Способ измерения механических величин

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ СПУБЛИ 51) 1 ОПИ АВ.Ко НИЧЕСКИХ кании фферен ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ С ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНР САНИЕ ИЗОБР РСКОМ,Ф СВИДЕТЕЛЬСТВ(46) 15.07.85. Бюл. У 26 (72) А.Л,Патлах, В.А.Иванов, Е.Н решков, Я.И,Токарь и Ю.М,Эунапу (71) Алма-Атинский энергетический институт, Центральное проектно-конс рукторское и технологическое бюро Министерства автодорожного транспор та КазССР(56) 1. Авторское свидетельство ССС В 794545, кл. С 01 Р 15/08, 1979.2. Авторское свидетельство СССР Ф 1107054, кл. С 01 Р 15/08, 1983 (прототип),(54)(57) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ МЕХА ВЕЛИЧИН, заключающийся в пропус излучения источника по двум ди циально включенным каналам в виде изогнутых световодов с участком изгиба, лежащим в плоскости вектора и меряемого параметра, и определении 80116750 отклонения выходных сигналов, о т - л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности за счет компенсации температурной погрешности, предварительно снимают экспериментальные кривые температурной зависимости светопропускания изогнутых све товодов по меньшей мере при двух раз личных нагрузках и находят точку пересечения их линеаризованных эквивалентов, при этом отклонение выходных сигналов, определяют относительно зна чения, соответствующего найденной , точке, а величину измеряемого параметра вычисляют по формулеСО.-0, )(Г 20.- С, .Л -для однополярйого сигнала,"(о-о, Цхо,-(о.О, 11 -для двухполярного сигнала, где (1 сигнал, соответствующий точке пересе чения температурных зависимостей, 0 , О - выходные сигналы соответственно первого и второго каналов.образом, происходит увеличение числовой апертуры световода на нагретом участке. СоГласно экспериментальным исследованиям более высокоапертурные . световоды при одних и тех же значениях радиусов кривизны имеют большее светопропускание, через низкоапертурные. В то же время известно, что на искривленном участке часть света выходит из световода наружу. При на О греве же часть света, выходящая наружу, уменьшается. Этим объясняется наличие температурных зависимостей.Указанная выше точка пересечения температурных зависимостей названа 5 фиктивной, так как в действительности зависимости в области 45 фС преобретают явно нелинейный вид, Линейная же аппроксимация, дающая точку пересечения зависимостей, возможна лишь 20 при ОС с погрешностью линейности 5 Е. Наличие фиктивной точки пересечения температурных зависимостей светопропускания изогнутого световода (фиг.4) позволяет реализовать способ,25 обеспечивающий более высокую точность измерения ускорений эа счет уменьшения температурной погрешности в интервале температур линейной аппроксимации. 30Аппроксимирующие функции сигналов обоих фотоприемников дифференциального чувствительного элемента имеют вид Подставляя (2), например, в (1) для0 и выражая Ч имеем0 р-"г О,-и,Ч(т2 О и+ иТаким образом, если отработатьсигналы обоих фотоприемников согласно (3), то удается исключить температурную зависимость. Этот случай применим, когда необходимо работать соднополярным сигналом, Однако приуказанной реализации способа на выходе устройства присутствует постоянная составляющая сигнала.Для исключения постоянной составляющей необходимо из О вычесть Оа затем полученное выражение разделить на .сумму выражений (1) без 2 Ор,тогда получаем (без учета знака)О, ги,-(ОЩОбрабатывая таким образом сигналыобоих фотоприемников, получаем: присигнал соответствует 1, при ==О - минус 1, при 1,= с 10/2 - нулю, т,ев этом случае постоянная составляющая.отсутствует. Шкала прибора проградуи 35рована в единицах ускорения с учетом,что полученный результат на выходеэлектронного блока пропорционален2/р(когда сигнал электронногоблока равен О, - это нулевое перемещение инерционной массы , ускорениеРавно О, при Ц 70 вектор ускоренияимеет одно направление, при Ц, О- вектор ускорения имеет противоположное направление). Величина перемещения инерционной массы 7 определяетсявеличиной этой массы и упругостью упругого элемента 8. где 9 - пос тоя нный коэффициент, з ависящий от типарименяемого световода и фотоприемников,- наибольшее и текущее значения перемещения инерционноймассы под действием ускоре ния (при = р,р сигнал одного фотоприемника равен О,а другого близок к 0 ),- текущее значение температуры, 50Т - координата фиктивной точкипересечения по оси температур.