Трехкомпонентный акселерометр

(51) 01 15/02 (2009.01) КОМИТЕТ ПО ПРАВАМ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ МИНИСТЕРСТВА ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ИННОВАЦИОННОМУ ПАТЕНТУ Акселерометр содержит блок питания, для каждой координаты, в прямоугольной системе координат, датчик перегрузок, фильтр нижних частот с корректором амплитудно-частотной характеристики,масштабирующий усилитель,задатчик, аналого-цифровой преобразователь и элемент сравнения. Трхкомпонентный акселерометр,будучи установленным на транспортном средстве,генерирует аналоговые и цифровые сигналы,пропорциональные перегрузкам и вибрациям транспортного средства, а также сигналы предупреждения о выходе любого из контролируемых параметров за поле допуска, чем способствует предупреждению нештатных ситуаций.(76) Журенко Роман ЛеонидовичСамойленко Анатолий ПетровичСкубилин Михаил ДемьяновичСпиридонов Олег Борисович(56) Измеритель перегрузок и вибраций серии ИПВЗ. Руководство по технической эксплуатации Р 53200.9595.100 РЭ. - Таганрог ЗАО Бета ИР,2008(57) Трхкомпонентный акселерометр относится к измерительной технике и может быть использован для контроля транспортных средств, в т. ч. в системах инерциальной навигации летательных и подводных аппаратов. 22605 Предполагаемое изобретение Трхкомпонентный акселерометр относится к измерительной технике и может быть использовано для контроля транспортных средств, в т. ч. в системах инерциальной навигации летательных и подводных аппаратов. Известен акселерометр(компенсационный акселерометр 1), содержащий чувствительный элемент,датчик положения,усилитель,магнитоэлектрический силовой преобразователь,компенсационная катушка которого подключена к выходу усилителя, а к ней подключена цепь из последовательно соединенных первого и второго резисторов, причем первый резистор зашунтирован конденсатором,к точке соединения компенсационной катушки с цепью из последовательно соединенных первого и второго резисторов подключено интегродифференцирующее звено с передаточной функцией, определяемой расчетным соотношением. Выделенное курсивом - признаки общие с предметом изобретения. Недостатки известного акселерометра ограниченность функциональных возможностей,что объясняется невозможностью контроля перегрузок и вибраций параллельно по трем ортогональным проекциям, а также неспособностью генерировать сигналы предупреждения о выходе любого контролируемого параметра за поле допуска. Известен акселерометр(маятниковый компенсационный акселерометр 2), содержащий датчик угла, два источника света, фотодиод,заслонку, установленную между источниками света и фотодиодом, генератор импульсов, соединенный выходом с источниками света, усилители,подключенные к генератору импульсов, второй фотодиод, освещаемый обоими источниками света,но не перекрываемый заслонкой, и подключенный через усилитель к управляющему входу генератора импульсов. Выделенное курсивом - признаки общие с предметом изобретения. Недостатки известного акселерометра ограниченность функциональных возможностей,что объясняется невозможностью контроля перегрузок и вибраций параллельно по трем ортогональным проекциям, а также неспособностью генерировать, в масштабе реального времени,сигналы предупреждения о выходе контролируемого(ых) параметра(ов) за поле допуска. Известен акселерометр (акселерометр 3),содержащий два чувствительных элемента,дифференциальных емкостных преобразователей консольной конструкции, два автогенератора,соединенные с выходами двух чувствительных элементов, два делителя частоты, соединенные входами с выходами автогенераторов, первый и второй -триггеры, соединенные входами с выходами делителей частоты,элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, соединенный входами с выходами первого и второго -триггеров, третий выходом третьего -триггера, причем один автогенератор выполнен с частотой выходного сигнала, большей частоты другого автогенератора. Выделенное курсивом - признаки общие с предметом изобретения. Недостатки известного акселерометра - ограниченность функциональных возможностей, что объясняется невозможностью контроля перегрузок и вибраций параллельно по трем ортогональным проекциям,а также неспособностью генерировать,в масштабе реального времени, сигналы предупреждения о выходе контролируемого(ых) параметра(ов) за поле допуска. Известен, как более близкий по технической сущности к предмету изобретения, акселерометр(измеритель перегрузок и вибраций ИПВ 3, 4),содержащее,для каждой координаты в прямоугольной системе координат,три чувствительных элемента,ориентированные степенями подвижности в направлении трх взаимно перпендикулярных направлениях, три фильтра нижних частот (ФНЧ) с корректором амплитудно-частотной характеристики(АЧХ),соединенные информационными входами с выходами одноименных чувствительных элементов,соответственно, и три масштабирующих усилителя,соединенные информационными входами с выходами одноименных ФНЧ с