Струнный акселерометр

Союз Советских Социалистических РеспубликОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИ ИТИЛЬСТВУ щ 847213(22) Заявлено 021079(21 2823514/18-10с присоединением заявки Йо(51)М. Кл.з С 01 Р 15/10 Государствеииый комитет СССР ло делам изобретеиий и открытий(088.8) Дата опубликования описания 150781 Н, И. Брехни, А; А, Коваленко и Г, Го 64 ин,"(54)-;СТРУННЫЙ АКСЕЛЕРОИЕТР Изобретение, относится к измерению параметров движения, в частности к акселерометрам с дифференциальным струнным преобразователем.Известные конструкции дифференциальных струнных датчиков ускорений имеют относительно небольшой диапа-. зон измеряемых ускорений, обусловленный существованием зоны нечувствительности, вызванной эахватыванием (взаимной синхронизацией). струнных автогенераторов 1.Для устранения этого недостатка использУются различные конструктивные и схемные решения Г 11, однако их. реализация связана с усложнением конструкции механической и электрической частей акселерометров, либо, недостаточно эффективна.Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является струнный акселерометр, содержащий инерционную массу, закрепленную в корпусе с помощью упругого подвеса и двух идентичных струн, образующих дифференциальный преобразователь и включенных в схемы автогенераторов, блоки выделения суммарной и раэностной частотй, входы которых соединены с выходами автогенераторов, генераторэталонной ,частоты, блок выделения ошибки суммарной частоты, одинвход которого соединен с выходомблока выделения суммарной частоты,а другой - с генератором эталоннойчастоты, исполнительное устройство,установленное между одной из струни корпусом; преобразователь ошибки1 я суммарной частоты, выход которогосоединен с исполнительным устройством 2 .Недостаток устройства - относи"тельно малый диапазон измерения ма"15 лых значений линейных ускорений,обусловленный,синхрониэайией частотавтогенераторов.Цель изобретения - расширениедиапазона измерения за счет умень"20,шения зоны нечувствительности акселерометраУкаэанная цельдостигается тем,что в,струнный акселерометр введеныблок формирования выходного сигнала25 и логическое устройство-переключатель, информационный вход которогосоединен с выходом блока выделенияошибки сухарной частоты, управляющий вход соединен с выходом блока вы3 С 1 деления разностной частоты, управ 84721355 Где То начальное натяжвелйчина кнерцио- измеряемое уако- длина .струны,при малых эначичие механическй связей между ко ние струниной массырение;тъ струны 0 Однремнйрическ иях ускои элект- блющимися ко ал ляющий выход соединен со вхоцом преобразователя ошибки суммарной частоты, а информационный выход, соединен с одним из входов блока Формирования выходного сигнала, другой входкоторого соединен с выходом блока выделения разностной частоты.На Фиг. 1 представлена схемаструнного акселерометра; на Фиг. 2схема логического устройства-переключателя,Струнный акселерометр содержиткорпус 1, инерционную массу 2, подвешенную .с помощью .струн 3 и 4 частотного дифференциального преобразователя и растяжек 5 и 6. Струны расположены в зазорах магнитов 7 и 8 и 15включены в схемы автогенераторов 9и 10, Для формирования информацииоб измеряемом ускорении датчик содержит блок .11 выделения раэностной частоты и блок 12 Формирования выходного 20сигнала, Для поддержания постоянствасуммы собственных частот колебаний,струн служат блок 13 выделения суммарной частоты, генератор 14 эталонной удвоенной начальной частоты колебаниЯ 25струн, блок 15 выделения ошибки суммарной частоты, преобразователь 16ошибки суммарной частоты й исполнительное устройство 17, с помощью которого осуществляется. изменение натяжения струн. Для Формирования выход, ной информации в диапазоне малых значений измеряемых линейных ускоренийслужат блок 13 выделения суммарнойчастоты, генератор 14 эталонной удвоенной начальной частоты, блок 15 выделения ошибки суммарной частоты илогическое устройство-переключатель18, имеющее информационные и управляющие входыи вь 1 ходы (И 8Ирь 1у У, ). В состав логического 40устройства-переключателя 18 входят ло.гические элементы И, НЕ и два ключаК и К 2.Струннйй акселерометр работаетследующим образом, 45При движении корпуса 1 датчикавдоль измерительной оси с ускорениемпод действием силы инерции. массы 2изменяется натяжение струи 3 и 4,что приводит к изменению собственныхчастот их,колебаний, т.е. частота Г,колебаний одной струны возрастает,частота Г колебаний второй струны.уменьшаетсяГ+ Г 2 = 2 Г= 23 аде поступает на вход блока 15 выделения ошибки суммарной частоты, гдесравнивается с удвоенной начальнойчастотой 2 Гд генератора 14 частоты.Сигнал на выходе блока 15 вьщеленияошибки суммарной частоты пропорционален величине(То+ г2 С го - 2 д, --дл)Домножая обе части равенства (1)на 2 Г 1 + 2 Г и преобразуя относительно И, имеемЧ =(2 Г ф 2 ГО) (2" 2 Г 0) (2)Так как при измерении малых ускорений в режиме "захвата" частоты Г,и Г 1 мало отличаются друг от друга,можно положить2 Г + 2 ГО = 4 Г = сопьТаким образом вместо (2) имеемй = - ЙС Го (2 Г Г),Это в;,ражение определяет зависимость между измеряемым ускорением ивыходным сигналом акселерометра,Такое допущение приводит к незначительным погрешностям измерений от нелинейности, Кроме того, принятое допущение позволяет отказаться от включениядвух дополнительных блоков в схему прибора,реализующую полную полученную зависимость (2).