×
27.08.2013
216.012.650e

ИЗМЕРИТЕЛЬ УГЛОВОГО ПОЛОЖЕНИЯ ИЗДЕЛИЯ

Вид РИД

Изобретение

Юридическая информация Свернуть Развернуть
Краткое описание РИД Свернуть Развернуть
Аннотация: Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для измерения углового положения изделия. Измеритель содержит два двухосевых микромеханических акселерометра, установленных таким образом, что их одноименные оси чувствительности направлены горизонтально и перпендикулярно, а разноименные в противоположные стороны. Разноименные выходы акселерометров через буферные операционные усилители подключены к дифференциальным входам усилителей разности напряжений, в которых компенсируются нулевые сигналы акселерометров, выделяются и удваиваются полезные сигналы акселерометров. Выходы дифференциальных усилителей подключены к соответствующим входам аналого-цифровых преобразователей микроконтроллера. Изобретение обеспечивает повышение чувствительности и точности измерения углов, уменьшение температурной погрешности и повышения помехоустойчивости. 1 ил.
Основные результаты: Измеритель угловых положений изделия, содержащий микромеханические акселерометры, аналого-цифровые преобразователи и микроконтроллер, отличающийся тем, что в него введены четыре буферных операционных усилителя, два дифференциальных усилителя, и в качестве акселерометров использованы два двухосевых микромеханических акселерометра, установленных таким образом, что их одноименные оси чувствительности направлены горизонтально и перпендикулярно, а разноименные в противоположные стороны, при этом разноименные выходы акселерометров через буферные операционные усилители подключены к дифференциальным входам усилителей разности напряжений, выходы которых подключены к соответствующим входам аналого-цифровых преобразователей микроконтроллера.
Реферат Свернуть Развернуть

Изобретение относится к области измерительной техники и промышленной электроники и служит для измерения углового положения изделия.

Известен измеритель углового положения изделия, на которое он установлен, построенный на принципе измерения проекции вектора ускорения силы тяжести на измерительную ось.

Измеритель представляет собой по конструкции компенсационный маятниковый акселерометр с обратной связью, использующий в своей основе акселерометр А-17 (РПКБ г.Раменское), адаптированный к требованиям измерения угла тангажа и крена моделей летательных аппаратов при их испытаниях в аэродинамических трубах (см. В.В. Буров, B.C. Волобуев, С.А. Глазков, А.Р. Горбушин, Е.К. Чумаченко. Измерительно-вычислительный комплекс трансзвуковой аэродинамической трубы Т-128 ЦАГИ // Датчики и системы. - 2010. №5. - С.19-24). Чувствительным элементом измерителя является маятник, на котором размещена катушка магнитоэлектрического датчика, создающего компенсационный момент. Ток, протекающий через катушку датчика момента в установившемся режиме, пропорционален величине ускорения, действующего вдоль измерительной оси, т.е. в данном использовании углу отклонения от вертикали.

К недостаткам измерителя следует отнести:

- сложность конструкции датчика;

- недостаточная эксплуатационная надежность датчика (не допускаются удары при установке измерителя, удары по изделию после его установки, неодновременное включение либо выключение напряжений питания +15 B и минус 15 B);

- измерение угла наклона относительно только одной оси чувствительности;

- использование внешнего масштабного резистора, включенного последовательно с катушкой датчика момента (величиной 3000 Ом);

- габариты (24×24×23,7 мм) и вес (0,060 кг), ограничивающие установку группы измерителей на испытываемое изделие (например, несколько десятков для определения деформированного состояния упруго-подобных моделей);

- в ряде случаев недостаточная точность измерения угла отклонения изделия (погрешность Δα=±0,01°).

Наиболее близким аналогом предлагаемого изобретения, принятого за прототип, является микромеханический двухосевой инклинометр, предназначенный для измерения углов α и β отклонений базовой поверхности относительно плоскости горизонта в двух взаимно перпендикулярных направлениях (С.А. Анчутин, Е.С. Морозова, А.С. Головань, В.Н. Максимов, В.Ф. Шилов. Инклинометр микромеханический двухосевой ИМД-9 // Датчики и системы. - 2011. №2. - С.48-50).

