Un método de prueba de bucle cerrado para el coeficiente de amortiguamiento del acelerómetro Q-Flex
Jan 10, 2025
Puntos claveProducto: Acelerómetro de cuarzo Q-FlexCaracterísticas principales:Componentes: Diseño de péndulo de cuarzo de alta pureza con un sistema de retroalimentación de circuito cerrado para mediciones precisas de aceleración.Función: Proporciona datos de aceleración precisos y estables, con bajo nivel de ruido y buena estabilidad a largo plazo, especialmente efectivo en operaciones de circuito cerrado.Aplicaciones: Ideal para navegación de aeronaves y control de actitud, exploración geológica y entornos industriales que requieren mediciones inerciales precisas.Método de medición: Medición de respuesta de frecuencia de circuito cerrado, que garantiza una estimación confiable del parámetro de amortiguación y un rendimiento preciso.Conclusión: El acelerómetro Q-Flex ofrece alta precisión y estabilidad, lo que lo hace valioso para aplicaciones de navegación, control y medición industrial.El acelerómetro Q-Flex es un dispositivo de medición inercial que utiliza un péndulo de cuarzo para medir la aceleración del objeto, desviándose de su posición de equilibrio por la fuerza inercial. Gracias al bajo coeficiente de temperatura del cuarzo de alta pureza y a sus características estructurales estables, el acelerómetro Q-Flex ofrece alta precisión de medición, bajo ruido de medición y buena estabilidad a largo plazo. Se utiliza ampliamente en control de actitud, navegación y guiado de aeronaves, así como en exploración geológica y otros entornos industriales.1. Método de detección del acelerómetro Q-FlexCuando el sistema está en bucle abierto, debido a que el sistema no puede producir un momento de retroalimentación, el conjunto del péndulo está sujeto a un momento de inercia débil o al momento activo del convertidor de par, el péndulo de cuarzo toca fácilmente el hierro del yugo y el fenómeno de saturación, lo que hace que sea muy difícil probar los parámetros de amortiguación en bucle abierto, por lo tanto, se considera que los parámetros de amortiguación se miden en el estado de bucle cerrado del sistema.Las características de frecuencia de lazo cerrado del sistema de control reflejan la variación de la amplitud y la fase de la señal de salida con la frecuencia de la señal de entrada. La respuesta en frecuencia del sistema estabilizado se encuentra a la misma frecuencia que la señal de entrada, y su amplitud y fase son funciones de la frecuencia. Por lo tanto, la curva característica amplitud-fase de la respuesta en frecuencia permite determinar el modelo matemático del sistema. Para obtener los parámetros de amortiguamiento reales del acelerómetro, se utiliza el método de medición de la respuesta en frecuencia de lazo cerrado.En el método de medición de respuesta de frecuencia de bucle cerrado, el acelerómetro se fija sobre la mesa vibratoria horizontal en posición de péndulo, de modo que la dirección de entrada de aceleración de la mesa vibratoria esté alineada con el eje sensible del acelerómetro. Este se coloca horizontalmente en posición de péndulo, eliminando así la asimetría de la fuerza gravitacional sobre la aceleración de entrada. La colocación horizontal del acelerómetro en posición de péndulo elimina el efecto de la gravedad sobre la asimetría de la aceleración de entrada.Fig.1 Curva característica de frecuencia de amplitud de bucle cerrado de qfasAl controlar el vibrador horizontal, se aplica al acelerómetro Q-Flex una señal de aceleración sinusoidal de 6 g (g es la aceleración de la gravedad, 1 g ≈ 9,8 m/s²), con una frecuencia que aumenta gradualmente de 0 a 600 Hz. Esta señal refleja la atenuación de amplitud y el retardo de fase de la salida del acelerómetro dentro de su rango y ancho de banda de diseño. El acelerómetro generará la salida correspondiente bajo la acción de la mesa vibratoria. El registrador de alta frecuencia de muestreo, conectado a ambos lados de la resistencia de muestreo, registra la salida del acelerómetro y traza la curva característica de amplitud-frecuencia que se muestra en la Figura 1.En la banda de paso de la curva característica de amplitud-frecuencia del acelerómetro, este mantiene una buena capacidad de seguimiento de la aceleración. Al aumentar la frecuencia de aceleración de entrada, el pico de resonancia del sistema se sitúa a 565 Hz, con un valor de Mr=32 dB y una frecuencia de corte de 582 Hz. La amplitud del sistema a esta frecuencia comenzó a producir una atenuación superior a 3 dB. Dado que se conocen la inercia rotacional, la rigidez y el resto de los parámetros del bucle de servocontrol del acelerómetro Q-Flex, se utilizan las características de amplitud-frecuencia del sistema para calcular el parámetro desconocido δ. La función de transferencia de bucle cerrado del sistema se expresa comoEcuación 1El método de mínimos cuadrados estima los parámetros del modelo basándose en los datos reales observados, y se obtiene un conjunto de datos de amplitud de frecuencia generando una entrada de aceleración externa a través de un vibrador horizontal, que se mide mediante un registro de pluma, como se muestra en la Tabla 1.Tab.1 Datos de muestreo de amplitud de frecuencia de qfasLa función de respuesta de amplitud-frecuencia del sistema de acelerómetro flexural de cuarzo con parámetros conocidos es la función objetivo, y la suma residual de cuadrados con parámetros desconocidos se establece comoEcuación 2Donde n es el número de puntos característicos seleccionados. Utilizando la ecuación anterior, se selecciona un valor adecuado de δ para que D(δ) tenga el valor mínimo. El coeficiente de amortiguamiento deseado se obtiene como δ = 7,54 × 10⁻⁻⁴ N·m·s/rad mediante ajuste por mínimos cuadrados.Se establece el modelo de simulación de circuito cerrado del sistema, se sustituye el coeficiente de amortiguamiento en el modelo de cabezal del acelerómetro de flexión de cuarzo y se simula el sistema, y se grafica la curva característica de amplitud-frecuencia del sistema como se muestra en la Fig. 2, que está más cerca de la curva medida.Fig.2. Característica de frecuencia de amplitud de realidad y salida de simulación paramétrica.Algunos estudios han resuelto la distribución de amortiguamiento de la película piezoeléctrica en la superficie del péndulo mediante el método de diferencia de dominio de tiempo finito, y el coeficiente de amortiguamiento de la película piezoeléctrica del péndulo es 1,69 × 10-4 N·m·s/rad, lo que indica que el coeficiente de amortiguamiento obtenido por la identificación de la respuesta de amplitud-frecuencia del sistema tiene el mismo orden de magnitud que el valor teórico calculado, y el error se origina en el amortiguamiento del material de la estructura mecánica, el error de montaje durante la instalación y la prueba, el error de entrada del agitador y otros factores ambientales. factores ambientales.2. ConclusiónMicro-Magic Inc proporciona acelerómetros de cuarzo de alta precisión, como el AC-5, con un pequeño error y alta precisión, que tienen una estabilidad de sesgo de 5 μg, una repetibilidad del factor de escala de 50 ~ 100 ppm y un peso de 55 g, y pueden usarse ampliamente en los campos de perforación petrolera, sistema de medición de microgravedad de portadores y navegación inercial. AC5Acelerómetro de péndulo de cuarzo de 50 g de amplio rango de medición Acelerómetro flexible de cuarzo
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