Патент на изобретение №2184979

(54) СПОСОБ ГРАДУИРОВКИ АКСЕЛЕРОМЕТРОВ И ПОВОРОТНАЯ УСТАНОВКА ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

(57) Реферат:

Изобретение относится к области измерительной техники. Техническим результатом изобретения является повышение точности градуировки, ее информативности, степени автоматизации процесса градуировки. В способе градуировки акселерометров в поле ускорения свободного падения путем задания различных угловых положений измерительной оси акселерометров относительно вектора ускорения свободного падения задание угловых положений контролируют посредством датчиков положения с выходной характеристикой с нечетной функцией. Поворот платформы установки осуществляют с различной скоростью. Задание угловых положений производят несколькими циклами, в которых подход к заданному положению производят при движении по разным направлениям. Поворотная установка содержит основание, платформу, датчики положения, коммутатор, ЭВМ, аналого-цифровой преобразователь, регистры хранения и состояния, буфер входа, три шинных формирователя, четыре дешифратора, два электронных ключа, три логических устройства И, два логических устройства ИЛИ, усилители. Каждый датчик положения выполнен в виде оптоэлектронной пары. 2 с.п. ф-лы, 9 ил.

Изобретение относится к области измерительной техники, а именно к способам градуировки акселерометров в доле ускорения свободного падения и устройствам для калибровки с горизонтальной осью вращения платформы поворотной установки.

Существует способ градуировки акселерометров путем ориентации его измерительной оси в угловых положениях относительно вектора ускорения свободного падения [1].

Наиболее близким по технической сущности является способ градуировки акселерометров [2] в поле ускорения свободного падения с помощью поворотной установки с платформой с горизонтальной осью вращения, заключающийся в том, что перемещают акселерометры от одного углового положения до другого, фиксируют положения акселерометров в нескольких угловых положениях их измерительной оси относительно вектора ускорения свободного падения, измеряют выходные сигналы акселерометров в этих фиксированных угловых положениях, причем контроль угловых положений осуществляют посредством датчиков положения.

Недостатком такого способа градуировки является отсутствие алгоритма задания угловых положений для определения гистерезиса градуировочной характеристики акселерометра.

Техническим результатом способа градуировки акселерометров является повышение точности градуировки, ускорение процесса градуировки и повышение информативности градуировки за счет введения алгоритма задания угловых положений для определения гистерезиса градуировочной характеристики акселерометра.

Указанный технический результат достигается способом градуировки акселерометров в поле ускорения свободного падения с помощью поворотной установки с платформой с горизонтальной осью вращения, заключающимся в том, что перемещают акселерометры от одного углового положения до другого, фиксируют положения акселерометров в нескольких угловых положениях их измерительной оси относительно вектора ускорения свободного падения, измеряют выходные сигналы акселерометров в этих фиксированных угловых положениях, причем контроль угловых положений осуществляют посредством датчиков положения, кроме того, поворот платформы осуществляют двигателем через редуктор, перемещение акселерометров от одного углового положения до другого углового положения, а также установку в заданное угловое положение контролируют посредством датчиков положения с неподвижной и подвижной частями с выходной характеристикой с нечетной функцией в виде соединенных в точке смены фазы сигнала датчика положения двух ветвей, каждая из которых в первом диапазоне перемещения подвижной части от одного углового положения до другого изменяется от минимального значения в начале диапазона до максимального значения в конце диапазона, а во втором диапазоне перемещения изменяется от максимального значения в конце первого диапазона до нулевого значения в конце второго диапазона, где происходит смена фазы сигнала датчика положения, отсчет угловых положений производят от начального углового положения ₁ = 0<sup>, в котором измерительная ось акселерометров составляет угол 90o с вектором ускорения свободного падения, задание фиксированных угловых положений измерительной оси акселерометров осуществляют совмещением подвижной и неподвижной частей датчика положения в такое их взаимное положение, которому соответствует точка смены фазы сигнала на выходной характеристике датчика положения; в процессе градуировки акселерометров задают 2n+I угловых положений измерительной оси акселерометров при перемещении от начального углового положения ₁ в одном направлении, задают 2n+1 угловых положений измерительной оси при перемещении от начального углового положения ₁ в другом направлении, при этом при перемещении в каждом направлении обязательно задают одно угловое положение _n+1 = 90 и конечное угловое положение _2n+1 = 180; задают k циклов перемещения акселерометров, в каждом из которых акселерометр перемещают последовательно от начального углового положения ₁ при движении в одном направлении до конечного углового положения _2n+1, а затем в обратном направлении до начального углового положения ₁, а от начального углового положения ₁ при движении в другом направлении до конечного углового положения _2n+1 и обратно до начального углового положения ₁, от предыдущего углового положения к последующему угловому положению акселерометры перемещают в первом диапазоне относительного перемещения подвижной и неподвижной частей датчика положения с постоянной угловой скоростью, при этом в первом диапазоне относительного перемещения подвижной и неподвижной частей датчика положения измеряют усиленный в усилителе выходной сигнал датчика положения и сравнивают с заданным сигналом, соответствующим усиленному выходному сигналу датчика положения в конце первого диапазона перемещения; при достижении равенства измеренного усиленного выходного сигнала датчика положения с заданным максимальным значением усиленного выходного сигнала в конце первого диапазона перемещения прекращают перемещение акселерометров с постоянной угловой скоростью; во втором диапазоне относительного перемещения подвижной и неподвижной частей датчика положения измеряют усиленный выходной сигнал датчика положения и производят угловые перемещения акселерометров отдельными шагами, задаваемыми временем t_i включения двигателя в i-том шаге

