автореферат диссертации по приборостроению, метрологии и информационно-измерительным приборам и системам, 05.11.16, диссертация на тему:Исследование и разработка прецизионной информационно-измерительной системы для определения динамических характеристик акселерометров ударным методом

МОСКОВСКИЙ ОРДЕНА ОКТЯБРЬСКОЙ РЕВОЛЮЦИИ И ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ИНСТИТУТ НЕФТИ И ГАЗА им. И. М. ГУБКИНА

Для служебного пользования

Экз. № /О

На правах рукописи УДК 534.63.08

БОНДАРЦЕВ ВЛАДИМИР ВАСИЛЬЕВИЧ ИССЛЕДОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА ПРЕЦИЗИОННОЙ ИНФОРМАЦИОННО-ИЗМЕРИТЕЛЬНОЙ СИСТЕМЫ ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ДИНАМИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК АКСЕЛЕРОМЕТРОВ УДАРНЫМ

МЕТОДОМ

Специальность 05.11.16 — Информационно-измерительные

системы (в промышленности)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва — 1991

Работа выполнена в орденов Октябрьской Революции и Красного Знамени Летно-исследовательском институте им. М. М. Громова и на кафедре информационно-измерительной техники Рязанского радиотехнического института.

Научный руководитель — доктор технических наук,

профессор А. М. Беркутов.

Официальные оппоненты — доктор технических наук,

профессор С. А. Прохоров,

— кандидат технических наук, ст. препод. А. И. Ключников.

Ведущее предприятие — СКБ РНПО «Нефтехиммашснстемы».

Защита диссертации состоится <£/ 1991 Г. в

/,3 часов на заседании специализированного совета Д053.27.10 в Московском ордена Октябрьской Революции и ордена Трудового Красного знамени института нефти и газа им. И. М. Губкина.

Ваш отзыв на автореферат в 2-х экземплярах и заверенный печатью просим направлять по адресу:

117917, Москва, ГСП-1, Ленинский проспект, 65.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института. Автореферат разослан «[991 г

Ученый секретарь специализированного совета, докт. техн. наук, профессор

.Е. В. Гливенко.

АКТУАЛЬНОСТЬ ТЕШ. Развитие такой ведудеЗ отрасли про; ленности, как авиационная, з значительной море связано с необходимостью получения точных л наденных результатов измерения при испытаниях изделий авиационной техники. Tait, например, при анализе достоверности результатов измерений имеют место проявления динамических погрешностей средств измерений (СИ), которнэ судэст- : венным образом сказываются при обработке совместных или косвен- : ных измерений. В этом случае анализ достоверности результатов лепных испытаний мокет быть значительно облегчен с учетом известна: |

динамических свойств СИ. ’ ' !

' !

3 настоящее время методы и средства изучения динамических !

свойств CI-I лане2нк>: ускорений весы,а разнообразны. Метод гарг.юки-чосного воздействия’ отличается хорошим согласованием методики с ’! техникой измерения, однако является трудоемким и несовершенным 3 ; силу определенных трудностей при создания чисто синусоидального . зпгкала з широком диапазоне частот исследуемого El. Метода изучения динамических свойств СИ путем подачи однократного импульсного зоздойстеил с одновременной регистрацией отклика па электронно- . зучевой осциллограф (типа C8-I3), еттограйированием, табуляцией [ перфорацией полученнпх данных с последующей обработкой по ЕВ”, •бладают также радом существенных недостатков. К нпм сткоо;г.

- про долнит е лько е время подготовки эпспвркгтзнта И сгр2С'07-л получению: данных:

- низкая точность результатов измерений;

- отсутствие зкспреес-аяализа в ?еете экопернмогта.

О,дни.! из перспективных направлении в области развития зб-зктивньк средств исследования динамических свойстз СИ линейных

ускорении являются ударные методы, позволяющие получать динамические характеристики в широком диапазоне-частот измеряемого сиг-: нала с требуемой точностью и обладающие высокой производительное-! ' тью.■Практическая реализация ударного метода сводится к разработке и созданию специальной информационно-измерительной системы , \

(ИИС), включащей ударную установку с исследуемыми СИ для воспро-’

■ лзаедания ударного импульсного воздействия в требуемом диапазоне ! ; параметров ударных ускорений и автоматизированный ког.шлекс инфор--| ; кациспно-игуарительных средств на базе системной цифровой осцил-1 логрс л.ли для регистрации, измерения, отображения и обработки по; лучаеиой информации с исследуемых СИ.

! Использование такой ИИС обеспечивает автоматизацию процес-

: са определения динамических характеристик СИ, а такне повышение 1 *

; надежности н качества получаемых результатов. Последнее обстоя: тзльство позволит значительно сократить время предполетной и пос-I леполетной подготовки и тем самым сократить продолжительность |

! зеего летного эксперимента. . ' ' • ■. .. !

) , !

| Это все говорит об актуальности проблемы создания прецизи-

I онной «КС, отвечающей современны!.! требованиям к эффективности

* проведения летного эксперимента и уровня развития измерительной

; техника. • • '

: Ц£.ЧЬ И ЗАДАЧИ РАБОТЫ. Целью диссертационной работы являет-

| ся исследование и разработка принципов построения технических1 ! • 1

I средств, методов регистрации и обработки экспериментальных данных I и создание на их базе прецизионной ИИС для определения динашчес-1 ; ких характеристик СИ линейных ускорений ударным методом.

! Для достижения указанной цели бьши поставлены и решены еле-,

; дующие задачи исследований: 1

I. -Исследование и анализ принципов построения технических ■

средств для измерения а регистрации параметров удара и импульз::о переходной функции исследуемых акселерометров.

2. Расчетно-экспериментальные исследования параметров воспроизводимых разрабатываемой ударной установкой.

3. Теоретические и экспериментальные исследования споктрал'ь ной плотности рзального импульса SC^J и анализ влияния днесипат:: янх сил fp. для некоторых видов ударного движения.

4. Разработка принципов построения и структуры ударной уста

ЕОВКЗ. ' . • .

5. Разработка обобщенной структуры и построение прецизионно ЕИС. Разработка и исследование функционального тракта измерения регистрации амплитуд ударных ускорений, структурной схемы канала регистрации длительности ударного воздействия (КРД).

