RU2738877C1 - Compensatory accelerometer - Google Patents
Compensatory accelerometer Download PDFInfo
- Publication number
- RU2738877C1 RU2738877C1 RU2020116948A RU2020116948A RU2738877C1 RU 2738877 C1 RU2738877 C1 RU 2738877C1 RU 2020116948 A RU2020116948 A RU 2020116948A RU 2020116948 A RU2020116948 A RU 2020116948A RU 2738877 C1 RU2738877 C1 RU 2738877C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- output
- inputs
- input
- binary counter
- adder
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
- G01P15/00—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration
- G01P15/02—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses
- G01P15/08—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values
- G01P15/13—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values by measuring the force required to restore a proofmass subjected to inertial forces to a null position
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Navigation (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для использования в системах стабилизации, навигации, наведения и медицине.The invention relates to measuring technology and is intended for use in stabilization systems, navigation, guidance and medicine.
Известен акселерометр (А.С. №742801, опубл. в бюл. изобр. №23, 1980), содержащий чувствительный элемент, датчик угла, интегрирующий усилитель обратной связи, датчик момента, дополнительный интегрирующий усилитель, электронный ключ, пороговый элемент. Первый выход датчика угла подключен, через интегрирующий усилитель обратной связи, датчику момента, а второй выход датчика угла, через пороговый элемент и дополнительный интегрирующий усилитель, к управляющему входу электронного ключа.Known accelerometer (AS No. 742801, publ. In bull. Fig. No. 23, 1980), containing a sensitive element, an angle sensor, an integrating feedback amplifier, a torque sensor, an additional integrating amplifier, an electronic key, a threshold element. The first output of the angle sensor is connected, through an integrating feedback amplifier, to the torque sensor, and the second output of the angle sensor, through a threshold element and an additional integrating amplifier, to the control input of the electronic key.
Недостатком акселерометра является низкая точность измерения, так как выбор коэффициента усиления с жесткой отрицательной обратной связью ограничен условием устойчивости системы. Точность работы акселерометра зависит от интегрирующих аналоговых усилителей, порогового элемента и электронного ключа, включенных в обратную связь. Основная погрешность устройства для измерения ускорений связана с конечностью времени заряда конденсатора интегрирующего усилителя. Эта погрешность приводит к апертурной ошибке, свойственной подобной схеме выборки и обработки информации.The disadvantage of the accelerometer is the low measurement accuracy, since the choice of the gain with a hard negative feedback is limited by the system stability condition. Accelerometer accuracy depends on the integrating analog amplifiers, threshold element and electronic switch included in the feedback. The main error of the device for measuring accelerations is associated with the finite charging time of the capacitor of the integrating amplifier. This error leads to the aperture error inherent in such a sampling and information processing scheme.
Наиболее близким по техническому решению является компенсационный акселерометр для измерения ускорений (патент РФ №2513667 C1 G01P 15/13, опубл. в бюл. №11, 20.04.2014), содержащий чувствительный элемент, угловое положение которого фиксируется датчиком угла, усилитель, вход которого соединен с выходом датчика угла, фазовый детектор отрицательной обратной связи, интегрирующую отрицательную обратную связь с выхода компаратора на вход датчика момента через последовательно соединенные по информационным входам компаратор, преобразователь уровня, пару ждущих синхронных генераторов, реверсивный двоичный счетчик, схему сравнения, триггер, электронный ключ, вход которого соединен с выходом генератора тока, суммирующий двоичный счетчик, выход которого соединен с одним из входов схемы сравнения, а вход, с выходом генератора вспомогательной частоты, генератор опорного напряжения, выходы которого соединены с входами датчика угла и фазового детектора отрицательной обратной связи, дополнительные входы компаратора, ждущих синхронных генераторов, реверсивного двоичного счетчика соединены с генератором вспомогательной частоты, введена местная отрицательная обратная связь с выхода усилителя на вход фазового детектора отрицательной обратной связи через последовательно соединенные по информационным входам сумматор, пороговый элемент, интегро-дифференцирующее звено с передаточной функцией (где Т1 < Т2, постоянные времени) и один из входов сумматора соединен с выходом интегро-дифференцирующего звена через звено запаздывания с передаточной функцией (где K и Т - коэффициент передачи и постоянная времени звена запаздывания) и выход фазового детектора отрицательной обратной связи соединен с входом компаратором через дифференцирующее звено с передаточной функцией (где Т1 > Т2, постоянные времени звена запаздывания), и выход реверсивного двоичного счетчика является цифровым выходом компенсационного акселерометра.The closest technical solution is a compensation accelerometer for measuring accelerations (RF patent No. 2513667 C1 G01P 15/13, publ. In bul. No. 11, 04/20/2014), containing a sensitive element, the angular position