корректорами АЧХ,а выходами с одноименными выходами акселерометра, блок питания, соединенный выходом со входами питания трх чувствительных элементов, трх ФНЧ с корректорами АЧХ и трх масштабирующих усилителей, блок питания,соединенный выходом со входами питания чувствительных элементов, ФНЧ с корректором АЧХ и масштабирующих усилителей, а также источник опорного напряжения, соединенный выходом со входами опорного напряжения трх масштабирующих усилителей. Выделенное курсивом - признаки общие с предметом изобретения. Недостаток известного акселерометра ограниченность функциональных возможностей,что объясняется неспособностью генерировать, в масштабе реального времени,сигналы предупреждения о выходе контролируемого(ых) параметра(ов) за поле допуска. Задача изобретения расширение функциональных возможностей акселерометра за счет наделения его функцией генерирования сигнала, в масштабе реального времени, о выходе любого из контролируемых параметров за поле допуска и вывода измерительной информации в дискретном выражении. Технический результат достигается введением в акселерометр, содержащий, для каждой координаты в прямоугольной системе координат, датчик,выполненный емкостным маятниковым чувствительным элементом,ориентированный степенями свободы маятников в направлении осей соответствующих осям координат объекта контроля,фильтр нижних частот с корректором амплитудночастотной характеристики, соединенный первым 22605 входом с выходом одноименного датчика,масштабирующий усилитель, соединенный первым входом с выходом одноименного фильтра низких частот с корректором амплитудно-частотных характеристик, а выходом - с первым выходом акселерометра, блок питания, соединенный первым выходом со входами датчиков, со вторыми входами фильтров низких частот с корректорами амплитудно-частотных характеристик и масштабирующих усилителей, а вторым выходом - с третьими входами масштабирующих усилителей,для каждой координаты, задатчика уставок,соединенного первым входом со вторым выходом блока питания, аналого-цифрового преобразователя,соединенного первым входом с первым выходом блока питания, а вторым входом - с выходом одноименного масштабирующего усилителя,элемента сравнения, соединенного первым входом с первым выходом блока питания, вторыми входами поразрядно - с выходами одноименного задатчика,третьими входами поразрядно - с выходами одноименного аналого-цифрового преобразователя,и индикатора выхода контролируемого параметра за поле допуска, соединенного входом с выходом одноименного элемента сравнения. Функциональная схема трхкомпонентного акселерометра приведена на фиг. 1, схема его задатчика - на фиг. 2, а схема его элемента сравнения - на фиг. 3 Трхкомпонентный акселерометр содержит три идентичных датчика (чувствительных элемента) 1(1, 1, 1), ориентированных степенями свободы в направлении прямоугольных координат ,и ,соответственно, три фильтра нижних частот с корректорами амплитудно-частотных характеристик 2 (2 Х, 2 У и 2), соединенных первыми (а) входами с выходами датчиков 1 (1 х, 1 у и 1), соответственно,три масштабирующих усилителя 3 (3 х, 3 у и 3),соединенные первыми (а) входами с выходами ФНЧ с корректорами АЧХ 2 (2 х, 2 у и 2), блок питания 4,соединенный первым (а) выходом со входами датчиков 1 (1 Х, 1 у и 1), со вторыми (б) входами ФНЧ с корректорами АЧХ 2 (2, 2 У и 2), и со вторыми (б) входами масштабирующих усилителей 3 (3 х 3 у и 3), третьи входы (в) которых соединены со вторым (б) выходом блока питания 4 и дополнительно, для каждой координаты, - задатчика 5 (5, 5 и 5) уставок, соединенный первым входом(б) входом - со вторым (б) выходом блока 4 питания,аналого-цифровой преобразователь 6 (6 Х, 6 У и 6),соединенный первым (а) входом с первым (а) выходом блока 4 питания, вторым (б) входом - с выходом одноименного масштабирующего усилителя 3 (3 х, 3 у и 3), а выходом - со вторым выходом акселерометра, соответственно, элемент сравнения 7 (7, 7 У и 7), соединенный первым входом (а) с первым выходом (а) блока 4 питания,вторыми (б) входами - поразрядно с выходами задатчика 5 (5, 5 у и 5), а третьими (в) входами поразрядно с выходами аналого-цифрового преобразователя 6 (6 Х, 6 У и 6), и индикатор 8 (8, 8 У и 8) выхода контролируемого параметра за поле допуска, соединенный входом с выходом одноименного элемента сравнения 7 (7, 7 У и 7). Задатчик 5 (5 Х, 5 У и 5) содержит резистивный делитель 11 (11, 11 У и 11), коммутатор 12 и аналого-цифровой преобразователь 13. Элемент сравнения 7 (7, 7 у и 7) содержит в каждом разряде элементы И 14, 15 и 20, элементы НЕ 16 и 17, элементы ИЛИ 18 и 19 и элементы И-НЕ 21 и 22 и элемент НЕ 23. Трхкомпонентный акселерометр работает следующим образом. Трхкомпонентный акселерометр,установленный в объекте контроля и сориентированный согласно с координатами объекта контроля, в исходном состоянии генерирует на выходах узлов 1 (1, 1 и 1), 2 (2, 2 и 2), 3 (3 х,3 у и 3), 6 (6, 6 У и 6) и 7 (7, 7 и 7) нулевые потенциалы. При