BE898619A - Procede pour la determination des accelerations - Google Patents
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Abstract
Un accéléromètre comporte deux masses de mesure bloquées par un transducteur de force. Les dispositifs comportant la masse et le transducteur sont montés de façon que les axes de sensibilité des masses sont alignés, et les transducteurs sont arrangés de façon que leurs fréquences f1 et f2 de résonance varient en opposition à la variation de l'accélération qui est déterminée selon la relation (fig 1) où a est l'accélération et A1, A2 et A0 sont des coefficients de calibration.
Description
<Desc/Clms Page number 1> FORMÉE PAR SUNDSTRAND DATA CONTROL, INC. pour Procédé pour la détermination des accélérations. <Desc/Clms Page number 2> Procédé pour la détermination des accélérations L'invention concerne un procédé pour la détermination des accélérations en utilisant un accéléromètre à double masse de mesure, chacune bloquée par un transducteur de force à barre résonante. On a déjà proposé un accéléromètre à double masse de mesure. Chacune de ces masses de mesure est bloquée contre un mouvement par un transducteur de force à barre résonante. L'accélération est déterminée par la relation a = A (fil-2) où a est l'accélération, A est le facteur d'échelle de la construction, et fl et f2 sont des fréquences des deux transducteurs de force. Les facteurs d'échelle pour les deux systèmes constitués de la masse et du transducteur de force doivent être parfaitement appariés afin de donner une bonne linéarité et de minimaliser les erreurs de rectification de la vibration. On obtient ce résultat normalement en ajustant les massesde mesure, c'est-à-dire on enlève par voie physique de la masse d'une ou de l'autre masse de mesure, jusqu'à en ce que les facteurs de balance des deux systèmes constitués par la masse de mesure et les transducteur de force sont en équilibre. <Desc/Clms Page number 3> Ceci est cependant un procédé très long, demandant des ajustages et évaluations répétés et successifs d'une ou des deux masses de mesure. L'invention a pour objet de proposer un procédé amélioré pour la détermination de l'accélération à partir des fréquences des deux transducteurs de force à barre résonante, dans lequel on n'a plus besoin d'apparier les facteurs de balance des deux systèmes qui sont constitués par la masse de mesure et le transducteur de force. Une caractéristique de l'invention réside dans le fait que l'accélération est déterminée selon la relation EMI3.1 ou Al'A2 et A-sont des coefficients de calibration. Une autre caractéristique de l'invention comprend la détermination de l'accélération selon la relation EMI3.2 Une autre caractéristique de l'invention est que les coefficients de calibration sont déterminés en prenant des mesures sur une plage de températures et d'accélérations, pour une condition opérationelle <Desc/Clms Page number 4> désirée, par exemple pour une approximation linéaire de l'accélération. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront facilement de la description qui va suivre et des figures du dessin dans lequel : la fig. 1 est une section longitudinale d'un accéléromètre à double masse de mesure préféré utilisé dans la pratique de l'invention ; la fig. 2 est une représentation en perspective sous forme éclatée du système composé par la masse de mesure et le transducteur de force de l'accéléromètre selon la fig. 1 ; et la fig. 3 est un schéma d'un processeur de signaux pour déterminer l'accélération à partir des signaux de fréquence des deux transducteurs de force. Les fig. 1 et 2 illustrent les modes d'exécution préféré de l'accéléromètre, comprenant deux masses de mesure 30,31 qui sont sensibles aux accélérations selon le même axe, montées pour produire des flèches respectives en direction opposée, les transducteurs de force à barre résonante 32,33 étant reliés de façon à ce qu'un transducteur est en tension <Desc/Clms Page number 5> pendant que l'autre est en compression. L'accélération est mesurée comme une fonction de la différence entre les fréquences de résonance des deux transducteurs de force. Les deux assemblages comprenant la masse de mesure et le transducteur sont identiques, et un seul est représenté à la fig. 2 et sera maintenant décrit en détail. Le support cylindrique 35 comporte deux surfaces de siège 36,37 à directions opposées. La base de chaque masse de mesure comprend un élément de montage reçu dans une des surfaces de siège. Le support 35 comprend une nervure 38 s'étendant vers l'extérieur et s'appuyant sur une entretoise cylindrique 39 qui supporte les deux assemblées de masse de mesure dans le boîtier 40. Le couvercle 41 comprend un compartiment 42 pour l'éléctronique. L'accéléromètre supérieur selon la fig. 1, représenté en vue éclatée dans la fig. 2, comprend une base 45 comportant une plaque de montage 46. La masse de mesure 30 est connectée à la base par la section flèche 45. La plaque de montage 46 s'appuie sur la surface de siège 36 du support 35. La masse de mesure 30 a un pourtour géné- <Desc/Clms Page number 6> ral rectangulaire et la même épaisseur que la plaque de montage 46. La masse de mesure comprend également une ouverture ovale 48 au centre. Le transducteur de force à barre résonante 32 est fixé avec un bout 50 à la paroi de l'ouverture 48, et l'autre bout 51 est relié à la surface frontale 52 d'une barre en porte-à-faux 53 qui s'étend de la base 45 et constitue un montage