Акселерометр

(я)ю 6 01 Р 15/О ЗОБРЕТЕ НИЯ ЕЛЬСТВУ К АВТОРСКОМУ 1(71) Раменское приборостроительное конструкторское бюро и Московский энергетический институт(57) Использование: приборостроение, измерение ускорений с преобразователями наповерхностных акустических волнах, Сущность изобретения: на поверхности чувствимерению и к изме- прямого х акусти- преобрастических информа- ПАВ подачнцх ус. Изобретение относится к из параметров движения, в частност рителям линейных ускорений преобразования на поверхностны ческих волнах (ПАВ). Известны акселерометры с зователямй поверхностных акуволн, использующие в качестве ции изменейие фазового набега действием инерционных сил, выэв., корейием. Извртен акселерометр с пре телями ПАВ, содержащий консол ствительйый элемент (ЧЭ), и генер поверхностных акустических вол дый из которых образован ус включенйым между входным и встречно-штыревыми преобразообразоваьный чуваторов на нах, кажилителем, ВЫХОДНЫМ вателями ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТСССР ОПИСАНИ тельного элемента вдоль его длины расположены линии задержки, образованные входными 2 и выходными 3 встречно-штыре-. выми преобразователями. Преобразователи 3, 4 совместно с.усилителями 4 образуют генераторц. Каждый генератор подключен к соответствующему счетчику-регистру 5. Выход каждого счетчика регистра 5, кроме последнего п-го, подключей к первому входу соответствующего блока вычитанйя кодов частот 6, Выходы всех блоков вычитания кодов частот 6, кроме (п)-го, подключены к первому входу соответствующей схемы совпадения 7, к второму входу которой подключен регистр 8, Выходы всех блоков вычитания кодов частот 6 и выходы всех схем совпадения 7 подключены к соответствую- З щим входам линейки 10 из (и - 1) регистров, 2 ил; Ф(ВШП) линий задержки (ЛЗ), установленными на поверхности чувствительного элемента.Недостатками этого акселерометра являются малый диапазон измеряемых ускорений, вызванный малым изменением фазового набега,ПАВ при наличии ускорения, и температурная погрешность вследСтвие неидентичности температурных условий для ЛЗ.Целью изобретения является расширение диапазона измерений и повышение точности измерений,Поставленная цель достигается тем, что в акселерометр, содержащий консольный чувствительный элемент, и генераторов на поверхностных акустических волнах, каждый из которых образован усилителем,включенным между входным и выходным встречно-шты ревы ми преобразователями линий задержки, установленными на поверхности чувствительного элемента, введены генератор тактовых импульсов, линейка из (и - 1) выходныхрегистров, (и - 2) цепочек, каждая из которых содержит последовательно соединенные регистр и схему совпадения, (и - 1) цепочек, каждая из которых подключена к выходу соответствующего генератора на поверхностных акустических волнах и содержит последовательно соединенные счетчик - регистр и блок вычитания кодов частот, п-ый счетчик - регистр, вход которого подключен к выходу п-го генератора на поверхностных акустических волнах, а выход - к второму входу всех блоков вычитания кодов частот, выход каждого из которых, кроме (п - 1)-го, подключен к входу соответствующей схемы совпадения, выход каждого из блоков вычитания кодов частот подключен к входу соответствующего выходного регистра в линейке, разрешающие входы которых, начиная с второго, соединены с выходом предыдущей схемы совпадения, а выходы генератора тактовых импульсов соединены с соответствующими входами счетчикОв - регистров, схем совпа дения, блоков вычитания кодов частот, регистров и выходных регистров в линейке,причем продольные оси линий задержекрасположены перпендикулярно продоль, ной оси чувствительного элемента.На фиг. 1 представлена конструкциячувствительного элемента акселерометра; на фиг. 2 - структурная схема акселерометра,, На фиг, 1 на чувствительном элементе1 вдоль его продольной оси образовано и линий задержки (п=3, 4,), образованных путем расположения входных ВШП 2, 2,2") и выходных ВШП 3, 3 3") вдоль продольной оси ЧЭ. При этом продольные оси линий задержки расположены перпендикулярно к продольной оси ЧЭ.Яа фиг. 2 включением усилителя 4 между ВШП 2 и 3 образован первый генератор поверхностных акустических волн, включением усилителя 4 между ВШП 2 и 3 образован второй генератор поверхностных акустических волн, Аналогично включением усилителя 4(") между ВШП 2(") и 3") образован и-ый генератор поверхностных акустических в.лн,В схему акселерометра введено (и)цепочек, каждая из которых содержит последовательно включеннь)е один из счетчиков - регистров 5,5,-5" и один из лаков вычитания кодов частот 6, 6,б" ), К каждому из (л - 1) генераторов поверхност Работает акселерометр следующим образом.