6. Разработка алгоритмов, процедур и програта обработки дан них, реализующих метода получения параметров удара и динамически-характеристик исследуемых акселерометров.

7. Экспериментальные исследовашм предложенных методов и тэ-ничесгах средств прецизионной ГШС и Ъцецка точности опредолзппя дгжачпческах характеристик лшейшх акселерометров.

Ш?0£Д ГЮСЛГЩОВАН!IЛ. При решении поставленных задач примоня. ся комплексный подход, в основу которого положены взаимосвязаны:: георетпческие и экспериментальные исследования, результаты когорт: обрабатывались с использованием ЗВГЛ. Теоретические последов-. •шя Бшюлнекы с привлечением математического аппарата тзоргп: пгностэй, математической статистики, интегрального и ди.>;-о?е:1Цпа льнэгэ исчисления, элементов спектрального акзлпгс и алгебры лсг. :21. Конечным этапом исследований явились реализация разработан:-" .тетодов в опытный образец прецизионной Î5IC и их эксперимент^-.:-::-:--:, шоверка, подтвердившие правильность полученных в длсСепта^он:-:: заботе теоретических поломзннй, результатов и выводов.

_ __________,_________.________с _-___________________ _

j .НАУЧНАЯ НОВИЗНА. На основа исследования спектральной плот- j

| насти реального импульса S&) показано, что' для исследуемого |

! класса линейных акселерллетпов в диапазоне частот л/ от 0 до ЮОГс

! ' ~ * ! и расчетном диапазоне воспроизводимых-длительностей удава от ■

' ■ ' ' - ■ - і ІЄЗ до 850 (мкс) относительное отклонение амплитуды, спектра сиг- і

нала реального импульса от спектра ¿Г-функции составляет

j до 5%, что говорит о необходимости учета фактора неадеальности-

| ударного воздействия при определении динамических характеристик ■

j акселерометров. 1 I

| Ка основе теоретических исследований спектральных характе- ;

і

| ристик реалькога импульсного воздействия и импульсной переходной ;

■ j характеристики исследуемого СИ в зависимости от действия различ- ;

і ного оода сі;л /ь , возникающих в результате ударного движения,по-: і а' . • .

j казано, что силы fo вносят значительные искажения в их характер, I

■ особенно в начальный и конечный период ударного процесса, а также1

j на этапе переходных процессов. При этом доля вносимой погрешности

О лелшт в пределах IV?^.Кроме того, экспериментально установлен '

тзорзтлческа обоснован механизм вносимых искажений в характер ‘

переходной функции исследуемых СИ, который связан с

нпз::г:.ї качесткэм опорных поверхностей скольжения, в результате ко-

I торого могут возникать резонансные явления за счет периодически ,

• дояалгсхзис,: результирующей силы трения J? , носящей случайный , .

¡характер. ' , ; !■

! Преложенный принцип построения ударной установки, заклачаю-

| сг'-діел в компенсации сил составляющей силы тяге с ти F подвижной

! ^

! платформы с и с следуемым СИ, реализован в структуре установки, которая закидана авторским свидетельством СССР (АС й 1449849).

•Ігздлсаснкй принцип построения ударной установки, заклшаю-циііСя в одновременной регистрации выходного сигнала с исследуемого .іннейного и(ц) и образцового ударного -^(ûj акселерат гроз о

последувдкм восстановлением входного сигнала ¿г($} по извести::5, динамической характеристике ев(£) образцового ударного акселерометра, позволяет получить сигнал в виде импульсного ударногэ воздействия , являющийся по существу входным сигналом по сг:-:.-

шению к доследуемому-линейному акселерометру, защищен как слэсх авторским свидетельством СССР (АС й 1556344). Зтот принцип позьо-ляет исключить фактор нестабильности воспроизводимых параметров ■ ударной установки и соответственно повысить точность в определении динамических характеристик исследуемых СИ, которые могут бить получены путем обработки на ЭВМ известных входного и выходного сигналов СИ. ' • . !

. Разработаны и исследованы функциональные тракты, структур- ;

ные схемы и схемотехнические решения цифрового регистратора и I

всей прецизионной ¡©С. При этом структурная схема устройства *

УИДУВ-6500 для определения длительности ударного воздействия гг *

У’0 г

позволяющая понизить'погрешность результата измерения на 15*20;? '•

за счет исключения шлг/льсоз-электтаческого даеоезга <уСл

‘ * jr/7

щищека авторским свидетельством СССР (АС }Ь 152761с).

Разработаны и исследованы процедуры, алгоритмы и программы обработки информации с лазерного измерителя ударных перемещений (ЯШ).реализующие метод "замечательных точек" ("ЗТ"), заключающийся в точном поиске экстремумов тТі.-ї-сигнала, соответствующих перемещению подвизной платформы на величину Л/А длины волнк от источника излучения. Показано, что этот мзтод обеспечивает поздние точности в определении параметров ударного двпг.энпя.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ И РЕАЛИЗАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ РАБОТЕ Полученные результаты исследований и разработанные принципы построения послужили базой для создания обобщенной структуры прецизионной ИИС. Разработанные структура ударной установки, каналы ■ цифровой регистрации, а такав методы измерения, регистрации и об-

: работки получаемой информации отличаются простотой, надеаностъю и!

оригинальностью исполнения. . ' ' ■ '

! Результаты исследований и разработок использованы при созда-

■ или опытного образца прецизионной ШС,'которая внедрена в Летно-

I ' . ,

I исследовательском институте со следующими техническими характерно

\ ■ . '

■ тиками: . . .

| Ударная установка ’ '

: диапазон воспроизводимых параметров: \ !

- ударные перемещения , мил 1,2 ^ ля г= 6,5

: - ударные скорости ЛV , ц/с 0,08 ^ ЛУ ^ 0,4 ■ |

; - ударные ускорения ла , м/с** 1,4 10^^^«^4,1 10^

- длительность удара АТ , икс 163^254 853

; - длина и время свободного перемете- '•

• гзк изследуемых СИ € и ¿г , м, с ’ ¿0,5

; ■ ^

; Каналы цифровой регистрации (БЦ?1,2) ■

! ■ .

| - агллдтуда входного сигнала '¿I , Б . ¿10

| - частота дискротизащш ,'!.1Гц ■ I

1 • . '

\ - разсзл.способность АЦП, число дезпч. . .'

