Цифровой акселерометр

Оп ИСАНИЕИЗОБРЕТЕН ИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветснииСоциапистичасиииРеспубпии,п.920529ио делам иаебретеиий и открытий(54) ЦИФРОВОЙ АКСЕЛЕРОИЕТР 0 15 Ф Изобретенйе относится к измерительной технике и может быть исполь зовано при измерении линейных низкочастотных ускорений. Известны акселерометры, состоящие из капиллярной трубки, напол- . ненной электролитом, контактирующим с шариком из ртути, являющимся чувствительным элементом. По обеим сторонам трубки-расположены электроды, находящиеся в электрическом контакте с обеими сторонами капли ртути и служащие для обнаружения электрического потенциала, развиваемого на капле вследствие изменения формы по. верхности раздела между ртутью и электролитом при изменении ускорения 11.Недостатком данных устройств является то, что выходной сигнал- аналоговый, его величина весьма мала 1 единицы милливольт при величинах ускорений порядка единиц д), а измерение возможно лишь по одной проекции вектора ускорения.Известны акселерометры с чувствительным элементом в виде капли электропроводной жидкости, помещенной в некоторый канал и контактирующий с протяженным резистором, возможно получение выходного сигнала в виде импульсов, качестВо которых несет информацию об измеряемом сигнале 21.Однако подобные акселерометры также являются одноосными измерителями.Наиболее близким к предлагаемому является акселерометр, содержащий чувствительный элемент, выполненный в виде ампулы с непрозрачным включением из вещества в жидкой фазе, оптический датчик перемещения, состоящий из источника света, волоконных световодов, охватывающих ампулу и матрицы фотоприемников, тактовый генератор, триггеры, элеправлению смещения чувствительногоэлемента 2 вдоль оси Х. При этом световой поток от источника света 5 через волоконные световоды 3 и 4, замыкаясь, поступает на матрицу фотоприемников 6, возбуждая последние.3Невозбужденными оказываются лишьфотоприемники матрицы 6, которые"затенены" непрозрачным жидким включением 2: На потенциальных выходахматрицы б имеют место сигналы в ви" 49депотенциалов, величина которых про.порциональна количеству возбужденныхфотоприемников в левой и правой частях матрицы. Вследствие этого схемасравнения 7 разрешает прохождениеимпульса опроса от тактового генератора 8 через схему И 9, Одновременно на установочный вход триггеразнака 13 подается сигнал, по которому определяется знак ускорения. фВ С поступлением импульсов от генератора 8 на матрицу 6 начинаетсяопрос фотоприемников, причем опросначинается с той стороны ампулы 1,в которую произошло смещение жидко го включения 2. Импульс с тактовогогенератора 8 поступает также натриггер 14, в результате чего подготавливается схема И 11 для про 3 92 менты И и ИЛИ, два двоичных счетчи ка и триггер знака, причем счетный выход матрицы фотоприемников соединен со входом первого счетчика через первый вход первого элемента И, , первый вход первого элемента ИЛИ, а со вторым, счетчиком - через первый вход первого триггера, первый , вход второго элемента И, причем выход второго элемента И соединен со входами второго и третьего триггеров, выходы которых соединены соответственно со вторыми входами первых элементов И и ИЛИ, а выход тактового генератора - со вторымвходом первого триггера. Акселерометр, выполненный по подобной схеме, является двухосным с дискретным выходным сигналом 33Однако время измерения ускоренияв одном устройстве, определяемоевременем опроса Фотоприемников в матрице, сравнительно велико, особеннопри больших величинах ускорений,таккак возможна ситуация, когда требуется опросить почти все Фотоприемники матрицы.Цель изобретения - сокращение времени измерения ускорения путем адаптивного выбора начала счета.Указанная цель обеспечивается тем,что акселерометр дополнительно снабжен схемой сравнения и двумя элементами И, первые входы которых соединены с соответствующими выходамисхемы сравнения и установочными входами триггера знака, вторые входыс выходом тактового генератора, авыходы дополнительных элементов Исо входами матрицы Фотоприемников,выполненной в виде двух одинаковыхчастей, потенциальные выходы которойсоединены со входами схемы сравнения.На чертеже представлена схема цифрового акселерометра.Акселерометр содержит ампулу 1,выполненную из прозрачного материалаи имеющую специальный арочный сводтребуемого профиля, включение из вещества в жидкой Фазе 2, которое являет я непрозрачным и служит чувствительным элементом, волоконные свето- воды 3 и 4, охватывающие ампулу 1 по образующей и установленные друг против друга с разной стороны ампулы, источник света 5, матрицу фотоприемников 6, которая выполнена в 0529 ф виде двух одинаковых частей и имеет выходы двух типов - счетный и два потенциальных, схему сравненяя 7,входы которой соединены с потенциальными выходами матрицы фотоприемников 6 тактовый генератор 8,схемы И 9-12, триггер знака 13,триггеры 14-16, схемы ИЛИ 17 и два двоичных счетчика 18 и 19.Акселерометр работает следующим образом.