Инклинометр содержит три микромеханических одноосевых акселерометра, каждый из которых выдает выходной сигнал в виде цифрового кода, соответствующего величине воздействующего ускорения вдоль оси его чувствительности. Аналоговые данные, поступающие с чувствительных элементов микромеханических акселерометров, обрабатываются аналого-цифровыми преобразователями в соответствующих блоках. При этом работа разных микромеханических акселерометров осуществляется независимо друг от друга. Два из трех акселерометров устанавливаются в инклинометре таким образом, чтобы их оси чувствительности были направлены горизонтально и перпендикулярно друг другу. При этом выходные сигналы акселерометров (при отсутствии ускорений, отличных от ускорения силы тяжести) имеют вид:

Ux=U0x+Kx·g·sinα;

Uy=U0y+Ky·g·sinβ,

где U0x, U0y - нулевые сигналы акселерометров; Kx, Ky - масштабные коэффициенты; g - ускорение; α и β - углы отклонения базовой поверхности.

Для повышения точности измерения углов при приближении к значению ±90° используется третий акселерометр, установленный по оси Z.

Микромеханические акселерометры подключаются к плате модуля съема и обработки данных. В состав модуля входит вычислитель-преобразователь, реализованный на базе 16-разрядного микроконтроллера. Микроконтроллер обрабатывает данные трех микромеханических акселерометров и вычисляет значения углов отклонения от плоскости горизонта. Погрешность измерения углов (±0,10°) зависит от точности установки акселерометров на основании (не хуже 1°), калибровки датчика и алгоритма вычисления углов. Габаритные размеры инклинометра 45×35×20 мм.

К недостаткам прототипа следует отнести: невысокую точность измерения углов (±0,10°), особенно при измерении малых углов отклонения, использование трех одноосевых акселерометров для построения двухосевого инклинометра, сложность схемы и конструкции, значительные габариты (45×35×20 мм).

Техническим результатом является повышение чувствительности и точности измерений малых углов отклонения, уменьшение температурной погрешности измерителя, обеспечение помехоустойчивости, упрощение конструкции и уменьшение габаритов.

Технический результат достигается тем, что в измеритель углового положения изделия, содержащий микромеханические акселерометры, аналого-цифровые преобразователи и микроконтроллер, введены четыре буферных операционных усилителя, два дифференциальных усилителя, и в качестве акселерометров использованы два двухосевых микромеханических акселерометра, установленных таким образом, что их одноименные оси чувствительности направлены горизонтально и перпендикулярно, а разноименные в противоположные стороны, при этом разноименные выходы акселерометров через буферные операционные усилители подключены к дифференциальным входам усилителей разности напряжений, выходы которых подключены к соответствующим входам аналого-цифровых преобразователей микроконтроллера.

Благодаря указанным отличительным признакам, в совокупности с известными (указанными в ограничительной части формулы) достигается следующий технический результат:

- повышается чувствительность и точность измерения углов, за счет использования двух двухосевых микромеханических акселерометров с определенной ориентацией осей чувствительности в горизонтальной плоскости и суммированием их сигналов в дифференциальных усилителях;

- уменьшение температурной погрешности измерителя углов, за счет компенсации начальных сигналов акселерометров в дифференциальных усилителях, существенно зависящих от изменения температуры внешней среды (уход нуля двухосевых микромеханических акселерометров, например ADXL203, может составлять 0,1 mg/°C);

- повышается помехоустойчивость и точность измерений углов, за счет согласования высокоомных выходных импедансов акселерометров (~20 кОм) с входами дифференциальных усилителей разности напряжений с помощью буферных операционных усилителей с низкоомным выходным импедансом;

- упрощается конструкция и уменьшаются габариты измерителя. На фиг.1 показана структурная схема предлагаемого измерителя угловых положений изделия.