! ~ разрядов 10 . •

1 ' • •

| - емкость ОЗУ, бит ' 10 х 1024

Лизорнкы канал регистрации, (ЖР) .

- частота исследуз:.:ого сигнала/', МГц . 3

- опорная частота^ , !.!1й - . 100

‘ - [

" - сазроЕ.способность АЦП, число дззич. • !;

" " разрядов . 10 .1

■ - емкость ОЗУ, бит 10 х 1024

Суг.ззркый годовой экономический эффект от использования та-*|

;:з2 Ш-1С составил 700 тыс.руб, |

• \

3 настоящее врегл полученные результаты используются при вы-.

полнзкии 'ОК? по созданий трех опытных образцов ¡-ШС. I

. _ 1

ЛПР0БА1£1Я РАБОТЫ. Основные положения работы и

отдельные результаты докладывались и обсукдались на У ЗП7К г,о ос-цйллограйическим методам измерений (г.Внльнюс, 1966 r.); L ВНГ'С по идентификации моделей движения летательных аппаратов {г.1~;::г--ский, 1986 г.); Всесоюзной школе-семинаре "Динамические і;спнт^:-:г■ (г.Рязань, 1987 г.); Всесоюзном зональном семинаре "Метода и стза измерения механических величин в системах контроля; и ■ -

ния" (г.Пенза, IS88 г.).

ПУБЛИКЩЗ'1. По тема диссертации опубликовано 13 печатне: гг-бот, в том числе 3 авторских свидетельства СССР. :

. ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ДИСК2ЕРТАЦЙИ, ВЫНОСИМЫЕ НА ЗАЩИТУ. ;

I. Модель разрабатываемой ударной установки, синтезирующая :

основные положения дискретных моделей ударного взаимодействия и

позволившая перейти к расчзтно-эксперинентальным метода',: опрзделе-

і ния параметров удара. і

!, 2. Результаты исследований и выражения для оценки степени ка-

( ■ . і идеальности ударного импульсного воздействия и влияния сил не.

і ' а j исследуемое СИ, а такта механизм вносимых ими искажений, который і -

і связан с неплоскостностью скользящих пар и монет приводить к не; риодическоглу появлению результирующей силы./ . непостоянно:; по величине и носящей случайный характер.

3. Принцип компенсации сил Яр составляющей силы Я ::о,—игл:; платформи с исследуемым СП, осуществляемый подбором угла пг:-.ог.:. основания ударной установки. При этом исследуемое СП в г : ;v.; т ..

удара испытывает только реальное импульсное воздействие і: со:?-;.....-

; ЄТ равномерное И ПрЯМОЛИНеЙНОе дапЗБИЛС*.

: 4. Принцип одновременной регистрации выходного снгкллз. с.

следуемого линейного y(t) и образцового ударного (¿) г::зс.~;_г.о-метров с последующим восстановлением входного сигнала a(tj г.о ::з-вестной донаиичесаэй характеристике 4 образцового ударного акселерометра. При .этом входное ударное воздействие по сущестгу Г”.~

ЛЯСТСЯ входам воздзйсі-влем по отномнив к исследуемому ЛИНеЙКОМ?, акселерометру, а его динамическая характеристика £(/>) определяем ся путем обработки ка ЭШ известных входного £Î6J и выходном у&) сигналов. Повышение точности в'определении динамической характеристики исследуемого СИ достигается за счет исключения факте ра нестабильности воспроизводимых параметров ударной установки.

■ 5- Структурные схемы лазерного канала регистрации (ПК?), .об;

печивагщоге автоматический выбор диапазона измерений; канала КРД, по:сл: г'.сідбго влпянаа импульсов , а также разработанная обо<

щикная структура прецизионно:; І-ИС. . •

>3. Метод "ЗТ", содеркаций процедуры, алгоритмы и программа обмотки информации с ЛИП, который заключается в точном поиска ог-стрямумзэ Т.!-снгпала с доследугацім получением параметров ударны:-: ускорений с высокой степенью точности. ■

Z'OTtZJlk II 0БЫГ.1 ДНСС2РТАІШ. Работа состоит из введения, •-І-:: глаз, заключения и со дерзит 107 страниц основного текста; рл-;ун:-:: :: сабли:!-: ка 51 страницах, перечень использованной литератз ри на S страница::, Еклачап^йі 84 наименования; црнло,~зп::я на 3S

П. COaSFZAES РАБОТЫ '

НО ВШЙЛГНИ сбссновакн актуальность тзьа, ос новизна и практическая ценность, сформулированы цель и задачи исследованияа тл:~з основныз псло-.ония, выдвигаемые на защиту. :

2 ГІІІ'ЗО:.: РАЗДНЗЗ работы рассмотрены принципы построения тех-нпчссінн: срэдств для измерения и регистрации параметров удара и :п аульской переходной функции исследуемых акселерометров.

■ Показано, что в реальных условия:: при ударном воздействие длл получения действительных динамических свойств, щзігуса: то.ть-::с исследуемому СИ линейных ускорений, н-эобход:;мз учитывать Ç.aKTi ’"идеальности ударного воздействия, сср isx -vsï і дипамнчеакпо

свойства несовершенства удара, а такие влияние различного рода сил' Гр . В., этом случае структура измерительной система мо.тгзт бит: представлена из следующих технических средств:

- средства воспроизведения ударного импульсного воздействие ССВ), исследуемых СИ;

- средства регистрации и отображения измерительной инфэрма- ,

ции (СР); '

- средства .обработки(СО). . !

!

