Дифференциальный струнный датчик, например, для измерения ускорений

Дифференциальный струнный датчик, например, для измерения ускорений

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ас аеа «онеги и ч

Союз Соввтскнх

Социалистических

Республик

О Il (и) 53540

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт, свид-ву(22) Заявлено 31.12.74 (21) 2089741/Ц) с присоединением заявки №вЂ” (23) Приоритет(5t) М. Кл. т3 01Р15110

Гес1тдарстеенный комитет

Совета Министров СССР па делам изобретений и открытий (43) Опубликовано 05.04.77. Бюллетень, № 13 (53) УДК 629.317.39 (088.8) (45) Дата опубликования описания 10.11.77 (72) Автор изобретения

А. Е. Широченский (71) Заявитель

Московский ордена Ленина авиационный институт им. С. Орджоникидзе (54) ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫЙ СТРУННЫЙ ДАТЧИК, НАПРИМЕР, ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ УСКОРЕНИЙ

Изобретение относится к области измерительной техники, 8 частности к измерителям неэлектрических величин, преобразуемых в силу (ускорений, моментов, давлений и т.п.) .

Известны дифференциальные частотные струнные датчики, в которых измеряемая величина преобразуется в частоту автогенератора, которая измеряется измерительной схемой (1). Для получения кода разностной частоты датчика можно использовать частотно-импульсную следящую систему, ко- 1р торая из частоты эталонного генератора формирует импульсную последовательность, частота которой соответствует разностной частоте датчика. Получение кода интеграла от измеряемой величины осуществляется при помощи суммирующего счетчика, 1ч подсчитывающего число периодов разностной частоты датчика.

Для защиты от воздействия вибраций частотный датчик может быть снабжен вибродатчиком и магнито электрическим механизмом (МЗИМ), обмотка ко- 2р торого закреплена на чувствительном элементе (2).

Сигнал вибродатчика, заведенный в МЭИМ, создает силу, приложенную к чувствительному элементу и направленную встречно инерционной силе, вызванной виброускорением. В таких датчиках для увеличения 2б чувствительности (число герц на ед. входной величины) нужно уменьшать начальное усилие в резонаторе автогенератора (например, натяжение в струне), что уменьшает диапазон измерения. С другой стороны, для расширения диапазона измерения начальное усилие (натяжение в струне) надо увеличивать, что уменьшает чувствительность датчика.

11редлагаемый датчик расширяет диапазон измерения без изменения чувствительности. Для этого он снабжен преобразователем код-аналог, выход которого подключен к о5мотке магнитоэлектрического механизма, а входы соединены с выходами триггеров старших разрядов реверсивного счетчика.

Кроме того, для получения частотно-импульсного выходного сигнала он "".Hàáæåí дополнительным элементом ИЛИ, входы которого подключены к выходу основного элемента ИЛИ и к выходам вентилей, соединенных с управляюптими преобразователем код-аналог триггерами реверсивного счетчика.

На чертеже изображена схема датчика лля «т мерения ускорений.

553540

Дифференциальньй датчик состоит из собственно датчика, частотно-импульсной следящей системы, блока расширения диапазона и суммирующего счетчика. Датчик образован двумя автогенераторами со струнами l,2 и усилителями 3,4 обратной связи. Одни концы струн прикреплены к корпусу, а другие — к инерционной массе 5. Выходы усилителей

3 и 4 соединены с формирователем 6 разностной час- тоты.

Частотно-импульсная следящая система образо- 10 вана реверсивным счетчиком 7 и управляемым делителем частоты, включающим генератор эталонной частоты 8, счетчиковьй делитель частоты 9, импульсно-потенциальные вентили 10 и 11 и элементы ИЛИ 12и13. Выход элемента ИЛИ13 15 соединен со входом суммирующего счетчика 14, а выход элемента ИЛИ 12 является выходом управляемого делителя частоты (УДЧ), Потенццальные входы вентилей 10 и 11 подключаются к выходам разрядов счетчика 7 в на- 20 правлении возрастания номера разряда, а импульсные входы — к разрядам делителя 9 в направлении уменьшения номера разряда (т.е. первьй вентиль— к 1-му и п - му разрядам, второй вентиль — ко

2-ому и (n-1) разрядам и т.д). Число разрядов 25 счетчика 7, связанных с вентилями 10, рассчитывается по заданной чувствительности и допустимой пеш. ейности, которые определяют девиацию частотг» на выходе формирователя 6, Полное число разрядов счет п1ка 7, делителя 9 и 30 число вентилей 10 и 11 определяется, исходя из чувствительности датчика и диапазона изменения измеряемой веппчи ы.

Выходы вентилей I1, связанных со старшими разрядами счетчика 7, подключаются ко входам эпе- 35 мента ИЛИ 13. Ко входу этого же элемента 13 подключен выход элемента И!1И 12 (выход УДЧ).

Блок распшрения диапазона включает преобразователь код-аналог (IIKA) 15, сумматор 16 и магнитоэпектрический испопшггепьный механизм, сос- 40 тояший из магшпопровода с постоянным магнитом 17 и обмотки 18, закрепленной на массе 5.

Дпя уменыпения впброчунствитепьпости использован вибродагчик 19. Вибродатчик 19 крепится на корпусе прибора таким образом, чтобы ось 45 его чувствительности была параллельна струнам, а его выход подключен к сумматору 16 так, чтобы обеспечить приложение к массе 5 силы, направленной встречно инерционной силе, вызванной виброускоре ние м. 50

Устройство работает следующим образом.

