Інтегральні акселерометри. Коливальний LC контур: принцип дії, розрахунок, визначення Найпростіший акселерометр складається з електричного контура

акселерометром називається прилад, який вимірює проекцію удаваного прискорення *. Як правило, акселерометр - це закріплена в пружному підвісі чутлива маса. У разі наявності уявного прискорення по відхиленню даної маси від свого початкового положення і судять про величину цього прискорення.

* Позірна прискорення являє собою різницю між істинним прискоренням об'єкта та гравітаційним прискоренням.

конструктивне виконання

Акселерометри бувають одно-, дво- і трикомпонентні. З назви, вони відповідно вимірюють позірна прискорення вздовж однієї, двох і трьох осей (X, Y, Z).

невагомість

Істинне прискорення об'єкта в умовах невагомості викликає лише гравітаційна сила, а тому справжнє і гравітаційне прискорення рівні. Як наслідок, відсутній здається прискорення і дані будь-якого акселерометра рівні 0 (нулю). Припиняють функціонувати всі системи, які в якості датчика нахилу використовують акселерометр. Приклад: положення зображення на планшеті або смартфоні не змінюватиметься, коли ви будете повертати корпус.

Схема найпростішого акселерометра

Отже, найпростіший акселерометр складається з пружини з закріпленим на ній вантажем і демпфера, який коливання даного вантажу і пригнічує. Чим здається прискорення більше, тим пружина деформується сильніше, і показання приладу змінюються.

Коли відбувається рівновагу сили інерції вантажу і сили пружини, реєструється величина зміщення даного вантажу від нейтрального положення, яка свідчить про величину прискорення (уповільнення). Ця величина будь-яким датчиком переміщення реєструється і на виході пристрою перетвориться в електричний сигнал.

Технології побудови сучасних акселерометрів

Залежно від технології побудови розрізняють наступні акселерометри:

п'єзоелектричні;

п'єзорезистивного;

на змінних конденсаторах.

п'єзоелектричні акселерометри широко використовуються в задачах тестування і вимірювань. Вони відрізняються дуже широким діапазоном частот і діапазоном чутливості. Крім того, можуть мати різні розміри і форми. Вихідний сигнал таких акселерометрів може бути зарядовим або по напрузі. За допомогою датчиків можна вимірювати як удар, так і вібрацію.

п'єзорезистивного акселерометризазвичай характеризуються малим діапазоном чутливості, внаслідок чого найбільш вони можуть бути застосовані для детектування ударів, ніж для визначення вібрації. Крім того, їх використовують в випробуваннях на безпеку при зіткненні. Дані акселерометри мають в основному широкий діапазон частот, а частотна характеристика може доходити до 0 Гц (так звані DC-датчики) або залишатися незмінною. Це дає можливість вимірювання тривалих сигналів.

Акселерометри на змінних конденсаторах, Як і п'єзорезистивного, мають DC-відповідь. Такі акселерометри мають високу чутливість, вузьку смугу пропускання, відмінну температурну стабільність, малу похибку. За допомогою даних акселерометрів вимірюють низкочастотную вібрацію, рух і фіксоване прискорення.

Сьогодні нас цікавить найпростіший коливальний контур, Його принцип роботи і застосування.

За корисною інформацією з інших тем переходите на наш телеграм-канал.

коливання - процес, що повторюється в часі, характеризується зміною параметрів системи близько точки рівноваги.

Перше, що спадає на думку - це механічні коливання математичного або пружинного маятників. Але ж коливання бувають і електромагнітними.

За визначенням коливальний контур (Або - це електричний ланцюг, в якій відбуваються вільні електромагнітні коливання.

Такий контур являє собою електричну ланцюг, що складається з котушки індуктивністю L і конденсатора ємністю C . З'єднані ці два елементи можуть бути лише двома способами - послідовно і паралельно. Покажемо на малюнку нижче зображення і схему найпростішого коливального контуру.

До речі! Для всіх наших читачів зараз діє знижка 10% на будь-який вид роботи.

До речі! Для всіх наших читачів зараз діє знижка 10% на будь-який вид роботи.

Принцип дії коливального контуру

Давайте розглянемо приклад, коли спочатку ми заряджаємо конденсатор і замикаємо ланцюг. Після цього в ланцюзі починає текти синусоїдальний електричний струм. Конденсатор розряджається через котушку. У котушці при протіканні через неї струму виникає ЕРС самоіндукції, Спрямована в бік, протилежний току конденсатора.

Розрядившись остаточно, конденсатор завдяки енергії ЕРС котушки, яка в цей момент буде максимальна, почне заряджатися знову, але тільки в зворотній полярності.

Коливання, які відбуваються в контурі - вільні затухаючі коливання. Тобто без додаткової подачі енергії коливання в будь-якому реальному коливальному контурі рано чи пізно припиняться, як і будь-які коливання в природі.

Це обумовлено тим, що контур складається з реальних матеріалів (конденсатор, котушка, дроти), що володіють такою властивістю, як електричний опір, і втрати енергії в реальному коливальному контурі неминучі. В іншому випадку це нехитрий пристрій могло б стати вічним двигуном, існування якого, як відомо, неможливо.

Ще одна важлива характеристика - добротність Q . Добротність визначає амплітуду резонансу і показує, у скільки разів запаси енергії в контурі перевищують втрати енергії за один період коливань. Чим вище добротність системи, тим повільніше будуть затухати коливання.

Резонанс LC-контура

Електромагнітні коливання в відбуваються з певною частотою, яка називається резонансною Детальніше про резонанс - в нашій окремій статті. Частоту коливань можна змінювати, варіюючи такі параметри контуру, як ємність конденсатора C , Індуктивність котушки L , Опір резистора R (для LCR-контуру).

Застосування коливального контуру

Коливальний контур широко застосовується на практиці. На його основі будуються частотні фільтри, без нього не обходиться жоден радіоприймач або генератор сигналів певної частоти.

