Um método de teste de circuito fechado para coeficiente de amortecimento do acelerômetro Q-Flex

Pontos-chave

• • Produto: Acelerômetro de Quartzo Q-Flex

    Principais recursos:

    • Componentes: Design de pêndulo de quartzo de alta pureza com sistema de feedback de circuito fechado para medições precisas de aceleração.
    • Função: Fornece dados de aceleração precisos e estáveis, com baixo ruído e boa estabilidade a longo prazo, especialmente eficazes em operação em circuito fechado.
    • Aplicações: Ideal para navegação de aeronaves e controle de atitude, exploração geológica e ambientes industriais que exigem medições inerciais precisas.
    • Método de medição: Medição de resposta de frequência em circuito fechado, garantindo estimativa confiável de parâmetros de amortecimento e desempenho preciso.

    Conclusão: O acelerômetro Q-Flex oferece alta precisão e estabilidade, tornando-o valioso para aplicações de navegação, controle e medição industrial.

O acelerômetro Q-Flex é uma espécie de dispositivo de medição inercial, que utiliza o pêndulo de quartzo para medir a aceleração do objeto pela característica de desvio da posição de equilíbrio pela força inercial. Graças ao coeficiente de baixa temperatura do material de quartzo de alta pureza e características estruturais estáveis, o acelerômetro Q-Flex tem alta precisão de medição, baixo ruído de medição, boa estabilidade a longo prazo e é amplamente utilizado no controle de atitude, navegação e orientação de aeronaves, bem como exploração geológica e outros ambientes industriais.

1. Método de detecção para acelerômetro Q-Flex

Quando o sistema é de malha aberta, porque o sistema não pode produzir momento de feedback, o conjunto do pêndulo está sujeito a um momento de inércia fraco ou ao momento ativo do conversor de torque, o pêndulo de quartzo toca facilmente o ferro da forquilha e o fenômeno saturado, o que o torna é muito difícil testar os parâmetros de amortecimento em malha aberta, portanto, os parâmetros de amortecimento são considerados medidos no estado de malha fechada do sistema.

As características de frequência de malha fechada do sistema de controle refletem a variação da amplitude e da fase do sinal de saída com a frequência do sinal de entrada. A resposta de frequência do sistema estabilizado está na mesma frequência do sinal de entrada, e sua amplitude e fase são funções da frequência, portanto, a curva característica amplitude-fase da resposta de frequência pode ser aplicada para determinar o modelo matemático do sistema . Para obter os parâmetros reais de amortecimento do acelerômetro, é utilizado o método de medição da resposta em frequência em malha fechada.

No método de medição de resposta de frequência em circuito fechado, o acelerômetro é fixado na mesa de vibração horizontal no estado de “pêndulo”, de modo que a direção de entrada de aceleração da mesa de vibração esteja alinhada com o eixo sensível do acelerômetro e o acelerômetro seja colocado horizontalmente no estado de “pêndulo”, o que pode eliminar a assimetria da força gravitacional na aceleração de entrada. A colocação horizontal do acelerômetro no “estado pêndulo” elimina o efeito da gravidade na assimetria da aceleração de entrada.

Fig.1 Amplitude do circuito fechado Curva característica de frequência do qfas

Ao controlar o agitador horizontal, um sinal de aceleração senoidal de 6 g (g é a aceleração da gravidade, 1 g ≈ 9,8 m/s2), com frequência crescente gradualmente de 0 a 600 Hz, é aplicado ao acelerômetro Q-Flex, que pode refletir a atenuação de amplitude e o atraso de fase da saída do acelerômetro dentro da faixa de projeto e largura de banda do acelerômetro. O acelerômetro produzirá a saída correspondente sob a ação da mesa vibratória, o registrador de alta taxa de amostragem conectado a ambos os lados da resistência de amostragem, registrando a saída do acelerômetro e traçando a curva característica de amplitude-frequência mostrada na Figura 1.

Na banda passante da curva característica amplitude-frequência do acelerômetro, o acelerômetro flexural de quartzo mantém uma boa capacidade de acompanhamento de aceleração, com o aumento da frequência de aceleração de entrada, o pico de ressonância do sistema em 565Hz, o pico de ressonância é Mr = 32dB, a frequência de corte do sistema é 582Hz, a amplitude do sistema na frequência começou a produzir mais de 3dB de atenuação. Como a inércia rotacional, a rigidez e o restante dos parâmetros da malha de servocontrole do acelerômetro Q-Flex são conhecidos, as características de amplitude-frequência do sistema são usadas para resolver o parâmetro desconhecido δ. A função de transferência em malha fechada do sistema é dada como

Equação 1

O método dos mínimos quadrados estima os parâmetros do modelo com base nos dados reais observados, e um conjunto de dados de amplitude de frequência é obtido gerando uma entrada de aceleração externa através de um agitador horizontal, que é medido por um registro de caneta, conforme mostrado na Tabela 1.

Tab.1 Amplitudes de Frequênciaamostragemdadosdeqfas

A função de resposta amplitude-frequência do sistema acelerômetro flexural de quartzo com parâmetros conhecidos é a função objetivo, e a soma residual dos quadrados com parâmetros desconhecidos é estabelecida como

Equação 2

Onde n é o número de pontos característicos selecionados. Usando a equação acima, um valor adequado de δ é selecionado para que D(δ) tenha o valor mínimo. O coeficiente de amortecimento desejado é obtido como δ=7,54×10-4N·m·s/rad usando ajuste de mínimos quadrados.

O modelo de simulação de circuito fechado do sistema é estabelecido, e o coeficiente de amortecimento é substituído no modelo da cabeça do acelerômetro flexural de quartzo e o sistema é simulado, e a curva característica amplitude-frequência do sistema é traçada conforme mostrado na Fig. que está mais próximo da curva medida.

Fig.2 Característica de frequência de amplitude de realidade e saída de simulação paramétrica

Alguns estudos resolveram a distribuição de amortecimento do filme piezoelétrico na superfície do pêndulo pelo método da diferença no domínio do tempo finito, e o coeficiente de amortecimento do filme piezoelétrico do pêndulo é 1,69×10-4N·m·s/rad, que indica que o coeficiente de amortecimento obtido pela identificação da resposta amplitude-frequência do sistema tem a mesma ordem de grandeza do valor teórico calculado, e o erro se origina do amortecimento do material da estrutura mecânica, o erro de montagem durante instalação e teste, erro de entrada do shaker e outros fatores ambientais. fatores ambientais.

2.Conclusão

A Micro-Magic Inc fornece acelerômetros de quartzo de alta precisão, como AC-5, com pequeno erro e alta precisão, que têm uma estabilidade de polarização de 5μg, repetibilidade do fator de escala de 50 ~ 100ppm e um peso de 55g, e podem ser amplamente usado nas áreas de perfuração de petróleo, sistema de medição de microgravidade de transportadores e navegação inercial.