of which is fixed by an angle sensor, an amplifier whose input connected to the output of the angle sensor, a negative feedback phase detector integrating negative feedback from the comparator output to the input of the torque sensor through a comparator, a level converter, a pair of waiting synchronous generators, a reversible binary counter, a comparison circuit, a trigger, an electronic switch , the input of which is connected to the output of the current generator, the summing binary counter, the output of which is connected to one of the inputs of the comparison circuit, and the input, to the output of the auxiliary frequency generator, is the reference voltage generator, the outputs of which are connected to the inputs of the angle sensor and the negative feedback phase detector, additional entrance s of the comparator, waiting for synchronous generators, reversible binary counter are connected to the auxiliary frequency generator, local negative feedback is introduced from the amplifier output to the input of the negative feedback phase detector through the adder, threshold element, integro-differentiating link with a transfer function, connected in series at the information inputs (where T 1 <T 2 , time constants) and one of the inputs of the adder is connected to the output of the integro-differentiating link through a delay link with a transfer function (where K and T are the transfer coefficient and time constant of the delay link) and the output of the negative feedback phase detector is connected to the input by a comparator through a differentiating link with a transfer function (where T 1 > T 2 , time constants of the lag link), and the output of the reverse binary counter is the digital output of the compensation accelerometer.
Недостатком компенсационного акселерометра является малая полоса пропускания и невысокая точность измерения.The disadvantage of the compensation accelerometer is its low bandwidth and low measurement accuracy.
Технической задачей настоящего изобретения является расширение полосы пропускания и повышение точности измерения.The technical problem of the present invention is to expand the bandwidth and improve the measurement accuracy.
Это достигается тем, что в компенсационный акселерометр, содержащий чувствительный элемент, отклонение которого фиксируется датчиком угла, генератор опорного напряжения, один из входов которого соединен с датчиком угла, интегратор, отрицательную обратную связь, выход компаратора соединен с входом датчика момента через последовательно соединенные по информационным входам преобразователь уровня, два ждущих синхронных генератора, реверсивный двоичный счетчик, схему сравнения, триггер, электронный ключ, один из входов которого соединен с выходом генератора тока, а выход с входом датчика момента, суммирующий двоичный счетчик, выход которого соединен с одним из входов схемы сравнения, а вход, с выходом генератора вспомогательной частоты, дополнительные входы компаратора, ждущих синхронных генераторов, реверсивного двоичного счетчика соединены с генератором вспомогательной частоты, при этом в него дополнительно введены с выхода датчика угла на один из входов компаратора последовательно соединенные по информационным входам интегрирующий усилитель, фазовый детектор, пороговый элемент с зоной неоднозначности, интегратор, первый и второй сумматоры, дискретизатор, один из входов которого соединен с одним из выходов фазового детектора, а выход соединен с одним из входов первого сумматора, кроме того, один из выходов генератора опорного напряжения соединен с одним из входов дискретизатора, а один из входов второго сумматора соединен с выходом генератора пилообразного напряжения, выход реверсивного двоичного счетчика является цифровым выходом компенсационного акселерометра.This is achieved by the fact that in a compensation accelerometer containing a sensitive element, the deviation of which is recorded by an angle sensor, a reference voltage generator, one of the inputs of which is connected to an angle sensor, an integrator, negative feedback, the output of the comparator is connected to the input of the torque sensor through series-connected information inputs a level converter, two waiting synchronous generators, a reversible binary counter, a comparison circuit, a trigger, an electronic switch, one of the inputs of which is connected to the output of the current generator, and the output to the input of the torque sensor, summing a binary counter, the output of which is connected to one of the inputs of the circuit comparison, and the input, with the output of the auxiliary frequency generator, the additional inputs of the comparator, waiting for synchronous generators, the reversible binary counter are connected to the auxiliary frequency generator, while it is additionally introduced from the angle sensor output to one of the comparator inputs in series integrated amplifier, phase detector, threshold element with ambiguity zone, integrator, first and second adders, sampler, one of the inputs of which is connected to one of the outputs of the phase detector, and the output is connected to one of the inputs of the first adder, one of the outputs of the reference voltage generator is connected to one of the inputs of the sampler, and one of the inputs of the second adder is connected to the output of the sawtooth voltage generator, the output of the reversible binary counter is the digital output of the compensation accelerometer.
