Дифференциальный струнный акселерометр

союз советснихСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИК 0 Р 15/1 О, 601,Ь 1 асад,.,и. ОПИСАН К АВТОРСКОМ Е ИЗОБРЕТЕНИЯВИДЕТЕЛЬСТВУ ав очныение, 1965,о я диф- рометений,ой Е 1постуОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ 21) 4128923/24-1 022) 04.10.8646) 30.03,88, Бюл. У 1271) Московский авиационный институт им. Серго Орджоникидзе72) С,Я.Лебедева и И.И.Помыкаев 53) 531.768(088.8)56) Агейкин Д.И. и др. Датчики конроля и регулирования. Спратериалы. М.: МашиностроеЫЙ АКСЕс.493-495.(54) ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫЙ СТРУНН ЛЕРОМЕТР(57) Изобретение предназначе измерения ускорений. Цель из ния - повьппение быстродейств ференциальных струнных аксел ров при измерении малых уско Синусоидальные сигналы часто Е с выхода усилителей 8 и 9 пают на входы смесителя 19, на выходе которого выделяется сигнал, по частоте равный 1 + Г , поступающий на1 один вход смесителя 20, а на другой вход - сигнал с выхода генератора 21 эталонной частоты Г,г, Смеситель 20 формирует сигнал частоты Е.1 + К -1,-,. По отклонению от Г г формируется сигнал, который подается на исполнительный элемент 5. Последний изменяет натяжение струн так, что отклонение суммарной частоты от эталонной сводится к нулю. Устр-во позволяет при условии стабилизации суммы частот получить линейную зависимость между измеряемым ускорением и величиной с разности периодов колебаний сигналов на выходе автогенераторов, что уменьшает время измерения малых ускорений. 5Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для измерения ускорений.Целью изобретения является повы 5 шение быстродействия дифференциальных струнных акселерометров при измерении малых ускорений.На фиг. представлена блок-схема предлагаемого дифференциального О струнного акселерометра; на фиг.2 - временные диаграммы работы дифференциального струнного акселерометра в отсутствии входного воздействия; на фиг.3 - временные диаграммы работы 5 дифференциального струнного акселерометра при наличии измеряемого ускорения; на фиг.4 - временные диаграммы работы схем совпадения при условии, что период колебанйй сигнала на 20 выходе одного автогенератора более чем в два раза превышает период колебаний сигнала на выходе другого авто- генератора; на фиг.5 - один из вариантов конкретного выполнения схем 25 совпадения,Дифференциальный струнный акселерометр содержит струнные резонаторы1 и 2, соединенные одним концом синерционной массой 3, второй конецодной струны соединен с корпусом 4,а второй конец другой струны - с силовым исполнительным элементом 5, системы возбуждения 6, 7 и усилители 8и 9, к входу которых подсоединеныконцы резонаторов 1 и 2 соответственно,Струнный резонатор 1, система возбуждения 6, усилитель 8 образуют первый автогенератор; струнный резонатор 2, система возбуждения 7 и усилитель 9 образуют второй автогенератор. Последовательно с автогенератором включен преобразователь частотного сигнала 1 О первого автогенератора и преобразователь частотного сигнала 11 второго автогенератора. Всостав преобразователя входят последовательно соединенные формирователь50импульсов 12, делитель частоты 13,схема совпадения 14, триггер 15, вентиль 16. Выход триггера 15 преобразователя 10 соединен с вторым входомсхемы совпадения 14 преобразователя11, а выход триггера 15 преобраэова 55теля 11 соединен с вторым входом схемы совпадения 14 преобразователя 10.Вторые входы вентилей 6 соединены с выходом генератора опорной частоты17. Выход вентиля 16 преобразователя10 соединен по входу "+" (" Сложение" )с реверсивным счетчиком 18, выход-вентиля 16 преобразователя 11 соединен по входу "-" (" Вычитание" ) среверсивным счетчиком 18. Выход усилителя 8 соединен с первым входом,а выход усилителя 9 - с вторым входом смесителя 19, выход которогосоединен с первым входом смесителя20, а с его вторым входом соединенвыход генератора эталонной частоты21. Выход смесителя 20 соединен свходом силового исполнительного элемента 5,Устройство работает следующим образомПод действием инерционной силы,вызываемой ускорением, инерционнаямасса 3 смещается относительно корпуса 4, натяжение одной из струн,например 