Произведен анализ существующих СВ и установлено, что одни ос-

■ 1

аованы на принципе торможения платформы и методами предварительно-

• 4 і

го разгона до требуемой скорости. Другие отличаются способом сило-

зого воздействия* на платформу, а полученная в результате скорость . ’ . ' і гасится с помощью ударных амортизаторов. В этой связи рассмотрен*:

- - ■ і

іринцшга построения некоторых образцовых ударних установок, содержащих различные СИ параметров удаоа. Показаны преимущества и не- I

' і

’.остатки упруго-контактных СИ. в установке баллистического типа ■

["Импульс"-І); электронно-оптических СИ в установке с цилицдрнчес-атм волноводом (9309), реализующих кинематический принцип измори-* дельных систем, а такие пьезоэлектрических СИ. При этом отмечено,: [то рассмотренные установки обладают: '

- нестабильностью воспроизводимых параметров удара (¿T=I0r-I5;?î)

:о пиковому значению ударного ускореїшя ; ;

- отличием значений ускорений , задаваемых установкой п,’

; разных точках носителя СИ. -

Проанализированы такге принципы построения ударных установок |ЛЯ измерения импульсной переходной функции Л(У линейнш: низко- | астотных акселерометров,в частности, установок на "воздушной" и | магнитной" подушке, горизонтального стенда на подвесах. Показано!

экспериментально подтверждено, что эти установки эффективны для! ебэльзогэ класса исследуемых акселерометров, ограничоннбгз: !

- техническими воз;іонностягдх ударной установки, способной

воспроизводить параметры удара в опродела'нншс пределах с достгто' ноіі степенью точности; ' .

- пределом допустимых значений 'ударных ускорений. и диапазоном измерения испытуемых акселерометров. '

В этой случае точность определения динамических характерного: линейного акселерометра будет зависеть от точности оиределэнз параметров реального импульсного воздействия. • |

Рассмотрены СР измерительной информации: электронные импульс нне н ігг';роі>ь:з вольтметры; светолучевыэ осциллографы; электронно-.лутзв: , многофункциональные и запоминающие осциллографы, в которых обобщены наиболее характерные методы. калибровки и регыстрацш бнстроппотегхшцих процессов. В ходе анализа показано., что СР .от-

*L-4£L:jTC ЛІ ‘ -

- невисокої! точностью измерения однократных бнстроиротекав-

•_;;сс псоцзссозС'ліІОГО.’ • - .

- значительной тр/дое;.п:остьа и продзслітвльностЕз обработки

нг:г гпчлъцэ:! информации; • • •

- Ojcirrciii-OM информации в цифровой пор:а к Ьо-поссздстеєнкс-

го согласования с SEI. *

"сследовак мохаппс:.! уд яркого Б-іангодвйствия с пріпюненаем Ці.зкргткн:: моделей П&ятона, Герца и нелинейной уиругзпластнчгско] модели, Псклсакэ, что сасскзтсзнаыа особенности ухариэго вза:п.;о-доістви." псслолпюг осуществить более качественный подход і: выбор; нгделп разс.-гбатігзаз*лоіІ ударной установки и методам расчета пара-

Зл^еизломепные результаты позволили обосновать необходимости использования ювкрвзик технкческах средств, а такзэ. разработав r-j-.-inn-iödicna асодтагенЕЯ по структуре и составу устройств созт-за;

Она состоит из СВ баллистического типа; исследуемого СИ ли- |

' ' ' I

¡иных ускорений; образцовых. СИ параметров удара, включающих пьэ-|

• I ■ • !

'акселерометр з ЛИП; СР, содержащего специализированные каналы |

іиена и преобразования информации:’ КЦР, ЛК? и КРД; СО, содергсаце-

| шкро^ЗЗМ, сопряженную с СР посредством нестандартна интешюй-, ■ • * і їв (ИН) и оснащенную пакетом прикладных програш обработки (ПО).)

Сформулирован такге круг дальнейших задач исследований в вп-|

ч . ’ 1

- теоретических и экспериментальных исследований параметров ; !дра и влияния сил для некоторых видов ударного движения; і

- исследования и разработки методов н средств построения ППС,

ВО второ:.’ РАЗДЕЛЕ приведены результаты теоретических и экспе-

¡ментальных исследовании параметров удаиа, влияния сил , г.

* :

ізработанн принципы построения ударной установки.

На основании анализа дискретных моделей ударного Езаимодг-йог-'Я обоснован выбор моделі разрабатываемой ударной установки, сия-ізирущеД основные положеній моделей Герца и Ныэтона. Прздло:тл-:а ¡тодика, по которой проведены расчетно-экспериментальные исслодо-іния и определен требуемый диапазон параметров.удара, а та;г-:с шструктиЕные и физические параметры ударной установці.

Теоретические исследования сзойств реального импульса прово-і сь на основании анализа полного спектра'сигнала реального удар-

! -ЧОГО ВОЗДСИСТВИЯ зависимости от его длительности 2" и в;

; япля сій ^ . Долучено выражение для оценка степени неидеалыпс

і ти удаиного клпульсного воздействия: '

І Сйїїі- ,

і -----*Н? ' • . СІ)

І где &? » 2&/ - собственная-частота наследуемого СІЇ. і • і Показано, что относительное отклонение амплитуда спектра сигналг

. реального импульса & (ь?) от споктра ¿^-функции в расчетном лиг 1 ** ’ .

| пагона длительностей удара ¡Г~ 850 мхе и на частоте исследуемогс

: СІ-1 = 50ьЮ0 Гц, составляет до і-5%, что подтверждает нес

і ходкость уча та реального импульсного воздействия при определенЕ

■ динарі-'з ккх характеристик псслодуеках СПІ линейных ускорений. ;

| - Получены таккс выражения для полного спектра сигнала реальн

! ГО ІГ,ПуЛЬСа ПОЛ ДеКСТВПИ СИЛЫ "СУХОГО" ТреНИЯ £/¿7} і силы со

[ ротпЕлэшщ воздуха ¿пйсуь)) для чисел Рейнольдса; ^.«1

1 и показано, что в зависимости от конкретного, вида -действующих си

у}, на исследуемое СИ меняется вид АЧХ и 5ЧХ реального импульса.

* . • •

На основании получениях высат.енпи ¿я.б * а тайке

• ! расчетно-экспоримгнтальккх далкнх, произведена оценгл погрэшкост:

| оЗусло слепших дсіїстваом сили "сухого" трания /£ и силі воздушэ.

