RU2792706C1 - Compensation accelerometer - Google Patents
Compensation accelerometer Download PDFInfo
- Publication number
- RU2792706C1 RU2792706C1 RU2022127859A RU2022127859A RU2792706C1 RU 2792706 C1 RU2792706 C1 RU 2792706C1 RU 2022127859 A RU2022127859 A RU 2022127859A RU 2022127859 A RU2022127859 A RU 2022127859A RU 2792706 C1 RU2792706 C1 RU 2792706C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- output
- input
- inputs
- angle sensor
- binary counter
- Prior art date
Links
Images
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 БИ №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, к датчику момента, а второй выход датчика угла, через пороговый элемент и дополнительный интегрирующий усилитель, к управляющему входу электронного ключа.An accelerometer is known (AS No. 742801, published in BI No. 23, 1980) containing a sensitive element, an angle sensor, an integrating feedback amplifier, a moment sensor, an additional integrating amplifier, an electronic key, a threshold element. The first output of the angle sensor is connected, via an integrating feedback amplifier, to the moment 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 hard negative feedback is limited by the system stability condition. The accuracy of the accelerometer depends on the integrating analog amplifiers, the threshold element and the electronic key included in the feedback. The main error of the device for measuring accelerations is related to the finiteness of the charging time of the capacitor of the integrating amplifier. This error leads to the aperture error inherent in such a scheme for sampling and information processing.
Наиболее близким по техническому решению является компенсационный акселерометр для измерения ускорений (патент РФ №2513667 G01P 15/13, опубл. в БИ №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, два ждущих синхронных генератора, 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 T1<T2 постоянные времени) и один из входов сумматора соединен с выходом интегро-дифференцирующего звена через звено запаздывания с передаточной функцией (где K и T - 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 T1>T2 - постоянные времени звена запаздывания), и выход реверсивного двоичного счетчика является цифровым выходом компенсационного акселерометра.The closest in technical solution is a compensation accelerometer for measuring accelerations (RF patent No. 2513667 G01P 15/13, published in BI No. 11, 04/20/2014), containing a sensitive element, the angular position of which is fixed by an angle sensor, an amplifier, the input of which is connected to angle sensor output, phase detector of negative feedback, integrating negative feedback from the output of the comparator to the input of the torque sensor through a comparator, a level converter, two standby synchronous generators, a reversible binary counter, a comparison circuit, a trigger, an electronic key, an input which is connected to the output of the current generator, a 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, the reference voltage generator, the outputs of which are connected to the inputs of the angle sensor and the negative feedback phase detector, additional inputs compa generator, waiting for synchronous generators, a reversible binary counter are connected to an auxiliary frequency generator, local negative feedback is introduced from the output of the amplifier to the input of the negative feedback phase detector through an adder, a threshold element, an integro-differentiating link with a transfer function connected in series by information inputs (where T 1 <T 2 are 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 gain 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 - the time constants of the delay 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 a small bandwidth and low measurement accuracy.
Технической задачей настоящего изобретения является расширение полосы пропускания и повышение точности измерения.The technical objective 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 выходов которого соединен с датчиком угла, а другой выход соединен с входом фазового детектора, интегрирующий усилитель, отрицательную обратную связь, компаратор, выход которого соединен с входом магнитоэлектрического преобразователя 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 соединен с входом магнитоэлектрического преобразователя, суммирующий двоичный счетчик, выход которого соединен с одним из входов схемы сравнения, а вход соединен с выходом генератора вспомогательной частоты, дополнительные входы компаратора, ждущих синхронных генераторов, реверсивного двоичного счетчика соединены с генератором вспомогательной частоты, введены аналоговая и дискретная отрицательные обратные связи, причем аналоговая введена с выхода датчика угла на один из входов магнитоэлектрического преобразователя через последовательно соединенные по информационным входам интегрирующий усилитель, фазовый детектор, нелинейный элемент с зоной насыщения, дифференцирующее звено, а дискретная отрицательная обратная связь введена с выхода датчика угла на вход компаратора через последовательно соединенные по информационным входам интегрирующий усилитель, фазовый детектор, нелинейный элемент с зоной насыщения, пороговый элемент с зоной неоднозначности, интегратор, один из выходов генератора вспомогательной частоты соединен с входом порогового элемента с зоной неоднозначности и 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 fixed by an angle sensor, a reference voltage generator, one of the outputs of which is connected to the angle sensor, and the other output is connected to the input of the phase detector, an integrating amplifier, a negative feedback, a comparator, the output of which is connected to the input of the magnetoelectric converter through a level converter connected in series via information inputs, two waiting synchronous generators, a reversible binary counter, a comparison circuit, a trigger, an electronic key, one of the inputs of which is connected to the output of the current generator, and the output is connected to the input of the magnetoelectric converter summing binary counter, the output of which is connected to one of the inputs of the comparison circuit, and the input is connected to the output of the auxiliary frequency generator, additional inputs of the comparator, waiting for synchronous generators, reversible binary counter are connected to the generator auxiliary frequency, analog and discrete negative feedbacks are introduced, and the analog one is introduced from the output of the angle sensor to one of the inputs of the magnetoelectric converter through an integrating amplifier, a phase detector, a nonlinear element with a saturation zone, a differentiating link, and a discrete negative feedback is introduced from the output of the angle sensor to the input of the comparator through an integrating amplifier, a phase detector, a nonlinear element with a saturation zone, a threshold element with an ambiguity zone, an integrator connected in series via information inputs, one of the outputs of the auxiliary frequency generator is connected to the input of a threshold element with an ambiguity zone, and the output reversible binary counter is the digital output of the compensation accelerometer.