где U_i – измеренное значение усиленного выходного сигнала датчика положения после (i-1)-го шага;
U₀ – заданный усиленный выходной сигнал датчика положения в точке смены фазы сигнала датчика положения;
K₁– коэффициент преобразования датчика положения;
К₂ – коэффициент преобразования усилителя;
Z – передаточное число редуктора;
N – число оборотов двигателя, мин,
при достижении равенства U_i+1=U₀ фиксируют положение акселерометров на время, установленное для измерения выходного сигнала.</sup>

Поворотная установка [2] для осуществления способа градуировки акселерометров содержит основание, установленную в нем платформу с акселерометрами, имеющую горизонтальную ось вращения, датчики положения, усилитель, коммутатор, двигатель.

Недостатком такой поворотной установки является неполная автоматизация процесса задания угловых положений и измерения выходных сигналов акселерометров.

Техническим результатом изобретения относительно поворотной установки является повышение степени автоматизации процесса градуировки акселерометров.

Данный технический результат достигается в поворотной установке для осуществления способа градуировки акселерометров, содержащей основание, установленную в нем платформу с акселерометрами, имеющую горизонтальную ось вращения, датчики положения, усилитель, коммутатор, двигатель, тем, что платформа соединена с основанием двигателем с редуктором, на частях основания, расположенных в вертикальной плоскости, установлены 4n неподвижных частей датчика положения, каждая из которых выполнена в виде оптоэлектронной пары, содержащей cветоизлучатель и дифференциальный фотодиод, общая для всех датчиков положения подвижная часть выполнена в виде диска с радиальной прорезью, расположенного своими плоскостями в вертикальной плоскости и установленного на платформе между светоизлучателями и фотодиодами, оптоэлектронные пары установлены с направлением их оптических осей перпендикулярно плоскости диска, при этом оптическая ось одной оптоэлектронной пары расположена в горизонтальной плоскости, проходящей через ось вращения платформы, оптические оси оптоэлектронных пар расположены друг от друга на угловых расстояниях 90^o/n, введены ЭВМ, аналого-цифровой преобразователь, регистр хранения, регистр состояния, буфер входа, первый, второй и третий шинные формирователи, первый, второй, третий и четвертый дешифраторы, первое, второе и третье логические устройства И, первое и второе логические устройства ИЛИ, первый и второй электронные ключи, исполнительное устройство, дополнительно введено 4n-1 усилителей, к входу каждого усилителя подключен выход одного из датчиков положения, к входам коммутатора подключены выходы усилителей и выходы m акселерометров, к выходу коммутатора подсоединен вход аналого-цифрового преобразователя, выход которого соединен шиной с входом регистра хранения, выход первого шинного формирователя соединен шиной с входом первого дешифратора, входом второго дешифратора и входом третьего дешифратора, выход регистра хранения, выход буфера входа, выход регистра состояния, вход третьего шинного преобразователя соединены шиной данных, системная шина ЭВМ соединена с входами первого, второго и третьего шинных формирователей, выход второго шинного формирователя соединен шиной с входом третьего дешифратора, выход буфера входа соединен шиной с входом четвертого дешифратора и входом коммутатора, у первого дешифратора первый выход подключен к входу разрешения регистра хранения, второй выход подключен к входу разрешения регистра состояния, третий выход подключен к первому входу первого логического устройства И, у второго дешифратора первый выход подключен к тактовому входу аналого-цифрового преобразователя, второй выход подключен к первому входу второго логического устройства И, третий выход подключен к входу сброса регистра хранения и к входу сброса буфера входа, четвертый выход подключен к входу записи буфера входа, выход стробирущего сигнала аналого-цифрового преобразователя подключен к тактовым входам регистра хранения и регистра состояния, выход третьего дешифратора подключен к входам разрешения, первого и второго дешифраторов, первый и второй выходы второго шинного формирователя подключены к первому и второму входам третьего логического устройства И, выход которого подключен к вторым входам первого и второго логических устройств И, выход первого логического устройства И подключен к первому входу первого логического устройства ИЛИ и к первому входу второго логического устройства ИЛИ, выход второго логического устройства И подключен к второму входу первого логического устройства ИЛИ, к второму входу второго логического устройства ИЛИ и к входу выбора направления третьего шинного формирователя, к входу разрешения которого подключен выход второго логического устройства ИЛИ, выход первого логического устройства ИЛИ подключен к системной шине ЭВМ, к первому выходу четвертого дешифратора подключен вход управления первого электронного ключа, к второму выходу четвертого дешифратора подключен вход управления второго электронного ключа, к выходу которого подключено исполнительное устройство коммутации обмотки управления двигателя поворотной установки, один из выводов обмотки управления двигателя подключен к выходу первого электронного ключа.

