Способ и устройство обработки сигнала при измерении широкополосных линейных ускорений
METHOD AND APPARATUS FOR SIGNAL PROCESSING IN MEASUREMENT OF BROADBAND LINEAR ACCELERATIONS

Предлагаемое изобретение относится к измерительной технике и предназначено для измерения линейных широкополосных ускорений.
В настоящее время для оценки динамики летательных аппаратов применяются линейные акселерометры с рабочими частотами от 0 до 2000 Гц. Примером может служить акселерометр АВЭ 002, который серийно выпускается Пензенским институтом физических измерений. Этот прибор может быть принят в качестве аналога предложенному устройству. При измерении широкополосных линейных ускорений высоко динамичными акселерометрами, на линейное ускорение накладываются виброударные сигналы. Особенно это проявляется при измерении линейных ускорений в процессе раскладки аэродинамических поверхностей летательных аппаратов. Разделить известными способами виброударные нагрузки и нагрузки, вызванные линейным ускорением, не представляется возможным, если спектральные характеристики ударных сигналов лежат в диапазоне частот линейных ускорений. В результате ударных нагрузок в конструкциях возникает трехмерная упругая волна, вектор силы которой накладывается на силу, вызванную линейным ускорением конструкции.
Предлагаемое изобретение и направлено на решение задачи выделения линейных ускорений в условиях сильных виброударных нагрузок, при которых частотный спектр вибросигнала лежит в диапазоне частот измеряемых линейных ускорений.
Общими элементами аналога и предложенного измерителя является применение известного линейного акселерометра с режекторным фильтром на выходе, настроенным на собственную частоту линейного акселерометра.
Отличительными признаками являются дополнительно внесенные элементы: вибродатчик, спектральный анализатор и ряд режекторных фильтров. Спектральный анализатор и режекторные фильтры с настраиваемыми собственными частотами реализуются в аналого цифровом контроллере, имеющем два входа.
0
0
0
Для решения этой задачи, наряду с фильтрацией сигнала с выхода линейного акселерометра первым режекторным фильтром, настроенным на собственную частоту линейного акселерометра ω, дополнительно устанавливают ряд последовательно соединенных режекторных фильтров, собственные частоты которых настраиваются на частоты упругих колебаний конструкции, линейное ускорение которой измеряется. При этом с помощью вибродатчика, выход которого соединяется с спектральным анализатором, определяются собственные частоты конструкции в диапазоне частот от 0,1ω≤ω≤3ω.
Реализуется предложенный способ устройством, приведенным на рисунке 1.
Устройство для измерения широкополосных линейных ускорений содержит датчик линейных ускорений 1, вибродатчик 2, аналого-цифровой контроллер 3, режекторные фильтры 4, спектральный анализатор 5. Сигналы с датчика линейных ускорений 1 и с вибродатчика 2 подключаются к входам контроллера 3. Контроллер в своем составе содержит ряд последовательно соединенных режекторных фильтров 4, с управляющими входами, и спектральный анализатор 5. Вход режекторных фильтров 4 соединен с цифровым сигналом с выхода линейного акселерометра, вход спектрального анализатора 5 соединен с цифровым сигналом с выхода вибродатчика 2. Спектральный анализатор 5 имеет выходы с информацией о собственных частотах упругих колебаний. Эти выходы соединены с управляющими входами режекторных фильтров.
Устройство для измерения широкополосных линейных ускорений работает следующим образом. Перед началом измерения линейных ускорений на конструкцию воздействуют одиночным ударом. При этом на выходе вибродатчика появляется сигнал об упругих колебаниях конструкции. Этот сигнал обрабатывается спектральным анализатором, в котором выделяются собственные частоты упругих колебаний поверхности конструкции. Информация о собственных частотах упругих колебаний по управляющим входам режекторных фильтров используется для настройки собственных частот этих фильтров. Это позволяет на выходе режекторных фильтров не пропустить сигналы о собственных упругих колебаниях поверхности механизмов, движение которых измеряется линейными акселерометрами.
Тем самым измерительная система на выходе режекторных фильтров будет содержать информацию только о движении конструкции в виде линейного ускорения.
За счет применения последовательно соединенных режекторных фильтров, сигнал с выхода линейного акселерометра содержит информацию только о линейном ускорении конструкции.
Самонастройка фильтра производится перед измерением линейных ускорений. С этой целью на конструкцию задается ударное воздействие, которое измеряется вибродатчиком и определяется спектральная плотность сигнала с вибродатчика, представленная на выходах спектрального анализатора собственными частотами упругих колебаний конструкции.
Предложенный способ измерения широкополосных линейных ускорений заключается в применении узкополосной фильтрации сигнала с выхода линейного акселерометра. Причем, фильтр является самонастраиваемым на частоту упругих колебаний конструкции, линейное ускорение которой измеряется. Устройство, реализующее предложенный способ, содержит линейный акселерометр, к выходу которого подключен первый режекторный фильтр, частота которого настроена на собственную частоту линейного акселерометра, и аналого-цифровой контроллер с двумя входами, который содержит ряд последовательно соединенных режекторных фильтров с управляющими входами и спектральный анализатор. Вход режекторных фильтров соединен с цифровым сигналом входа, к которому подключен линейный акселерометр, вход спектрального анализатора соединен с цифровым сигналом входа, к которому подключен вибродатчик. Выходы спектрального анализатора содержат информацию о собственных частотах упругих колебаний конструкции, линейное ускорение которой измеряется. Эти выходы соединены с управляющими входами режекторных фильтров и это позволяет настроить собственные частоты режекторных фильтров на частоты упругих колебаний конструкции. Тем самым исключаются из сигнала линейного акселерометра упругие колебания конструкции, этот сигнал содержит информацию только о линейном движении конструкции.