Якщо ви не знаєте, як підступитися до розрахунку LC-контура або на це зовсім немає часу, зверніться в професійний студентський сервіс. Якісна та швидка допомога у вирішенні будь-яких завдань не змусить себе чекати!

В основі принципу дії будь-якого акселерометра лежить властивість тіл зберігати своє становище незмінним при прискореному русі підстави, на якому вони якимось чином закріплені.

Митників акселерометри з електричної пружиною (рисунок 6) використовуються в системах стабілізації центру мас РН в позиційному і интегрирующем варіантах. Відомо досить велика різноманітність конструктивних схем маятникових акселерометрів. Однак загальним для них ознакою є наявність механічної системи, пов'язаної з маятником, і електричної або фотооптичні (а також електростатичного, ємнісний) системи знімання корисної інформації.

Компенсаційний метод вимірювання, покладений в основу більшості маятникових акселерометрів, в принципі, забезпечує високу точність вимірювання. Реалізація цього методу в акселерометрах здійснюється за допомогою компенсуючих силових або моментних пристроїв, заснованих на різних фізичних принципах - механічних, електромагнітних, електростатичних.

Найбільшого поширення в даний час отримали магнітоелектричні перетворювачі, в яких компенсують момент або сила створюються за рахунок взаємодії магнітного поля, створюваного струмом зворотного зв'язку, який протікає по обмотці перетворювача, з полем постійного магніту. Подібні перетворювачі забезпечують отримання необхідних моментів (сил) при малих габаритах і мають прийнятну на даному етапі стабільність параметрів.

Принцип дії маятникового акселерометра при розімкнутому ключі (інтегруючий варіант) полягає в наступному. При виникненні уявного прискорення W z, спрямованого по осі OZ, рухлива рамка з маятником, які прагнуть зберегти своє становище незмінним, почне розгортатися відносно нерухомої рамки. В результаті відносного обертання рамок магнітний потік рухомої рамки, перетинаючи витки обмотки нерухомою рамки, викличе в ній електрорушійну силу. Напруга, що знімається з обмотки нерухомою рамки, після посилення в підсилювачі надходить через конденсатор і гнучкі струмопроводи на обмотку рухомий рамки і викличе в ній струм зворотного зв'язку i ос. Цей струм, в свою чергу, викличе магнітний потік
рухомий рамки. Взаємодія магнітного потоку постійного магніту з осреднении значенням магнітного потоку від струму зворотного зв'язку з'явиться причиною виникнення механічного моменту зворотного зв'язку M ос, спрямованого проти моменту інерційних сил M і.

Якщо допустити, що позірна прискорення W z постійно, то в сталому режимі настане рівність між зазначеними моментами, тобто M ос \u003d M і, а мірою вимірюваного прискорення може служити сила струму i ос в колі зворотного зв'язку маятникового акселерометра, що протікає по обмотці рухомої рамки.

При розімкнутому ключі і повної ідеалізації всіх ланок ланцюга зворотного зв'язку можна вважати, що

(1.1)

Так як М і \u003d mlW x, то при М ос \u003d М і отримаємо

або після інтегрування при нульових початкових умовах

(1.3)

Очевидно, що інтеграл від удаваного прискорення дорівнює уявній швидкості, тобто

(1.4)

де t к - інтервал інтегрування, тому

При замкнутому ключі і тих самих вихідних даних

Таким чином, один і той же маятниковий акселерометр може бути при гнучкою зворотного зв'язку інтегруючим, а при жорсткій - позиційним. Ця обставина широко використовується при початковій виставці систем управління літальних апаратів і при управлінні їх рухом в польоті. Так, при розімкнутому ключі підвищується точність початкової виставки комплексу командних приладів, оскільки при гнучкою зворотного зв'язку виключаються статистичні похибки маятникового акселерометра з електричної пружиною, як найпростішого контуру системи автоматичного регулювання.

У акселерометрах компенсаційного типу для отримання інформації про величину прискорення використовується датчик кута (ДУ). Найбільшого поширення як в навігаційних, так і в промислових зразках акселерометрів отримали фотодатчики (ФД) і датчики ємнісного типу (ОД).

Використання ФД дозволяє для посилення корисного сигналу використовувати відносно нескладні електронні схеми. У типовому акселерометрі компенсаційного типу застосований такий ДУ.

Основними елементами цього вимірювального пристрою є:

Світлодіод SD;

Два фотодіода VD1 і VD2;

Шторка, жорстко закріплена з маятником, і розташована між світло-і фотодіодами;

Попередній підсилювач аналогового (лінійного) сигналу DA, охоплений опором зворотного зв'язку Roc;

Опір, що перетворює напругу в струм зворотного зв'язку RI;

Обмотка датчика моменту (ДМ) L.

Принцип дії даного маятникового акселерометра в аналоговому (штатному) режимі полягає в наступному. При виникненні уявного прискорення А вх, спрямованого уздовж осі чутливості, маятник і жорстко пов'язана з ним шторка, яка прагне зберегти положення незмінним, почне розгортатися щодо корпусу акселерометра. В результаті відносного обертання один з світлодіодів буде засвічуватись більше, ніж інший. Внаслідок чого виникне різниця потенціалів на виході ДУ. Ця напруга буде подано на вхід підсилювача і після посилення в вигляді струму зворотного зв'язку надійде в обмотку ДМ. ДМ сформує компенсуючий момент, який поверне маятник в початковий стан. Таким чином, за
величиною струму зворотного зв'язку можна буде судити про значення уявного прискорення.

У момент початку руху маятника акселерометра на нього діє сила тертя спокою, яка вводить похибка в вимірювання (поріг чутливості).

Принцип дії і пристрій датчика вимірювання прискорення розглянемо на прикладі пружинного акселерометра, як чутливий елемент якого застосовується інерційна маса.

Принцип дії пружинного акселерометра з інерційним чутливих елементів заснований на використанні інерційних сил або моментів, що виникають при русі тіла певної маси з прискоренням. Залежність інерційної сили F, діючої на тіло, маса якої дорівнює m при наявності прискорення a , Як відомо, визначають за другим законом Ньютона:

F \u003d m· a

Датчики з інерційними чутливими елементами застосовують також для вимірювання вібрації, кутової швидкості обертання і т.д.