Пусть максимальное и минимальное значение (квант) разностной частоты на выходе формирователя 6 связаны соотношением 55 иакс.=(2 1)Ы и удовлетворяют требуемой чувствительности и допустимой нелинейности, а диапазон изменения измеряемой величины равен (м,+ и ) май

Число разрядов счетчиков 7 и 9 равно (п1+п ), причем nq разрядов связаны с вентилями 10, à nq разрядов — с вентилями 11 и преобразователем 15.

Частота генератора 8 равна

f =(2(ðç + í> - sj f

Если измеряемая величина (ускорение) Х изХ меняется в диапазоне — „4 3 4 — 1 то на выходе формирователя 6 частота 1 1макс а на выходе схем12и 13 — частоты

Если значение измеряемой величины станет таким, что частота на выходе формирователя равна 6 то в счетчике 7 разряды п1 перейдут в состояние

"0", а младший из разрядов п (связанный с вентилями 11 и ПКА 15) — в состояние "1", При этом на выходе ПКА 15 появится ток, протекание которого по обмотке 18 приведут к тому, что к массе 5 окажется приложенной сила, равная по величине и направленная встречно измеряемой силе (ускорепию). Это приведет к тому, что частоты струн станут равны f,=1,, частота f6=1,1=0, а частота f, =2 "15f

При данпьпей1пем увепичении измеряемой вепичп ны на выходе формирователя 6 и УДЧ (схема l2) появится частота

,= f (2" -I)af на выходе элемента 13 частота равна и= 4+2" .

Если частота па выходе формирователя 6 вновь станет равной 6 = 2 в разрядах пт счетчика / запишется число 2 и сигнал на выходе IIKA 15 удвоится. Это приведет к тому, что измеряемая сила уравновесится силой магпитоэлектрического механизма 17 и 8, часто1ы струн станут равны, а частоты f =f»= O. IIa выходе схемы 13 частота f, 21 +1- Ы .

1 аким образом, расширение диапазона измерения достигается за счет того, что часть измеряемой силы уравновешивается магнитоэлектрическим механизмом и только часть воздействует на резонаторы, вызывая появление разностной частоты. В то же время выходная частота элемента 13 связана с максимальной частотой на выходе формирователя 6 соотношением. О (2 1) 6н с

Коэффициент при <6 м,„„- характеризует увеличение диапазона измерения. Код и измеряемой величины снимается со счетчика 7, а частота, пропорциональная измеряемой величине;с выхода элемента 13.

Так как в данном приборе имеется линейная зависимость между измеряемой величиной и часто той на выходе элемента 13. то интегоал Функции

553 40

Составитель М. Хаустов

Техред Н. Бабурка

Корректор Л. Ы льнич нк

Редактор О. Филиппова

Тираж 1101 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж вЂ” 35, Рау>нская наб., д. 4/5

Закат 1094/52

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Приск>иая, 4 изменения измеряемой величины во времени пропорционален набегу фазы сигнала на выходе элемента 13. Этот набег фазы может быть определен подсчетом числа периодов частоты на выходе элеменга 13, что и осуществляется счетчиком 14..

Если на приборцействуютвибрации вдоль линии

А, то они одновременно действуют и на вибродатчик 19. 1)а выходе этого датчика появляется сигнал, который постунаеl через сумматор 16 в магнитоэлектрический механизм 7 и 18 и заставляет массу 5 двигаться одновременно с корпусом прибора.

:)lo исклн>чает возцейс>вие вибрационных ускорений !Ра струны l и ". 11ри этом полоса частот измеряемой величины должна лежать вне полосы частот вибраций, воспринимаемых виброцатчиком 19.

Формула изобретения

1. !1и11>11>ерснциа>1ьнь>й струнный датчик, например, цля измерения ускорений, содержащий чувстни гсльпь>й элсмен г, цва 1111>о> енератора, резонаторы которых соединены с чувстви>ельным ..1>!емец!ох>, формирова гель разности час от аи>огснера>оров, виброда>чик, магнитоэлекц>ический мехагц>зм, <>б>мотка которогo размещена на чувствигельном элементе и подключена к вb!ходу виброцатчика, и частотно-импульсную слецящую систему, лоцклк>ченную к формирователю разности частот и вы1>олненную в виде управляемого целителя частогы с вен!илями, элементами ИЛИ и реверсивным сч г>иком, о тл и ч а ю щи и с я гем, что, о целью ра!лнирении диапазона измерения, он снабжен цреоб1>азuвателем код-аналог, выход которого поцклн>чен к обмс>гке ыагн>1тоз>>ек!ри !сско> o механизма, 11 входы соецинены с выхоцами триггерон стари>их разрядов ренерсивн<н о сче! 1илз. . Ядl ÷llê но 11. ), о т л и l J !о >ц и и с >I гем, и г>>, с целью >н>лу >с>1ин 1астогн1>-11мпульсно! о вь>хоцн1>го си>пала, оН LII I;>æ!.Il пополни>сльным злсмс>1! >м

ИЛИ, входы которого поцклк>чсны к I>I.IX», Ió о

20 нов н11! о зле мин Й И/)И и K В ых11>гам 111 1111!я 1> >

СОСцИНЕ>РНЫХ С унранняи>щИМИ Преобраэ>яса lt. >К М

Korl,-алано! гр>1пгсра ми ре норси ни >1 о с к >чика.