Введение в компенсационный акселерометр отрицательной обратной связи содержащей фазовый детектор, пороговый элемент с зоной неоднозначности, дискретизатор, сумматоров позволило повысить точность измерения, создать автоколебательную систему с расширенной полосой пропускания и с астатизмом по отклонению. Введение в отрицательную обратную связь интегратора обеспечивает устойчивость и стабилизацию параметров компенсационного акселерометра.The introduction of a negative feedback containing a phase detector, a threshold element with an ambiguity zone, a sampler, adders into the compensation accelerometer made it possible to increase the measurement accuracy, create a self-oscillating system with an expanded bandwidth and with deviation astatism. The introduction of an integrator into negative feedback provides stability and stabilization of the parameters of the compensating accelerometer.
На фиг. изображена функциональная схема компенсационного акселерометра.FIG. the functional diagram of the compensation accelerometer is shown.
Компенсационный акселерометр содержит чувствительный элемент 1, угловое отклонение которого фиксируется датчиком угла 2. Выход датчика угла 2 соединен с входом интегрирующего усилителя 3, выход которого соединен с входом фазового детектора 4. Дополнительные входы датчика угла 2 и фазового детектора 4 соединены с выходом генератора опорного напряжения 5. Выход фазового детектора 4 соединен с входами порогового элемента с зоной неоднозначности 6 и дискретизатора 7. Выход порогового элемента с зоной неоднозначности 6 соединен с входом интегратора 8. Входы первого сумматора 9 соединены с выходами интегратора 8 и дискретизатора 7. Выход первого сумматора 9 соединен с одним из входов второго сумматора 10, другой вход которого соединен с выходом генератора пилообразного напряжения П. Выход второго сумматора 10 соединен с входом компаратора 12, выход которого соединен с входом преобразователя уровня 13, выход которого соединен с входами двух ждущих синхронных генераторов 14 и 15. Выходы ждущих синхронных генераторов 14 и 15 соединены с входами реверсивного двоичного счетчика 16. Выход реверсивного двоичного счетчика 16 соединен с входом схемы сравнения 17. Другой вход схемы сравнения 17 соединен с выходом суммирующего двоичного счетчика 18. Выход схемы сравнения 17 соединен с входом триггера 19. Выход триггера 19 соединен с входом электронного ключа 20, другой вход которого соединен с выходом генератора тока 21. Выход электронного ключа 20 соединен с входом датчика момента 22. Датчик момента 22 соединен с чувствительным элементом 1. Дополнительные входы дискретизатора 7, компаратора 12, ждущих синхронных генераторов 14 и 15, реверсивного двоичного счетчика 16 и суммирующего двоичного счетчика 18 соединены с выходами генератора вспомогательной частоты 23.The compensation accelerometer contains a
Внутреннее содержание порогового элемента с зоной неодназначности, дискретизатора, компаратора, ждущих синхронных генераторов, реверсивного двоичного счетчика, схемы сравнения, суммирующего двоичного счетчика, преобразователя уровня, сумматора и интегратора описаны в книгах: П. Хоровиц, У. Хилл. Искусство схемотехники. М.: Мир, т. 1-3, 1993, Н.Т. Кузовков. Динамика систем автоматического управления. М: Машиностроение, 1968, с. - 428.The internal content of a threshold element with a zone of ambiguity, a sampler, a comparator, waiting synchronous generators, a reversing binary counter, a comparison circuit, a summing binary counter, a level converter, an adder and an integrator are described in the books: P. Horowitz, W. Hill. The art of circuitry. M .: Mir, t. 1-3, 1993, N.T. Kuzovkov. Dynamics of automatic control systems. M: Mechanical Engineering, 1968, p. - 428.