Путем осуществления контроля за перемещением акселерометров из одного углового положения в другое, контроля за установлением заданного углового положения посредством датчиков положения с нечетной выходной характеристикой с разными функциями преобразования в разных диапазонах угловых перемещений, перемещения акселерометров с постоянной скоростью в одном диапазоне угловых перемещений и шагами в другом диапазоне достигается ускорение процесса градуировки, так как перемещение акселерометров осуществляется с большой скоростью, а также повышение точности градуировки акселерометров, так как приведение к заданному угловому положению осуществляется шагами, позволяющими производить перемещение на сколь угодно малые углы.

Посредством задания нескольких циклов установки измерительной оси акселерометров под углами от 0^o до 180^o при перемещении акселерометров в двух противоположных направлениях осуществляется задание алгоритма ориентации измерительной оси акселерометров, при которой возможно определение гистерезиса выходной характеристики акселерометров, в том числе на углах 0^o, 90^o, 180^o. В результате повышается степень информативности градуировки акселерометров.

Посредством выполнения датчиков положения в виде оптоэлектронных пар со светоизлучателями и дифференциальными фотодиодами и диска с прорезью, введения ЭВМ, аналого-цифрового преобразователя, регистра хранения, регистра состояния, буфера входа, первого, второго и третьего шинного формирователя, первого, второго, третьего и четвертого дешифраторов, первого, второго и третьего логических устройств И, первого и второго логических устройств ИЛИ, первого и второго электронных ключей, исполнительного устройства, введения дополнительных усилителей, подключения нескольких акселерометров к коммутатору обеспечивается выполнение всех операций способа градуировки и достижение технического результата, обеспечиваемого способом градуировки. При этом повышается степень автоматизации процесса градуировки, так как автоматизируются процессы измерения, выходного сигнала акселерометров и коммутации сигналов датчиков положения.

На фиг. 1 представлен общий вид поворотной установки; на фиг.2 – расположение оптоэлектронных пар на основании поворотной установки; на фиг.3 – вид диска, на фиг. 4 – блок-схема поворотной установки; на фиг.5 – электрическая схема исполнительной части привода платформы; на фиг.6 – выходная характеристика датчика положения; на фиг. 7, 8 – виды ориентации измерительной оси акселерометров; на фиг.9 – градуировочная характеристика акселерометра.

В поворотной установке (фиг.1) на основании 1 установлен двигатель 2 с редуктором 3, который соединен с установленной на подшипниках 4′, 4″ осью 5 платформы 6 так, что она имеет степень углового движения относительно горизонтальной оси 7-7.

На части основания I, имеющей расположенную вертикально и перпендикулярно оси 7-7 плоскость 8, расположены кронштейны 9′,9″…9^j…9⁴ⁿ с оптоэлектронной парой в каждом, содержащей светоизлучатель 10 и дифференциальный фотодиод 11. Оптические оси 12-12 оптоэлектронных пар расположены перпендикулярно плоскости 8 основания 1.

На оси 5 платформы 6 жестко установлен диск 13 с прорезью 14. Плоскости 15, 16 диска 13 расположены вертикально параллельно плоскости 8 основания I.

На плоскости 17 платформы 6 установлены акселерометры 18, 18″…18^m.