При отсутствии ускорения ЧЭ 1 акселерометра не имеет деформаций, вызванных инерционной силой. Поэтому частоты генераторов поверхностных акустических волн равны: 50 55 где Г 1, Й 2,п - основные частоты первого, второго, . и-го генерагоров поверхностных акустических волн,ных акустических волн по 1 дключен один изсчетчиков - регистров 5, 5 5(" ), К и-омугенератору поверхностных акустическихволн подключен счетчик - регистр 5. К5 каждому счетчику - регистру из 5, 5,5"подключен первый вход одного из блоковвычитания кодов частот 6, 6, . 6(" 1). Ковторому входу каждого блока вычитания кодов частот 6, б 6 подключен счетчик -и)10 регистр 5("),В цепях обработки сигналов с первогогенератора до(п)-го генератора поверхностных акустических волн введены (и) цепочек из последовательно включенньх15 одной из схем соваения 7, 7,7" 2 ирегистра 8, 8 ,. 8" ), Первые входы каждой из схем совпадения 7, 7 7("-" Соединены с одним из блоков вычитания кодов 6,и)6, , 6 ), вторые входы каждой схемы20 совпадения 7, 7, .7" ) с одним из регистров 8, 8, 8" ) соответственно. В линейке10 из (и - 1) выходных регистров первый разряд первого регистра соединен со знаковымвыходом блока вычитания кодов частот 6,25 числовые разряды всех регистров линейки10 соединены с соответствующими числовыми разрядами бл)оков вычитания кодовчастот 6, 6, 6(" . Разрещающие входырегистров линейки 10, начиная со второго,30 соединены с предыцщей схемой совпадения из 7, 7,7", Генератор тактовыхимпульсов 9 соединен линией "а" со счетчиками - регистрами 5, 5, , 5"), линией "б" -с блоками вычитания кодов частот 6, б, .35 б" ), линий "в" - со схемами совпадения7, 7,7" и линией "г" - со вторымиразрешающими входами регистров линейки 10,В качестве блоков вычитания кодов час 40 тот 6, 6 6(" 1) применены сумматоры,одни входы которых подключены соответственно к счетчикам регистрам 5, 55"в прямом коре, а вторые входы - к счетчикурегистру 5" в обратном коде. В регистрах(и)45 8, 8 8( ) записаны коды ускорений йо,МИ(.-1),1755204 линейки 10 40 Счетчики-регистры 5, 5 , , 5") преобразуют частотный выходной сигнал генераторов в код. В силу (1) на выходах всех блоковвычитания кодов б, б ,б" 1 получаетсякод, близкий к нулю. Ни одна иэ схем совпадения не срабатывает, на их выходных линиях образуются нули, которые блокируютвсе выходные регистры линейки 10, кроме .первого. В результате этого на вход линейки10 будет подключен блок вычитания кодов 10. 6, код которого равен нулю, что показываетотсутствие ускорения,При наличии ускорения по измерительной оси акселерометра, перпендикулярной "плоскости ЧЭ 1 с линиями задержки, происходит деформация ЧЭ, изменяется скоростьраспространения ПАВ в линиях задержки,изменяются частоты генераторов поверхностных акустических волн 1 ь 1 г Ь.Однако расположение ВШП 2"1 и 3"1 20п-го генератора поверхностных акустических волн выбрано на ЧЭ таким образом,что линия задержки не деформируется нипри каких ускорениях, частота генератораостается постоянной, и она выбрана за этлонную. На выходе счетчика-регистра 5 "образуется код Р, Наибольший деформирующий момент действует на линию задержкина ВШП 2 и 3, и частота 1 первого генератора поверхностных акустических волн изменяется в наибольшей степени. По мереувеличения ускорения увеличивается деформирующий момент на ЧЭ, постепенноувеличивая деформации линий задержки сВШП 2 и 3 до ВШП 2" ) и 3(" 1; 2" ) и 353( ), При ускорении а, момент, действую-щий на ЧЭ в области расположения ВШП 2и 3, достигает установленной величины, частота генератора поверхностных акустических волн на ВШП 2 и 3 получает значение 11, и на выходе счетчика-регистра 5 образуется код Г. На выходе блока вычитания 6образуется код К=Р-Гп, которым будет заполняться первый регистр линейки 10, Придостижении ускорения, при котором М=йо, 45т.е, выходной код блока вычитанйя б совпадает с кодом, записанном в регистре 8, сработает схема совпадения 7, на ее выходеобразуется "1",. которая разблокирует разрешающий вход второго выходного регистра линейки 10,Дальнейшее увеличениеускоренийприведет к дальнейшей деформации ЧЭ, начнет заметно деформироваться линия задержки на ВШП 2 и 3, что вызовет 55изменение частоты второго генератора поверхностных акустических волн, На выходесчетчика - регистра 5 образуется код Рг, ана выходе блока вычитания 6 код М=Рг-Рл,которым и будет заполняться второй выходной регистр линейки 10. При достижении ускорения, при котором М=Й, т.е. выходной код блока вычитания 6 совпадет с кодом, записанном в регистре 8, сработает схемасовпадения 7, на ее выходе образуется логическая единица, которая разблокирует разрешающий вход третьего выходного регистра линейки 10. При дальнейшем росте ускорений начнется заполнение этого регистра кодом ускорения от третьего генератора поверхностных акустических волн.