Электронный преобразователь акселерометра
ACCELEROMETER ELECTRONIC TRANSDUCER

Изобретение относится к микромеханическим акселерометрам, конкретно к электронным преобразователям, применяемым в акселерометрах с емкостным датчиком угла и магнитоэлектрическим датчиком момента.
Известен электронный преобразователь [1] акселерометра, содержащий RC-генератор с модуляцией по скважности, первый и второй входы которого являются опросными входами электронного преобразователя акселерометра, источник опорного напряжения, выход которого соединен с третьим входом RC-генератора с модуляцией по скважности, первый и второй фильтры нижних частот, входы которых соединены, соответственно с первым и вторым выходами RC-генератора с модуляцией по скважности, а выходы, соответственно, с прямым и инверсным выходами дифференциального усилителя, выход которого соединен со входом усилителя мощности, выход усилителя мощности является выходом электронного преобразователя акселерометра.
Недостатком преобразователя является низкая точность, обусловленная наличием большой погрешности от влияния паразитных емкостей в емкостном датчике угла акселерометра, так как они влияют на скважность выходных сигналов генератора с модуляцией по скважности, т.е. искажают эти сигналы.
Наиболее близким к заявленному изобретению является электронный преобразователь [2] акселерометра, содержащий усилитель сигнала рассогласования, вход которого является входом электронного преобразователя акселерометра, а выход соединен с входом фильтра верхних частот, источник опорных напряжений, который имеет выход положительного опорного напряжения и выход отрицательного опорного напряжения, генератор сигналов опроса, имеющий прямой и инверсный выход сигналов опроса, которые являются опросными выходами электронного преобразователя акселерометра, первый вход генератора сигналов опроса соединен с выходом положительного опорного напряжения, а второй - с выходом отрицательного опорного напряжения, электронный преобразователь акселерометра также содержит однополупериодный фазочувствительный выпрямитель, вход которого соединен с выходом усилителя сигнала рассогласования, а выход - со входом интегрирующего усилителя, выход которого соединен со входами усилителя обратной связи и масштабного усилителя, выход усилителя обратной связи соединен с третьим входом генератора сигналов опроса, а выход масштабного усилителя является выходом электронного преобразователя акселерометра.
Недостатками преобразователя являются: низкая точность, обусловленная использованием однополупериодного фазочувствительного выпрямителя, что приводит к погрешности, вызванной дрейфом нуля усилителя сигнала рассогласования, а также низкий диапазон измерения, вызванный использованием маломощного усилителя обратной связи, не позволяющего сформировать достаточно мощный сигнал управления (ток в обратной связи акселерометра).
Технический результат заявленного изобретения заключается в повышении точности электронного преобразователя акселерометра и увеличение диапазона измерения.
Задача, на решение которой направлено заявленного изобретения, заключается в устранении погрешности, вызванной дрейфом нуля усилителя сигнала рассогласования и формировании мощного сигнала управления.
Поставленная задача решается за счет того, что в электронный преобразователь акселерометра, содержащий усилитель сигнала рассогласования 1, вход которого является входом электронного преобразователя акселерометра, а выход соединен с входом фильтра верхних частот 2, источник опорных напряжений 3, который имеет выход положительного опорного напряжения и выход отрицательного опорного напряжения, генератор сигналов опроса 4, имеющий прямой и инверсный выход сигналов опроса, которые являются опросными выходами электронного преобразователя акселерометра, первый вход генератора сигналов опроса 4 соединен с выходом положительного опорного напряжения, второй - с выходом отрицательного опорного напряжения, а третий - с общей шиной питания, согласно изобретению, дополнительно введены двухполупериодный фазочувствительный выпрямитель 5, дифференциальный усилитель 6 и усилитель мощности 7, который имеет выход управляющего сигнала, являющийся управляющим выходом электронного преобразователя, а его вход соединен с выходом дифференциального усилителя 6, прямой вход дифференциального усилителя 6 соединен с прямым выходом двухполупериодного фазочувствительного выпрямителя 5, а его инверсный вход с инверсным выходом двухполупериодного фазочувствительного выпрямителя 5, вход которого соединен с выходом фильтра верхних частот 2, первый и второй входы управления двухполупериодного фазочувствительного выпрямителя 5 соединены, соответственно, с прямым и инверсным выходами генератора сигналов опроса 4 (см. чертеж).
Электронный преобразователь работает следующим образом:
сигналы опроса генератора сигналов опроса 4 с прямого и инверсного выходов, которые являются опросными выходами электронного преобразователя акселерометра, поступают на первый и второй входы дифференциального емкостного датчика угла акселерометра. Сигнал рассогласования с выхода дифференциального емкостного датчика угла акселерометра поступает на вход усилителя сигнала рассогласования 1, который является входом электронного преобразователя акселерометра. Усиленный сигнал рассогласования с выхода усилителя сигнала рассогласования поступает на вход фильтра верхних частот. С выхода фильтра верхних частот 2 отфильтрованный сигнал поступает на вход двухполупериодного фазочувствительного выпрямителя 5. Двухполупериодный фазочувствительный выпрямитель 5 управляется сигналами опроса, которые поступают с прямого и инверсного выходов генератора сигналов опроса 4 на его первый и второй входы управления. Детектированное за первый полупериод сигнала опроса напряжение поступает с прямого выхода двухполупериодного фазочувствительного выпрямителя 5 на прямой вход дифференциального усилителя 6, а детектированное за второй полупериод сигнала опроса - с инверсного выхода двухполупериодного фазочувствительного выпрямителя 5 на инверсный выход дифференциального усилителя 6. Дифференциальный сигнал с выхода дифференциального усилителя 6 подается на вход усилителя мощности 7. С выхода управляющего сигнала усилителя мощности 7, являющийся управляющим выходом электронного преобразователя, управляющий сигнал поступает на вход магнитоэлектрического датчика момента. Для формирования в генераторе сигналов опроса 4 опросных сигналов постоянной амплитуды на первый вход генератора сигналов опроса 4 поступает сигнал с выхода положительного опорного напряжения источника опорных напряжений 3, а на второй вход - сигнал с выхода положительного опорного напряжения источника опорных напряжений 3. На третий вход генератора сигналов опроса 4 поступает потенциал с общей шины питания.
Одним из отличительных признаков заявленного изобретения является введение в состав электронного преобразователя акселерометра двухполупериодного фазочувствительного выпрямителя в совокупности с дифференциальным усилителем, что в результате, приводит к устранению погрешности, вызванной дрейфом нуля усилителя сигнала рассогласования.
Еще одним отличительным признаком заявленного изобретения является введение в состав электронного преобразователя акселерометра усилителя мощности, что в результате, приводит к формированию мощного сигнала управления.
Источники информации:
1. Акселерометр AT1104, альбом чертежей ИФДЖ.402.139.008
2. Акселерометр AT1105, альбом чертежей ИФДЖ.402.139.006