Компенсационный акселерометр работает следующим образом. При действии ускорения W/g отклонение чувствительного элемента 1 фиксируется датчиком угла 2, обмотки возбуждения которого соединены с одним из выходов генератора опорного напряжения 5. Сигнал с датчика угла 2, после усиления интегрирующим усилителем 3, поступает на один из входов фазового детектора 4. Другой вход фазового детектора 4 соединен с выходом генератора опорного напряжения 5. Напряжение с выхода фазового детектора 4, в соответствии с фазой отклонения чувствительного элемента 1, поступает, как на вход порогового элемента с зоной неоднозначности 6, так и на вход дискретизатора 7. Сигнал, в виде уровня, с выхода порогового элемента с зоной неодназначности 6, после интегрирования интегратором 8 поступает на один из входов первого сумматора 9. Сигнал с выхода фазового детектора 4 в виде напряжения подается на один из входов дискретизатора 7, на другой вход которого поступает управляющий сигнал в виде импульсов с выхода генератора вспомогательной частоты 23. Дискретизатор 7 фиксирует величину аналогового сигнала с фазового детектора 4 на время преобразования. Напряжение на выходе дискретизатора 7 фиксируется с приходом каждого импульса с генератора вспомогательной частоты 23 и поступает на один из входов первого сумматора 9. На выходе первого сумматора 9 сигнал, в виде ступенчатого напряжения, поступает на один из входов второго сумматора 10, на второй вход которого подается сигнал с выхода генератора пилообразного напряжения 11. На выходе второго сумматора 10 получим сигнал треугольной формы, с выхода первого сумматора 9, смещаемый в зависимости от знака вверх или вниз. Сигнал с выхода второго сумматора 10 поступает на первый вход компаратора 12, в котором происходит сравнение сигнала с выхода второго сумматора 10 с сигналом выделенного из стабильного по частоте и амплитуде сигнала генератора вспомогательной частоты 23. Если сигнал с выхода второго сумматора 10 больше напряжения с выхода генератора пилообразного напряжения 11, то на выходе компаратора 12 будет высокий логический уровень, если меньше, то на выходе компаратора 12 - низкий логический уровень. Уровень сигнала с выхода компаратора 12 зависит от фазы отклонения чувствительного элемента 1. Сигнал с выхода компаратора 12, в виде уровня, поступает на вход преобразователя уровня 13, а затем на входы ждущих синхронных генераторов 14 и 15, которые, с помощью генератора вспомогательной частоты 23, выдают сигналы в виде импульса на каждое воздействие входного сигнала (с выхода преобразователя уровня 13) равного "1". Реверсивный двоичный счетчик 16 производит подсчет единичных импульсов поступающих с выхода ждущего синхронного генератора 14 и вычитание импульсов, поступающих с выхода ждущего синхронного генератора 15. Реверсивный двоичный счетчик 16 положительную информацию представляет в прямом коде, а отрицательную в дополнительном коде, и преобразование дополнительного кода осуществляется схемой сравнения 17 и суммирующим двоичным счетчиком 18. После логического сравнения сигналов в схеме сравнения 17, сигнал поступает на вход триггера 19, а затем, в виде уровня, на вход электронного ключа 20. Стабилизация параметров электронного ключа 20 осуществляется генератором тока 21. Число импульсов, с выхода электронного ключа 20, пропорционально двоичному коду, поступающему на вход схемы сравнения 17. Выход электронного ключа 20 соединен с токовой обмоткой датчика момента 22, который компенсирует угловое отклонение чувствительного элемента 1 вызванное действием ускорения. Выход реверсивного двоичного счетчика 16 является выходом цифрового кода компенсационного акселерометра.The compensation accelerometer works as follows. Under the action of acceleration W / g, the deflection of the