Пристрій акселерометра.

Чутливим елементом акселерометра служить інерційна маса 1, підвішена на двох пружинах 2, прикріплених в точках А і В до корпусу 3, жорстко пов'язаного з об'єктом, що рухається.

лінія АВ є віссю чутливості акселерометра. Вона паралельна тій осі рухомого об'єкту, по якій потрібно виміряти прискорення х.

При відсутності прискорень натяг пружин однаково і маса розташовується в середньому (нейтральному) положенні. Якщо об'єкт рухається з постійним лінійним прискоренням х, то маса переміщається на деяку величину, при якій інерційна сила Р ін, що виникає внаслідок прискореного руху маси в абсолютному просторі, врівноважується силою Р упр пружності пружин.

Для заспокоєння коливань інерційної маси в перехідному режимі служить демпфер 4, створює силу, пропорційну швидкості переміщення маси щодо корпусу 3. Застосовують магнітоіндукційні, рідинні або повітряні демпфери.

Вимоги до акселерометра щодо точності вимірювання визначаються областю застосування. Так, похибки акселерометрів в інерційних системах не повинні перевищувати 0,001%. Акселерометри, які використовуються в системах управління, мають похибки на два-три порядки вище. Похибки акселерометрів, що застосовуються в якості візуальних приладів, складають 1 ÷ 3%.

Ще однією сферою застосування акселерометрів є їх застосування в якості датчиків вимірювання перевантаження, діючої на літак в певному напрямку.

перевантаженням називається відношення поверхневої сили F, що діє в напрямку будь-якої осі літака, до сили ваги G.До поверхневих силам відносяться підйомна сила, сила опору і сила тяги. Розрізняють перевантаження нормальну (поперечну), що дорівнює відношенню підйомної сили до сили ваги, поздовжню і бічну.

Перевантаження - величина безрозмірна. Іноді кажуть, що перевантаження дорівнює, наприклад, 5g. Це означає, що в даному напрямку на літальний апарат і знаходяться в ньому членів екіпажу діє сила, в п'ять разів перевищує силу ваги. Виходячи з визначення поняття перевантаження, слід говорити про перевантаження, що дорівнює 5, а не 5g.

Найбільше значення для пілотування ВС відіграє вертикальна перевантаження.

Сигнали акселерометрів використовуються також в інерційних навігаційних системах для обчислення швидкостей і координат, в системах управління польотом і двигунами, а також для індикації поточного і критичного значень перевантаження.

Акселерометри, які застосовуються в системах управління, орієнтуються своїми осями чутливості по головних осях літа ного апарату. Такі акселерометри вимірюють складові вектора прискорення по цих осях, а для отримання повного вектора необхідно мати три акселерометра.

У інерційних системах навігації осі чутливості акселерометрів орієнтуються по осях навігаційної системи координат, звичайно пов'язаної з Землею. Як навігаційної системи координат може бути взята, наприклад, географічна система, одна з осей якої направлена \u200b\u200bпо меридіану, а друга вісь перпендикулярна до першої в горизонтальній площині. При цьому два акселерометра з взаємно перпендикулярними осями, розташованими в горизонтальній площині, вимірюють горизонтальні складові вектора прискорення, а один акселерометр, вісь чутливості якого спрямована по вертикалі, вимірює вертикальне прискорення.

Основними елементами акселерометрів є підвіси інерційних мас (чутливих елементів), датчики сигналів переміщення маси, моментні (силові) пристрої, що забезпечують введення сигналів зворотного зв'язку, підсилювачі сигналів і коригувальні пристрої (демпфери).

Для того щоб акселерометр реагував тільки на ту складову прискорення, для вимірювання якої він призначений, його інерційна маса повинна мати спеціальний підвіс, що задовольняє наступним вимогам:

Мінімальне тертя в осях підвісу;

Відсутність перехресних зв'язків між вимірювальними осями;

Забезпечення лінійної залежності між відхиленнями інерційної маси і вимірюваним прискоренням.

Підвіси на простих опорах створюють значне тертя, яке знижує чутливість акселерометра. Для зменшення тертя чутливий елемент зміцнюють на важелі або поміщають в рідину з питомою вагою, рівним питомій вазі чутливого елемента.

Перспективними є електромагнітні і криогенні підвіси.

Для перетворення переміщень в електричні сигнали в акселерометрах застосовуються потенциометрические, індуктивні, ємнісні, фотоелектричніі струнні перетворювачі.

Основні вимоги до перетворювачів наступні:

1) велика роздільна здатність;

2) лінійна залежність виходу від входу;

3) відсутність реакції перетворювача на чутливий елемент.

Цим вимогам не задовольняють потенциометрические датчики, тому в точних приладах вони не застосовуються.

Як моментних (силових) пристроїв в акселерометрах для введення сигналів зворотних зв'язків застосовуються моментні двигуни (електродвигуни, що працюють в загальмованому режимі) і електромагнітні пристрої.

Для отримання акселерометрів з необхідними частотними характеристиками в ланцюгах зворотного зв'язку застосовують коригувальні фільтри і спеціальні демпфери. У приладах з рідинним підвісом для демпфірування використовується в'язкість самої рідини.

Як приклад розглянемо однокомпонентний акселерометр.

на схемі мал. 11.2 сейсмічна маса 1 підвішена на направляючої 4. Для зменшення тертя об напрямну маса 1, вміщена в рідину 3, має нейтральну плавучість, що виключає сильне притиснення до направляючої. Сигнали в розглянутій схемі, пропорційні переміщення сейсмічної маси, вимірюються індуктивним датчиком 6 . Після посилення в підсилювачі 5 сигнал надходить на електромагнітний (силовий) привід 7. Вихідним сигналом акселерометра є падіння напруги і на опорі R, включеному послідовно в ланцюг обмотки силового приводу. Демпфірування в приладі виходить за рахунок опору при русі сейсмічної маси в рідини.