На плоскости 8 основания 1 (фиг.2) кронштейны 9′,9″…9^j…9⁴ⁿ с оптоэлектронными парами общим количеством 4n установлены так, что у одного из них (в данном случае у кронштейна 9′”) оптическая ось 12-12 расположена в горизонтальной плоскости, проекцией которой является линия 19-19, проходящая через центр О оси вращения 7-7 платформы 6. При таком расположении кронштейнов 9′,9″…9^j…9⁴ⁿ оптические оси оптоэлектронных пар расположены друг от друга на угловых расстояниях = 90^{/n. При этом всегда оптические оси двух оптоэлектронных пар расположены в горизонтальной плоскости (₁ = 0 и _2n+1 = 180) оптические оси двух оптоэлектронных пар расположены в вертикальной плоскости
На диске 13 (фиг.3) прорезь 14 выполнена сквозной по толщине диска 13 с образующими сторонами 20, 21, плоскости которых перпендикулярны плоскостям 15, 16 диска 13 и расположены по направлению радиуса к точке 0 от внешней поверхности диска 13.}

В поворотной установке (фиг.4) выходы датчиков положения 24′,24″…24⁴ⁿ, образованных оптоэлектронными парами в составе светоизлучателя 10 и дифференциального фотодиода 11, а также радиальной прорезью 14 на диске 13, подключены соответственно к усилителям 25′,25″…25⁴ⁿ, выходы которых подключены к входам коммутатора 26, к другим входам которого подключены акселерометры 18′, 18″…18^m. К выходу коммутатора 26 подключен вход аналого-цифрового преобразователя 27, выход которого соединен шиной с входом регистра хранения 28.

Выход первого шинного формирователя 29′ соединен шиной с входом первого дешифратора 30′, входом второго дешифратора 30″ и входом третьего дешифратора 30′”.

Выход регистра хранения 28, вход буфера входа 31, вход третьего шинного формирователя 29″‘, выход регистра состояния 32 соединены шиной данных.

Системная шина ЭВМ 33 соединена с входами первого 29′, второго 29″ и третьего 29″‘ шинных формирователей. Выход второго шинного формирователя 29″ соединен шиной с входом третьего дешифратора 30″‘.

Выход буфера входа 31 соединен шиной с входом четвертого дешифратора 30^IV и входом коммутатора 26.

У первого дешифратора 30′ первый выход подключен к входу разрешения регистра хранения 28, второй выход подключен к входу разрешения регистра состояния 32, третий выход подключен к первому входу первого логического устройства И 34′.

У второго дешифратора 30″ первый выход подключен к тактовому входу аналого-цифрового преобразователя 27, второй выход подключен к первому входу второго логического устройства И 34″, третий выход подключен к входу сброса регистра хранения 28 и к входу сброса буфера входа 31, четвертый выход подключен к входу записи буфера входа 31.

Выход стробирующего сигнала аналого-цифрового преобразователя 27 подключен к тактовым входам регистра хранения 28 и регистра состояния 32. Выход третьего дешифратора 30″‘ подключен к входам разрешения первого 30′ и второго 30″ дешифраторов. Первый и второй выходы второго шинного формирователя 29″ подключены к первому и второму входам третьего логического устройства И 34′”, выход которого подключен к вторым входам первого 34’ и второго 34″ логических устройств И.

Выход первого логического устройства И 34′ подключен к первому входу первого логического устройства ИЛИ 35′ и к первому входу второго логического устройства ИЛИ 35″.

Выход второго логического устройства И 34″ подключен к второму входу первого логического устройства ИЛИ 35′ и к второму входу второго логического устройства ИЛИ 35″ и к входу выбора направления третьего шинного формирователя 29″‘, к входу разрешения которого подключен выход второго логического устройства ИЛИ 35″. Выход первого логического устройства ИЛИ подключен к системной шине ЭВМ 33.

К первому выходу четвертого дешифратора 30^IV подключен вход управления первого электронного ключа 36′, к второму выходу четвертого дешифратора 30^IV подключен вход управления второго электронного ключа 36″, к выходу которого подключено исполнительное устройство 37 коммутации обмотки управления 38 двигателя 2 поворотной установки.

В электрической схеме (фиг.5) исполнительной части привода платформы 6 поворотной установки к клемме XI источника питания подключен вход “г” второго электронного ключа 36″, к выходу “д” которого подключено исполнительное устройство – электромагнитное реле 37. Размыкающий контакт KI реле 37 подключен к клемме Х2 источника питания переменного тока U_пер. и к первому выводу обмотки управления 38 двигателя 2. Замыкающий контакт К2 реле 37 подключен к клемме Х2 и к входу “е” первого электронного ключа 36′, к выходу “ж” которого подключен второй вывод обмотки управления 38. Размыкающий контакт К3 реле 37 подключен к клемме Х3 и к входу “е” первого электронного ключа 36′. Замыкающий контакт К4 реле 37 подключен к клемме Х3 и к первому выводу обмотки управления 38 двигателя 2.

Осуществление способа градуировки акселерометров на поворотной установке осуществляется следующим образом.

В программно-управляемом процессе обмена информации адресная часть сигналов ЭВМ через первый 29′ и второй 29″ шинные формирователи 29′, 29″ поступает на третий дешифратор 30′” и в зависимости от типа операций (чтение или запись) в первый 30′ или второй 30″ дешифраторы.