Введение в отрицательную обратную связь фазового детектора, порогового элемента с зоной неоднозначности, дискретизатора и сумматоров позволяет повысить точность измерения, создать автоколебательную систему с расширенной полосой пропускания и с астатизмом по отклонению. Введение интегратора позволяет обеспечить устойчивость и стабилизацию параметров компенсационного акселерометра.The introduction of a phase detector, a threshold element with an ambiguity zone, a sampler and adders into the negative feedback makes it possible to increase the measurement accuracy, to create a self-oscillating system with an extended bandwidth and deviation astatism. The introduction of an integrator makes it possible to ensure the stability and stabilization of the parameters of the compensation accelerometer.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2020116948A RU2738877C1 (en) | 2020-05-12 | 2020-05-12 | Compensatory accelerometer |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2020116948A RU2738877C1 (en) | 2020-05-12 | 2020-05-12 | Compensatory accelerometer |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2738877C1 true RU2738877C1 (en) | 2020-12-17 |
Family
ID=73835047
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2020116948A RU2738877C1 (en) | 2020-05-12 | 2020-05-12 | Compensatory accelerometer |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2738877C1 (en) |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3877314A (en) * | 1973-03-26 | 1975-04-15 | Illinois Tool Works | Accelerometer |
DE3334603A1 (en) * | 1983-09-24 | 1985-04-04 | Robert Bosch Gmbh, 7000 Stuttgart | Amplifier arrangement for an acceleration pick-up |
DE3828307A1 (en) * | 1988-08-20 | 1990-03-01 | Bosch Gmbh Robert | ACCELERATION SENSOR |
RU2513667C1 (en) * | 2012-11-12 | 2014-04-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Тульский государственный университет" (ТулГУ) | Compensation accelerometer |
RU2631019C1 (en) * | 2016-11-28 | 2017-09-15 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тульский государственный университет" (ТулГУ) | Compensation accelerometer |
RU2696667C1 (en) * | 2019-02-05 | 2019-08-05 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тульский государственный университет" (ТулГУ) | Accelerometer |
-
2020
- 2020-05-12 RU RU2020116948A patent/RU2738877C1/en active
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3877314A (en) * | 1973-03-26 | 1975-04-15 | Illinois Tool Works | Accelerometer |
DE3334603A1 (en) * | 1983-09-24 | 1985-04-04 | Robert Bosch Gmbh, 7000 Stuttgart | Amplifier arrangement for an acceleration pick-up |
DE3828307A1 (en) * | 1988-08-20 | 1990-03-01 | Bosch Gmbh Robert | ACCELERATION SENSOR |
RU2513667C1 (en) * | 2012-11-12 | 2014-04-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Тульский государственный университет" (ТулГУ) | Compensation accelerometer |
RU2631019C1 (en) * | 2016-11-28 | 2017-09-15 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тульский государственный университет" (ТулГУ) | Compensation accelerometer |
RU2696667C1 (en) * | 2019-02-05 | 2019-08-05 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тульский государственный университет" (ТулГУ) | Accelerometer |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2513667C1 (en) | Compensation accelerometer | |
RU2415442C1 (en) | Compensation accelerometre | |
RU2363957C1 (en) | Compensation accelerometer | |
RU2397498C1 (en) | Compensation accelerometre | |
RU2724241C1 (en) | Compensatory accelerometer | |
RU2449293C1 (en) | Compensation accelerometer | |
RU2405160C1 (en) | Acceleration measurement device | |
RU2738877C1 (en) | Compensatory accelerometer | |
RU2696667C1 (en) | Accelerometer | |
RU2478211C1 (en) | Compensation accelerometer | |
RU2700339C1 (en) | Compensatory accelerometer | |
RU2411522C1 (en) | Compensation accelerometre | |
RU2792706C1 (en) | Compensation accelerometer | |
RU2736010C1 (en) | Compensatory accelerometer | |
RU2784473C1 (en) | Compensation accelerometer | |
RU2780407C1 (en) | Device for measuring accelerations | |
RU2756937C1 (en) | Compensating accelerometer | |
RU2793895C1 (en) | Device for measuring accelerations | |
RU2793845C1 (en) | Accelerometer | |
RU2783223C1 (en) | Device for measuring accelerations | |
RU2809588C1 (en) | Device for measuring accelerations | |
RU2818692C1 (en) | Accelerometer | |
RU2758196C1 (en) | Acceleration measuring device | |
RU2785946C1 (en) | Device for measuring accelerations | |
RU2720327C1 (en) | Compensatory accelerometer |