Разработка алгоритма регистрации угловых перемещений на основе фазометрического метода

При реализации, описанной в п. 2.1.2 настоящей диссертации, модели фазометрического формирования гониометрических сигналов на основе цифровых акселерометрических преобразователей, регистрация разности фаз сигналов (угла наклона) осуществляется на основе регистрации временных интервалов (рисунок 23).

Генерация опорного синусоидального сигнала в случае применения цифровой техники строится на базе частоты кварцевого резонатора микропроцессора, входящего в состав измерительной акселерометрической системы. На основании того, что акселерометры работают с определенной частотой дискретизации, сформируем счетные импульсы опроса датчиков.

Угол осевого отклонения акселерометра 1 относительно акселерометра 2 определяется путем регистрации разности фаз сигнала опорного генератора U_o = sin∙ ωtи суммированного сигнала U¹ ∑ , вычисленного на основании положений фазометрического метода. Временной интервал τ, зарегистрированный от момента перехода через ноль сигнала опорного

генератора до момента перехода через ноль преобразованного суммированного сигнала акселерометров в выбранном периоде будет пропорционален углу a_i осевого отклонения акселерометра относительно базовой системы координат.

Аналитически, зависимость числа импульсов, входящих во временной интервал фазового сдвигаот общего количества импульсов в периоде определяется из выражения:

Учитывая линейную зависимость, угол поворота определяется:

Либо из выражения:

где ∆ - временной интервал между отсчетами опроса датчиков.

Рисунок 23 - Диаграмма цифровой реализации фазометрического метода

определения угла поворота

Микропроцессорная реализация фазометрического метода гониометрического контроля, позволяет определить величину фазового сдвига ∆φза определенный период измерения, пропорциональную углу поворота.

Алгоритм программной реализации фазометрического метода измерения угла поворота пары последовательно подключенных акселерометров представлен на рисунке 24. Данный алгоритм построен на основании вышеизложенных математических выражений (15) - (26) и представляет собой последовательное циклическое преобразование сигналов с акселерометров, заносимых в массивы

измерений в режиме реального времени.

Рисунок 24 - Блок-схема алгоритма реализации гониометрических измерений на

основе фазометрического метода

Общее время выполнения основного цикла программы определяется аппаратными характеристиками микропроцессора, входящего в состав измерительной системы. При этом время ∆ определяет временной интервал между отсчетами опроса датчиков. Условием завершения работы программы является нажатие кнопки сброс, опрос которой происходит в начале выполнения основного цикла программы.

Как было отмечено ранее, акселерометрические измерения, совершаемые во время свободного падения, характеризуются нулевыми значениями. В таком случае, при программной реализации фазового метода измерений и обработке сигналов предлагается сохранять значения ускорения a¹_t-1 (i-компонента вектора общего ускорения, 1 = x, y z), которое было достигнуто на момент времени t-1до наступления свободного падения (рисунок 25). Сохраненные значения используются для угловых расчетов во время, пока a ≤ ∆ ≥ 0, где ∆ - порог чувствительности нуля.

Рисунок 25 - Временная диаграмма формирования ошибки нуля

Ширина параметра ∆ определяется на основании требуемых характеристик измерительной системы и особенностей динамики объекта контроля. При этом необходимо учитывать, что в этот период измерений погрешность значительно возрастает и данные требуют дополнительной обработки. Условие проверки состояния свободного падения является частью цикла основной программы и выполняется на этапе считывания данных с акселерометрических датчиков.

Выполнение алгоритма основной программы также подразумевает запуск подпрограммы детектора пересечения нуля, блок-схема которой приведена на

рисунке 26. Данный алгоритм описывает последовательность операций сравнения сигналов на предмет перехода значения параметров сигнала из положительной в отрицательную область и наоборот. Этот переход характеризует пересечение функцией сигнала ось, относительно которой идет отсчет (в случае преобразования сигналов трехкомпонентного акселерометрического датчика, осью отсчета является ось, расположенная между двумя плоскостями угла наклона).

Рисунок 26 - Блок-схема алгоритма подпрограммы детектора пересечения нуля

Алгоритм подразумевает наличие флагов пересечения (Det_U, Det_a, Det β, Det_y), которые устанавливаются в 1 или в 0 в зависимости от выполнения условий. Это необходимо для синхронизации детектирования, которая позволяет при наличии пересечения нуля функции опорного сигнала и одной из функций акселерометрического датчика продолжить проверку исполнения остальных условий, в данном периоде измерений, относительно зарегистрированного времени опорного сигнала.

Результатом выполнения данного алгоритма является вычисление углов поворота a, βγотносительно разности времени пересечения нуля синусоидальной функции опорного генератора и функции суммированных сигналов S_a, S_β, S_γ.

3.1.3