В соответствии с алгоритмом задания угловых положений в буфер входа 31 с второго дешифратора 30″ записывается информация, поступающая в коммутатор 26, в котором производится выбор того канала датчика положения, в направлении которого происходит угловое перемещение акселерометров.

С первого выхода второго дешифратора 30″ на тактовый вход аналого-цифрового преобразователя 27 поступает сигнал пуска, которым осуществляется преобразование аналогового сигнала одного из датчиков положения 24′, 24″… 24ⁿ в цифровой код.

После окончания преобразования аналогового сигнала в код с выхода аналого-цифрового преобразователя 27 выдается сигнал готовности, по фронту которого на тактовые входы регистра хранения 28 и регистра состояния 32 производится передача цифрового кода в регистр хранения 28 и установка регистра состояния. 32 в состояние готовности кодом “логическая 1”. Для опроса состояния регистра состояния 32 сигнал с второго выхода первого дешифратора 30′ подается на вход чтения регистра состояния 32.

В случае состояния “логическая 1″ регистра состояния 32 производится чтение регистра хранения 28, информация с которого через третий шинный формирователь 29”’ поступает в ЭВМ 33.

При перемещении платформы от одного углового положения до другого, например, от положения ₁ до положения ₂ выход коммутатора 26 вместо сигнала от датчика положения 24′ и усилителя 25′ переключается сигнал от датчика положения 24″ и усилителя 25″.

Выходная характеристика (фиг.5) датчика положения с оптоэлектронной парой и подвижным диском 13 с прорезью 14 является нечетной функцией и состоит из ветвей А и Б, соединенных в точке O, где происходит смена фазы сигнала датчика положения. При перемещении платформы в одном направлении часовой стрелки выходной сигнал датчика положения 24″ изменяется в соответствии с ветвью А выходной характеристики. В момент включения сигнала от датчика положения 24″ и усилителя 25″ на выход коммутатора 26 сигнал датчика положения 24″ в начале первого диапазона перемещения соответствует значению темнового напряжения U_т d точке a’ на оси , отстоящей от точки смены фазы сигнала на угол , равный угловому расстоянию между оптическими осями 12-12 оптоэлектронных пар. При перемещении платформы 6 одна из поверхностей, например, поверхность 21 прорези 14 в диске 13 достигает положения, когда она располагается на границе одного из светочувствительных элементов фотодиода 11. На графике выходной характеристики датчика положения этому положению соответствует точка , находящаяся от точки O смены фазы сигнала на угловом расстоянии

где l – размер светочувствительного участка фотодиода 11 по хорде окружности диска 13; R – радиус диска 13. По мере дальнейшего перемещения и увеличения площади светового пятна на одном из светочувствительных элементов фотодиода 11 выходное напряжение датчика положения 24″ увеличивается, достигая максимального значения U_м в конце первого диапазона перемещения при таком взаимном положении оптоэлектронной пары и прорези 14 диска 13, когда поверхность 21 прорези 14 будет расположена на стороне первого светочувствительного элемента фотодиода 11, к которой примыкает промежуток между первым и вторым светочувствительными элементами. Этому взаимному положению оптоэлектронной пары E прорези 14 соответствует точка b’ на оси 6, отстоящая от точки смены фазы сигнала на угловое расстояние

где S – ширина прорези 14; S_пр. – промежуток между первым и вторым светочувствительными элементами фотодиода 11.

По мере перехода поверхности 21 прорези 14 на промежуток между первым и вторым светочувствительными элементами во втором диапазоне перемещения выходное напряжение датчика положения 24″ будет уменьшаться и достигнет нулевого значения при таком взаимном положении оптоэлектронной пары и прорези 14 диска 13, когда площади световых пятен на первом и втором светочувствительных элементах фотодиода 11 будут равны. Такому взаимному положению оптоэлектронной пары и прорези 14 соответствует точка О выходной характеристики датчика положения 24″, в которой происходит смена фазы сигнала. При перемещении платформы 6 поворотной установки в другом направлении часовой стрелки от углового положения ₃ в угловое положение ₂ работа датчика положения происходит на ветви Б выходной характеристики. При этом точки а”, б”, в” оси расположены симметрично относительно оси U_ДП по отношению к соответствующим точкам а’, б’, в’.

Крутизна выходной характеристики датчика положения в пределах оси от точки в’ до точки в” является коэффициентом преобразования К₁ датчика положения.