1, возрастает, натяжениедругой 2 - уменьшается, при этом частоты колебаний первой и второй струнпринимают значения соответственнои - - Д . Поскольку для автогенератора струна является частотозадаюшим элементом, то ина выходе усилителей 8 и 9 автогенераторов частота колебаний имеет значение Х и Г соответственно, Синусоидальный сигнал частоты Й, поступаетна преобразователь частотного сигнала 10, а синусоидальный сигнал частоты Г - на преобразователь частотного сигнала 11. Принцип работы преобразователей 10 и 11 состоит в том, что эа цикл измерения ими определяется разность периодов колебаний сигналов с выходов первого и второго автогенераторов. Для этого на время, равное периоду колебаний сигналов на выходе автогенераторов, попеременно открываются вентили 16 то в одном, то в другом канале и пропускают на реверсивный счетчик 18 импульсы опорной частоты высокостабильного генератора, имеющего частоту на несколько порядков выше, чем частота автогенератора. Здесь происходит измерение периодов колебаний методом заполнения, Так как сигналы с выходов автогенераторов не синхронизированы между собой и могут значительно отличаться по частоте, то логика работы преобразователей построена таким образом, что первым открывается вентиль того преобразователя, на который раньше пришел импульс с выхода автогенера 5 тора. Пока открыт один вентиль, вто" рой не открывается. Если первым открывается вентиль канала, по которому идут импульсы с частотой более чем в два раза превышающей частоту в другом канале, то вентиль открывается первым импульсом, закрывается вторым и вновь открывается только после прохождения двух идущих друг эа другом импульсов по другому ка налу.Временные диаграммы работы преобразователей приведены на фиг.2 - 4 (обозначения выходных сигналов блоков см. на фиг.1).20Сигналы синусоидальной формы с выхода первого и второго автогенераторов преобразуются формирователем импульсов 12 в последовательность коротких прямоугольных импульсов, иду щих с частотой синусоидального сигнала. Далее импульсный сигнал поступает на делитель частоты (для простоты изображения на временных диаграммах фиг.2 - 4 коэффициент деления З 0 делителя частоты принят равным единице). Затем сигнал поступает на схему совпадения. Схема совпадения имеет прямые связи с собственным. каналом и перекрестные с соседним, что позволяет обеспечить описанную логику работы преобразователей. Сигнал со схемы совпадения перебрасывает триггер 15, сигнал с выхода триггера на время, равное периоду колебаний 40 сигнала автогенератора, открывает вентиль 16, через который на вход "Сложение" реверсивного счетчика 18 поступают импульсы генератора опорной частоты 17, количество которых 45 соответствует периоду колебаний сигнала первого автогенератора, на вход ,"Вычитание" реверсивного счетчика 18 поступает количество импульсов, соответствующих периоду колебаний второ го автогенератора. К концу цикла измерения в реверсивном счетчике 18 записывается код, равный разности периодов колебаний первого и второго автогенераторов. 55 1Формирователь импульсов 12, делитель частоты 13, триггер 15, вентиль 6, генератор опорной частоты 17 и1Тй- период колебаний сигналана выходе второго автогенератора;частота колебаний сигнала на выходе автогенераторов при отсутствии измеряемого ускорения; реве рсивный счетчик 18и редс та вляют собой известные устройства, один из вариантов построения схем совпадения 14 приведен на фиг.5.Синусоидальные сигналы частотойи Г с выхода усилителей 8 и 9 поступают на входы смесителя 19, на выходе смесителя 19 выделяется сигнал, по частоте равный Г + Е, Сиг" нал с выхода смесителя 19 поступает на один вход второго смесителя 20, на другой его вход подается сигнал с выхода генератора эталонной частоты 21. Смеситель 20 формирует сигнал частоты Г + Г - Е, Сумма частот Г + 1 поддерживается постоянной и равной Г . По отклонению суммарной частоты от Йт формируется электрический сигнал, который подается на исполнительный элемент 5; последний изменяет натяжение струн так, что отклонение суммарной частоты от эталонной сводится к нулю. Стабилизация суммы частот осуществляется здесь аналогично с прототипом.