Предлагаемый измеритель угловых положений изделия содержит два двухосевых микромеханических акселерометра 1 и 2 (ADXL203), установленных на противоположных сторонах основания таким образом, что их одноименные оси чувствительности X1, Х2 и Y1, Y2 направлены горизонтально и перпендикулярно, а разноименные оси X1, Y2 и Х2, Y1 направлены в противоположные стороны, при этом вертикальные оси Z1 и Z2 совпадают. Измеритель угловых положений изделия содержит также буферные опера-усилители 3, 4, 5, 6, к входам которых подключены высокоомные (~20 кОм) выходы x1, х2, y1, y2 акселерометров, низкоомные выходы и буферных операционных усилителей 3 и 6 подключены к входам дифференциального усилителя разности напряжений 7, а низкоомные выходы , буферных операционных усилителей 4 и 5 подключены к входам дифференциального усилителя 8. Таким образом, разноименные выходы x1, х2, y1, y2 акселерометров через буферные операционные усилители подключены к дифференциальным входам усилителей разности напряжений 7 и 8.

Выходы дифференциальных усилителей 7 и 8 подключены к соответствующим аналого-цифровым преобразователям 9 и 10 микроконтроллера 11.

Предлагаемый измеритель угловых положений изделия работает следующим образом: при отсутствии ускорений, отличных от ускорения силы тяжести, выходные сигналы акселерометров имеют вид:

- для акселерометра 1:

Ux1=U0x1+Kx1·g·sinα;

Uy1=U0y1+Ky1·g·sinβ;

- для акселерометра 2:

Ux2=U0x2+Kx2·g·sinβ;

Uy2=U0y2+Ky2·g·sinα,

где U0x1, U0x2, U0y1, U0y2 - нулевые сигналы акселерометров; Kx1, Kx2, Ky1, Ky2 - масштабные коэффициенты.

Вследствие особенностей конструктивной установки акселерометров в измерителе, при отклонении их осей чувствительности от горизонтальной плоскости, выходные сигналы акселерометров и соответствующие им сигналы буферных операционных усилителей примут вид:

;

;

;

.

В результате преобразования и суммирования сигналов , в дифференциальном усилителе разности напряжений 7 и сигналов , в дифференциальном усилителе разности напряжений 8 компенсируются начальные сигналы акселерометров U0x1, U0y2 в дифференциальном усилителе 7 и начальные сигналы акселерометров U0x2, U0y1 в дифференциальном усилителе 8, существенно зависящие от изменения температуры окружающей среды, и удваиваются полезные сигналы акселерометров: |ΔUx1|+|ΔUy2| и |ΔUx2|+|ΔUy1|.

При условии U0x1=U0y2; U0x2=U0y1; |ΔUx1|=|ΔUy2|=ΔUα; |ΔUx2|=|ΔUy1|=ΔUβ; Kx1=Ky2=Kα; Kx2=Ky1=Kβ, на выходах дифференциальных усилителей разности напряжений 7 и 8 сформируются соответственно сигналы:

Выходные напряжения (1) дифференциальных усилителей 7 и 8 преобразуются в кодовый эквивалент аналого-цифровыми преобразователями 9 и 10.

Определение значений углов положения изделия выполняется путем вычисления арксинусов углов α и β в микроконтроллере 11.

Изготовлены и исследованы опытные образцы измерителя, которые подтвердили указанные технические результаты. В диапазоне углов ±20° (угловых градусов) погрешность измерения по результатам градуировок в нормальных условиях составила ≤±25″ (угловых секунд) или ±0,07° (угловых градусов). Габариты измерителя 20 мм ×30 мм×6 мм.

Измеритель угловых положений изделия, содержащий микромеханические акселерометры, аналого-цифровые преобразователи и микроконтроллер, отличающийся тем, что в него введены четыре буферных операционных усилителя, два дифференциальных усилителя, и в качестве акселерометров использованы два двухосевых микромеханических акселерометра, установленных таким образом, что их одноименные оси чувствительности направлены горизонтально и перпендикулярно, а разноименные в противоположные стороны, при этом разноименные выходы акселерометров через буферные операционные усилители подключены к дифференциальным входам усилителей разности напряжений, выходы которых подключены к соответствующим входам аналого-цифровых преобразователей микроконтроллера.
ИЗМЕРИТЕЛЬ УГЛОВОГО ПОЛОЖЕНИЯ ИЗДЕЛИЯ
Источник поступления информации: Роспатент

Showing 1-10 of 255 items.
10.02.2013
№216.012.2454

Способ адаптации рабочей части аэродинамической трубы для получения безындукционного обтекания моделей летательных аппаратов и устройство для его осуществления