■ I сопротивления ¡?% . Япи отом показало,' что силы "7? вносят зна

і чптэлышо искалипия в характер реального импульса в начальний и » •

І конечні період ударного процесса, прячем доля вносіг.тоіі іюгрепної і . . '

І ти определяет с я силой £ И лззаит в пределах ' а І І- 2%. '

І исследование влияния сил Гл ■ на характео іігяіульсной песехо; I г ■ *

I ной Функции СИ линейных ускорений проводилось на основании анали-] за дзйствукдих сил "ЕЯЗГ.ОГО" трения^/ при ДЕПГ23НЛЛ испнтуемог: | СЛ ка "воздушной" подушке; силы "сухого" трения каченияи сі | -.и; (для ,гг < 0,5 и >0,5) при движении СИ на платформе : о торц-звіл сферически:,т профилем на 4-х шарикоподшипниках. В ре.?у-

П"» "ІіТ ■ • ■ ' . 14 - ---- - ----- .....,

|Четнсг,экспериментальных данных определены их количественные значе-

іния и; {оценена доля вносимой погоешости з хаоактоо импульсной пе-

! >1к - • . і рехойізі функции (2-І, которая ыоает достигать 7^. Показано такгкз, ■

'!*• ' : - И • • ' „!

.■¡что сила Рл вносят значительные искажения з характер и:,:гг.'льсноп

.¡і- 'Л'1 * - ■ і

‘ переходной йункцпи СІІ в начальный период удаоїшх процессов а па |

' Ц, ' '

этапе - -л

реходных процессов. ■ ,

-ВаНсте с тем, ударные испытания линейных акс эле ростров типа' Г|БТ-43|доказали, что отдельные реализации тлеют значительнее пегл-,-^нил-’импульсной переходной функция. Механизм шосжа:: лско:;э!п::;' ■ был зіірлен в результате анализа полученных АЧХ акселерометров и ; .установлено, что он монет быть связан с низіоїм качество:.' опоршсх і

‘ : и |

поверхностей сколъяекия, которое приводі:? к зоз.-пі;_:овс:п:;о резонансных л ¡.сепий за счет периодически появляющейся пззультпеутдзй си-, лы Я , носящей случайный характер. Показано, что вероятность г.оз-шгаюлз тая силы .? монно существенно умопыить путем сознания максимально допустимой плоцадл опорной поверхности ехольг.о-кил с плоскостью не хуле Л .:;0,05 «а: па. длине / = I м. - .

Полученные результати позволили разработать принципи по с тіос -| І-ПІЯ уцзрной установки, которые заключается з: . :

і - одновременной регистрации выходного сигнала с исследуемого'

| лпнз£зого и сбразцогого ударного акселерометров с •

1 доелоду оцим восстановлением входного сигнала- по известкой.’

| динамической характеристике • образцового СЛ. аолуч-эшп-’Л '

! сигнал з виде импульсного ударного воздействия является ;

| входным сигналом по отношению к исследуемому СП; •

- компенсации сил /"о составляющей силы .-17 подзилной платнор-

' У ■ А *

г-лы с исследуем«-СЛ. . ' . _ • :

Разработана такие структура ударной установки, обеспечиваю- і гая постоянную скорость исследуемому СИ после' удард и попісенно ’ , точности з опрэделенгш ого динамической хасактеонстигсі за счет

--------------------------------- 15--------------------------------------

- • | точного знания входного параметра без воздействия факторовНестабильности и внэаних сил сопротивления. .

ТР1Т/1Л РАЩД2Л работы посвящен исследованию ж. разработка алгоритмов, методов регистрации п обработки экспериментальных данных, структурах схем и устройств прецизионной ШС. '

Исследован и разработан функциональный тракт измерения и регистрации амплитуд ударных ускорений и показано, что при наличии ударных пэрс:.-:оц9йкй на выходе 1Ш будет иметь место ЧМ-сигнал, пропорциональный скорости ударного двияандя* В этой связи предложен способ регистрации целочисленных периодов ЧЭД-сигнала, кратных Л /2 с ПОСЛЭДуЕЦИМ вычислением дискретных’значений скоростей ЛУс'т-£+/ и ускорений А(* ударном движении: • •

л/.. . = ~~— (е! ■ ла , сз;-

где Л/2 = 0,3164 мкм - половина длины волны лазерного излучения^ 3^. и - периоды ¿-го и ¿>/-го колебаний ЧМ-сигнала.

Этот способ реализован в структуре канала ЖР. Показано, что измерение временных интервалов C¿ производится по принципу подсчета числа импульсов образцовой частоты ^ с последующим вычислением

I

координаты , скорости ^ и ускорения в-# , причем частота выбирается из условия окончания всех вычислительных операций над { одним значением периода. Отмечено, что структурная схема капала | 1К? обеспечивает регистрации ЧГЛ-сигнала в диапазона частот^АЗ.’.ГГц, при этом плпняя граница диапазона но вше 300 не при значении приведенной' погпепности Т ¿1%. ' >

* ип ш ■

..Разработана и исследована структурная схема канала КРД, основанная на измерении и сравнении длительностей импульсов и импульсов См . .с- Ецделением максимальной (¿¿/у* . Показана схемная !

СУ . </ . , |

реализация устройства типа УЦЕУВ-6500, которое работает по принципу вычитания из предыдущего ^ последующего значения-кода-1

.[из всей ишульсной последовательности Т■ + », . При ЭТОМ В СЧеТЧИ-

i 1 i I■ . ■ <f ■ .

.¡ко (G'||) будет зафиксирован код * пропорциональный длительности Шпулъса , если ■>£. 3 противном случае з Сч сол-

•! ■ ' ; - * а /* ••

(ЬашггсЙ: код t/А- , пропорциональный длительности игллульеа т.- .

•" ..¡г. / *

/-Экспериментальная проварка устройства УЩЕТВ-6500 показала, что не

"¡1ключешп импульсов ton онигает погрешность изменения ка I5i-2C^,

'! • .|i I ¿Г ‘

:|лрй D|ti:i нинвяя граница диапазона измерения составляет 100 гг-я

•/■¡при значении приведенной погрешности <£. ^ ОД*.

Si i I : * .