Предлагаемое устройство позволяет приусловии стабилизации суммы час тот получить линейную зависимость между измеряемым ускорением и величиной разности. периодов колебаний сигналов на выходе первого и второго автогенераторов, что существенно (до нескольких порядков) уменьшает время измерения малых ускорений по сравнению с известными акселерометрами, где используется линейная зависимость ,между измеряемым ускорением и разностью частот сигналов на выходе автогенераторов. И так:Е - частота колебаний сигнала1на выходе первого автогенератора при наличии ускорения;Ф- частота колебаний сигнала2на выходе второго автогенератора при наличии ускорения;Т = -- период колебаний сигналаГна выходе первого автогенератора;дГ - изменение частоты колебаний сигнала на выходе пер" вого автогенератора относительно Г под воздействием ускорения;аГ - изменение частоты колебаний сигнала на выходе второго автогенератора отно" сительно Ео под воздействием ускорения.Обычно в дифференциальных струнных датчиках в отсутствии измеряемого воздействия частоты колебаний выходных сигналов автогенераторов равны, т.е Г =12 =2,; при наличии входного воздействия 1 =Г + д Е, К 2г а 2 д +дЕсли Т = - = --- Т1 К Е+Ь У,2 г201О ч 2то а Т=Т, -Тг =1/(Е, +а К, ) -1/(Х, -ЛЕ )-(ах, +а Г,)о+ о а о 2 1 а .2В дифференциальном датчике со стабилизацией суммы частот д Й, = а Г 2 .При30 этом условии выражение (1) принимаетЬК ЛГамтв Г (2) (а /2) 2 а35где дй=ай 1 + а Его д 1д 2Если сомножитель 1/(1-( в -) ) в вы 2 йоражении (2) представить в виде ряда,то выражение (2) принимает вид 40д г а 2 а 4ат- - 11+( - ) + ( - ) +1 (3)Г ь 2, 2 Г,При условии, что2 йд 2.(4)оаК 2ат = - илидт =ай т,ГИз полученного следует, что д Т2пропорциональна д Г(ит, ), где ивкоэффициент кратности. 50Разность периодов колебаний сигналов на выходах автогенераторов пропорциональна при условии (4) разности частот этих сигналов (5), котораяч 55в свою очередь в устроиствах со ста билизацией суммы частот пропорциональна входному воздействию,Предлагаемое устройство позволяет сократить время измерения малых ускоренийь и получить код измеряемой величины подсчетом числа импульсов опорной частоты, прошедших на реверсивный счетчик за время цикла.Формула изобретенияДифференциальный струнный акселерометр, содержащий корпус, два авто- генератора, два смесителя, генератор эталонной частоты, силовой исполнительный элемент и цепь выходного сигнала, причем каждый автогенератор имеет струнный резонатор и усилитель, струнные резонаторы одним концом соединены между собой через инерционную массу, другой конец одного струнного резонатора закреплен на корпусе, а другой конец другого струнного резонатора соединен с силовым исполнительным элементом, выход первого автогенератора соединен с одним входом первого смесителя, выход второго автогенератора - с другим входом этого смесителя, выход которого соединен с первым входом второго смесителя, второй вхоц которого соединен с выходом генератора эталонной частоты, а выход - с силовым исполнительным элементом, о т л и ч а,ю щ и й с я тем, что, с целью повышения быстродействия при измерении малых ускорений, в цепь выходного сигнала введены генератор опорной частоты, реверсивный счетчик и два преобразователя частотных сигналов, каждый из которых соединен с выходом одного автогенератора и выполнен в виде последовательно соединенных формирователя импульсов, делителя частоты, схемы совпадения, триггера и вентиля, причем выход триггера второго преобразователя соединен с вторым входом схемы совпадения первого преобразователя, выход триггера первого преобразователя соединен с вторым входом схемы совпадения второго преобразователя, выход вентиля первого преобразователя соединен с входом Сложение" реверсивного счетчика, выход вентиля второго преобразователя - с вторым его входом "Вычитание, а вторые входы вентилей соединены с выходом генератора опорной частоты.385 О 8 О Составитель А.Труиоведактор Н.Горват Техред И,Дидык Корректор М.Демчи писное ираж 847 2292 а оми от а роиээодственио-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Нраектяа 75)в)ц ВНИИПИ Государственного по делам изобретений13035, Москва, Ж, Раув та СССРтийб , д, 4/