В процессе перемещения платформы 6 поворотной установки и чтения информации с регистра хранения 28, формируемой, например, датчиком положения 24″ и усилителем 25″, в ЭВМ 33 производится сравнение кода, поступающего от аналого-цифрового преобразователя 27 с файловым кодом, соответствующим сигналу К₂U_м (где K₂ – коэффициент преобразования усилителей 25′, 25”..25⁴ⁿ) при максимальном выходном напряжении U_м датчика углового положения 24″ в точке в’ оси графика выходной характеристики датчика положения. Если код с аналого-цифрового преобразователя 27 не равен файловому коду, то по шине связи от входного буфера 31 к четвертому дешифратору 30^IV поступает код сигнала, при котором сигнал первого выхода четвертого дешифратора 30^IV на управляющий вход первого ключа 36′ переводит первый ключ 36′ в замкнутое состояние. При этом на обмотку управления 38 двигателя 2 постоянно подается напряжение, ротор двигателя 2 вращается с постоянной скоростью, и платформа 6 перемещается с постоянной угловой скоростью.

При достижении равенства кода аналогоцифрового преобразователя 27 и файлового кода ЭВМ 33 выходной сигнал четвертого дешифратора 30^IV приводит к размыканию первого ключа 36′, в результате этого двигатель 2 останавливается. Далее по программе код полученного в результате чтения с регистра хранения 28 усиленного измеренного выходного сигнала датчика положения 24″ в ЭВМ 33 сравнивается с файловым кодом сигнала, соответствующего заданному усиленному выходному сигналу U₀ датчика положения в точке смены фазы сигнала, и производится угловое перемещение платформы 6 шагами путем включения двигателя 2 на время t_i в соответствии с поступающим на вход четвертого дешифратора 30^IV кодом, которым определяется время замкнутого состояния первого электронного ключа 36.

Время включения t_i двигателя 2 в i -том шаге

где U_i – измереннное значение усиленного выходного сигнала датчика положения после (i-1)-го шага,
К₁ – коэффициент преобразования датчика положения;
К₂ – коэффициент преобразования усилителя;
Z – передаточное число редуктора 3;
N – число оборотов двигателя, мин.

При приходе в заданное угловое положение ₂, когда (U_i-U₀)=0, работа двигателя 2 прекращается, и коды выходных сигналов акселерометров 18′, 18″.. . 18⁽ⁿ⁾ считываются с выхода регистра хранения 28 в ЭВМ 33. Далее по программе вышеуказанным образом производится дальнейшее угловое перемещение платформы 6 вплоть до ее прихода в конечное угловое положение _2n+1.
После этого в соответствии с кодом на входе четвертого дешифратора 30^IV поступающим с его выхода сигналом второй электронный ключ 36″ приводится во включенное состояние, срабатывает исполнительное устройство – реле 37, его размыкающие контакты KI, К3 размыкаются, замыкающие контакты К2, К4 замыкаются.

В результате фаза подаваемого на управляющую обмотку 38 двигателя 2 напряжения питания U_пер. меняется на противоположную, вращение двигателя осуществляется в противоположную сторону, и перемещение платформы 6 поворотной установки происходит от одного углового положения до другого от конечного углового положения _2n+1 обратно до начального углового положения ₁. При реверсе двигателя 2 датчики положения работают на ветви Б выходной характеристики. Таким образом, угловое перемещение измерительной оси акселерометров производится в течение k циклов.

При обмене информации в поворотной установке запись и чтение управляющей и преобразованной в код на аналого-цифровом преобразователе 27 информации осуществляются словами, чтение регистра состояния 32 осуществляется байтами. В третьем логическом устройстве И 34”’ по поступающим на его входы из второго шинного формирователя 29” результатам обработки информации в ЭВМ 33 формируется сигнал (признак обмена словами), поступающий в первое логическое устройство И 34′ в случае чтения данных и во второе логическое устройство И 34″ в случае записи данных. С выхода первого логического устройства ИЛИ 35′ сигнал (признак обмена словами) поступает в системную шину ЭВМ 33. В случае обмена байтами такой сигнал не формируется.

При наличии на выходах первого логического устройства И 34′ сигналов на чтение или запись данных с выхода второго логического устройства ИЛИ 35″ на разрешающий вход третьего шинного формирователя 29′” поступает сигнал на чтение или запись данных. При наличии на выходе второго логического устройства И 34″ сигнала записи этот сигнал додается не вход выбора направления передачи данных третьего шинного формирователя 29′”.

По полученным кодам сигналов акселерометров 18′, 18″…18^m в ЭВМ 33 производится вычисление характеристик акселерометра при угловых положениях измерительной оси в характерных положениях относительно вектора ускорения свободного падения
При ₁ = 0 (фиг.7) измерительная ось 39 акселерометров параллельна плоскости горизонта 40-40, совпадающей с плоскостью 17 платформы 6, и перпендикулярна вектору ускорения свободного падения При этом выходной сигнал акселерометра в k-ом цикле углового перемещения в одном направлении обозначен как U’_ok, а в противоположном направлении – как U”_ok.