■ Рапработана такае структурная схема и построение претз:зпоп--

кой 11Йр и показано, что в ней реализованы л взаимоувязали лриниз-

лы лос|'юения технических средств, методы регнстоации и обработка

‘ '1; ■ ’ ‘ ‘ экспериментальных данных, а так,т.э отдельное структурные схем: и •

схемач)>:.нлческие решения. Показано, что дм достижения тр**"

х пзмэ рения в семенных ПГГТ9 CB2JT03 ЧИ-о::гчалг1, т с-з ~vcw~ хссг ело к г:г:гс.*ла?нчсс”0г0 вибора диапазона, осеслечпвзгм:.: ;;зг: гп-э-пго

' , . - ■ " , , > . ■

fra ч;:ол.2. пз оно дог,. .

C''cs6ot:ci. 3 этой связи расо.'хбото'пх лроце~'ги. алгоритм: ;t ПО и;-:-Со р:::лди с Л Я. с пс:тзцъю г.-.- .’ст-г: рэзлиэеззн метод "СТ”, z?s.~siz:.-г;д1оя 2 точно:.: поиоко эксгромумоз ^'.-сигнала,. со ответо? гузсп: иг-г р'мзцешш ллагформа па -Л /4 длину воллн от источника излу-гения. Пси этом показана последовательность гцйоягоезя об работа с обязательным включением процедур сглаязвашгя , осуществляем

но катоду олольйяцего ср-здкэго; ориентировочного поиска э:сстре:лу-г:03 ' который ведется при услуып г.’-’полкештя критериев КОНО

тонкости i-VJf:( Болтины достаточной ш.алитуда; уточнения местонс лощения: енетреиумсв {cZA’tex) использующей метод'линейкой экстра-

м ' 1

ноля.пул "цзнтроз тяжести кривой полупериода искомого процесса.

: Процедуры оріентировочного ПОИСКа (С£#Т/1} и уточнения (££,.&Г/Рф -

редпн основаны на знании двух ближашлих экстремумов и определяют-

■ с л урозкем их середини ил . Далее выполняются процедуры гооршро-' закзя массива ударного перемещения Лб(р) с использованием полу: ченных '"сі”(Х)і/ЛУ)'А последующим дифференцированием массива (я//у*

; которое ведется по трем соседним "ЗТ" с фиксацией производной на і средней точке. • °

■ ЧЕТВЗРТЫд РАЗД2Л работы посвящен практической реализации пре -цизионной ІПС и экспериментальной проверке разработанных принци! ков построения, методов регистрации и-обработки. ’

| Экспериментальные ссследозанпя по эффективности согласования

| ' '

: е оценке функционирования трактов преобразования специализирован-І

| кого регистратора типа 0ЦР-2І и ылкроЭЗЗГЛ тша ДЗКЗМ.2 проводились ; по предложенной методике, путей автономного задания и контроля | стандартных сигналов с последующей регистрацией, измерением и об-

I

■ работкой на ІПІС. Анализ погрешностей показал, что. в диапазоне из-

мерений + 83 приведенные статическая погрешность^ £ 0,2^, дина’ мическая - =6 0,31 на частоте дискретизации /а = 100 кГц. По-!

г г \

глзако, также, что б диапазоне измерения длительностей импульсов ’

= ЮОкГц

: и £ = 1000 кГц, приведенная погрешность временных параметров {

! % 1

; ?е ^ 0,07$. I

■ Степень компенсации сил /I ударной установки оценивалась ;

■ ■ <7 (

по степени сходимости дискретных значений скоростей платеюр-.

і ми при ее свободном движении после удара. Значения определяг

■'ліісь периодами -го сигнала, формируемого на выходе фото-'

’ . * - • ' 1 ' диода и регистрируемого каналом 0ЦР-2І с отображением на ДШЕ.1.2.1

I 'Регулировкой угла наклона ос основания .установки обеспечивалась !

• максимальная сходимость значений . Приведены результаты исслег

от 0,2 до I и от 2 до 10 мс на частоте дискретизации

' ; :¡¡ ■ • 'U'

• довап!?., анализ котоснх аэзволи оценить подлуздуз ст-зпзнъ здо;д-’ . ijí- - * _ „

, «.гоегдцйначеннй áV¿ , составившую &- 0,7* прц угл-э ос- 1Г'13 .

.Покаган;), что дальнейпее' познпенио уровня. сходимости зпачс-:--л2 л*-

\кэакг Достигнуть при использовании дппокгя платформ ка лоддип- ¡

fE3K3¿'. . , . ' ; '

j . • Црджизэва методика олределэпия параметров удара, воспродзвс-

■ ддмгх^'У.царной установкой, дз.'лерэндз к рзгистраддя дотордх осудзсг-

•Í вдяжЬь Еьозоанселвозквтооа тша 3J2-II но каналу ц::'оэ~о^

.Г ‘ ■■

painci; {rlIP} с омбрагендем пнйорггашп: на £3KS.!.2. 3 результато

Ч * гг , 9

л:: порчены шшоззв значеннэ ускорения <?л = 3-ÏC,w ».ус" д ддггз-' f • ; ” дг-нзет::. удара у* 224 .мкс. Анализ результатов показал, что псста- .

бпдьпоогь воспроизведения входного параметра л его од;н/а л: ддпг,-

г-г* :-:гачокпэ, наличие шг-э гхл t ~ н : " сво~згв а:-:сс лсрс:.:~'г г г., г;г зрят

о :'~г -''0”з3 точности еппеделе-дгя пара.\:е':?ОБ удара. -

•' с зтгк била прзддрпдята еддевр^'зггяя регизграл-я

пссл'-ду^д-зд сбрасотдод далндд па £БК31.2. В хедэ анализа пзлу:;::-нси д.тдзряаддл поглзанз: ■

- аара^лэтрн удара л<г.„ - 1,£5 O.CS

r' O * ,

I>'Í‘TG~ :.í/c~ ледат в прэдояд: техкпчс-ск-х харадтзрдсля:

- .¿яддзльность ояздг; зягдадддв'ского понтадта í на езотдет-

сгзуэт длительности и пр^взсяодпг - 3 ааза;

- несоответствие начальной ~дзк ударного ;д::гяэ]я:я (¿r, яг-20 * , 70 .\д:о) связано с преодолейте;..' пзгзпднзй -плат рос:«: сил тр~кпл до-доя, а на хонечном этапе - недостаточной кс^гтансадлод сил : :

( >70*30 мкс); . ' . ‘ !