В отсутствие ускорений вдоль осей Х и У, являющихся измерительными,жидкое включение 2, являющееся чувствительным элементом, находится вцентральной части ампулы 1 и имеетФорму шара. Это обусловлено выбором формы рабочей полости ампулы 1 в виде арочного, свода, а также действием капиллярных сил; Наличие ускорения вдоль оси Х приводит к смещениюжидкого включения 2 вдоль этой же оси на величину, пропорциональную величине смещения. Наличие ускорения вдоль оси У приводит к изменению площади сечения жидкого включения 2 (в плоскости, нормальной оси У). Знак ускорения определяется по на20529Ь 5 9 хождения следующего импульса с генератора 8 на двоичный счетчик 19поступлением первого импульса на матрицу 6 опрашивается первый правый фотоприемник, который возбужда-. 5 ется, в результате чего со счетного выхода матрицы 6 снимается сигнал в виде импульса, который поступает . на выход схемы И 12 и на вход триггера 14, Так как перед началом из мерения все триггеры были, установлены в нулевое положение, то импульс с матрицы 6 через открытую схему И 12 и схему ИЛИ 17 поступает на вход двоичного счетчика 18. Этим же импульсом триггер 14 переводится в другое состояние, в результате чего закрываетсясхема И 11. Следующий импульс с тактового генератора 8 переводит триггер 14 в новое.сос" тояние - единичное. При опросе первого невозбужденного фотоприемника матрицы 6 на ее счетном выходе отсутствует сигнал и триггер 14 остается в единичном состоянии.Следующий импульс с выхода генератора 8, проходя через открытую по сигналу от триггера 14, схему И ,11, поступает на вход счетчика 19 и переводит триггер 15 в единичное состояние. В результате этого схема И 12 закрывается. При .этом чис ло невозбужденных фотоприемников матрицы 6 определяется шириной жидкого включения 2, До тех пор, пока не появится ймпульс со счетного выхода матрицы 6, импульсы с выхода генератора 8 через схему И 11 поступают на вход, двоичного счетчика 19 и через триггер 16 и схему ИЛИ 17- на вход двоичного счетчика 18. Триггер 16 является делителем, что необходимо для определения координаты середины жидкого включения 2. С появлением на счетном выходе матри" цы 6 импульса схема И 11 запирается до конца измерения. 15 20 25 цов, от которой и организуется нача 30 Цифровой акселерометр, содержащийчувствительный элемент, выполненныйв виде ампулы с непрозрачным включением из вещества в жидкой фазе, оптический датчик перемещения, состоящий из источника света, волоконных 40световодов, охватывающих ампулу иматрицы фотоприемников, тактовый ге.нератор, триггеры, элементы И и ИЛИ,два двоичных счетчика и триггер знака, причем счетный выход матрицы фотоприемников соединен с входом первого счетчика через первый вход первого элемента И, первый вход первогоэлемента ИЛИ, а с вторым счетчикомчерез первый вход первого триггера,первый вход второго элемента И, причем выход второго элемента И соединен с входами второго и третьеготриггеров, выходы которых соединенысоответственно с вторыми входами перТаким образом, в результате измерения в счетчиках 18 и 19 записываются соответственно коды, пропорциональные расстоянию центра жидкого . включения 2 от правого торца ампулычто принято за начало отсчета, и ширине этого включения, Направление смещения жидкого включения 2 определяется с помощью .триггера знака 13. Если наличие ускорения приводит к тому, что жидкое включение 2 смещается вдоль ампулы 1 влево, то потенциал на левом потенциальном выходе матрицы фотоприемников 6 по абсолютной величине больше, чем потенциал на правом потенциальном выходе этой матрицы, В результате этого опрос матрицы 6 с помощью тактового генератора 8 производится через схему И 10, причем опрос проводится слева направо, т.е. от ближайшего к жидкому включению 2 торца ампулы 1. Далее схема работает аналогично.Процесс измерения ускорения заканчивается тогда, когда в счетчи-.ках 18 и 19 записаны соответствующие коды, т.е, с появлением первогоимпульса на счетном выходе матрицы6 после невозбужденных фотоприемников, При. этом с увеличением величины ускорения жидкое включение 2 смещается относительно центра ампулы 1на большую величину, все более и более приближаясь к одному из ее торло счета. В результате подобной организации начала опроса, т.е. выбораначала света в зависимости от положения жидкого включения, время измерения ускорения снижается. формула изобретения вых элементов И и ИЛИ, а выход тактового генератора - с вторым входомпервого триггера, о т л и ч а ю,щ и й с я тем, что, с целью сокра"920529 оставитель Б. Сычевехред М. Рейвес Корректор Н. Стец дактор Н, Ром каз 2327/46 Подписнокомитета СССи открытийская наб., д. Тира ВНИИПИ Гос по делам 113035, МоскеППП "Патент", г, ужгород, ул, Проектная,4 щения времени измерения, в акселерометр введены схема сравнения и дополнительно два элемента И, первыевходы которых соединены с выходамисхемы сравнения и установочными входами триггера знака, вторые входь 1с выходом тактового генератора, авыходы дополнительных элементов Ис входами матрицы фотоприемников,выполненной в виде двух одинаковыхчастей, потенциальные выходы которой 8соединены с входами схемы сравнения. Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Патент США И 3530726,кл 73-516, 1970.2. Патент США Ю 31"64997кл. 73-563, 1965.3 Авторское свидетельство СССРо Г 381032, кл, С 01 Р 15/08, 1971