Введение в компенсационный акселерометр аналоговой и дискретной отрицательных обратных связей позволило создать автоколебательную систему с расширенной полосой пропускания и обеспечить астатизм по отклонению. Введение в аналоговую отрицательную обратную связь дифференцирующего звена обеспечивает устойчивость и стабилизацию параметров компенсационного акселерометра.The introduction of analog and discrete negative feedbacks into the compensation accelerometer made it possible to create a self-oscillating system with an extended bandwidth and provide astatism in deviation. The introduction of a differentiating link into the analog negative feedback ensures the stability and stabilization of the parameters of the compensation accelerometer.
На фиг. изображена функциональная схема компенсационного акселерометра.In 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 входом нелинейного элемента с зоной насыщения 6. Один из выходов нелинейного элемента с зоной насыщения 6 соединен с входом дифференцирующего звена 7. Выход дифференцирующего звена 7 соединен с одним из входов магнитоэлектрического преобразователя 8. Другой выход нелинейного элемента с зоной насыщения 6 соединен с входом порогового элемента с зоной неоднозначности 9, выход которого соединен с входом интегратора 10. Выход интегратора 10 соединен с входом компаратора 11, выход которого соединен с входом преобразователя уровня 12. Выходы преобразователя уровня 12 соединены с входами двух ждущих синхронных генераторов 13 и 14. Выходы ждущих синхронных генераторов 13 и 14 соединены с входами реверсивного двоичного счетчика 15. Выход реверсивного двоичного счетчика 15 соединен с входом схемы сравнения 16. Другой вход схемы сравнения 16 соединен с выходом суммирующего двоичного счетчика 17. Выход схемы сравнения 16 соединен с входом триггера 18. Выход триггера 18 соединен с входом электронного ключа 19, другой вход которого соединен с выходом генератора тока 20. Выход электронного ключа 19 соединен с одним из входов магнитоэлектрического преобразователя 8. Магнитоэлектрический преобразователь 8 соединен с чувствительным элементом 1. Дополнительные входы порогового элемента с зоной неоднозначности 9, компаратора 11, ждущих синхронных генераторов 13 и 14, реверсивного двоичного счетчика 15 и суммирующего двоичного счетчика 17 соединены с выходами генератора вспомогательной частоты 21.The compensation accelerometer contains a
Внутреннее содержание порогового элемента с зоной неоднозначности, нелинейного элемента с зоной насыщения, компаратора, ждущих синхронных генераторов, реверсивного двоичного счетчика, схемы сравнения, суммирующего двоичного счетчика, преобразователя уровня 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 an ambiguity zone, a nonlinear element with a saturation zone, a comparator, waiting synchronous generators, a reversible binary counter, a comparison circuit, a summing binary counter, a level converter are described in the books: P. Horowitz, W. Hill. The art of circuitry. M.: Mir, vol. 1-3, 1993, N.T. Kuzovkov Dynamics of automatic control systems. M.: Mashinostroenie, 1968, S. - 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 на вход нелинейного элемента с зоной насыщения 6. Сигнал с выхода нелинейного элемента с зоной насыщения 6 поступает как на вход дифференцирующего звена 7, так и на вход порогового элемента с зоной неоднозначности 9. Сигнал, в виде уровня, с выхода порогового элемента с зоной неоназначности 9 поступает на вход интегратора 10. Напряжение на выходе порогового элемента с зоной неоднозначности 9 фиксируется с приходом каждого импульса с генератора вспомогательной частоты 21 и поступает на вход интегратора 10. На выходе интегратора 10 сигнал, в виде ступенчатого напряжения, поступает на один из входов компаратора 11, в котором происходит сравнение сигнала с выхода интегратора 10 с сигналом выделенного из стабильного по частоте и амплитуде сигнала генератора вспомогательной частоты 21. Если сигнал с выхода интегратора 10 больше треугольного напряжения с выхода генератора вспомогательной частоты 21, то на выходе компаратора 11 будет высокий логический уровень, если меньше, то на выходе компаратора 11 - низкий логический уровень. Уровень сигнала с выхода компаратора 11, зависит от фазы отклонения чувствительного элемента 1. Сигнал с выхода компаратора 11, в виде уровня, поступает на вход преобразователя уровня 12, а затем на входы двух ждущих синхронных генераторов 13 и 14, которые, с помощью генератора вспомогательной частоты 21, выдают сигналы в виде импульса, на каждое воздействие входного