Цифровой измеритель энергии ударного импульса

Патент 1016705

Авторы

Иллюстрации

Показать все

Реферат

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

tl0 ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3378351/18-10 (22) 06.01.82 (46) 07.05.83. Бюл и 17 (72) Г.Я. Нисман и А.В. Фомичев (71) Проектно-конструкторский и технологический институт кузнечно-прессового роботостроения (53) 531.781(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

N 676932, кл. G 01 L 1-3/02, 1979 °

2. Авторское свидетельство СССР 626370, xa. G 01 L 3/00, 1978 (прототип). (54 (57) ЦИФРОВОЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ ЭНЕРГИИ .УДАРНОГО ИМПУЛЬСА, содержащий преобразователь удара в электрический сигнал, подключенный через предварительный усилитель, фильтр и нормирующий усилитель к входам аналогоцифрового преобразователя и компаратора, к второму входу которого подключен источник опорного напряжения, а выход соединен с управляющими входами аналогоцифрового преобразователя и Формирователя импульсов сброса, счетчик импульсов и связанный с ним цифровой индикатор, отличающийся тем, что, с целью повышения точности фи>.1г М

1016?05 А { 11 G 01 L 3/00; G 01 B 13/02 за счет уменьшения влияния помех и дрейфа параметров измерительного тракта, в него введены два элемента

И, делитель частоты, триггер и элемент задержки, при этом счетчик импульсов выполнен реверсивным, Формирователь импульсов сброса снабжен за.прещающим входом, а предварительный усилитель..выполнен с перестраиваемым коэффициентом усиления и оборудован управляющим входом, который подключен к выходу элемента задержки, одному установочному входу триггера и к запрещающему входу Формирователя импульсов сброса, выход которого подключен к входу элемента задержки, а установочному входу счетчика импульсов и второму установочному входу .триггера, выходы которого подключены соответственно к одним входам элементов И, при этом выход первого элемента И подключен к суммирующему, а .второго к вычитающему входам счетчика импульсов, второй вход первого элемента И соединен с выходом аналогоцифрового преобразователя и через «© делитель частоты с вторым входом второго элемента И. Cb

1016705

Изобретение относится к силоизме. рительной технике и может быть использовано для измерения энергии ударного импульса, действующего на различные конструкции и устройства.

Известно устройство для измерения энергии ударного. импульса, содержащее преобразователь удара в электрический сигнал усилитель, ана логоцифровой преобразователь интег,рирующего типа, цифровой компаратор и регистратор 1).

Недостатком данногд устройства является относительно низкая точность измерения, обусловленная временным и температурным дрейфом характеристик преобразователя и усилителя.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является цифровой измеритель энергии ударного импульса, содержащий преобразователь удара в электрическйй сигнал, подключенный через предварительный усилитель, фильтр и нормирующий усилитель к входам аналогоцифрового преобразователя и компаратора, к второму входу которого подключен источник опорного напряжения, а выход соединен с управляющими входами ана" логоцифрового преобразователя и формирователя импульсов сброса, счетчик импульсов и связанный с ним цифровой индикатор (2 j, Недостатком известного устройства является снижение точности измерения вследствие влияния помех и дрейфа параметров измерительного тракта.

Цель изобретения - повышение точности за счет уменьшения помех и дрейфа параметров измерительного тракта.

Укаэанная цель достигается тем, что в цифровой измеритель энергии ударного импульса, содержащий преобразователь удара в электрический сигнал, подключенный через предварительный усилитель, фильтр и нормирующий усилитель к входаМ, аналогоцифрового преобразователя и компаратора, к второму входу которого подключен источник опорного напряжения, а выход соединен с управляющими входами аналогоцйфрового преобразователя и формирователя импульсов сброса, счетчик импульсов и связанный -с ним цифровой индикатор, введены,два элемента И, делитель частоты

1О

30. ля интегрирующего типа.

55 триггер и элемент задержки, при этом счетчик импульсов выполнен реверсивным, формирователь импульсов сброса снабжен запрещающим входом, а предварительный усилитель выполнен с перестраиваемым коэффициентом усиления и оборудован управляющим входом, который подключен к выходу элемента задержки, одному установочному входу тригГера и к запрещающему входу формирователя импульсов сброса, выход которого подключен к вхо- . ду элемента задержки, установочному входу счетчика импульсов и второму установочному входу триггера, выходы которого подключены соответственно к одним входам элементов И, при этом выход первого элемента И подключен к суммирующему, а второго к вычитающему входам счетчика импульсов, второй вход первого элемента И соединен с выходом аналогоцифрового преобразователя и через .делитель частоты с вторым входом второго элемента И.

