Устройство для измерения усилий

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ УСИЛИЙ, содержащее генератор ультразвуковых колебаний, соединенный с из лучателем-приемником, установленным на одном из торцов силовоспринимающего элемента и усилитель колебаний, соединенный с излучателем-приемником, отличающееся тем, что, с целью повышения чувствительности, точности измерения и возможности автоматизации процесса измерения, оно снабжено преобразователем, счетчиком импульсов, таймером и вычислительным блоком, а усилитель выполнен с автоматичеЬкой регулировкой усиления и соединен своим выходом с входом преобразователя , выход которого соединен с входом запуска таймера и входом счетчика импульсов, который в свою очередь соединен с входом останова таймера , а выход таймера соединен с вхо-1 дом обнуления счетчика импульсов и вычислительным блоком, который каналом синхронизации связан с входом генератора .

0% OD

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК з(50 G 01 Ь 1/18

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3555992/18-10 (22) 21.02.83 (46) 15.07.84. Бюл. ¹ 26 (72) А.И.Солдатенко (71) Киевский институт автоматики им. ХХЧ съезда КПСС (53) 531. 781 (088. 8) (56) 1. Рублев Ю.В., Дъяченко А.М.

Зависимость скорости ультразвуковых продольньм волн в алюминии от напряжения.: Сб. "Акустика и ультразвуковая техника". Вып.4, Киев, 1968, с. 46-50.

2. Джонс P. Гэтфнлд E. Ультразвуковой импульсный способ испытания бетона. M., 1957, с. 55 (прототип). (54) (57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ

УСИЛИЙ, содержащее генератор ультразвуковых колебаний, соединенный с излучателем-приемником, установленным на одном из торцов силовоспринимающего элемента и усилитель колебаний, соединенный с излучателем-приемником, отличающееся тем, что, с целью повышения чувствительности, точности измерения и возможности автоматизации процесса измерения, оно снабжено преобразователем, счетчиком импульсов, таймером и вычислительным блоком, а усилитель выполнен с автоматической регулировкой усиления и соединен своим выходом с входом преобразователя, выход которого соединен с входом запуска таймера и входом счет" чика импульсов, который в свою очередь соединен с входом останова тай- Я мера, а выход таймера соединен с входои обнуления счетчика импульсов и вычислительным блоком, который каналом синхронизации связан с входом генератора.

1103096

Изобретение относится к измеритель ной технике и может быть использовано для измерения усилия, веса, натяжения и т.п. в системах автоматизации технологических процессов, преимуществен но в тяжелой промышленности.

Известно устройство для измерения напряжения (усилия) в образце из алюминия в форме параллелепипеда, содержащие два пьезокварца, прикрепленных 10 к образцу, один из которых работает в режиме источника ультразвуковых колебаний и соединен с генератором ненрерывных ультразвуковых колебаний, а другой — в режиме приемника и сое- 15 динен с входом осциллографа )1) .

- Недостатками известного устройства являются неудобство съема информации с осциллографа и необходимость в дополнительной математической обработ- 2О ке, а также невысокая чувствительность и точность измерения, так как разность скоростей распространения ультразвуковых колебаний в образце под нагрузкой и без нее невелика. 2S

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство для измерения скорости раСиространения ультразвука в бетоне, содержащее генератор ультразвуковых колебаний, узел задержки пуска зондирующих импульсов, генератор зондирующих импульсов, излучатель и приемник ультразвуковых колебаний, усилитель и осциллограф с генератором разверток и меток времени

Поскольку скорость распространения ультразвука зависит от напряжений в .материале, такое устройство может быть использовано и для измерения на- 40 пряжений (усилий) в бетоне.

Недостатками известного устройства являются низкая чувствительность. и точность измерения и невозможность

45 автоматизации процесса измерения, поскольку информация визуальная, а не в форме сигнала, и разность скоростей распространения ультразвуковых колебаний под нагрузкой и без нее .невелика.

Целью изобретения является повьппение чувствительности, точности измерения и возможность автоматизации процесса измерения.

Указанная цель достигается тем, что устройство для измерения усилий, содержащее генератор ультразвуковых колебаний, соединенный с излучателемприемнкком, установленным на одном из торцов силовоспринимающего элемента и усилитель колебаний, соединенный с излучателем-приемником, снабжено преобразователем, счетчиком импульсов, таймером и вычислительным блоком,.а усилитель выполнен с автоматической регулировкой усиления и соединен своим выходом с входом преобразователя, выход которого соединен с входом запуска таймера и входом счетчика импульсов, который в свою очередь соединен с входом останова таймера, а выход таймера соединен с входом обнуления счетчика импульсов и вычислительным блоком, который каналом синхронизации связан с входом генератора.

На чертеже представлена структурная схема устройства.

