя затем повторяют операциидо получения необходимой величинынтинейности 123.Однако вследствие малых величиннелинейности точность определенияНРЛИНЕйНОСТИ ПО СтатИЧЕСКОй ГТла-:.дуйровочной характеристике акселерометра мала, поэтому невысокая точность, достигаемая при уменьщениинелинейностц, Полученная инФормацияне позволяет определить величинуи йаправление перемещения, так какв Втой информации нет зависимостимежду перемещением и нелинейностью,Целью изобретения является повыщение точности, с которой производится умеяьщение нелинейности,Эта цель достигается тем, что вобмотку обратного преобразователяподают переменный ток, измеряютпостоянные составляющие выходногосинала акселерометра на однойчастоте переменногс така,. затемизмеряют постоянные составляющиевыходного сигнала на друготл частоте а по знакам и величинам приращейий постоянных состав.ттяющих выходного сигнала акселерометра определяют направление и величину перемещения статора силового преобразователя,При установке датчика акселерометра в положение, когда по измерительной оси направлено статиче"коеускорение оо = 1 о, и при подаче нобмотку обратногс преобразователяпеременного тока с частотой .,увследствие нелинейности статическойхарактеристики акселерометра н вы -ходном сигнале акселерометра появляется дополнительная постояннаяСОСтавтТящщаяТт,т т(а ) даниа,:Т 4-О) " И Т -"Где а 1 - амплитуда приведенногоко входу синусоидального сигнала акселерометс(, - коэффициент,3 0.3 ТТ 1 О,Х(3)кгде Ъз та, - амплитуда тока обрат-,Тного преобразователя на частоте йФ, пере" менного тока, подаваемого в обратный преобразователь.т)="аз 9 + 8 з,)где 8 - Фазовый сдвиг между возмуЮщающим переменным токомн током н нагрузсчнси ре-"зисторе на частоте мО - аазоный сдвиг между воэ - .2 лмущающим током и токомобратного преобр;зователя на частоте (т.ту акселерометров с диапазоном измерЕНИя, ЗНаЧИтЕЛЬНО ПРЕНЫщаЮщИМ т 1)Т 5малы составляющие приращения сигнала акселерометра с коэффициентамиРтРт , так как значение а- находит; я у самого начала координат. Этоу ."-;ньшении непт,:;но;т -:;.лерометПри включении резистора н цепьобратной связи дотя сигнала. акселерометрат с коэфОициен".ами кубической нелинейности РЗ , Рэт увеличивается.При статическом ускорении а - 1 ф с включением резистора з цепь обратной связи, на частоте .:, переменного тока подаваемого в обратный преобразователь, дополнительная постоянная ссс авляющая й .т(тт (а) выходного сигнала акселерометра1 Т 3 ТТьЪ ,(оо)-%,Жь ЧЛтдгт е и - козботлцтиентщФОТТи =- -д- (я),т,.Т ПОС-.О яи НОЕ НЫХОдНОЕ Н аттря:4жение усилителя следящейсистемы акселерометра при35 статическом ускорении ло:1и включенном н цепь обратной снязи резисторе;У, " постоянное выходное напряжение усилителя при ускоре 4ник а без нключения резистора в цепь обратной связи.т(ак : ." ,. То составляютяекаэфФтициентами Рз т -,Эу -р и- лвтражтТт; я ( 5 л ТТТЛЕ бОТТ ТтТТТт 7 Ю В Е ТТИЧИ Н "Т Э( Тмт-:раннентпл ст- При ста.тическом ускорении а = -1 йс включением резистора н цепь обратной связи на частоте т.тт переменного тока дополнительная постояннаясоставляющая ь,тт, (-а )(аъд (-(т ) =1(Г" (Р - т Р )стТ 2 УВГЧ ТгЛЮ) (Частота (.т. выбирается таким образом, чтобы при выполнении услоз 5 вия (3) амплитуда перемещения чувствительного элемента была такой же,как и при принеденном ко нходу синусоидальнам сигнале акселерометра о .Амплитуда перемещения такая же,д как и при о.,еслиФт.ТТ ПО 1(т,Т, ТТО.;",(ОгДе ОЫлттах - .(,литУДа пеРеменногоЗ Ы ОДт 1 Т ГО .тПР Ят Ет И Ттусилителя пти подаче вобратный преобразователь переменного тока;постоянный ток обратногпреобразователя пристатическом ускорении1. 5Для определения коэффициентов нелинейности и их составляющих необходимо измерить постоянные составляющие выходного сигнала акселерометрана другой частоте М 2 переменноготока подаваемого в обратный преобразователь. Частота ы может бытьнапример, выбрана та, чтобы ка нейвыполнялось условие:5 ы ва) =м) таю, (9)Где ДЫ 2 Гмбх - амплитуда тока обратного преобразователяна частоте м 2 переменного тока, подаваемого в обратный преобразователь2 ОНа частоте ) ) условие (8) не выполняется, так как амплитуды токаобратного. преобразователя и перемещения чувствительного элемента изменяются по разным законам с частотой 25переменного тока, подаваемого в обратный преобразователь.