RU2724241C1 - Compensatory accelerometer - Google Patents
Compensatory accelerometer Download PDFInfo
- Publication number
- RU2724241C1 RU2724241C1 RU2020101547A RU2020101547A RU2724241C1 RU 2724241 C1 RU2724241 C1 RU 2724241C1 RU 2020101547 A RU2020101547 A RU 2020101547A RU 2020101547 A RU2020101547 A RU 2020101547A RU 2724241 C1 RU2724241 C1 RU 2724241C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- output
- input
- inputs
- binary counter
- torque sensor
- 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)
- Length Measuring Devices With Unspecified Measuring Means (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для использования в системах стабилизации, навигации, наведения и медицине.The invention relates to measuring equipment 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, к 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. Inventory No. 23, 1980) containing a sensing 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 accuracy of the measurement, since the choice of the gain with hard negative feedback is limited by the condition of stability of the system. The accuracy of the accelerometer depends on integrating analog amplifiers, a threshold element and an electronic key included in the feedback. The main error of the device for measuring acceleration is associated with the finiteness of the charge time of the capacitor of the integrating amplifier. This error leads to an aperture error inherent in a similar 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, 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 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 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 C1 G01P 15/13, published in Bulletin No. 11, 04/20/2014) containing a sensing element whose angular position is fixed by an angle sensor, an amplifier whose input connected to the output of the angle sensor, a phase detector of negative feedback, integrating negative feedback from the output of the comparator to the input of the torque sensor through a comparator, level converter, two synchronous oscillators waiting, synchronous binary counter, comparison circuit, trigger, electronic key 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, with the output of the auxiliary frequency generator, is a reference voltage generator whose outputs are connected to the inputs of the angle sensor and the negative feedback phase detector, additional inputs a comparator, waiting synchronous generators, a reversible binary counter connected to an auxiliary frequency generator, introduced local negative feedback from the amplifier output to the input of the phase detector of negative feedback through a series adder connected to the information inputs, a threshold element, an integro-differentiating link with a transfer function (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 the delay link with the transfer function (where K and T are the transmission coefficient and the time constant of the delay unit) and the output of the phase detector of negative feedback is connected to the input of the comparator through a differentiating element with a transfer function (where T 1 > T 2 , delay time constants), and the output of the reversible binary counter is the digital output of the compensation accelerometer.
Недостатком компенсационного акселерометра является малая полоса пропускания и невысокая точность измерения.The disadvantage of a compensation accelerometer is its small bandwidth and low measurement accuracy.
Технической задачей настоящего изобретения является расширение полосы пропускания и повышение точности измерения.An object of the present invention is to expand the bandwidth and increase the accuracy of the measurement.
Это достигается тем, что в компенсационный акселерометр, содержащий чувствительный элемент, отклонение которого фиксируются датчиком угла, один из входов которого соединен с выходом генератора опорного напряжения, а выход соединен с усилителем, интегратор, соединенный с выходом усилителя, интегрирующую отрицательную обратную связь, выход компаратора соединен с входом схемы сравнения через последовательно соединенные по информационным входам преобразователь уровня, два ждущих синхронных генератора, реверсивный двоичный счетчик, электронный ключ, вход которого соединен с выходом генератора тока, а выход с одним из входов 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, введены местная отрицательная обратная связь с выхода усилителя, через фильтр высоких частот, на один из входов датчика момента, релейный элемент, шунтируемый звеном запаздывания, с выхода интегратора на вход компаратора, а также триггер с выхода схемы сравнения на вход электронного ключа, выход которого соединен с одним из входов датчика момента, выход реверсивного двоичного счетчика является цифровым выходом компенсационного акселерометра.This is achieved by the fact that in the compensation accelerometer containing a sensitive element, the deviation of which is recorded by an angle sensor, one of the inputs of which is connected to the output of the reference voltage generator, and the output is connected to the amplifier, an integrator connected to the output of the amplifier, integrating negative feedback, the output of the comparator connected to the input of the comparison circuit through a level converter connected in series through the information inputs, two waiting synchronous generators, a reversible binary counter, an electronic key whose input is connected to the output of the current generator, and an output with one of the inputs of the torque sensor, which sums up the binary counter whose output is connected with one of the inputs of the comparison circuit, and the input, with the output of the auxiliary frequency generator, additional inputs of the comparator, waiting for synchronous generators, a reversible binary counter are connected to the auxiliary frequency generator, local negative feedback from the amplifier output is introduced, a high-pass filter, to one of the inputs of the torque sensor, a relay element shunted by the delay link, from the integrator output to the comparator input, as well as a trigger from the output of the comparison circuit to the electronic key input, the output of which is connected to one of the torque sensor inputs, the output is reversible The binary counter is the digital output of a compensation accelerometer.