Акселерометр призначений для вимірювання лінійних прискорень. Винахід може знайти застосування в якості чутливого елемента в системах стабілізації, наведення і навігації, а також в приладах вимірювання механічних величин компенсаційного типу.

Відомо пристрій для вимірювання прискорень (патент РФ №2098833, кл. G01P 15/13, опубл. 10.12.97 р), що містить чутливий елемент, що включає в себе два нерухомих електрода і рухливу пластину, три підсилювача, два резистора, а вхід другого підсилювача з'єднаний з другим резистором і є виходом пристрою. Для підвищення завадостійкості при впливі електричних перешкод в нього введений джерело опорного напруги, генератор електричного сигналу, дві транзисторні пари, три резистори, два конденсатора, що дозволяють за рахунок охоплення підсилювачів негативним зворотним зв'язком, здійснити компенсацію електричних перешкод.

Недоліком даного пристрою є низька точність вимірювання, так як вибір коефіцієнта посилення в жорсткій негативного зворотного зв'язку обмежений умовою стійкості системи.

Найбільш близьким за технічним рішенням є пристрій (описане в АС №742801, опубл. В БІ №23, 1980), що містить чутливий елемент, датчик кута, інтегруючий підсилювач зворотного зв'язку, датчик моменту, додатковий інтегруючий підсилювач, електронний ключ, пороговий елемент. Причому перший вихід датчика кута підключений через інтегруючий підсилювач зворотного зв'язку до датчика моменту, а другий вихід датчика кута через пороговий елемент і додатковий інтегруючий підсилювач підключений до керуючого входу електронного ключа.

Недоліком акселерометра є мала смуга пропускання, обумовлена \u200b\u200bроботою інтегруючих аналогових підсилювачів і порогового елемента. Крім того, смуга пропускання залежить від параметрів схеми електронного ключа, який здійснює вибірку інформації. Акселерометр має похибка вимірювання, обумовлену кінцівкою часу заряду конденсатора інтегруючого підсилювача. Ця похибка призводить до апертурними помилку, властивої подібною схемою вибірки і обробки інформації. Мала смуга пропускання акселерометра, невисока швидкодія і малий коефіцієнт посилення по розімкненим контуру, визначають точність в усталеному режимі.

Технічною задачею винаходу є розширення смуги пропускання акселерометра і підвищення точності вимірювання.

Це досягається за рахунок того, що в акселерометр, що містить чутливий елемент, відхилення якого фіксується датчиком кута, датчик моменту, включений в негативний зворотний зв'язок, введені дві негативні інтегрують зворотні зв'язки, одна з виходу датчика кута на один з входів датчика моменту одночасно через підсилювач зворотного зв'язку і перший інтегратор, інша, негативна інтегруюча зворотний зв'язок, реалізована з виходу датчика кута на інший вхід датчика моменту послідовно з інформаційних входів через підсилювач, фільтр, компаратор, перетворювач рівня, пару чекають синхронних генераторів, реверсивний двійковий лічильник, схему порівняння, другий інтегратор, тригер, і електронний ключ. Причому, додаткові входи компаратора, що чекають синхронних генераторів, реверсивного довічного лічильника з'єднані з виходом генератора допоміжної частоти. Вхід схеми порівняння з'єднаний з виходом генератора допоміжної частоти через суммирующий двійковий лічильник. Вхід електронного ключа з'єднаний з виходом генератора струму. Вихід з реверсивного довічного лічильника є цифровим кодом акселерометра.

Введення двох негативних інтегруючих зворотних зв'язків, одна з яких стабілізуюча зворотний зв'язок, з виходу датчика кута на один з входів датчика моменту через підсилювач зворотного зв'язку і перший інтегратор, інша - з виходу датчика кута на вхід датчика моменту через послідовно з'єднані з інформаційних входів підсилювач, фільтр, компаратор, перетворювач рівня, пару чекають синхронних генераторів, реверсивний двійковий лічильник, схему порівняння, другий інтегратор, тригер, електронний ключ дозволяють створити акселерометр, який працює в режимі автоколивань з розширеною смугою пропускання і значним швидкодією.

На фіг.1 зображена функціональна схема акселерометра, на фіг.2 - схема моделювання, на Фіг.3 - результати моделювання прототипу і запропонованого пристрою.

Акселерометр містить чутливий елемент 1, кутовий відхилення якого фіксує датчик кута 2. Вихід датчика кута 2 з'єднаний з входами підсилювача зворотного зв'язку 3, першого інтегратора 4, і з підсилювачем 5. Вихід підсилювача 5 з'єднаний з входом фільтра 6. Вихід фільтра 6 з'єднаний з входом компаратора 7. Вихід компаратора 7 з'єднаний з входом перетворювача рівня 8, виходи якого з'єднані з входами пари чекають синхронних генераторів (ЖСГ) 9 і 10. виходи ЖСГ 9 і 10 з'єднані з входами реверсивного довічного лічильника 11. Вихід реверсивного довічного лічильника 11 з'єднаний з входом схеми порівняння 12. інший вхід схеми порівняння 12 з'єднаний з виходом підсумовує довічного лічильника 13. вихід схеми порівняння 12 з'єднаний з входом другого інтегратора 14. вихід другого інтегратора 14 з'єднаний з входом тригера 15, вихід якого з'єднаний з входом електронного ключа 16, інший вхід електронного ключа 16 з'єднаний з виходом генератора струму 17. Вихід електронного ключа 16 з'єднаний з одним з вх одов датчика моменту 18, інші входи датчика моменту 18 з'єднані з виходом підсилювача зворотного зв'язку 3 і з виходом першого інтегратора 4. Додаткові входи компаратора 7, ЖСГ 9 і 10, реверсивного довічного лічильника 11 з'єднані з виходом генератора допоміжної частоти 19. Вхід схеми порівняння 12 з'єднаний з виходом генератора допоміжної частоти 19 через суммирующий двійковий лічильник 13.