На частоте ю при условии (9)" п УМ,=Я ,ф 30Где Ь ) п)а) - амплитуда переменноговыходного напряженияусилителя на частоте о.) 2коэффициент,В соответствии с выражениями(10 и 11) дополнительная постоянная составляющая ЬЭ),.) (а) на частоте йз 2 переменного тока, при статическом ускорении ао = 1 ф и с включением резистора в цепь обратной свнэи(")="Я(Ъ-чАр )"иЛ2 ъу 9 Ч ,р Чу з,р/о 3 ) где э- коэффициент; где Р; - Фазовый сдвиг между возмущающим переменным током итохом в нагруэочном резисторе на частоте ый )8 - Фазовый сдвиг между возмущающим током и током обратного преобразователя на частоте ь,Нополнительная постоянная составляющая Ь ".)м 2 (- йо) выходного сигна- ла акселерометра на частоте ы 2 при статическом ускорении а =- 1 фО к с включением резистора в цепь ;братной связи имеет вид)р2 ) 2 2 у Ч 23 й) 1 1 Ъ ЗЮ 2 зУ рц Рэ ,уНа основании выражений (5), (7), (12), (14) определяются составляющие коэФФициентов Р 2 у ) Р 2 цРу ф Ър к сухарные коэффициенты нелинейности Р , Р р")("о)а 4 ЫИаЧ Ф2(со)26:о)19 2 у(17) Ыы)(сз )-Иы,(-аоЦ(2) )а)ив(а )-а 2 мз(-аоЯЗ -г8)Кв о ОК(2;п)(2 е ) -)(2 -п)(2, и)а аьЭ).),(б )аланы (-а,Ц 0а 1)-ьм 2(од+Им(-д Цй,а )РК(Ч 2 Ч, - ,)д,о у о ь )(20)у ) ( с) )1(2 а ) ЯпП)-Ы(о(ор) йы 3( ОЯМ)К(г-п)апс--(гв -п)(2 па,),Дополнительные постоянные состав- мерность магнитной индукции, имеетляющие выходного сйгнала акселеромет- следующее выражение:ра служат для определения направле О Ь= К(Р 2 у а 2+Рз аэ), (21)ния и величины перемещения статораобратного преобразователя при умень- Нелинейность минимальная, еслищении нелинейности акаелерометра. Р а 2 а Р, а = О,2(ф(22)Нелинейность акселерометра Ь Найдя производную по ускорениюпричиной которой является неравйо выражения (22) и приравняв ее нулюпри каьЬмусимеет экстоеф2 РТак как перемещениительного элемента сением зависимостьюперемещейие чуго элемента нарения (статизмтемы),то напра тная нели ит я определяют линейность очл ней -е Вцчувствязайо с уско(24) ствительноединицу уско; следящей сис" ление и везобретен где личина атного с.атора об- еля ники информаци нимание чри э иальные системы ред, Д,Гиттман Источ ятые во в сИнерц 1 Под 64, с. 3352. Сотнико нитного по тику магии нительного ВУЗовф" том, Х5прин пертизуправМ.,ва Г.И, Влияние ля катушки на характе- тоэлектрического нсмеханизма. Извес- серия 1 ПриборостроеП, Р 1 О, 1969,с 54-58 4 Омаг рисСоставитель Е,ШвецовТехред Я.Бабуока Корректор АГриценко О,Филиппова Реда Заказ 5956/42оеСССР Тираж 1 О 9 О ЦНИИПИ Государственного по делам изобретений и 5, Москва, Ж, РаушскПодписи комитета открытийя наб.,5 Филиал ППП Патент, г.ужгород, ул.Проектная,4 перемещения 3р преобразовать =- -2 рг ч(25)Выражение (25) определяет направление перемещения статора, Статорнеобходимо перемещать в том направлении, в каком смещается чувствительный элемент при ускорении,определенном по формуле (23),С помощью предложенного способаповышается точность, так как повышается доля сигнала акселерометрас коэффициентами кубической нелинвйности Р , РЗ у акселерометзров, диапазон измеряеьщх ускоренийкОторых значительно превышает + 1 ф,При включении резистора в цепьобратной связи акселерометра засчет статического перемещения чувствительного элемента синусоидальное входное воздействие уже прикладывается не относительно точкиа 1, а относительно а 1 1 1 Д,Это ведет к увеличению постояннойсОставляющей выходного сигнала акселерометра. Сигнал с кеэффициентамиРЗ , Р увеличивается потому чтоЩ Рп)1,При перемещении статора обратногопреобразователя в направлении и навеличину, определяемые из выражения (25), диащзон рабочих перемещений чувствительного элемента приводится в интервал, где магнииндукция равномерна, Поэтомунейность акселерометра станминимальной и, таким образо;ность процесса уменьшения не,ности повышается. Способ компенсации нелинейностиакселерометра, содержащего диффео ренциальный магнитоэлектрическийобратный преобразователь путемустановки измерительной оси в различные положения относительно вектора силы тяжести и перемещениястатора относительно катушки ротора обратного преобразователя, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что, сцелью повышения точности компенсации, измеряют на резисторе, вклю- О ченном в цепь обратнойопределяемом величиной заданногоускорения постоянные составляющиевыходного сигнала акселерометрапри одной частоте переменного тока,подаваемого в обмотку обратного 5 преобразователя изменяют частотупеременного тока и измеряют постоянные составляющие выходного сигнала при новой частоте, а по знакам и величинам приращений постоян- ЗО ных составляющих определяют направление и величину перемещения статора обратного преобразователя,