Введение местной и интегрирующей отрицательных обратных связей фильтра высоких частот, интегратора, релейного элемента, шунтируемого звеном запаздывания, позволяет создать компенсационный акселерометр с астатизмом по отклонению, повысить точность и расширить полосу пропускания. Кроме того, шунтирование релейного элемента звеном запаздывания позволило изменять полосу пропускания за счет регулирования как амплитуды, так и частоты автоколебаний.The introduction of local and integrating negative feedbacks from a high-pass filter, an integrator, a relay element shunted by a delay link allows one to create a compensation accelerometer with deviation astatism, increase accuracy and expand the passband. In addition, the shunting of the relay element by the delay link allowed us to change the passband due to the regulation of both the amplitude and frequency of self-oscillations.
На чертеже изображена функциональная схема акселерометра.The drawing shows a functional diagram of an accelerometer.
Компенсационный акселерометр содержит чувствительный элемент 1, угловое отклонение которого фиксируется датчиком угла 2. Один из входов датчика угла 2 соединен с выходом генератора опорного напряжения 3. Выход датчика угла 2 соединен с входом усилителя 4. Выход усилителя 4 соединен с входом интегратора 5. Другой выход усилителя 4 соединен с входом фильтра высоких частот 6. Выход интегратора 5 соединен с входом релейного элемента 7, один из выходов которого, через звено запаздывания 8, соединен с входом релейного элемента 7. Другой выход релейного элемента 7 соединен с входом компаратора 9, выход которого соединен с входом преобразователя уровня 10, выходы которого соединены с входами двух ждущих синхронных генераторов 11 и 12. Выходы ждущих синхронных генераторов 11 и 12 соединены с входами реверсивного двоичного счетчика 13. Выход реверсивного двоичного счетчика 13 соединен с входом схемы сравнения 14. Другой вход схемы сравнения 14 соединен с выходом суммирующего двоичного счетчика 15. Выход схемы сравнения 14 соединен с входом триггера 16. Выход триггера 16 соединен с входом электронного ключа 17, другой вход которого соединен с выходом генератора тока 18. Выход электронного ключа 17 соединен с одним из входов датчика момента 19. Другой вход датчика момента 19 соединен с выходом фильтра высоких частот 6. Датчик момента 19 соединен с чувствительным элементом 1. Дополнительные входы компаратора 9, ждущих синхронных генераторов 11 и 12, реверсивного двоичного счетчика 13 и суммирующего двоичного счетчика 15 соединены с выходами генератора вспомогательной частоты 20.The compensation accelerometer contains a
Внутреннее содержание релейного элемента, звена запаздывания, компаратора, ждущих синхронных генераторов, реверсивного двоичного счетчика, схемы сравнения, суммирующего двоичного счетчика, преобразователя уровня, сумматора и фильтров высоких частот, 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, 1968б С.-428.The internal contents of the relay element, the delay link, the comparator, waiting synchronous generators, the reversible binary counter, the comparison circuit, the summing binary counter, the level converter, the adder and high-pass filters, the integrator are described in the books: P. Horowitz, W. Hill. The art of circuitry. M .: World, t. 1-3, 1993, N.T. Kuzovkov Dynamics of automatic control systems. M .: Engineering, 1968b 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 выходом генератора опорного напряжения 3. Сигнал с датчика угла 2, после усиления усилителем 4, поступает на входы интегратора 5 и фильтра высоких частот 6. Местная отрицательная обратная связь, введенная с выхода усилителя 4, через фильтр высоких частот 6, на вход датчика момента 19 обеспечивает устойчивость и стабилизацию параметров компенсационного акселерометра. Выходной сигнал с выхода интегратора 5 поступает на вход релейного элемента 7, выходной сигнал с которого, поступает на вход компаратора 9. Один из выходов релейного элемента 7 соединен с входом звена запаздывания 8, выход которого соединен с одним из входов релейного элемента 7. Шунтирование релейного элемента 7, звеном запаздывания 