Устройство содержит силовоспринимающий металлический элемент (датчик)

1 в форме бруса длиной 7, на одном торце которого укреплен источникприемник ультразвука 2. Выход генератора пачек импульсов ультразвуковых колебаний 3 соединен с источникомприемником и входом усилителя 4, имеющим автоматическую регулировку усиле- . ния {АРУ). Выход усилителя соединен с входом преобразователя 5, выход которого соединен с входом счетчика импульсов 6 и входом запуска таймера

7. Выход счетчика импульсов 6 соединен с входом останова таймера 7, а кодированный выход таймера соединен с вычислительным блоком 8. Выход таймера "Ответ" связан с входом счетчика

"Обнуление". Вычислительный блок связан каналом синхронизации с генератором 3.

Силовоспринимающий элемент 1 в виде бруса выполняется из металла, например алюминия, прямоугольного или круглого сечения.

Для получения многократного отражения необходимо, чтобы ультразвуковой пучок был параллелен оси стержня, для чего необходимо выполнить условие где 3 - диаметр мембраны источника-приемника;

Ъ вЂ” длина волны ультразвука.

Источник-приемник 2 может быть пьезоэлектрическим или магнитострикционным.

Форма элемента может быть различной, при этом должно выполняться ус11030 ловие многократного отражения ультразвука при совпадении траекторий падающей и отраженной волны.

Генератор 3 представляет собой ждущий генератор импульсов, моделиру- g ющий ультразвуковой генератор непрерывных синусоидальных колебаний. При . запуске генератора оператором при помощи кнопки запуска на входе его формируется единичная пачка ультра- t0 звуковых колебаний.

Усилитель должен иметь автомати-. ческую регулировку усилителя для работы в широком динамическом диапазоне входных сигналов. Чем выше чувстви15 . тельность усилителя, тем большее количество отражений он может зафиксировать, тем большая точность измерения.

Преобразователь 5 представляет 20 собой детектор и выпрямитель для преобразования пачек ультразвуковых колебаний в униполярные импульсы.

Счетчик импульсов 6 должен быть выполнен с фиксированным коэффициен- 25 . том пересчета и „„„ . При приходе пос" леднего и -ro импульса счетчик выра- . батывает импульс, подаваемый на вход останова работы таймера. Число И„„;и, определяется точностью измерения.и щ0 быстродействием устройства измерения.

Таймер 7 представляет собой уст-" ройство измерения времени и имеет вход запуска отсчета времени и вход, останова отсчета. времени.

Вычислительный блок 8 может быть любого типа, состоит из вычислителя и памяти и должен выполнять операции приема информации от таймера, вычисления разности, умножения на постоянный коэффициент и индикацию результата вычислений на табло.

Устройство работает следующим образом.

Измеряют время t1 многократно .(П) 45 отраженной пачки ультразвуковых колебаний без нагрузки и время (n) отваженной пачки под нагрузкой

96 4

Разность = „-t 2 прямо пропорциональ-. на нагрузке Р. Время распространения ультразвука прад нагрузкой является функцией напряжения

P ед где 1, о — длина и ширина силовоспринимающего элемента.

Генератор 3 генерирует пачки импульсов, которые подаются на приемник. излучатель 2 и на вход усилителя 4.

Преобразователь 5 детектирует и выпрямляет сигнал генератора и выдает импульсный сигнал на счетчик и таймер, запуская его. Пачка ультразвуковых колебаний, распространяясь в элементе 1, испытывает многократные отражения от торцов элемента. Число отражений .измеряется счетчиком 6.

При числе отражений (П) равном наперед заданному фиксированному значению п щ,д счетчик вырабатывает сигнал, превращающий работу таймера

7. Информация с таймера 7 считывается в вычислительный блок 8, который выполняет операции вычитания (t,- t<), умножения на масштабный коэффициент, выдавая на цифровой индикатор результат в единицах измерения усилия. Интервал между посыпками пачек импульсов1 ен должен быть больше 1д и времени t = д, где моор — часто1 оор, та опроса таймера вычислительным устройством.

Выходная характеристика устройства есть линейная функция = 5 (ht) .Нормирование номинального выходного сигнала можно осуществить подгонкой длины силовоспринимающего элемента.

Такое выполнение схемы измерения, позволяющей измерить время распространения многократно отраженного упьт" развукового сигнала в силовоспринимающем металлическом элементе, позволяет повысить чувствительность и точность измерения и возможность автоматизировать процесс измерения.

1103096

Составитель В.Герасимова

Редактор Н.Швыдкая Техред С.Легеза Корректор ° P

А.Фе ен

Заказ 4943/30 Тираж 823 Подлисное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб, д.4/5

Филиал ППП "Патент", r.Óæãîðoä, ул.Проектная, 4