Заявленная группа изобретений относится к области экспериментальной аэродинамики и может быть использована при проведении испытаний в трансзвуковых аэродинамических трубах. Предложен новый способ адаптации рабочей части аэродинамической трубы, содержащий новую технологию получения на границах...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002474802
Дата охранного документа: 10.02.2013
20.03.2013
№216.012.302a

Измерительное устройство

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для измерения неэлектрических величин при помощи тензометрических мостовых датчиков с инструментальными усилителями, запитанных постоянным током. Техническим результатом изобретения является повышение точности...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002477865
Дата охранного документа: 20.03.2013
10.05.2013
№216.012.3cfa

Способ фрезерования на станках с чпу моделей лопаток роторов газотурбинных двигателей

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в авиадвигателестроении при обработке профиля пера рабочих лопаток газотурбинных двигателей, в частности аэродинамических моделей лопаток роторов газотурбинных двигателей, имеющих малую толщину и осевые габариты 200-300 мм. Способ...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002481177
Дата охранного документа: 10.05.2013
20.05.2013
№216.012.4044

Система управления самолётом

Изобретение относится к области систем управления летательными аппаратами. Предлагаемая система улучшает характеристики продольного движения за счет введения блока оценки продольной устойчивости самолета и компенсации ее изменения по режимам полета. Ликвидируются характерные для интегральных...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002482022
Дата охранного документа: 20.05.2013
20.05.2013
№216.012.41f7

Способ создания потока газа в гиперзвуковой вакуумной аэродинамической трубе и аэродинамическая труба

Изобретения относятся к области промышленной аэродинамики, в частности к гиперзвуковым аэродинамическим трубам (АДТ). Предложены способ создания потока и аэродинамическая труба (АДТ) непрерывного действия, охватывающая весь гиперзвуковой диапазон скоростей с числами Маха М≥5, причем для...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002482457
Дата охранного документа: 20.05.2013
20.05.2013
№216.012.427e

Аэродинамический стенд для проведения фундаментальных исследований по генерации электроэнергии мгд-методами с использованием в качестве рабочего газа высокотемпературного водорода (h)

Изобретение относится к области энергетики, преимущественно к созданию аварийных энергетических установок большой мощности, работающих на принципе магнитогазодинамического преобразования энергии. Заявленное устройство включает источник высокотемпературного газа, устройство подачи присадки,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002482592
Дата охранного документа: 20.05.2013
10.07.2013
№216.012.53c7

Треугольное крыло для сверхзвуковых летательных аппаратов

Изобретение относится к области авиационной техники. Треугольное крыло имеет вершину и центральную хорду, расположенные в плоскости симметрии крыла, прямолинейные передние кромки, выходящие из вершины, и неплоскую срединную поверхность. Срединная поверхность выполнена из двух элементов, которые...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002487050
Дата охранного документа: 10.07.2013
10.07.2013
№216.012.53c8

Предкрылок крыла самолета и способ его обтекания

Группа изобретений относится к области авиации. Предкрылок крыла самолета подвижно соединен с основным крылом и содержит аэродинамически обтекаемую поверхность, включающую заднюю нижнюю кромку. Часть задней нижней кромки предкрылка выполнена по форме гладкой волнистой линии либо волнистой линии...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002487051
Дата охранного документа: 10.07.2013
20.07.2013
№216.012.57a0

Устройство для локального подвода энергии к потоку воздуха, обтекающего объект (варианты)

Изобретение относится к аэродинамике и к энергетическим установкам транспортных средств, в частности к устройствам для улучшения аэродинамического качества путем подвода энергии к их внешней поверхности. Устройство для локального подвода энергии к потоку воздуха, обтекающего объект, содержит...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002488040
Дата охранного документа: 20.07.2013
20.07.2013
№216.012.57cb

Способ измерения негерметичности изделий

Изобретение относится к области испытательной техники и может быть использовано для измерения негерметичности изделий, работающих под избыточным давлением. Техническим результатом является повышение точности измерения негерметичности изделия в разных условиях окружающей среды при неодинаковых...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002488083
Дата охранного документа: 20.07.2013
Showing 1-10 of 141 items.
10.02.2013
№216.012.2454