souple. Les plaques 56 et 57 sont fixées aux surfaces supérieure et inférieure, respéctivement, de la plaque de montage 46 et sont tenues en place par des fixations 58. Entre les plaques 56,57 et les surfaces de la plaque de montage 46 se trouvent des cales 59 pour créer une distance entre la surface des plaques 56 et 57 et les surfaces supérieure et inférieure de la masse de mesure 30. Cette distance est éxagérée dans la fig. 1. Les plaques 56 et 57 servent de surfaces d'amortissement et d'arrêt combinés pour la masse de mesure 30 comme décrit en plus en détail dans la demande de brevet mentionnée (dossier 43 318, basé sur la demande de brevet USA no. 457 254 du 6 janvier 1983). Un circuit 62 est monté sur la face supérieure de la plaque 56 qui supporte les composants éléctroniques <Desc/Clms Page number 7> en relation avec le transducteur de force cet barre résonante 32. Un couvercle 63 entoure les composants sur la plaque de circuit 62. Comme on voit bien de la fig. 2, la paroide l'ouverture 48 dans la masse de mesure 30 présente un étage 65 dans la surface faisant face à la flèche 47. Le bout 50 du transducteur 32 est relié à la surface 66 qui se trouve éloignée de la plaque en porte-à-faux 53. La surface 66 est choisie de façon à comprendre le centre de percussion de la masse de mesure 30. Ce centre de percussion est le point dans la masse de mesure où celle-ci peut être frappée à l'angle droit sans que l'axe de pivotement constitué par la flèche 47 soit coincé. Cette relation géométrique diminue au maximum la sensibilité de la masse de mesure aux vibrations de l'accéléromètre. La construction des deux masses de mesure selon la fig. 2 présente plusieurs avantages. D'abord, les sources d'erreurs produites par les effets de même sens sur les deux dispositifs de masse de mesure et de transducteur de force sont réduites. Par exemple, si les deux transducteurs ont des coefficients similaires de température, la sensibilité à la température de la <Desc/Clms Page number 8> combinaison se trouve considérablement réduite. Un autre avantage concerne la dérive de la base de temps contre laquelle les fréquences à la sortie du transducteur sont mesurées. La précontrainte de l'accéléromètre est très sensible aux changes de base de temps s'il y a un seul capteur de masse de mesure. Lorsqu'on apparie l'ensemble constitué par la masse de mesure et le transducteur de façon approximative pour que AO soit plus petit que toute l'échelle, la dérive de la base de temps constitue primairement un signal en mode commun, et la sensibilité à la précontrainte se trouve grandement réduite. L'arrangement des deux masses de mesure 30 et 31 de façon que leurs flèches se trouvent en opposition, provoque une compensation de la sensibilité des deux masses de mesure à des accélérations actives sur les axes transversaux. On constate des erreurs de réctification de vibration lorsque l'accéléromètre est sujet à une entice en oscillation dont la période est plus courte que celle de la mesure des fréquences du transducteur. La réponse non linéaire des transducteurs provoque la réctification de telles entrées en oscillation, <Desc/Clms Page number 9> résultant dans une dérive à la sortie de l'accéléromètre. Lorsqu'on monte le dispositif à double masse de mesure avec les transducteurs de telle façon que l'un d'eux est en tension et l'autre en compression, les erreurs de réctification dues à la vibration EMI9.1 tendent à s'annuler La fig. 3 représente sous forme de diagramme le capteur 75 de l'accéléromètre à double masse de mesure avec l'éléctronique associée et une unité de traitement de signaux 76 comprenant un micro-processeur programmé pour déterminer, à partir du transducteur de force, des fréquences et d'autres entrées pertinentes tellesque la température et l'accélération à laquelle l'instrument est soumis. Le capteur 75 comprend le dispositif comportant la double masse de mesure ; etle transducteur de force à barre résonante 78 et l'électronique 79 du capteur qui engendre les fréquences f, et f2 représentant les fréquences de résonance de chaque transducteur de force et, partant, les forces exercées sur les transducteurs comme résultat de l'accélération à laquelle les masses de mesure sont - soumises. Le capteur de température 80 mesure la tempé- <Desc/Clms Page number 10> rature des systèmes mécaniques 78 et engendre un signal ft ayant une fréquence qui est une fonction de la température. L'unité de traitement de signaux 76 comprend un compteur d'impulsions et de fréquences 81, un micro-processeur 82 et une mémoire PROM (mémoire morte programmable) 83. L'horloge principale 84 sert de base de temps au micro-processeur et au compteur des EMI10.1 impulsions de fréquences. Des connections données/adresse, d'adresse présentant les nombres indiqués de lignes de bus relient le compteur 81, le micro- processeur 82 et la mémoire PROM 83 entre eux. Les signaux de fréquencesf.. et f-du trans- ducteur de force et le signal de température ft sont reliés au compteur 81 de fréquenceset d'impulsions qui fournit des signaux digitaux représentant chaque fréquence à traiter dans le micro-processeur 82. L'accélération calculée est disponible à la sortie du micro-processeur 82, à savoir éventuellement sous forme parallèle à 8-bit à la sortie 85, ou sous fonte sérielle à la sortie 86. On établie selon l'invention les facteurs de balance ou les coefficients pour les fréquences des transducteurs de force de chaque masse de mesure. <Desc/Clms