этом подвижные массы датчиков 1(1 х, 1 У и ) (чувствительных элементов),выполненных в виде емкостных маятниковых преобразователей, находятся в состоянии покоя занимая положение, соответствующее минимуму(максимуму) мкости датчика 1 (8 Х, 8 У и 8). При движении объекта контроля с ускорением в направлении одной (двух и/или трх) координат(ы),подвижный элемент массы маятника смещается относительно исходного положения в направлении противоположном вектору ускорения, мкость его конденсатора изменяется, датчик 1 (1, 1 у и ) генерирует сигнал пропорциональный отклонению массы маятника от исходного положения. Отфильтрованный в ФНЧ с коррекцией АЧХ 2 (2,2 у и 2) и усиленный масштабирующим усилителем 3 (3 х, 3 у и 3), на выходе 9 (9, 9 и 9) акселерометра генерируется аналоговый сигнал 93,однозначно соответствующий амплитуде ускорения(перегрузке), силе отклонения подвижной массы маятника от исходного положения. В задатчиках 5(5, 5 У и 5) устанавливаются значения уставок 5(коды выходных потенциалов 5), равные кодам допустимых значений амплитуд сигналов на выходах усилителей 3 (3 х, 3 у и 3), которые соответствуют допускам на перегрузки по координатам ,и , соответственно. Аналогоцифровые преобразователи 6 (6 Х, 6 У и 6) преобразуют аналоговые сигналы 3 с входов усилителей 3 (3 х, 3 у и 3) в их коды 6. С выходов аналого-цифровых преобразователей 6 (6 Х, 6 У и 6) коды 6 текущих значений 3 поступают на вторые выходы 10 (10 х, 10 у и 10) акселерометра, а также на третьи (в) входы элемента 7 (7 Х, 7 У и 7) сравнения. На выходах элементов 7 (7 Х, 7 У и 7) сравнения генерируются нулевые потенциалы при 56, и единичные потенциалы - при 56. При высоком потенциале с выхода элемента сравнения 7 (7 Х, 7 У и 7) индикатор 8 (8 Х,8 У и 8) генерирует сигнал предупреждения о выходе контролируемого параметра за поле допуска. Задатчик 5 (5 х, 5 и 5) входной опорный аналоговый потенциал вх преобразует резистивным делителем 11 (11, 11 У и 1) в дискретный ряд потенциалов 1 2, ,, , заданное 3 22605 коммутатором 12 значениепоступает на вход аналого-цифрового преобразователя 13, а на его выходе генерируется код, соответственно. Элемент сравнения 7 (7, 7 у и 7) сравнивает содержимое входови б , а по результатам сравнения генерирует на своих выходах нулевые или единичные потенциалы. В частности, на выходе а устанавливается единичный потенциал при аб, а выходы б и в обнулены на выходе б устанавливается единичный потенциал при 6, а выходы а и в обнулены и на выходе в устанавливается единичный потенциал при аб а,выходы а и б обнулены. Разработанный трхкомпонентный акселерометр обладает следующими характеристиками Диапазон измеряемых ускорений Неравномерность АЧХ на Точность задания уставок Потребляемая мощность Масса Габариты Трхкомпонентный акселерометр,будучи установленным на транспортном средстве,генерирует на своих выходах аналоговые и цифровые сигналы пропорциональные перегрузкам(ускорениям) и вибрациям транспортного средства,а также сигналы предупреждения о выходе любого из контролируемых параметров за поле допуска, чем способствует предупреждению нештатных ситуаций. Источники информации 1. Патент 2210781, 01 15/13, 20.08.2003 2. Патент 1799140, 01 15/02, 01 3/36,20/12/1999 3. Патент 2136004, 01 15/123, 27.08.1999 4. Измеритель перегрузок и вибраций серии ИПВ 3. Руководство по технической эксплуатации Р 53200.9595.100 РЭ. -Таганрог ЗАО Бета ИР,2008. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ Трхкомпонентный акселерометр, содержащий блок питания, для каждой координаты, в прямоугольной системе координат,датчик,выполненный емкостным маятниковым чувствительным элементом,ориентированный степенью свободы в направлении соответствующей координате объекта контроля, фильтр нижних частот с корректором амплитудно-частотной характеристики, соединенный первым входом с выходом одноименного датчика, масштабирующий усилитель, соединенный первым входом с выходом одноименного фильтра низких частот с корректором амплитудно-частотных характеристик, а выходом - с первым выходом акселерометра, причем блок питания соединен первым выходом со входами датчиков, со вторыми входами фильтров низких частот с корректорами амплитудно-частотных характеристик и масштабирующих усилителей, а вторым выходом - с третьими входами масштабирующих усилителей, отличающийся тем,что в него, для каждой координаты, введены задатчик уставок, соединенный первым входом со вторым выходом блока питания, аналого-цифровой преобразователь, соединенный первым входом с первым выходом блока питания, а вторым входом с выходом одноименного масштабирующего усилителя, элемент сравнения, соединенный первым входом с первым выходом блока питания, вторыми входами поразрядно - с выходами одноименного задатчика, третьими входами поразрядно - с выходами одноименного аналого-цифрового преобразователя,и индикатор выхода контролируемого параметра за поле допуска,соединенный входом с выходом одноименного элемента сравнения.