Способ адаптации рабочей части аэродинамической трубы для получения безындукционного обтекания моделей летательных аппаратов и устройство для его осуществления

Заявленная группа изобретений относится к области экспериментальной аэродинамики и может быть использована при проведении испытаний в трансзвуковых аэродинамических трубах. Предложен новый способ адаптации рабочей части аэродинамической трубы, содержащий новую технологию получения на границах...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002474802
Дата охранного документа: 10.02.2013
20.03.2013
№216.012.302a

Измерительное устройство

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для измерения неэлектрических величин при помощи тензометрических мостовых датчиков с инструментальными усилителями, запитанных постоянным током. Техническим результатом изобретения является повышение точности...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002477865
Дата охранного документа: 20.03.2013
10.05.2013
№216.012.3cfa

Способ фрезерования на станках с чпу моделей лопаток роторов газотурбинных двигателей

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в авиадвигателестроении при обработке профиля пера рабочих лопаток газотурбинных двигателей, в частности аэродинамических моделей лопаток роторов газотурбинных двигателей, имеющих малую толщину и осевые габариты 200-300 мм. Способ...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002481177
Дата охранного документа: 10.05.2013
20.05.2013
№216.012.4044

Система управления самолётом

Изобретение относится к области систем управления летательными аппаратами. Предлагаемая система улучшает характеристики продольного движения за счет введения блока оценки продольной устойчивости самолета и компенсации ее изменения по режимам полета. Ликвидируются характерные для интегральных...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002482022
Дата охранного документа: 20.05.2013
20.05.2013
№216.012.41f7

Способ создания потока газа в гиперзвуковой вакуумной аэродинамической трубе и аэродинамическая труба

Изобретения относятся к области промышленной аэродинамики, в частности к гиперзвуковым аэродинамическим трубам (АДТ). Предложены способ создания потока и аэродинамическая труба (АДТ) непрерывного действия, охватывающая весь гиперзвуковой диапазон скоростей с числами Маха М≥5, причем для...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002482457
Дата охранного документа: 20.05.2013
20.05.2013
№216.012.427e

Аэродинамический стенд для проведения фундаментальных исследований по генерации электроэнергии мгд-методами с использованием в качестве рабочего газа высокотемпературного водорода (h)

Изобретение относится к области энергетики, преимущественно к созданию аварийных энергетических установок большой мощности, работающих на принципе магнитогазодинамического преобразования энергии. Заявленное устройство включает источник высокотемпературного газа, устройство подачи присадки,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002482592
Дата охранного документа: 20.05.2013
10.07.2013
№216.012.53c7

Треугольное крыло для сверхзвуковых летательных аппаратов

Изобретение относится к области авиационной техники. Треугольное крыло имеет вершину и центральную хорду, расположенные в плоскости симметрии крыла, прямолинейные передние кромки, выходящие из вершины, и неплоскую срединную поверхность. Срединная поверхность выполнена из двух элементов, которые...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002487050
Дата охранного документа: 10.07.2013
10.07.2013
№216.012.53c8

Предкрылок крыла самолета и способ его обтекания

Группа изобретений относится к области авиации. Предкрылок крыла самолета подвижно соединен с основным крылом и содержит аэродинамически обтекаемую поверхность, включающую заднюю нижнюю кромку. Часть задней нижней кромки предкрылка выполнена по форме гладкой волнистой линии либо волнистой линии...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002487051
Дата охранного документа: 10.07.2013
20.07.2013
№216.012.57a0

Устройство для локального подвода энергии к потоку воздуха, обтекающего объект (варианты)

Изобретение относится к аэродинамике и к энергетическим установкам транспортных средств, в частности к устройствам для улучшения аэродинамического качества путем подвода энергии к их внешней поверхности. Устройство для локального подвода энергии к потоку воздуха, обтекающего объект, содержит...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002488040
Дата охранного документа: 20.07.2013
20.07.2013
№216.012.57cb

Способ измерения негерметичности изделий

Изобретение относится к области испытательной техники и может быть использовано для измерения негерметичности изделий, работающих под избыточным давлением. Техническим результатом является повышение точности измерения негерметичности изделия в разных условиях окружающей среды при неодинаковых...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002488083
Дата охранного документа: 20.07.2013
+ добавить свой РИД