Метод испытания с обратной связью для определения коэффициента демпфирования акселерометра Q-Flex

Ключевые моменты

• • Продукт: Кварцевый акселерометр Q-Flex

    Ключевые особенности:

    • Компоненты: Маятниковая конструкция из кварца высокой чистоты с замкнутой системой обратной связи для точных измерений ускорения.
    • Функция: Обеспечивает точные и стабильные данные об ускорении, с низким уровнем шума и хорошей долгосрочной стабильностью, особенно эффективно в режиме замкнутого контура.
    • Применение: Идеально подходит для навигации и ориентации самолетов, геологоразведочных работ и промышленных условий, требующих точных инерциальных измерений.
    • Метод измерения: Измерение частотной характеристики с обратной связью, обеспечивающее надежную оценку параметров демпфирования и точную производительность.

    Вывод: Акселерометр Q-Flex обеспечивает высокую точность и стабильность, что делает его ценным для приложений навигации, управления и промышленных измерений.

Акселерометр Q-Flex — это своего рода инерционное измерительное устройство, в котором используется кварцевый маятник для измерения ускорения объекта по характеристике отклонения от положения равновесия под действием силы инерции. Благодаря низкому температурному коэффициенту кварцевого материала высокой чистоты и стабильным структурным характеристикам акселерометр Q-Flex обладает высокой точностью измерения, низким шумом измерения, хорошей долговременной стабильностью и широко используется в системах ориентации, навигации и наведения самолетов. а также геологоразведочные работы и другие промышленные среды.

1. Метод обнаружения акселерометра Q-Flex.

Когда система является разомкнутой, поскольку система не может создавать момент обратной связи, маятниковый узел подвергается слабому моменту инерции или активному моменту гидротрансформатора, кварцевый маятник легко касается железа ярма и вызывает явление насыщения, что делает его очень сложно проверить параметры демпфирования в разомкнутом контуре, поэтому параметры демпфирования считаются измеренными в состоянии замкнутого контура системы.

Частотные характеристики замкнутой системы управления отражают изменение амплитуды и фазы выходного сигнала с частотой входного сигнала. Частотная характеристика стабилизированной системы имеет ту же частоту, что и входной сигнал, а ее амплитуда и фаза являются функциями частоты, поэтому амплитудно-фазовая характеристика частотной характеристики может быть применена для определения математической модели системы. . Для получения реальных параметров демпфирования акселерометра используется метод измерения АЧХ с обратной связью.

В методе измерения частотной характеристики с обратной связью акселерометр фиксируется на горизонтальном вибрационном столе в состоянии «маятника», так что направление ввода ускорения вибрационного стола совмещено с чувствительной осью акселерометра, и акселерометр размещается горизонтально в состоянии «маятника», что позволяет устранить асимметрию силы тяжести по входному ускорению. Горизонтальное размещение акселерометра в «состоянии маятника» исключает влияние силы тяжести на асимметрию входного ускорения.

Рис.1 Амплитуда замкнутого контура Частотная характеристика qfas

Управляя горизонтальным вибратором, на акселерометр Q-Flex подается синусоидальный сигнал ускорения величиной 6 g (g — ускорение свободного падения, 1 g ≈ 9,8 м/с2) с постепенно возрастающей частотой от 0 до 600 Гц. который может отражать затухание амплитуды и фазовую задержку выходного сигнала акселерометра в пределах расчетного диапазона и полосы пропускания акселерометра. Акселерометр будет выдавать соответствующий выходной сигнал под действием встряхивающего стола, регистратор с высокой частотой дискретизации, подключенный к обеим сторонам сопротивления выборки, записывая выходной сигнал акселерометра, и построит амплитудно-частотную характеристическую кривую, показанную на рисунке 1.

В полосе пропускания амплитудно-частотной характеристики акселерометра кварцевый акселерометр сохраняет хорошую способность следовать за ускорением, при увеличении входной частоты ускорения пик резонанса системы составляет 565 Гц, пик резонанса составляет Mr = 32 дБ, частота среза системы 582Гц, амплитуда системы на частоте стала давать затухание более 3дБ. Поскольку вращательная инерция, жесткость и остальные параметры контура сервоуправления акселерометра Q-Flex известны, для расчета неизвестного параметра δ используются амплитудно-частотные характеристики системы. Передаточная функция замкнутой системы задается как

Уравнение 1

Метод наименьших квадратов оценивает параметры модели на основе фактических наблюдаемых данных, а набор данных по амплитуде частоты получается путем генерации входного сигнала внешнего ускорения через горизонтальный вибростенд, который измеряется перьевым регистратором, как показано в таблице. 1.

Табл.1. Данные выборки частотных амплитуд qfas

Амплитудно-частотная характеристика системы кварцевого изгибного акселерометра с известными параметрами является целевой функцией, а остаточная сумма квадратов с неизвестными параметрами определяется как

Уравнение 2

Где n — количество выбранных характерных точек. Используя приведенное выше уравнение, выбирается подходящее значение δ так, чтобы D(δ) имело минимальное значение. Требуемый коэффициент демпфирования получается как δ=7,54×10-4 Н·м·с/рад с использованием метода наименьших квадратов.

Создается имитационная модель системы с обратной связью, коэффициент демпфирования заменяется в модель головки кварцевого изгибного акселерометра, и система моделируется, и строится амплитудно-частотная характеристическая кривая системы, как показано на рис. 2. что ближе к измеренной кривой.

Рис.2 Амплитуда реальности Частотная характеристика и выходные данные моделирования параметров

В некоторых исследованиях распределение демпфирования пьезоэлектрической пленки на поверхности маятника решено методом конечной разности во временной области, а коэффициент демпфирования пьезоэлектрической пленки маятника составляет 1,69×10-4 Н·м·с/рад, что указывает на то, что коэффициент демпфирования, полученный при идентификации АЧХ системы, имеет тот же порядок величины, что и теоретическое расчетное значение, а погрешность обусловлена демпфированием материала механической конструкции, ошибкой монтажа при монтаже и тестирование, ошибка ввода шейкера и другие факторы окружающей среды. факторы окружающей среды.

2. Заключение

Micro-Magic Inc поставляет высокоточные кварцевые акселерометры, такие как AC-5, с небольшой погрешностью и высокой точностью, которые имеют стабильность смещения 5 мкг, повторяемость масштабного коэффициента 50 ~ 100 ppm и вес 55 г и могут быть широко распространены. используется в области бурения нефтяных скважин, систем измерения микрогравитации носителя и инерциальной навигации.