Page number 11> Par exemple, l'accélération peut être déterminée comme étant EMI11.1 où A, est le facteur de balance ou le coefficient pour un transducteur de force, A2 est le facteur de balance ou le coefficient pour l'autre transducteur, et A est un terme pour la correction de la polarisation (précontrainte). Cependant, l'accélération est de préférence déterminée comme fonction du carré des fréquences des transducteurs de force selon la relation EMI11.2 Cette relation qui utilise le carré des fréquences assure une meilleure linéarité et une moindre sensibilité aux variations de la sensibilité d'un transducteur de force par rapport à l'autre. En particulier, l'erreur de réctification de vibration provenant des petites variations des caractères des transducteurs, par exemple comme fonction de la fréquence, est normalement par un ordre de grandeur plus petite lorsqu'on utilise le carré des fréquences. Les coefficients de calibration Al'A2 et AO <Desc/Clms Page number 12> sont modelés aux conditions selectionnées d'opération de l'accéléromètre et à la température. En particulier, les coefficients sont de préférence déterminés de telle façon que l'algorithme donne la meilleure approximation de l'accélération à l'entrée sur la plage complète de l'entrée. Le jeu de coefficients est déterminé à partir de la calibration à plusieures températures discrètes T. dans la plage opérationnelle de l'accéléromètre. Les coefficients peuvent être représentés sous forme de matrice EMI12.1 Chaque coefficient Ai est ensuite modelé avec une fonction polynomiale des plus petits carrés par rapport à la température EMI12.2 D'autres jeux de coefficients de calibration peuvent être utilisés, basés sur une autre propriété EMI12.3 que la linéarité. Par exemple, le coefficient peut EMI12.4 être choisi pour rendre au minimum le dérivé.dT EMI12.5 d'accélération par rapport la température. Le modèle d'accélération basé sur la meilleure approximation de l'accélération réelle sur <Desc/Clms Page number 13> la plage complète d'entrée réduit à un minimum l'erreur de la réctification de vibration et est alors préféré. Le modelage est de préférence obtenu en faisant des mesures de l'accélération dans la plage comprise entre-lg par Og jusqu'à +lg à des températures dans la plage des températures opérationnelles de l'instrument. Normalement, l'accélération d'entrée est la pesenteur de la terre, et l'on positionne l'accéléromètre avec son axe de sensibilité successivement dans 24 différentes positions par rapport à la verticale. On répète cette procédure à des différentes températures sur l'entière plage d'opération. Les coefficients de calibration sont alors déterminés comme indiquésci-dessus, et cette information est mémorisée dans la PROM 83 et peut être demandée par le micro-processeur selon besoin. Le nombre de températures auquel on fait des mesures et le nombre de termes dans les polynômes de températures sont des facteurs de détermination de la précision, de mesure de l'accélération. A la sortie du compteur 81 de la fréquence <Desc/Clms Page number 14> des impulsions, les fréquences digitales fI et f2 et de la température sont échantillonnées périodiquement sur commande du micro-processeur 82. Les coefficients de calibration A1, et AO sont sorties de la PROM 83, et l'accélération peut être calculée.
Claims (4)
- REVENDICATIONS 1. - Accéléromètre à double masse de mesure, sensibles à la même accélération, comprenant une paire de transducteurs de force à barre résonante reliés chacun à une masse de mesure pour détecter la force induite par l'accélération dans la masse de mesure, les transducteurs ayant les fréquences de résonation f1 et f2 variant en opposition avec une variation d'accélération, caractérisé en ce qu'on détermine l'accélération à partir des fréquences des transducteurs selon la relation EMI15.1 où Ait A2 et AO sont des coefficients de calibration.
- 2. - Accéléromètre à double masse de mesure sensibles a la même accélération, comprenant une paire de transducteurs de force à barreresonante reliés chacun à une masse de mesure pour détecter la force induite par l'accélération dans la masse de mesure, les transducteurs ayant des fréquences de résonation f, et f2 variant en opposition avec une variation d'accélération, caractérisé en ce qu'on détermine l'accélération à partir des fréquences des transducteurs selon la relation EMI15.2 où Ait A2 et A0 sont des coefficients de calibration. <Desc/Clms Page number 16>
- 3.-Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'on détermine les coefficients de calibration, pour une meilleure approximation de l'accélération, en couvrant toute la plage d'entrée et toute la plage de température opérationnelles de l'accéléromètre.
- 4.-Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'accéléromètre est calibré à des températures discrètes T., et que les coefficients de calibration sont représentés sous forme de matrice de coefficients EMI16.1 EMI16.2 5.-Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que chaque coefficient A. est égalisé au moyen d'une fonction polynomial des plus petits carrés, par rapport à la température, représentée par l'expression EMI16.3 6.-Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que les coefficients de calibration sont déterminés pour une valeur minimum de la dérivée de l'accélération a, par rapport aux températures, EMI16.4 da, où T est la température.Am
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