Выражения (1) для О и О отлича-.ются, так как в дифференциальном чувствительном элементе происходит про-,тивоположное изменение кривизны световодов при перемещении инерционной ь:0,- ю(,-)(т,- 1;=(-Я, (р- ) ф массы 7 под действием измеряемого ускорения.Складывая между собой (1) и выражая (Т -), получаем20,-(ии,)рРассмотрим конкретный пример на основе экспериментальнйх зависимостей, В исходном состоянии при 20 С сигналы на нагрузках фотоприемников ., 4 и 5 равны О =04,3 В, координаты фиктивной точки пересечения температурных зависимостей составляют 0оо =бВ, Тб 5 С (они определяются экспериментально по температурным зависимостям до начала работы прибора). Со1167506 7противления нагрузок фотодиодов 4 и 5 равны 1 МОм, сопротивление резистора температурного сигнала равно также 1 МОм, напряжение источника питания моста О =12 В. В данном случае ток каждого из фотодиодов 4 и 5 равен 4,3 мкА, суммарный ток через резистор 9 равен 8,6 мкА. Этот ток создает на резисторе напряжение 8,6 В, а сигнал, поступающий на элемент регулировки 1 О . коэффициента передачи блока 10, равен О 3,4 В. Этот сигнал обеспечивает зйачение коэффициента передачи блока 10, равное К =0,29. Сигнал на входе блока 10, представляющий собой .Ох= 15 = Ц,-О 1, равный 1,7 В, вызывает на выходе этого блока сигнал 0= КОхщ =0,49 В, соответствующий ускорению, равному О. При увеличении температуры на 20 С 0 =0=5 В,при этомсигнал 20 на резисторе 9 равен 10 В. О =2 В, Ох=1 В, К=0,5 (коэффициент передачи К изменяется обратно пропорциональ" но 0 ), тогда О, принимает значение 0,5 В, т.е. сигнал на выходе 25 блока 10 практически не изменяется при изменении температуры.Предположим, что ускорение принимает определенное значение, при котором инерционная масса 7 переместит-З 0 ся на 1 мм. При 20 С О =3,35 В, 0 = =5,35 В, ток через резистор 9 равен 8,7 мкА (напряжение на этом резисторе 8,7 В), 0=3,38 Вф К Оф 3031 ОВХ т.е. при появлений ускорения сигнал на выходе блока 10 изменяется. При изменении температуры окружающей среды на 20 С Ц =4,5 В; О =5,65 В, ток . резистора 9 составляет 10,05 мкА (напряжение на нем 10,05 В); 0 =1,85 В, т,е. сигнал на выходе блока 10 при изменении температуры изменяется всего на .5 Х - это и есть величина температурной погрешности предлагаемого устройства, .Аналогично описанчому работает устройство, электрическая схема которого изображена на фиг.З. Разница за" ключается лишь в том, что на вход блока 10 подается сигнал с диагонали моста, равный разности сигналов Ц;К на нагрузках фотоприемников 4 и 5. Рассмотрим пример работы такого устройства при условиях и номиналах схемы, аналогичных описанным вышее, но при коэффициенте усиления блока 10 К=1 при 20 С.При ускорении, равном О, и температуре 20 С 0= О =4,3 В, ток резистора 9 равен 8,6 мкА (напряжение на нем 8 6 В)Оу=З 4 В К=1 Ор= 01- 0=0, О,= КОА=О. При увеличении температуры на 20 С О =(12=5 В; ток резистора 9 равен 10 мкА (напряжение 10 В); О =2 В; О =О; ОХО, т,е. сигнал на выходе блока 10 в этом случае с изменением температуры не изменяется.Пусть измеряемое ускорение вызывает перемещение массы 7 на 1 мм,при этом О 1 =3,35 В 0=5,35 В; ток через резистор 9 равен 8,6 мкА (напряжение 8,6 В) Оу=3,4 В К=1 Оз= нении температуры на 20 С Ц =4,45 В;0 =5,7 В, ток резистора 9 рутвен 10,0 мкА; 0 =1,9 В, К=1,7; 3,= пературная погрешность в этом случае составляет 6,57.Температурная погрешность прототи-. па при,1=20 С, 0,=1,4 В и 1 =10 С )=5,1 В составляет 0,87 град, т,е. изменении температуры от 0 до 50 С наибольшая погрешность составляет 402, в то время кк при реализации предлагаемого способа в указанном ин" тервале температурная погрешность не превышает 107Кроме того, предлагаемый способ при соответствующей обработке сигналов позволяет реализовать комбинированное устройство, изменяющее одновременно ускорение и температуру. В качестве базового объекта выбран, индуктивный акселерометр МВВ, используемый в аппаратуре контроля виброускорений ИВ-ЗОО, Преимуществом устройства для реализации предлагаемого спОсоба является то, что в качестве линий передачи информации используются волоконные световоды, а в базовом объекте - металлические провода (медные), что позволяет снизить массу линий передачи информации.1167506 42 Тираж 897 ВНИИПИ Государственпо делам изобрете 113035, Москва, ЖЗакаэ 4427/ Подписяого комитета СССР ний и открытий Раушская наб., д. Патент", г.ужгород, ул,Проектна илиал Фиг. Ф Сос тавитель Т. Н. Макарова едактор И.Рыбченко Техред О.Неце Коррек