Внутрішній зміст інтеграторів, підсилювача, компаратора, що чекають синхронних генераторів, реверсивного довічного лічильника, схеми порівняння, порогового елемента, тригера, підсумовує довічного лічильника, перетворювача рівня, інтеграторів, фільтра наведені в книзі: П. Хоровіц, У. Хилл. Мистецтво схемотехніки. М .: Світ, т 1-3, 1993.

Акселерометр працює наступним чином. При дії прискорення W на чутливий елемент 1, виконаний у вигляді маятника, діє інерційний момент рівний m · l · W (де m, l - маса і довжина маятника). Під дією цього моменту відбувається відхилення чутливого елемента 1, яке фіксується датчиком кута 2. Вихідний сигнал з датчика кута 2, у вигляді напруги, надходить як на вхід підсилювача зворотного зв'язку 3, так і на вхід першого інтегратора 4. Вихідні сигнали з підсилювача зворотного зв'язку 3 і першого інтегратора 4, після перетворення в ток, надходять на один з входів датчика моменту 18. Елементи, що входять в структуру акселерометра, 2, 3, 4, 18, утворюють першу інтегруючу негативний зворотний зв'язок. Сигнал з датчика кута 2 надходить також на вхід підсилювача 5, а потім у вигляді напруги на вхід фільтра 6. Сигнал з виходу фільтра 6, у вигляді напруги, надходить на вхід компаратора 7. У компараторе 7 відбувається порівняння сигналу з виходу фільтра 6 з сигналом , виділеного стабільного за частотою і амплітудою сигналу з виходу генератора допоміжної частоти 19. якщо сигнал з виходу фільтра 6 буде більше трикутного напруги з виходу генератора допоміжної частоти 19, то на виході компаратора 7 буде високий логічний рівень, якщо менше, то на виході компаратора 7 - низький логічний рівень. Рівень сигналу з виходу компаратора 7 залежить від фази відхилення чутливого елемента 1. Сигнал з виходу компаратора 7, у вигляді рівня, надходять на вхід перетворювача рівня 8, а потім на входи чекають синхронних генераторів 9 і 10, які, за допомогою генератора допоміжної частоти 19 , видають сигнали у вигляді імпульсу, на кожне вплив вхідного сигналу (з виходу перетворювача рівня 8), рівного "1". Реверсивний двійковий лічильник 11, по сигналу з генератора допоміжної частоти 19, проводить підрахунок одиничних імпульсів що надходять з виходу чекає синхронного генератора 9 і віднімання імпульсів, що надходять з виходу чекає синхронного генератора 10. реверсивний двійковий лічильник 11 позитивну інформацію представляє в прямому коді, а негативну в додатковому коді, і перетворення додаткового коду здійснюється схемою порівняння 12 і суммирующим двійковим лічильником 13. Після логічного порівняння сигналів в схемі порівняння 12, сигнал з виходу 12 надходить на вхід другого інтегратора 14, а потім на вхід тригера 15. сигнал, у вигляді рівня, з тригера 15 надходить на вхід електронного ключа 16. Стабілізацію параметрів електронного ключа 16 здійснює генератор струму 17. На виході електронного ключа 16 будуть імпульси, число яких пропорційно двійкового коду, що надходить на вхід схеми порівняння 12. На вхід датчика моменту 18 надходить сигнали з виходів підсилювача зворотного зв'язку 3 і першого інтегратора 4, також з виходу електронного ключа 16. Сигнал, що надходить на обмотку датчика моменту 18, буде зі знаком знакового розряду реверсивного довічного лічильника 11. Вихід реверсивного довічного лічильника 11 є виходом цифрового коду акселерометра. Перша негативна інтегруюча зворотний зв'язок, що містить підсилювач зворотного зв'язку 3 перший інтегратор 4 і датчик моменту 18, здійснює стабілізацію параметрів акселерометра. Друга інтегруюча негативний зворотний зв'язок, утворена елементами 2, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 15, 16 і 18, здійснює розширення смуги пропускання і підвищення точності.

Введення в акселерометр двох інтегруючих негативних зворотних зв'язків з виходу датчика кута на вхід датчика моменту дозволяє створити пристрій з астатизмом по відхиленню, що працює в автоколивальних режимі з розширеною смугою пропускання і значним швидкодією.

На фіг.2 зображено схема моделювання пропонованого пристрою. На Фіг.3 перехідні процеси в прототипі (1) і в пропонованому пристрої (2). З їх аналізу випливає, що пропонований пристрій, що працює в автоколивальних режимі, має значну смугу пропускання і швидкодію.

Запропонований спосіб зміни смуги пропускання і точності може бути використаний в пристроях компенсаційного типу (акселерометри і датчики кутової швидкості) випускаються промисловістю без зміни їх конструкції і технології виготовлення.

Акселерометр, що містить чутливий елемент, відхилення якого фіксується датчиком кута, датчик моменту, включений в негативний зворотний зв'язок, який відрізняється тим, що в нього введені дві негативні інтегрують зворотні зв'язки, одна з виходу датчика кута на один з входів датчика моменту одночасно через підсилювач зворотного зв'язку і перший інтегратор, інша, негативна інтегруюча зворотний зв'язок, реалізована з виходу датчика кута на інший вхід датчика моменту послідовно з інформаційних входів через підсилювач, фільтр, компаратор, перетворювач рівня, пару чекають синхронних генераторів, реверсивний двійковий лічильник, схему порівняння, другий інтегратор, тригер, електронний ключ, причому додаткові входи компаратора, що чекають синхронних генераторів, реверсивного довічного лічильника, з'єднані з виходом генератора допоміжної частоти, крім того, вхід електронного ключа з'єднаний з виходом генератора струму, і вхід схеми порівняння з'єднаний з виходом генератора допоміжної частоти через суммирующий двійковий лічильник, і вихід реверсивного довічного лічильника є цифровим кодом пристрою.