На фиг. 1 приведена блок-схема предлагаемого устройства; на фиг, 2вариант выполнения суммирующего усилителя; на фиг. 3 - вариант выполне-ния аналогоцифрового преобразоватеЦифровой измеритель энергии ударного импульса содержит элементы преобразователя 1 удара в электрический сигнал, подключенные к входам предварительного усилителя 2. Выход предварительного усилителя 2 через соединенные последовательно фильтр 3 и нормирующий усилитель ч подключен к входу-аналогоцифрового преобразователя (РЦП) 5 и к одному входу компаратора 6, Источник 7 опорного наспряжения подключен к второму входу компаратора б, выходом соединенного с управляющими входами АЦП 5 и формирователя 8 импульсов сброса. Выход

АЦП 5 через один элемент И 9 подключен к суммирующему входу реверсивного счетчика 10, а.также через соединенные последовательно делитель 11 частоты и второй элемент И 12 к вычитающему входу реверсивного счетчика 10. Выход формирователя =8 импульсов сброса подключен к входу установки в нуль триггера 13, к установочному входу реверсивного счетчика 10 и через элемент 14 задержки к входу установки в единицу триггера 13, к запрещающему входу формирователя 8 импульсов сброса и к управляющему

1016705 6

25 зо о

5 сигналов помех, возникающих под воздействием температуры, вибрации,. при дрейфе усилителей 2 и 4, фильтра

После срабатывания компаратора 6 о гкрывается ключ 23 и по переднему фронту выходного импульса компаратора 6 перебрасывается триггер 32, закрывая ключ 33. Начинается процесс интегрирования. ударного импульса. На выходе интегратора 24 нарастает напряжение пропорционально б

"ци,-РК о где U - входное напряжение интеграХ тора;

Т - время интегрирования интегратора 24.

По окончаниии ударного, импульса компаратор 6 возвращается s исходное состояние, а- задним фронтом его выходного импульса через формирователь

31 заднего фронта перебрасывается триггер 28. Ключ 27 соединяет вход интегратора 24 и источника 26 напряжения. Начинается процесс обратного интегрирования. Одновременно триггер

28 разрешает прохождение счетных им,пульсов генератора 30 опорной частоты через элемент И 29 на выход АЦП 5

При выходном напряжении интегратора

24 равным нулю элемент 25 сравнения своим выходным сигналом возвращает триггеры 28 и 32 в исходное состояwe, ключ 27 закрывается, ключ 33 открывается, а элемент И 29 закрывает поступление импульсов на выход

АЦП 5 °

Таким образом, число импульсов на выходе АЦП 5 пропорционально энергии измеряемого ударного импульса.

За счет временного и температурного дрейфов преобразователей 1, . предварительного усилителя 2, фильтра- 3 и нормирующего усилителя 4 число импульсов на выходе АЦП 5 определяется как

- 7/

1 J(u U,)Я, где U> вЂ” суммарное значение сигналов помех. е

Выходной сигнал компаратора 6 одновременно с запуском АЦП 5 через формирователь 8 импульсов сброса запускает элемент 14 задержки и устанМ-ивает .по переднему фронту трйг" гер 13 и реверсивный счетчик 10 в исходные состояния; при которых раз" решается прохождение импульсов с выхода АЦП 5 через элемент- И 9 на сум-мирующий вход реверсивного счетчика

10. В результате„по окончании процесса интегрирования, в реверсивном счетчике 10 накапливается число -им" пульсов, пропорциональное энергии . измеряемого ударного импульса с суммарным значением сигнала помех.:

Если из реверсивного счетчика 10 вычесть число. импульсов, пропорцио" нальное сигналу помех, то псвышает" ся точность измерения. Этот процесс происходит в устройстве на втором этапе после формирования сигнала иа выходе элемента 14 задержки, который появляется после окончания переходHblx процессов в объекте измерения и имеет длительность, равную или большую длительности ударного импульса (время интегрирования сигнала помех).

Импульс с выхода элемента 14 задержки устанавливает триггер 13 в нулевое состояние, при этом прохождение импульсов с выхода АЦП 5 на суммирующий вход реверсивного счетчика 10 запрецается элементом,И 9 и разрешается их прохождение на вычитающий вход через делитель 11 частоты и элемент И 12. Одновременно импульс с элемента 14 задержки па=тупает на запрещающий вход формирователя 8 импульсов сброса с целью предотвращения сброса реверсивного счетчика

10 в.исходное состояние при повторном запуске компаратора 6 и на управ. ляющий вход предварительного усилителя 2, вследствие чего ключ 22 замыкается и - коэффициент усиления увеличивается, например, в 10 раз. Сигнал:.помехи, усиленный в 10 раз, поступает через фильтр 3 и нормирующий усилитель 4 на вход АЦП 5 и компаратор 6. Выходной сигнал компаратора 6 вторично запускает АЦП 5, свыхода которого число импульсов, про" порциональное увеличенному значению помехи в десять раз, поступает на вычитающий вход реверсивного счетчика

10 через делитель ll частоты, коэффициент деления которого равен значению увеличения коэффициента усиления предварительного усилителя 2 (в данном случае десяти).