При (фиг.8) измерительная ось 39 акселерометров совпадает с вектором ускорения свободного падения по направлению. Выходной сигнал акселерометра в k-ом цикле углового перемещения в одном направлении обозначен как U’_90k, а в противоположном направлении – как U”_90k.

При _2n+1 = 180 ^{измерительная ось 39 акселерометра развернута на 180o относительно ее положения при ₁ = 0. Выходной сигнал акселерометра в k-ом цикле углового перемещения в одном направлении обозначен как U’_180k, а в противоположном направлении – как U”_180k.}

При измерительная ось 39 акселерометров направлена противоположно вектору ускорения свободного падения Выходной сигнал акселерометра в k-ом цикле углового перемещения в одном направлении обозначен как U’_-90k, в противоположном направлении – как U”_-90k.

В соответствии с градуировочной характеристикой акселерометра (фиг.9) ее математическая модель описывается выражением
U_(W) = K₃(_г+W₀+W),
где U_(W) – выходной сигнал акселерометра в функции от ускорения W;
К₃ – коэффициент преобразования акселерометра;
_г – гистерезис градуировочной характеристики;
W₀ – составляющая сигнала акселерометра, не зависящая от ускорения.

По результатам градуировки ЭВМ 33 выдает следующие характеристики акселерометра.

Коэффициент преобразования акселерометра:

Составляющая сигнала акселерометра, не зависящая от ускорения:

Гистерезис, например, при ₁ = 0

При других математических моделях градуировочной характеристики акселерометра данным способом градуировки может быть обеспечено измерение в стольких угловых положениях измерительной оси акселерометра относительно вектора ускорения свободного падения, которых достаточно для определения коэффициентов математической модели.

Источники информации
1. Авторское свидетельство СССР 1295344, кл. G 01 Р 21/00. Способ градуировки пьезоэлектрических акселерометров. 1985 г.

2. Авторское свидетельство СССР 1663562, кл. G 01 Р 21/00. Поворотная установка. 1986 г.

Формула изобретения

1. Способ градуировки акселерометров в поле ускорения свободного падения с помощью поворотной установки с платформой с горизонтальной осью вращения, заключающийся в том, что перемещают акселерометры от одного углового положения до другого, фиксируют положения акселерометров в нескольких угловых положениях их измерительной оси относительно вектора ускорения свободного падения, измеряют выходные сигналы акселерометров в этих фиксированных угловых положениях, причем контроль угловых положений осуществляют посредством датчиков положения, отличающийся тем, что поворот платформы осуществляют двигателем через редуктор, перемещение акселерометров от одного углового положения до другого углового положения, а также установку в заданное угловое положение контролируют посредством датчиков положения с неподвижной и подвижной частями с выходной характеристикой с нечетной функцией в виде соединенных в точке смены фазы сигнала датчика положения двух ветвей, каждая из которых в первом диапазоне перемещения подвижной части от одного углового положения до другого изменяется от минимального значения в начале диапазона до максимального значения в конце диапазона, а во втором диапазоне перемещения изменяется от максимального значения в конце первого диапазона до нулевого значения в конце второго диапазона, где происходит смена фазы сигнала датчика положения, отсчет угловых положений производят от начального углового положения ₁ = 0<sup>, в котором измерительная ось акселерометров составляет угол 90o с вектором ускорения свободного падения, задание фиксированных угловых положений измерительной оси акселерометров осуществляют совмещением подвижной и неподвижной частей датчика положения в такое их взаимное положение, которому соответствует точка смены фазы сигнала на выходной характеристике датчика положения, в процессе градуировки акселерометров задают 2n+1 угловых положений измерительной оси акселерометров при перемещении от начального углового положения ₁ в одном направлении, задают 2n+1 угловых положений измерительной оси при перемещении от начального углового положения ₁ в другом направлении, при этом при перемещении в каждом направлении обязательно задают одно угловое положение _n+1 = 90 и конечное угловое положение _2n+1 = 180, задают k циклов перемещения акселерометров, в каждом из которых акселерометры перемещают последовательно от начального углового положения ₁ при движении в одном направлении до конечного углового положения _2n+1, а затем в обратном направлении до начального углового положения ₁, а от начального углового положения ₁ при движении в другом направлении до конечного углового положения _2n+1 и обратно до начального углового положения ₁, от предыдущего углового положения к последующему угловому положению акселерометры перемещают в первом диапазоне относительного перемещения подвижной и неподвижной частей датчика положения с постоянной угловой скоростью, при этом в первом диапазоне относительного перемещения подвижной и неподвижной частей датчика положения измеряют усиленный в усилителе выходной сигнал датчика положения и сравнивают с заданным сигналом, соответствующим усиленному выходному сигналу датчика положения в конце первого диапазона перемещения, при достижении равенства измеренного усиленного выходного сигнала датчика положения с заданным максимальным значением усиленного выходного сигнала в конце первого диапазона перемещения прекращают перемещение акселерометров с постоянной угловой скоростью, во втором диапазоне относительного перемещения подвижной и неподвижной частей датчика положения измеряют усиленный выходной сигнал датчика положения и производят угловые перемещения акселерометров отдельными шагами, задаваемыми временем t_i включения двигателя в i-ом шаге