Схожі патенти:

Винахід відноситься до області вимірювальної техніки, а саме до вимірювальних перетворювачів лінійного прискорення. Компенсаційний акселерометр містить корпус зі стійкою, першу пластину з монокристалічного кремнію, другу пластину з двома нерухомими електродами диференціального ємнісного перетворювача положення, третю пластину, магнітоелектричний силовий перетворювач з постійним магнітом, підсилювач, причому послідовно по довжині стійки від підстави стійки встановлені постійний магніт, друга пластина , перша пластина і третя пластина.

Винахід відноситься до вимірювальної техніки і може застосовуватися в мікромеханічних компенсаційних акселерометрах. Чутливий елемент містить інерційну масу, пружні елементи, котушку зворотного зв'язку, провідні доріжки для електричного зв'язку котушок зворотного зв'язку зі схемою управління, скляні обкладання, зовнішню рамку, з розташованими на ній майданчиками кріплення до скляних обкладкам.

Винахід відноситься до області точного приладобудування, зокрема до приладів вимірювання параметрів руху літальних апаратів, і може бути використано при виготовленні маятникових компенсаційних акселерометрів, призначених для вимірювання значних лінійних прискорень.

Акселерометр призначений для застосування в якості чутливого елемента в системах стабілізації і навігації. Винахід може знайти застосування в приладах вимірювання механічних величин компенсаційного типу. Акселерометр містить чутливий елемент, відхилення якого фіксується датчиком кута, виходи якого з'єднані з входами суматора через пороговий елемент і інтегруючий підсилювач, і датчик моменту, включений в негативний зворотний зв'язок. Вихід суматора є аналоговим виходом пристрою. Для підвищення точності і розширення смуги пропускання в акселерометр введені дві негативні зворотні зв'язки: одна - з виходу датчика кута на один з входів датчика моменту через диференціює фільтр, інша - негативна інтегруюча зворотний зв'язок, реалізована з виходу суматора на інший вхід датчика моменту послідовно з інформаційних входів через компаратор, перетворювач рівня, пару чекають синхронних генераторів, реверсивний двійковий лічильник, схему порівняння, тригер, електронний ключ. Додаткові входи компаратора, реверсивного довічного лічильника, що чекають синхронних генераторів з'єднані з генератором допоміжної частоти. Крім того, вхід електронного ключа з'єднаний з виходом генератора струму. Вхід схеми порівняння з'єднаний з виходом генератора допоміжної частоти через суммирующий двійковий лічильник. Вихід реверсивного довічного лічильника є цифровим виходом пристрою. Негативний зворотний зв'язок, реалізована з виходу датчика кута на вхід датчика моменту, через диференціює фільтр, здійснює стабілізацію параметрів акселерометра. Введення в акселерометр інтегрує негативного зворотного зв'язку дозволяє створити пристрій з астатизмом по відхиленню, що працює в автоколивальних режимі, з розширеною смугою пропускання і значним швидкодією. 2 мул.

Винахід відноситься до вимірювальної техніки і може бути використано для високоточного вимірювання прискорень в системах корекції дальності польоту реактивних снарядів. Метою пропонованого винаходу є зменшення температурної нестабільності коефіцієнта перетворення акселерометра. Компенсаційний акселерометр містить інерційний елемент (1), коливальну систему (2), перетворювач переміщення (3), підсилювач ланцюга врівноваження (4), зворотній перетворювач (5), вузол підключення масштабирующего резистора (6), термокомпенсирующих підсилювач (7). У ланцюг негативного зворотного зв'язку термокомпенсирующих підсилювача між його входом, що інвертує і резистором зворотного зв'язку включена ланцюг, що складається з датчика температури R01, зашунтированного резистором RШ1, значення електричного опору якого вибирається з умови: де де KΣ (t) - компенсувати значення температурної нестабільності коефіцієнта перетворення акселерометра; Kt0 (t0), Kt0 (Δt1), Kt0 (Δt2) - температурна характеристика підсилювача термокомпенсации при відключених датчиках температури в умовах впливу номінальної, зниженою і підвищеною робочих температур акселерометра відповідно; KA (t0), KA (Δt1), KA (Δt2) - температурна характеристика акселерометра при відключених датчиках температури в умовах впливу номінальної, зниженою і підвищеною робочих температур акселерометра відповідно; Kt (t0), Kt (Δt1), Kt (Δt2) - температурна характеристика обраної конфігурації термокомпенсирующих підсилювача в умовах впливу номінальної, зниженою і підвищеною робочих температур акселерометра відповідно; R0, R01 - електричний опір мідних котушок, підключених до входу термокомпенсирующих підсилювача і в ланцюг його негативного зворотного зв'язку відповідно, при номінальному значенні навколишнього середовища; αR, αM - температурні коефіцієнти опору резисторів RП, Rп1 і мідних котушок R0, R01 відповідно; Δt - приріст значення температури навколишнього середовища акселерометра щодо її номінального значення. Підключення двох датчиків температури в схему термокомпенсирующих підсилювача дозволяє линеаризовать компенсувати температурну характеристику акселерометра, що забезпечує зменшення температурної нестабільності його коефіцієнта перетворення і зниження трудомісткості процесу його температурної налагодження. 3 мул.