В результате количество импульсов, записанное в реверсивном. счетчике 10

3 10 входу предварительного усилителя 2, Триггер 13 единичным и нулевым выходами соединен с вторыми входами первог. элемента И 9 и второго элемента И 12 соответственно, к выходу реверсивного счетчика 10 подключен цифровой индикатор 15.

Предварительный усилитель 2 содержит суммирующие резисторы 16„ -16>, операционный. усилитель 17, резистор

18 отрицательной обратной связи, делитель напряжения отрицательной обратной связи на резисторах 19-21 и ключ 22.

АЦП 5 интегрирующего типа содержит ключ 23, подключенный входом к входу АЦП. 5, управляющим входом к управляющему входу АЦП 5, а выходом через интегратор 24 к входу элемента

25 сравнения. Источник 26 опорного напряжения, имеющий знак противоположный входному напряжению АЦП, подключен через ключ 27 к входу интегратора 24. Триггер 28 подключен к управляющему входу ключа 27 и к первому входу элемента И 29, второй вход которого подключен к выходу генера.тора 30 опорной частоты. Управляющий вход АЦП 5 через формирователь

31 заднего фронта подключен к входу установки в единицу триггера 28, входом установки в нуль подключенного к выходу элемента 25 сравнения. Выход. элемента И 29 является выходом

АЦП 5. Входы установки в нуль и в единицу триггера 32 подключены к уп равляющему входу АЦП 5 и к выходу элемента 25 сравнения соответственно.

Выход триггера 32 подключен к управляющему входу ключа 33, включенного параллельно интегратору 24.

Устройство работает следующим образом.

При произведении механического удара на выходах элементов преобразователя 1 удара в электрический сигнал появляется импульсный электрический сигнал. Элементы преобразователя 1 удара в электрический сигнал сфазированы таким образом, что их сигналы суммируются предварительным усилителем 2. Изменением сопротивлений резисторов 16, при необходимости, возможно либо выравнивание чувствительности элементов преобразователя 1, либо выполнение определенного соотношения их чувствительности в зависимости от места их установки на

ВЬв = -„R„ oc ж где n - число элементов преобразователя 1;

U - выходное напряжение i-го

1 элемента преобразователя

R- - сопротивление i-го сумми1

15 рующего резистора 16;

R - сопротивление резистора 18 ос отрицательной обратной связи.

К - коэффициент от ри ц ател ь ной ос обратной связи.

Коэффициент отрицательной обратной связи зависит от соотношения резисторов 19-21 и от состояния ключа

22. В случае, если ключ 22 разомкнут, 25 ТО ю

"го "г1 и В - сопротивления резисторов 19, 20 и 21 соответ. ственно. если ключ 22 замкнут, ос е1,,Ю ° R î

В случае, то

1 19 < R2O ас В го

Следовательно, в зависимости от сигнала управления предварительный усилитель 2 имеет два различных коэффициента усиления при неизменных входных сигналах.

В исходном состоянии сигнал управления равен О, ключ 22 разомкнут и усиление суммирующего усилителя 2 имеет меньшее из двух значение.

Далее импульсный сигнал фильтрует. ся фильтром 3 для исключения высокочастотных составляющих, искажающих форму ударного импульса, и нормируется усилителем 4 до величины, необходимой для дальнейшей обработки сигнала. Этот сигнал поступает на вход

АЦП 5 и на первый вход компаратора 6, предназначенного для управления работой цифрового измерителя и повышения его помехоустойчивости. Выходное напряжение источника 7 опорного напряжения, подключенного к второму входу компаратора 6, выбирается несколько большим, чем усиленная сумма

16705 4 объекте. Изменением сопротивления резистора 18 регулируется общая чувствительность измерительного тракта.

Выходное напряжение предварительного усилителя 2 равно

7 ..--. 10167И . 8 и индицируемое регистраторои- 1-5, про- ратушный и временный дрейфы хапорционально энергии ударного импуль.- Рактеристик измерительногб тракса несмотря на наличие помех и темпе- та.

-ф ле

1016705

Составитель А. Амаханов

Те е М.Тепер Корректор И. Шулла

Тираж 73 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035 Москва Ж-35 Раушская наб. д. 4/5 филиал ППП "Патент", r., Ужгород, ул. Проектная,