сигнала (с выхода преобразователя уровня 12) равного "1". Реверсивный двоичный счетчик 15 производит подсчет единичных импульсов, поступающих с выхода ждущего синхронного генератора 13 и вычитание импульсов, поступающих с выхода ждущего синхронного генератора 14. Реверсивный двоичный счетчик 15 положительную информацию представляет в прямом коде, а отрицательную в дополнительном коде, и преобразование дополнительного кода осуществляется схемой сравнения 16 и суммирующим двоичным счетчиком 17. После логического сравнения сигналов в схеме сравнения 16, сигнал поступает на вход триггера 18. Сигнал с выхода триггера 18, в виде уровня, поступает на вход электронного ключа 19. Стабилизация параметров электронного ключа 19 осуществляется генератором тока 20. Число импульсов, с выхода электронного ключа 19, пропорционально двоичному коду, поступающему на вход схемы сравнения 16. Выход электронного ключа 19 соединен с входом магнитоэлектрического преобразователя 8, который компенсирует угловое отклонение чувствительного элемента 1, вызванное действием ускорения. Выход реверсивного двоичного счетчика 15 является выходом цифрового кода компенсационного акселерометра.The compensation accelerometer works as follows. Under the action of acceleration W/g, the deviation of the
Введение в отрицательную обратную связь, порогового элемента с зоной неоднозначности и интегратора позволяет повысить точность измерения, создать автоколебательную систему с расширенной полосой пропускания и астатизмом по отклонению. Введение дифференцирующего звена в аналоговую отрицательную обратную связь позволяет обеспечить устойчивость и стабилизацию параметров компенсационного акселерометра.The introduction of a threshold element with an ambiguity zone and an integrator into 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 a differentiating link in the analog negative feedback allows to ensure the stability and stabilization of the parameters of the compensation accelerometer.
Claims (1)
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2792706C1 true RU2792706C1 (en) | 2023-03-23 |
Family
ID=
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2138822C1 (en) * | 1997-05-20 | 1999-09-27 | Научно-исследовательский институт физических измерений | Compensation accelerometer |
RU2541720C1 (en) * | 2013-09-26 | 2015-02-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Тульский государственный университет" (ТулГУ) | Compensation-type accelerometer |
RU2754203C1 (en) * | 2021-02-25 | 2021-08-30 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тульский государственный университет" (ТулГУ) | Acceleration measuring device |
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2138822C1 (en) * | 1997-05-20 | 1999-09-27 | Научно-исследовательский институт физических измерений | Compensation accelerometer |
RU2541720C1 (en) * | 2013-09-26 | 2015-02-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Тульский государственный университет" (ТулГУ) | Compensation-type accelerometer |
RU2754203C1 (en) * | 2021-02-25 | 2021-08-30 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тульский государственный университет" (ТулГУ) | Acceleration measuring device |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2513667C1 (en) | Compensation accelerometer | |
CN103178828B (en) | High-order sigma-delta closed-loop accelerometer interface circuit capable of self-checking harmonic distortion | |
RU2415442C1 (en) | Compensation accelerometre | |
RU2363957C1 (en) | Compensation accelerometer | |
RU2724241C1 (en) | Compensatory accelerometer | |
RU2397498C1 (en) | Compensation accelerometre | |
RU2449293C1 (en) | Compensation accelerometer | |
RU2792706C1 (en) | Compensation accelerometer | |
RU2696667C1 (en) | Accelerometer | |
RU2478211C1 (en) | Compensation accelerometer | |
RU2700339C1 (en) | Compensatory accelerometer | |
RU2405160C1 (en) | Acceleration measurement device | |
RU2784473C1 (en) | Compensation accelerometer | |
RU2411522C1 (en) | Compensation accelerometre | |
RU2793845C1 (en) | Accelerometer | |
RU2793895C1 (en) | Device for measuring accelerations | |
RU2780407C1 (en) | Device for measuring accelerations | |
RU2738877C1 (en) | Compensatory accelerometer | |
RU2809588C1 (en) | Device for measuring accelerations | |
RU2736010C1 (en) | Compensatory accelerometer | |
RU2783223C1 (en) | Device for measuring accelerations | |
RU2359277C1 (en) | Compensation accelerometre | |
RU2785946C1 (en) | Device for measuring accelerations | |
RU2818692C1 (en) | Accelerometer | |
RU2756937C1 (en) | Compensating accelerometer |