Винахід відноситься до пристроїв для вимірювання прискорень і може бути використано в системах стабілізації і навігації. Сутність: пристрій містить чутливий елемент (1), датчик положення (2), вихід якого з'єднаний з входом підсилювача (4) зі стабільним коефіцієнтом посилення, магнітоелектричний силовий перетворювач (15), включений в негативний зворотний зв'язок. При цьому в нього введені аналогова, інтегруюча і дискретна негативні зворотні зв'язки. Аналогова негативний зворотний зв'язок реалізована з виходу датчика (2) положення на один з входів магнітоелектричного силового перетворювача (15) через послідовно з'єднані з інформаційних входів підсилювач (4) змінного струму, перший логічний елемент (5), схему (8) виключає АБО, фільтр (9), перший перетворювач (10) напруга-струм і суматор (11). Інтегруюча негативний зворотний зв'язок реалізована з виходу схеми (8) виключає АБО на вхід магнітоелектричного силового перетворювача (15) через послідовно з'єднані з інформаційних входів перший інтегратор (12), другий перетворювач (13) напруга-струм і суматор (11). Дискретна негативний зворотний зв'язок введена з виходу схеми (8) виключає АБО на вхід магнітоелектричного силового перетворювача (15) через послідовно з'єднані з інформаційних входів тригер (14) і акумулятор (11). Крім того, генератор (3) опорного напруги з'єднаний як з датчиком (2) положення, так і з фазовим з двигуном (6). Вихід фазового сдвігатель (6) з'єднаний з одним із входів схеми (8) виключає АБО через другий логічний елемент (7). Один з виходів тригера (14) з'єднаний з входом реверсивного довічного лічильника (16), вихід якого є дискретним виходом акселерометра. Технічний результат: розширення смуги пропускання і збільшення точності вимірювання прискорень. 6 мул.

Компенсаційний акселерометр призначений для застосування в системах стабілізації і навігації. Пристрій містить чутливий елемент, датчик положення, вихід якого з'єднаний з входом підсилювача зі стабільним коефіцієнтом посилення, магнітоелектричний силовий перетворювач, включений в негативний зворотний зв'язок. При цьому в нього додатково введені аналогова, інтегруюча і дискретна інтегруюча негативні зворотні зв'язки. Аналогова негативний зворотний зв'язок реалізована з виходу датчика положення на один з входів магнітоелектричного силового перетворювача через послідовно з'єднані з інформаційних входів підсилювач змінного струму, перший логічний елемент, схему виключає АБО, фільтр, перший перетворювач напруга-струм і суматор. Інтегруюча негативний зворотний зв'язок реалізована з виходу схеми виключає АБО, на вхід магнітоелектричного силового перетворювача через послідовно з'єднані з інформаційних входів перший інтегратор, другий перетворювач напруга-струм і суматор. Дискретна інтегруюча негативний зворотний зв'язок введена з виходу схеми виключає АБО на вхід магнітоелектричного силового перетворювача через послідовно з'єднані з інформаційних входів другий інтегратор, тригер і суматор. Крім того, генератор опорного напруги з'єднаний як з датчиком положення, так і з фазовим з двигуном, вихід якого з'єднаний з одним із входів схеми виключає АБО через другий логічний елемент, а один з виходів тригера з'єднаний з входом реверсивного довічного лічильника, вихід якого є дискретним виходом компенсаційного акселерометра. Технічний результат полягає в розширенні смуги пропускання і збільшення точності вимірювання прискорень. 3 мул.

Винахід відноситься до датчиків первинної інформації (приладів) для вимірювання лінійного прискорення. Суть винаходу полягає в тому, що в компенсаційному маятниковому акселерометрі, в якому магнітоелектричний датчик моменту являє собою дві магнітні системи, що складаються з постійних магнітів, закріплених з торцевої частини в магнітопроводи у вигляді обода, котушка датчика моменту напилена на верхній і нижній поверхнях єдиної пластини монокристалічного кремнію маятникового чутливого елемента, вимірювальний вузол виконаний у вигляді компактного пакету, склеєної в не менше ніж в чотирьох місцях контакту пазів на плоских ізолюючих платах і платік єдиної пластини монокристалічного кремнію маятникового чутливого елемента, подача і висновок електричного сигналу на елементи вимірювального вузла від елементів електроніки здійснюється за допомогою струмопровідних контактів, виконаних у вигляді штирів, кріплення елементів магнітних систем, вимірювального вузла і елементів електроніки здійснюється за допомогою спрямованих назустріч один одному пар гвинтів, закріплених в загальної трубці з внутрішнім різьбленням, при цьому в підставах головок яких розташовані ущільнювальні прокладки, елементи електроніки і термодатчик розташовані в окремому відсіку, який ізолюється кришкою, а в місці контакту елементів магнітної системи і плати електроніки розташована ізолююча прокладка, крім того, в захисному кожусі передбачено отвір для здійснення вакуумування внутрішнього простору приладу. Технічний результат - підвищення точності вимірювання. 3 мул.

Винахід відноситься до вимірювальної техніки, являє собою компенсаційний акселерометр і призначене для використання в якості вимірювального перетворювача лінійних прискорень. Акселерометр містить корпус, першу пластину з монокристалічного кремнію з рухомою і нерухомою частинами і з'єднують їх пружними перемичками по осі підвісу, диференційний ємнісний перетворювач положення з двома нерухомими електродами на другий пластині, третю пластину, магнітоелектричний силовий перетворювач з постійним магнітом і компенсаційної котушкою, встановленої на двох підставках на рухомої частини, вантаж на рухомої частини, підсилювач. Для мінімізації кутовий деформації рухомої частини першої пластини при температурних впливах на неї в області розташування встановлених симетрично щодо осі підвісу підставок виконані прорізи. Технічним результатом є підвищення точності вимірювання прискорення. 4 з.п. ф-ли, 5 мул.

Винахід може знайти застосування в приладах вимірювання механічних величин компенсаційного типу. Компенсаційний акселерометр містить чутливий елемент, датчик кута, фазовий детектор негативного зворотного зв'язку, що інтегрує підсилювач. Генератор опорного напруги з'єднаний як з входом датчика кута, так і з входом фазового детектора негативного зворотного зв'язку. Вихід компаратора з'єднаний послідовно з інформаційних входів з входом датчика моменту через перетворювач рівня, пару чекають синхронних генераторів, реверсивний двійковий лічильник, що підсумовує двійковий лічильник, вихід якого з'єднаний з одним із входів схеми порівняння, пороговий елемент, електронний ключ, генератор струму, з'єднаний з входом електронного ключа. Генератор допоміжної частоти з'єднаний з входами компаратора, пари чекають синхронних генераторів, підсумовує довічного лічильника і реверсивного довічного лічильника. Один з виходів фазового детектора негативного зворотного зв'язку з'єднаний з входом датчика моменту через фільтр. На вхід компаратора введена стабілізуючий ланцюг, що містить два контури, вхід якої з'єднаний з виходом фазового детектора негативного зворотного зв'язку. Вихід реверсивного довічного лічильника є цифровим виходом компенсаційного акселерометра. Технічний результат полягає в можливості вимірювання прискорень, при цьому компенсаційний акселерометр працює в автоколивальних режимі, з астатизмом і з розширеною смугою пропускання і значним швидкодією. 3 мул.