где U_i – измеренное значение усиленного выходного сигнала датчика положения после (i-1)-го шага;
U₀ – заданный усиленный выходной сигнал датчика положения в точке смены фазы сигнала датчика положения;
К₁ – коэффициент преобразования датчика положения;
К₂ – коэффициент преобразования усилителя;
Z – передаточное число редуктора;
N – число оборотов двигателя в мин,
при достижении равенства U_i+1= U₀ фиксируют положение акселерометров на время, установленное для измерения выходного сигнала.</sup>

2. Поворотная установка для градуировки акселерометров, содержащая основание, установленную в нем платформу с акселерометрами, имеющую горизонтальную ось вращения, датчики положения, усилитель, коммутатор, двигатель, отличающаяся тем, что платформа соединена с основанием двигателем с редуктором, на частях основания, расположенных в вертикальной плоскости, установлены 4n неподвижных частей датчика положения, каждая из которых выполнена в виде оптоэлектронной пары, содержащей светоизлучатель и дифференциальный фотодиод, общая для всех датчиков положения подвижная часть выполнена в виде диска с радиальной прорезью, расположенного своими плоскостями в вертикальной плоскости и установленного на поворотной платформе между светоизлучателями и фотодиодами, оптоэлектронные пары установлены с направлением их оптических осей перпендикулярно плоскости диска, при этом оптическая ось одной оптоэлектронной пары расположена в горизонтальной плоскости, проходящей через ось вращения подвижной платформы, оптические оси оптоэлектронных пар расположены друг от друга на угловых расстояниях 90^o/n, введены ЭВМ, аналогоцифровой преобразователь, регистр хранения, регистр состояния, буфер входа, первый, второй и третий шинные формирователи, первый, второй, третий и четвертый дешифраторы, первое, второе и третье логические устройства И, первое и второе логические устройства ИЛИ, первый и второй электронные ключи, исполнительное устройство, дополнительно введено 4n-1 усилителей, к входу каждого усилителя подключен выход одного из датчиков положения, к входам коммутатора подключены выходы усилителей и выходы m акселерометров, к выходу коммутатора подсоединен вход аналого-цифрового преобразователя, выход которого соединен шиной с входом регистра хранения, выход первого шинного формирователя соединен шиной с выходом первого дешифратора, входом второго дешифратора и входом третьего дешифратора, выход регистра хранения, вход буфера входа, вход третьего шинного преобразователя, выход регистра состояния соединены шиной данных, системная шина ЭВМ соединена с входами первого, второго и третьего шинных формирователей, выход второго шинного формирователя соединен шиной с входом третьего дешифратора, выход буфера входа соединен шиной с входом четвертого дешифратора и входом коммутатора, у первого дешифратора первый выход подключен к входу разрешения регистра хранения, второй выход подключен к входу разрешения регистра состояния, третий выход подключен к первому входу первого логического устройства И, у второго дешифратора первый выход подключен к тактовому входу аналого-цифрового преобразователя, второй выход подключен к первому входу второго логического устройства И, третий выход подключен к входу сброса регистра хранения и к входу сброса буфера входа, четвертый выход подключен к входу записи буфера входа, выход стробирующего сигнала аналого-цифрового преобразователя подключен к тактовым входам регистра хранения и регистра состояния, выход третьего дешифратора подключен к входам разрешения первого и второго дешифраторов, первый и второй выходы второго шинного формирователя подключены к первому и второму входам третьего логического устройства И, выход которого подключен к вторым входам первого и второго логических устройств И, выход первого логического устройства И подключен к первому входу первого логического устройства ИЛИ и к первому входу второго логического устройства ИЛИ, выход второго логического устройства И подключен к второму входу первого логического устройства ИЛИ, к второму входу второго логического устройства ИЛИ и к входу выбора направления третьего шинного формирователя, к входу разрешения которого подключен выход второго логического устройства ИЛИ, выход первого логического устройства ИЛИ подключен к системной шине ЭВМ, к первому выходу четвертого дешифратора подключен вход управления первого электронного ключа, к второму выходу четвертого дешифратора подключен вход управления второго электронного ключа, к выходу которого подключено исполнительное устройство коммутации обмотки управления двигателя поворотной установки, один из выводов обмотки управления двигателя подключен к выходу первого электронного ключа.

РИСУНКИ