8, позволяет изменять амплитуду и частоту автоколебаний в компенсационном акселерометре. В компараторе 9 происходит сравнение сигнала с выхода релейного элемента 7 с сигналом, выделенного из стабильного по частоте и амплитуде сигнала с выхода генератора вспомогательной частоты 20. Если сигнал с выхода релейного элемента 7 будет больше треугольного напряжения с выхода генератора вспомогательной частоты 20, то на выходе компаратора 9 будет высокий логический уровень, если меньше, то на выходе компаратора 9 - низкий логический уровень. Уровень сигнала с выхода компаратора 9 зависит от фазы отклонения чувствительного элемента 1. Сигнал с выхода компаратора 9, в виде уровня, поступает на вход преобразователя уровня 10, а затем на входы ждущих синхронных генераторов 11 и 12, которые, с помощью генератора вспомогательной частоты 20, выдают сигналы в виде импульса, на каждое воздействие входного сигнала (с выхода преобразователя уровне 9) равного "1". Реверсивный двоичный счетчик 13 производит суммирование единичных импульсов поступающих с выхода ждущего синхронного генератора 11 и вычитание импульсов, поступающих с выхода ждущего синхронного генератора 12. Реверсивный двоичный счетчик 13 положительную информацию представляет в прямом коде, а отрицательную в дополнительном коде, и преобразование дополнительного кода осуществляется схемой сравнения 14 и суммирующим двоичным счетчиком 15. После логического сравнения сигналов в схеме сравнения 14, сигнал поступает на вход триггера 16, а затем, в виде уровня, на вход электронного ключа 17. Стабилизация параметров электронного ключа 17 осуществляется генератором тока 18. На выходе электронного ключа 17 будут импульсы, число которых пропорционально двоичному коду, поступающему на вход схемы сравнения 14. На датчик момента 19 поступают сигналы как с выхода электронного ключа 17 со знаком знакового разряда реверсивного двоичного счетчика 13, так и с фильтра высоких частот 6. Датчик момента 19 компенсирует угловое отклонение чувствительного элемента 1, вызванное действием ускорения. Выход реверсивного двоичного счетчика 13 является выходом цифрового кода компенсационного акселерометра.Compensation accelerometer works as follows. Under the action of the acceleration W / g, the deviation of the
Введение фильтра высоких частот в местную отрицательную обратную связь, интегратора, релейного элемента, шунтируемого звеном запаздывания, триггера в интегрирующую отрицательную обратную связь позволяет стабилизировать параметры компенсационного акселерометра, реализовать режим регулируемых автоколебаний, как по амплитуде, так и по частоте, повысить точность измерения и расширить полосу пропускания.The introduction of a high-pass filter in the local negative feedback, an integrator, a relay element, shunted by the delay link, a trigger in the integrating negative feedback makes it possible to stabilize the parameters of the compensation accelerometer, to implement the mode of adjustable self-oscillations, both in amplitude and frequency, to increase the measurement accuracy and expand bandwidth.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2020101547A RU2724241C1 (en) | 2020-01-14 | 2020-01-14 | Compensatory accelerometer |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2020101547A RU2724241C1 (en) | 2020-01-14 | 2020-01-14 | Compensatory accelerometer |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2724241C1 true RU2724241C1 (en) | 2020-06-22 |
Family
ID=71135775
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2020101547A RU2724241C1 (en) | 2020-01-14 | 2020-01-14 | Compensatory accelerometer |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2724241C1 (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2756937C1 (en) * | 2021-03-01 | 2021-10-07 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тульский государственный университет" (ТулГУ) | Compensating accelerometer |
RU2758196C1 (en) * | 2021-04-19 | 2021-10-26 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тульский государственный университет" (ТулГУ) | Acceleration measuring device |