Винахід відноситься до засобів вимірювання лінійних прискорень. Сутність: акселерометр містить корпус (1), в якому розміщені маятниковий пластинчастий чутливий елемент (МЧЕ) (2), пружний підвіс, за допомогою якого МЧЕ пов'язаний з корпусом (1); магнітоелектричний датчик (3) моменту, фотоелектричний датчик (6) кута переміщення, компенсаційний підсилювач (10). Пружний підвіс складається з двох співвісно розташованих металевих розтяжок (7) з прямокутним поперечним перерізом, закріплених в МЧЕ (2) і в корпусі (1), і пристрої (8) кріплення розтяжок (7). Металеві розтяжки (7) є струмопроводами до висновків котушок (5) магнітоелектричного датчика (3) моменту. При цьому обидві розтяжки (7) встановлені так, що їх велика сторона перетину паралельна поздовжній осі котушок магнітоелектричного датчика (3) моменту. Технічний результат: збільшення динамічного діапазону вимірювань, забезпечення малої величини і високої стабільності зміщення нуля приладу, забезпечення надійності в умовах механічних впливів. 3 з.п. ф-ли, 6 мул.

Винахід відноситься до галузі приладобудування, а саме - до інерційним датчикам порогового дії, що здійснює реєстрацію та запам'ятовування в автономному режимі (без джерела електроживлення) інформації про досягнення прискоренням заданих граничних рівнів. Датчик граничних прискорень містить корпус з встановленим в ньому інерційним тілом, попередньо стиснуті до упору пружним елементом, встановленим з можливістю переходу з одного стійкого стану в інше шляхом прощелківанія. Пружний елемент виконаний у вигляді гнучкої тарельчатой \u200b\u200bпружини з крайовими гофрами, що має на ділянці робочого ходу негативну жорсткість, при цьому в центральному отворі тарельчатой \u200b\u200bпружини встановлено інерційний тіло сферичної форми. Технічний результат: підвищення точності спрацьовування датчика при дії прискорень, що діють уздовж і під кутом до осі датчика, в тому числі ударних імпульсів довільної форми, і підвищення стійкості в умовах вібронагруженностью. 2 мул.

Винахід відноситься до галузі приладобудування і може знайти застосування в приладах вимірювання механічних величин компенсаційного типу. Заявлений компенсаційний акселерометр, що містить чутливий елемент, датчик кута, вихід якого з'єднаний з входом підсилювача, датчик моменту, негативний зворотний зв'язок, фазовий детектор негативною інтегрує зворотного зв'язку, вхід якої з'єднаний з виходом підсилювача. Додаткові входи датчика кута і фазового детектора негативною інтегрує зворотного зв'язку з'єднані з виходом генератора опорного напруги. Вихід фазового детектора негативною інтегрує зворотного зв'язку з'єднаний з входом інтегруючого підсилювача, виходи якого з'єднані з входами пари чекають синхронних генераторів через керований релейний елемент і перетворювач рівня. Виходи пари чекають синхронних генераторів з'єднані з входом двійкового помножувача через послідовно з'єднані з інформаційних входів реверсивний двійковий лічильник, перетворювач додаткового коду в прямій і схему збирання, і вихід двійкового помножувача з'єднаний через цифровий фільтр з одним із входів знакового перемикача, інший вхід якого з'єднаний з виходом реверсивного довічного лічильника. Вихід знакового перемикача з'єднаний з входом датчика моментів через суматор. Вихід двійкового помножувача є дискретним виходом. Додаткові входи пари чекають синхронних генераторів, керованого релейного елемента з'єднані з виходом схеми синхронізації. В негативний зворотний зв'язок введений блок керування динамічною помилкою, вхід якого з'єднаний з виходом фазового детектора негативного зворотного зв'язку через згладжує фільтр, а вихід блоку управління динамічної помилкою з'єднаний з одним із входів суматора через перетворювач напруга-струм. Крім того, вихід керованого релейного елемента з'єднаний з входом аналогового фільтра з функцією передачі (де Т - постійна часу, s - оператор перетворення Лапласа) і вихід аналогового фільтра є аналоговим виходом пристрою. Технічний результат - підвищення точності і розширення смуги пропускання. 3 мул.

Винахід відноситься до систем навігації і може застосовуватися в приладах вимірювання механічних величин компенсаційного типу. Технічним результатом винаходу є підвищення точності вимірювання. Акселерометр містить чутливий елемент, датчик моменту, включений в негативний зворотний зв'язок. У акселерометр введені дві негативні інтегрують зворотні зв'язки, одна з виходу датчика кута на один з входів датчика моменту одночасно через підсилювач зворотного зв'язку і перший інтегратор, інша, негативна інтегруюча зворотний зв'язок, реалізована з виходу датчика кута на інший вхід датчика моменту послідовно з інформаційних входів через підсилювач, фільтр, компаратор, перетворювач рівня, пару чекають синхронних генераторів, реверсивний двійковий лічильник, схему порівняння, другий інтегратор, тригер, електронний ключ. Додаткові входи компаратора з'єднані з виходом генератора допоміжної частоти. Вхід електронного ключа з'єднаний з виходом генератора струму, і вхід схеми порівняння з'єднаний з виходом генератора допоміжної частоти через суммирующий двійковий лічильник, і вихід реверсивного довічного лічильника є цифровим кодом пристрою. 3 мул.