Выходной сигнал блока 15 вьщеления ошибки суммарной частоты, пропорциональный величине 2 Г., - 2 ГО, поступает на информационный вход логического устройства-переключателя 18. В . режиме измерения малых ускорений из-за явления.,"захвата" сигнал на выходе блока 11 выделения разнос частоты отсутствует и, следовате отсутствует сигнал на управляюще входе переключателя 18. В этом с чае логический элемент НЕ (Фиг., 2) переключателя 18(фиг. 1) открывает ключ К, и выходной сигнал блока 15 выделения снйибки суммарной частоты через информационный выход переключателя 18 поступает на выходное регистрирующее устройство 1. В режиме тнойльно,млуструнами приводит к тому, что однаиз струн, например, первая, получаяприращение частоты Г,заставляетс такой же частотой колебаться вторую струну, т,е. имеет место явление"захвата" частот, сохраняющееся в некотором диапазоне измеряемых ускорений. Этот режим работы акселерометрахарактеризуется равенством частотколебаний струн, т,е, Г = Г . Приэтом выходной сигнал блока 11 выделения разностной частоты .отсутствуеттак как Г -Г =0, а выходной сигналблока 13 выделения суммарной частоты, пропорциональный величине"захвата" этот сигнал содержит информацию об измеряемом ускорении, Приэтом на выходе логического элементаИ (фиг. 2) сигнал отсутствуеФ, следовательно ключ К закрыт, и выходнойсигнал блока 15 выделения ошибки суммарной частоты (фиг. 1)на управляю 5щий выход переключателя 18 и на входперобразователя 16 ошибки суммарной частоты не поступает, т.е. цепьобратной связи поддержания постоянства суммы собственных частот колебаний струн разорванаВ этом случае, если при возрастании измеряемого.ускорения явление"захвата" исчезает, частоты колебаний струн становятся отличными. друг 15от друга, выходной сигнал блока 11выделения разностной частоты, пропорциональный разности частот колебанийструн, 11 - 1, поступает на вход блока 12 формирования выходного сигнала. 3)В данном режиме этот сигнал содержитинформацию об измеряемом ускорении,Выходной сигнал блока 15 выделенйяошибки суммарной частоты, пропорцио"нальный величине (Г + Г 1) - 20 ф , 25поступает на информационный входлогического устройства-переключателя18. На его управляющий вход поступает .выходной сигнал блока 11 выделенияразностной частоты. Это определяетналичие сигналов на обоих входах логического элемента И (Фиг. 2) переключателя 18 (Лиг 1); Ключ К 1 открывается, ивыходной сигнал блока 15выделения ошибки суммарной частоты(фиг, 1) через управляющий выходпереключателя 18 поступает на входпреобразователя 16 ошибки суммарнойчастоты, т,е. цепь обратной связиподдержания постоянства суммы частотколебаний акселерометров замыкается. 40В этом режиме на входе логическогоэлемента НЕ (фиг, 2) переключателя18 (фиг. 1) присутствует выходнойсигнал блока 11 выделения разностнойчастоты, следовательно, ключ К закрыт и выходной сигнал блока 15выделения ошибки суммарной частотына информационный выход переключателя 18 не поступает,Конструкция струнного акселерометра позволяет расширить диапазон измерения малых линейных ускорений без изменения механической части конструкции,Формула изобретенияСтрунный акселерометр, содержащийинерционную массу, .закрепленную вкорпусе с помощью упругого подвеса идвух идентичных струн, образующихдифференциальный преобразователь ивключенных в схемы автогенераторов,блоки выделения суммарной и раэностной частоты, входы которых соединены с выходами автогенераторов, генератор эталонной частоты, блок выделения ошибки суммарной частоты, одинвход которого соединен с выходомблока выделения суммарной частоты,а другой - с генератором эталоннойчастоты, исполнительное устройство,установленное между одной из струни корпусом, преобразователь ошибкисуммарной частоты, выход которого соединен с исполнительным устройством,.о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, сцелью расширения диапазона измеренияза счет уменьшения зоны нечувствительности акселерометра, в него введены блок формирования выходного рсигнала илогическоеустройство-переключатель, информационный вход которого соединен с выходом блока выделения ошибки суммарной частоты, управляющий вход соединен с выходом блокавыделения разностной частоты, управляющий выход соединен со входом преобразователя ошибки суммарной частоты, а информационный выход соединенс одним из входов блока формированиявыходного сигнала, другой вход которого соединен с выходом блока выделе-.ния разностной частоты.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Новицкий П. В. и др. Цифровыеприборы с частотными датчиками, Л.,847213 ВНИИПИ Заказ 5478/70 Тираж 907 ПодпиУжгород, ул, Проект Филиал ППП "Патент