Таким образом, при возрастании ускорения все большую деформацию будут испытывать последующие линии задержки, и код изменения частоты будет поступать со следующих генераторов поверхностных акустических волн на последующие выходные регистры линейки 10, когда, наконец, схема совпадения 7(" ) откроет разрешающий вход последнего (и - 1)-го выходного регистра линейки 10, и на него будет поступать код изменения частоты (и - 1)-го генератора поверхностных акустических волн на ВШП 2 Уд Ц 3 д ЦВ зависимости от направления ускорения е области расположения линий задержки на ЧЭ 1 происходятдеформации сжатия или растяжения. Поэтому частоты всех (и - 1) генераторов поверхностных акустических волн в зависимости от направления ускорения уменьшаются или увеличиваются по сравнению с частотой и-го генератора поверхностных акустических волн. При положительной разности между "частотой генератора поверхностных акустических волн и эталонной частотой в знаковомразряде блока вычитаниякодов частот б образуется логический "0", который поступает на первый разряд первого выходного регистра При противоположном направлении ускорения, когда разность частот генератора поверхностных акустических волн и источника эталонной частоты, Ь отрицательна, в знаковом разряде блока вычитания кодов частот б образуется "1", которая определит знак кода ускорения во всех разрядах выходных.регистров линейки 10.Генератор тактовых импульсов 9 вырабатывает импульсы по линии "а" для обнуления и запуска счетчиков-регистров 5, 5 ,5("), по линии "б" на разрешение операций в блоках вычитания кодов частот 6, б,6(" ), по линии в" на разрешение операции сравнения кодов на входах схем совпадения 7,7, . 7(" ) и изменение показаний выходных регистров линейки 10, по линии "г" на обнуление линейки 10 ых)одных регистров. В регистрах 8, 8, .8 предварительно записаны коды ускорений, при которых производится включение соответствующих выходных регистров линейки 10.Таким образом, с выходов выходныхрегистров линейки 10 поступают сигналы,содержащие коды направления ускорения, 5величины ускорения и диапазона измерения.Так как каждая линия задержки используется для измерений ускорений в определенном диапазоне, то применейие 10нескольких линий задержки на одном ЧЭпозволяет получить суммарный диапазонизмерений больше, чем при одНой линиизаДержки,Расположение продольных осей линий 15задержки перпендигулярно продольнойоси ЧЭ позволяет выполнять акселерометрс мфньеими габаритами,Использование генератора поверхностных акустических волн на одной из линий 20задержки на ЧЭ в качестве источника эталонной частоты повышает температурнуюстабильность акселерометра, так как все линни задержки на ЧЭ находятся в близкихтемпературных условиях, . 25ГЬвыщение температурной стабильности увеличивает ворог чувствительности акселерометра, что ведет к увеличениюдайазбна в сторону малых ускорений и повышению точностй измерений,ЗОУвеличение-диапазона измерений расщиряет возможности применения акселерометра.:Формула изобретенйяАкселерометр; содержащий консольный чувствительный элемент. и-генераторов на поверхностйцх акустических волнах,каждый из которых образован усилителем, включенным между входным и выходным встречно-штыревым преобразователями линий задержки, установленными на поверхности чувствительного элемента, о т л и ч аю щ и й с я тем, что, с целью расширения диапазона измерений и повышения точности измеренйй, в него введены генератор тактовйх импульсов, линейка из(п - 1) выходных регистров, (и) цепочек, каждая из которых содержит последовательно соединенные регистр и схему совпадения, (и) цепочек, каждая из которых подключены к выходу соответствующего генератора на поверхностных акустических волнах и содержит последовательно соединенные счетчик-регистр и блок вычитания кодов частот; и-й счетчик-регистр, вход которого подключен к выходу и-го генератора йа поверхностных акустических волнах, а выход - к, второму входу всех блоков вычитания кодов частот, выход каждого из которых, кроме (п)-го, подключен к входу соответствующей схемы совпадения, выход каждого из блоков вычитания кодов частот подключен к входу соответствующего выходного регистра в линейке, разрешающие входы которцх, начиная с второго, соединены с выходом предыдущей схемы совпадения, а выходы генератора тактовых импульсов соединены с соответствующими входами счетчиков-регистров, схем совпадения, блоков вычитания кодов чаСтот, регистров и выходных регистров в линейке, причем продольные, осй линий задержек расположены перпендикулярно продольной оси чувствительного эдеме йта.Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 101 Заказ 2890ВНИИПИ Гос оставитель 8.Кости ехред М.Моргентал Тираж Подписноетвенного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ ССС 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5