RU2780407C1 (en) * | 2021-12-13 | 2022-09-22 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тульский государственный университет" (ТулГУ) | Device for measuring accelerations |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5163325A (en) * | 1988-09-23 | 1992-11-17 | Automotive Systems Laboratory, Inc. | Self-compensating accelerometer |
US7406868B2 (en) * | 2006-03-20 | 2008-08-05 | Innalabs Technologies, Inc. | Compensating accelerometer with optical angle sensing |
WO2010119046A2 (en) * | 2009-04-14 | 2010-10-21 | Atlantic Inertial Systems Limited | Accelerometer control systems |
RU2449293C1 (en) * | 2010-12-15 | 2012-04-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Тульский государственный университет" (ТулГУ) | Compensation accelerometer |
RU2513667C1 (en) * | 2012-11-12 | 2014-04-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Тульский государственный университет" (ТулГУ) | Compensation accelerometer |
RU2676217C1 (en) * | 2018-03-30 | 2018-12-26 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тульский государственный университет" (ТулГУ) | Compensation accelerometer |
-
2020
- 2020-01-14 RU RU2020101547A patent/RU2724241C1/en active
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5163325A (en) * | 1988-09-23 | 1992-11-17 | Automotive Systems Laboratory, Inc. | Self-compensating accelerometer |
US7406868B2 (en) * | 2006-03-20 | 2008-08-05 | Innalabs Technologies, Inc. | Compensating accelerometer with optical angle sensing |
WO2010119046A2 (en) * | 2009-04-14 | 2010-10-21 | Atlantic Inertial Systems Limited | Accelerometer control systems |
RU2449293C1 (en) * | 2010-12-15 | 2012-04-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Тульский государственный университет" (ТулГУ) | Compensation accelerometer |
RU2513667C1 (en) * | 2012-11-12 | 2014-04-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Тульский государственный университет" (ТулГУ) | Compensation accelerometer |
RU2676217C1 (en) * | 2018-03-30 | 2018-12-26 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тульский государственный университет" (ТулГУ) | Compensation accelerometer |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2756937C1 (en) * | 2021-03-01 | 2021-10-07 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тульский государственный университет" (ТулГУ) | Compensating accelerometer |
RU2758196C1 (en) * | 2021-04-19 | 2021-10-26 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тульский государственный университет" (ТулГУ) | Acceleration measuring device |
RU2780407C1 (en) * | 2021-12-13 | 2022-09-22 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тульский государственный университет" (ТулГУ) | Device for measuring accelerations |
RU2784473C1 (en) * | 2022-04-11 | 2022-11-25 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тульский государственный университет" (ТулГУ) | Compensation accelerometer |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2513667C1 (en) | Compensation accelerometer | |
RU2724241C1 (en) | Compensatory accelerometer | |
RU2415442C1 (en) | Compensation accelerometre | |
RU2449293C1 (en) | Compensation accelerometer | |
RU2363957C1 (en) | Compensation accelerometer | |
RU2397498C1 (en) | Compensation accelerometre | |
RU2405160C1 (en) | Acceleration measurement device | |
RU2700339C1 (en) | Compensatory accelerometer | |
RU2478211C1 (en) | Compensation accelerometer | |
RU2411522C1 (en) | Compensation accelerometre | |
RU2696667C1 (en) | Accelerometer | |
RU2736010C1 (en) | Compensatory accelerometer | |
RU2793845C1 (en) | Accelerometer | |
RU2793895C1 (en) | Device for measuring accelerations | |
RU2784473C1 (en) | Compensation accelerometer | |
RU2720327C1 (en) | Compensatory accelerometer | |
RU2756937C1 (en) | Compensating accelerometer | |
RU2792706C1 (en) | Compensation accelerometer | |
RU2738877C1 (en) | Compensatory accelerometer | |
RU2783223C1 (en) | Device for measuring accelerations | |
RU2780407C1 (en) | Device for measuring accelerations | |
RU2809588C1 (en) | Device for measuring accelerations | |
RU2758196C1 (en) | Acceleration measuring device | |
RU2708716C1 (en) | Compensatory accelerometer | |
RU2785946C1 (en) | Device for measuring accelerations |