- элоктр:гчос:а1 з спгналн с ВДЗ-П и ЛИ пзздт постоянное возгонное з::;дедие 2Г. z 7Г. ~ 5*10 »лее, связанно о о днерддзпдд:”

сзойствадд .аяселзр* -"тра,'. ____ _• - ’ - ; .

■ * , ■ ' [■ .

■ Показано такке, что аппроксимация экспериментальных ¡данных с последующи дифференцированием функции л приводят к значительном погрешностям, достигающих 15*20% во всем диапазоне пара метров удара. Обработка методом "ЗТ" позволила сшзить погрешность определения параметров ударного движения, составившую ~4*-6

Сравнительные испытания ИИС по определению динамических характеристик линейных акселерометров проводились методом сличения при помощи компаратора, в качестве которого были использованы ак селерометры типа БТ-43 и Ш-95. Полученные импульсные переходные Оуккции акселерометров регистрировались каналом КЦР и преобразов вались на £ЗКЗ?Л.2 в АЧХ с последующей оценкой сходимости с АЧХ, которые били определены на стендах типа СТА-І и ВЭДСН-003, систе ме ПС-300 и с паспортными данными. Входное воздействие на акселе эометрк ЕЇ-43 задавалось в виде электрического импульса с’ крутим фронтами от специально созданного генератора ГСТ, а на Ш-95 - в виде ударного импульсного воздействия от установки. При этом пок зало, что в соответствии с вирагеїшем I, входное воздействие мох: но считать почти идеальным. Анализ результатов сравнительных иси таїнні показал:

- АЧІ-1 акселерометров ВІ-43 амзэт удовлетворительную сходимость (4,1 - в рабочем диапазоне частот) с паспортными данными и нзрспо согласуются с АЧХ, полученными ка стенде СІА-І и система

- АЧХ акселерометров «3-95 имеют такне удовлетворительную

сходимость (5,С,1 в рабочем диапазона частот) с АЧХ, полученными

’Э*" ТУ.'-СТ рЛС *

Было помазано такме, что в качества оценки сходимости приня та величина'средиеквадра’тичоского отклонения, определяемая велич ной разброса экепбрцмэнталышх данных от аппроксимированной лине

ло:1 зависимостЕ значении АЧХ акселерометров, полученных на образ

; it; ■ ■ . . "' ' 20

овых сходствах, от соответствующих значений, полученных с пе:.-.о-

;ью 1Ш>* • • ■ . .

' . il¡|: _ ш. основные вывода и результаты рабош

; -ІІ'Й редстї:

r.t, итоге, критического сравнительного анализа технических

ассмотренных изыарителышх систем установлено: ^рцествующиэ ударные устанозки обладают нестабильностью

іоспрзз&іодшлкх параметров ( - 10*15?») и эй<Т>ек-пшш для очень

■ , ;'i^

:еболщо'го класса исследуемых линейных акселерометров, ограпичен-ІСТО заделом допустимых значений ударных ускорений и диапазоном ізмзрскі'Л. исследуеют акселерометров;

• . ;• I *

сое детва, регистрации и отображения измерительной ингорілаїд

ітличашзя невысокой точностью измерения быстропротэкаюс^х ярод-э

•оз {/*5*10$). значительной трудоемкостью и продолжительностью

брабо::;п пзмзрнтэлькой ¡го;:с, а тахзз отоутстгие:.: ннТс;":аі,

~г?а-':гОй форме и непосредственного согласовался с С-3:.!,

2» 3 результате гнаддза ссобонпостей ударною зоздт-йстддл •:

зслэдуч;.:ое СІГ показано, что исслэдкзо хздытызаот рзальнос .т.т~.т

по о доздейстзио, отрагдюсзз дпкагднаские свойства кс-согэрдокстг

даоа .ti влияние оазличнзго по^а сил fг> ■ -

' ’ . *

"..Анализ дискретных .моделей ударного воздействия позволил

зезделпть модель- разрабатываемой ударной установки', на оскоданд.

второй были проведены расчетно -экои'ердг.*.з'птальнн2 исследования п

огэтроа удара и определены конструктивные и физические параметр-

ітановкн. При этом теоретические исследования показали, что отн

:?элько9 отклонений аикшгудо спектра сигнала реального зьпулье

;го воздействий от спектра фукkcíh составляет до 5>, что по

іаргдает необходимость учета рэального импульсного воздействия

ж определенна динамических характеристик исследуемых ИГ. •

4. Тзорэткчес.ки-.? исследования спектральных характеристик рэ

, I

: пс следуем то СЛ в завпсюлости от действия различного 'рода ¡’

ф показали, что последние вносят значительные искажения в | ■:арактэр, прпч-зм доля вносимой погрешности ^ легкт в предела, В::есте с те:,; бил эг-сперимекталыю установлен и теоретически :.-:ован :.пиакнзу. вносимых искажений, который связан с- низким ка*-:ве;л опор-нпх поверхностен сколыенля, ■ •

5. Результаты исследований и полученные рекомендации позво-' разработать а реализовать в ударной установке принципы" пзс-зкпя, эсковашша на: . . . ’ •

- одновременной регистрации еыходного сигнала с исследуемого

еллого и образцового ударного £ 0^ акселеро:лэтров с пос

*

,.,/ь7лнм восстановлением входного сигнала по известной да-1

хчсскоП характеристике ^образцового СИ. Полученный сигнал :де импульсного ударного воздействия ‘¿(б) является входным си|-

’ I

’.ом по отнопениэ к исследуемому СП; I

^ о !

- компенсации сил ^ составляющей силы Я подвижной плат- |

гч г\ тт.1 'Т'Ч ПI — *’ » Г^У |

Изготовлении.“; опитниН образец ударной установки прозол конт-: али: испытания, впздроп з эксплуатации Лэтно-исслодозатольски1Г -'птутои и обеспечлзает постоянную скорость исследуемому СИ посг

- зНотгия ударного импульса, а такте повшение точности в опре-динамических хасактеолзтик СИ за счет точного знания зход-

1 пспаметоа без воздействия факторов нестабильности и знеанцх ;

С. 3 результате исследовании: ’ :

- разработан -ЛуикциопальныГ; тракт измзрзния и рзгистрации .

