«Автоматизация и информатизация ТЭК»

Об одном варианте построения преобразователей параметров наклона с акселерометрическими датчиками

УДК: 681.5:51
DOI: -

Авторы:

¹ Пензенский государственный университет, Пенза, Россия
² РГУ нефти и газа (НИУ) имени И.М. Губкина, Москва, Россия

Ключевые слова: акселерометрический датчик, параметры, наклон, поворот, погрешности измерений

Аннотация:

В статье рассматриваются вопросы построения и математического моделирования преобразователя параметров наклона с двумя двухосевыми акселерометрическими датчиками (датчиками ускорения), обладающего структурной и информационной избыточностью. Предложено в общей компоновке размещать один из датчиков в корпусе так, что оси чувствительности обоих акселерометров ориентируются перпендикулярно продольной оси корпуса, второй двухосевой датчик располагать так, что ось чувствительности одного из акселерометрических датчиков совпадает с продольной осью корпуса, на ось другого акселерометрического датчика позиционируется перпендикулярно продольной оси, а в апсидальной плоскости находится между осями чувствительности акселерометрических датчиков первого двухосевого датчика. Показано, что возможны три сочетания измеряемых сигналов с акселерометрических датчиков, и для каждого сочетания предложено дискретизировать полный диапазон аргумента на поддиапазоны. Разработаны алгоритмы определения искомых углов в каждом поддиапазоне аргумента, основанные на математических моделях, а выбор того или иного алгоритма предложено осуществлять по критерию наименьших значений измеряемых двух сигналов с акселерометрических датчиков из трех. На основе разработанных математических моделей получены выражения погрешностей определения искомого угла поворота в каждом поддиапазоне. Показано, что в предложенном варианте построения преобразователя параметров наклона возможно снижение наибольших по значению систематических погрешностей в 1,3 раза по сравнению с традиционной компоновкой в виде трех ортогонально ориентированных в корпусе акселерометров.

Список литературы:

1. Бранец В.Н., Шмыглевский И.П. Применение кватернионов в задачах ориентации твердого тела. – М.: Наука, 1973. – 320 с.
2. Грязин Д.Г., Падерина Т.В. Разработка электронного кренодифферентометра на микромеханических датчиках, свободных от действия переносных ускорений // Гироскопия и навигация. – 2023. – Т. 31, № 2(121). – С. 51–64.
3. Ивойлов А.Ю. О применении МЭМС-датчиков при разработке системы автоматической стабилизации двухколесного робота // Сб. науч. тр. НГТУ. – 2017. – № 3(89). – С. 32–51. – DOI: 10.17212/2307-6879-2017-3-32-51
4. Ковшов В.Д., Хакимьянов М.И., Сакаев А.Ф. Датчик угла наклона на основе интегрального акселерометра: реализация и исследование характеристик // Электротехнологии, электропривод и электрооборудование предприятий: межвузов. сб. тр. конф., посвящ. 50-летию кафедры ЭЭП УГНТУ, Уфа, 14–15 апр. 2005 г. – Уфа: УГНТУ, 2005. – С. 61–65.
5. Ковшов Г.Н., Коловертнов Г.Ю. Приборы контроля пространственной ориентации скважин при бурении. – Уфа: УГНТУ, 2001. – 228 с.
6. Лялин В.Е., Лутфуллин Р.Р., Миловзоров Д.Г. О применении теории матриц в математическом моделировании инклинометрических систем с трехкомпонентными акселерометрическими датчиками // Датчики и системы. – 2005. – № 1. – С. 21–24.
7. Математическая модель микромеханического акселерометра с учетом температурных воздействий, термоупругого напряженно-деформированного состояния и динамических эффектов / М.А. Барулина, В.Э. Джашитов, В.М. Панкратов [и др.] // Гироскопия и навигация. – 2008. – № 1(60). – С. 55–70.
8. Миловзоров Г.В., Миловзоров Д.Г., Ясовеев В.Х. Математическое моделирование преобразователей параметров наклона с акселерометрическими датчиками: моногр. / под ред. Г.В. Миловзорова. – Уфа: РИК УГАТУ, 2016. – 256 с.
9. Миловзоров Д.Г., Ясовеев В.Х., Морозова Е.С. Математическое моделирование преобразователя параметров наклона с трехосевым акселерометрическим датчиком // Приборы и системы. Управление, контроль, диагностика. – 2015. – № 2. – С. 17–22.
10. Мокров Е.А., Папко А.А. Интегральные кремниевые акселерометры // Датчики и системы. – 2002. – № 10. – С. 2–6.
11. Мокров Е.А. Интегральные датчики. Состояние разработок и производства. Направления развития, объемы рынка // Датчики и системы. – 2000. – № 1. – С. 28–30.
12. Папко А.А., Калинин М.А., Алексеева В.В. Оптимизация структур микромеханических акселерометров // Измерительная техника. – 2011. – № 3. – С. 16–19.
13. Папко А.А., Кирянина И.В., Комбарова И.В. Об исследовании повторяемости и воспроизводимости метрологических характеристик прецизионных акселерометров // Измерение. Мониторинг. Управление. Контроль. – 2014. – № 1(7). – С. 21–24.
14. Повышение разрешающей способности и стабильности метрологических характеристик микромеханических акселерометров / В.В. Алексеева, А.А. Папко, М.А. Калинин [и др.] // Измерительная техника. – 2011. – № 3. – С. 19–21.
15. Рабинович С.Г. Погрешности измерений. – Л.: Энергия, 1978. – 262 с.
16. Распопов В.Я. Микромеханические приборы: учеб. пособие. – М.: Машиностроение, 2007. – 400 с.
17. Ривкин С.С. Стабилизация измерительных устройств на качающемся основании. – М.: Наука, 1978. – 320 с.
18. Технологические аспекты формирования первичных измерительных преобразователей микромеханических акселерометров / С.И. Торгашин, А.А. Папко, В.Е. Пауткин, Б.В. Цыпин // Нано- и микросистемная техника. – 2019. – Т. 21, № 6. – С. 341–346.
19. Датчики Analog Devices. – URL: https://olnisa.ru/manufacturers/analog-devices/datchiki/ (дата обращения 15.03.2025).
20. Осипова Н.В. Сравнительный анализ алгоритмов калибровки акселерометров в составе беспилотных летательных аппаратов для мониторинга нефтепроводов // Автоматизация и информатизация ТЭК. – 2023. – № 5(598). – С. 45–50. – DOI: 10.33285/2782-604X-2023-5(598)-45-50