итуд удаппих ускорении и структурная схема какала ЛК?, обес-

;гд:х;ая регистрацию и вычисление параметров удара' в .диапазоне I ' ’ • *1

’от ~3 .МГц при значении приведенной погрешности ^ й 1% на | :з:1 граница .диапазона измерения «#300 не; ' .

разработана структурная схе:ла какала КРД, обеспечивающая сшп-ггкга 'погропности ззтрзкпя. длительности па 15 *-20$ га

II. .. • .

счет кпгупочзния импулъсоз Ър ; при стогI нингпя ^гра-'выха диализ на кгкцпзния составляет 100 икс при. значении поиведэипоп погсса

• , У-’ * “

КОСТ'1; I' дГ 0,1$. ' ■ . ’ ■

. Разработана обобщенная структура и построение прэцпзиоЕ

■ !| * * *

кой :Ыр, а такгэ процедуры,алгоритш и программ обработки ик£о ыацшт,реализующие методы определения параметров ударного дэилек и получения диналспеских характеристик линейных акселерометров.

8. Проведены экспериментальные исследования опытного образ прецизасшной ШС с оценкой функционирования технических средств уровня сходимости динамических характеристик исслэдуегдо: ллнсйн акоелгометроЕ. При этом:

- погрешность определения параметров удара каналом .~3) сос гилз л'4;-5$ во бсом диапазоне параметров ударного движения;

- дциа.\!ические характеристика (АЧХ) акселерометров тиха Б7 •: ,’.П-£ 3, полученные на 1ШС и:.:эют. удоиле-твогите лъку:з снодпг.осгь ясздоотгщ-и данними (4$) и ««,6$ с АЧ1-1, палучсккпгс: на ете-гдт:

Су:^:ар;:ый годовой зкоьэгпческп^. о.'-'ект ат виздракля состав юрядк? 7СС тысяч рублей. .•

Основное содержание дпос^ртацпк отр^е-о следг'и-пх публн

Т-ТСГ- * ' •

1. А.С. 1445849 (СССР). Остановка ддя ударны;.: псггытанхй. Ас 'об С.Г., Бондарцеэ З.Б.. Гзрсагин Б.Н. - сгтубл. в Ей, IС У 9,

2. А.С.1327515 (СССР). Устройство для оир-?дел.;Н.и: д.ы*.толвн

--25, 43.

о

'0-1^ ; ъ -2.x у.:-

:эс~

“сгр г. т'З * :

-*■ • -*• -4.^* '

4. Баритов А.”., Бондарцев В.В., Морозов З.Н. Особенности

цифрового о сціїлло гравирования ударных ускорений и получение данг :.:пчоскцх характеристик преобразователей.. Осцилдографнческие моте .=-• измерений. -.М.: ЦООНТИ "Экое", 1985^121. -

5. Беркутов А.”., Бондарцев В.В. Исследование влияния дисси П2ГІЛЗКШ: сил'и особенности построения автоматизированного ударно го стенда. Автоматизация измерений при испытаниях: Медвуз,- сб. -

■Рязань: fPril, 1587, C.IS-23. . ’

6. Беркутов А.У., Бондарцев В.В., Морозов В.Н. ІІнформационн ' измерителъкая систедга для исследования динамических характеристн ; датчиков лянойных ускорении. Динамические испытания. (Материалы

семинаров). І.!.: ЩП-К и ТЭК, 1987, с.27-28. • •

7. Бондарцев В.В. Автоматизированный ударный стенд для дина мических испытаний датчиков линейных ускорений. НТО 8. Бортово

; оборудование летательных аппаратов. ШПІАО, 1287, с.72-80.

8. Аскаров С.Т., Бондарцев В.В., Терешкпн В.Н. Расчетно-экс

перпментаїькке исследования параметров удара для: определения под им:: динамических характеристик средстз измерения линепньзе ус ко ре ний. НТО 155. Вопросы авиационной науки и техники предприятия п.;г. Б-С755, 1588, с.34-44. -

9. Аскаров С.Т., Берісутов А."., Бондарцев В.В. и др. Цифровой регистратор для определения динамических моделей средств изм рзшк параметров движения. Материалы 1ІІ ВНТК по идентификации мод

. лей двпг.ения ЛА. Предприятие п.я. В-8759, 1988, ч.І, с.205-208.

' 10. Беркутов А.”., Бондарцев З.В., Морозов В.Н. и др. Пржш

::ц нестроения информационно-измерительной системы .ДЛЯ определені! 'динамических моделей линейных акселерометров ударным методом. Ms ториалы С БНТК по идентификации моделей движения ЛА. Предприятие . п.я. 3-^759, 1588, ч.І, с.209-213. '

II. Аскаров С.Т., Бондарцев В.В., Шульгин Е.Э. Азтоттпзи-юванныД комплекс информационно-измерительных средств для иссло-.ования динамических характеристик акселерометров ударным м-это-іом. .Методы и средства измерения механических параметров в спсте-ах контроля и управления, (Материалы семинаров). Пенза: ПДНТП, '.988, ¿¡42-43. - •

. ІІ. Аскаров С.Т., Бондарцев В.В., Морозов В.Н. и др. Эксле-

«ментальные исследования автоматизированного ударного стенда для Зінамичєских испытаний акселерометров. Автоматизация испытании и ■змэрений. Меквуз.сб. Рязань: РРТИ, 1990, с.18-23. '

13..-Аскаров С.Т., Бондарцев В.В., Перепелков A.B. и др. равнательные испытания автоматизированного ударного стенда типа . СДІІА-І для определения динамических характеристик низкочастотных кселерометров. Автоматизация испытаний и измерений: - Мехвуз.сЗ.' язань: РРТЛ, 1990, с.105-107. ■ ’ '

'14дсп ÖCL;с 'И Тир. /00 /v.7

гп.З экз.

’Д. 17

:п.Бондарцев ■

:Ч.Воронкова .

і.02.91г . • ■