Устройство для измерения механических параметров

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ МЕХАНИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ, содержащее генератор импульсов, последовательно соединенные датчик, блок преобразования и сумматор, отличающееся тем, что, с целью повьшения точности, оно снабжено последовательно соединенными источником опорного напряжения, модулятором , два входа которого подключены к двум выходам генератора импульсов , а выход - к первому входу датчика и второму входу сумматора, демодулятором, два входа которого подключены к выходам генератора импульсов , а третий выходу сумматора , и стробируемым фильтром, первый вход которого подключен к выходу демодулятора, второй вход - к третьему выходу генератора импульсов, а второй вход датчика соединен с перS вым входом сумматора.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН

0% (11) С01В7 зсю

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЬПЪЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТ

К ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3371271/25-28 (22) 25. 12.81 (46) 30;07.84. Бюл. и 28 (72) А.Е.Кочетов, И.К.Надь, С.В.Голечек,В.И.Зозуля и А.К.Ковтун (53) 531.781.2:539.3(088.8) (56) 1. Патент США Ф 4030347, кл. 73-8Р,5,1978.

2. Патент США Я 3995696, кл. 172-7, 1976 (прототип). (54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ

МЕХАНИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ, содержащее генератор импульсов, последовательно соединенные датчик, блок преобразования и сумматор, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности, оно снабжено последовательно соединенными источником опорного напряжения, модуля- . тором, два входа которого подключены к двум выходам генератора импульсов, а выход — к первому входу датчика и второму входу сумматора, демодулятором, два входа которого подключены к выходам генератора импульсов, а третий - к выходу сумматора, и стробируемым фильтром, первый вход которого подключен к выходу демодулятора, второй вход — к третьему выходу генератора импульсов, а второй вход датчика соединен с пер вым входом сумматора.

1 11057

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения различных механических параметров с помощью электрических датчиков. 5

Известно устройство для измерения деформаций и малых перемещений, содержащее емкостный датчик с преобразователем емкости в напряжение и генератор, выход которого соединен 10 с фазочувствительным детектором (1) .

Однако известное устройство имеет низкую температурную стабильность.

Наиболее близким к изобретению является устройство для измерения меха- 1 нических параметров, содержащее генератор импульсов, последовательно соединенные датчик, блок преобразования и сумматор. (2) .

Однако данное устройство характе- 2б риэуется наибольшим динамическим диапазоном измерений, плохой помехозащищенностью и, как следствие, невысокой точностью измерений.

Цель изобретения — повьппение точ- 2S ности, Указанная цель достигается тем, ! что устройство для измерения механиI ческих параметров, содержащее генератор импульсов, последовательно соединенные датчик, блок преобразования и сумматор, снабжено последовательно соединенными источником опорного напряжения, модулятором, два входа которого подключены к двум вы- 1 ходам генератора импульсов, а выход— к первому входу датчика и второму входу сумматора, демодулятором, два входа которого подключены к выходам генератора импульсов, а третий — к выходу сумматора, и стробируемым фильтром, первый вход которого подключен к выходу демодулятора, второй вход — к третьему выходу генератора импульсов, а второй вход датчика со- 45 единен с первым входом сумматора.

На чертеже изображена блок-схема предлагаемого устройства.

Устройство для измерения механических параметров содержит генератор 5О

1 импульсов, последовательно соединенные датчик 2, блок 3 преобразования, сумматор 4. Устройство также содержит последовательно соединенные источник 5 опорного напряжения, модулятор 6, два входа которого подключены к двум выходам генератора 1 импульсов, а выход - к первому входу

52 1 датчика 2 и второму входу сумматора

4, демодулятор 7, два входа которого подключены к выходам генератора 1 импульсов, а третий — к выходу сумматора, 4 и стробируемый фильтр 8, первый вход которого подключен к выходу демодулятора 7, второй вход — к третьему выходу генератора 1 импульсов, а второй вход датчика 2 соединен с первым входом сумматора 4.

Модулятор 6 состоит из последовательно включенных между его входами и корпусом ключей 9 и 10, другие входы которых являются управляющими входами модулятора, а общая точка соединения ключей — его выходом.

Датчик 2 состоит иэ последовательно соединенных конструктивных емкостей 11 и 12, несоединенные и соединенные выводы которых являются соответственно входом и выходом датчика, Блок 3 преобразования емкости в напряжение состоит из операционного усилителя 13, инвертирующий вход которого является входом блока преобразования и соединен через Т-образный резистивно-емкостный фильтр 14 с выходом операционного усилителя 13, являющимся выходом преобразователя, а а неинвертирующий вход подключен к корпусу, Сумматор 4 состоит из операционного усилителя 15, к инвертирующему входу которого подключены две цепи

16 и 17, являющиеся входами сумматора

4, и резистор 18, другой вывод которого подключен к выходу операционного усилителя 15, а неинвертирующий вход соединен с корпусом. Выход операционного усилителя является выходом сумматора 4.

Демодулятор 7 состоит из операционного усилителя 19, инвертирующий вход которого подключен к резисторам

20 и 21, второй вывод резистора 20 является входом демодулятора 7, а второй вывод резистора 21 подключен к выходу операционного усилителя 19, являющемуся выходом демодулятора 7.

Неинвертирующий вход операционного усилителя 19 подключен через последовательно соединенные резисторы 22 и 23 и ключ 24 ко входу демодулятора

7, причем общая точка соединения резисторов 23 и 22 соединена с последовательно соединенными резистором 25 и ключем 26, соединенным с корпусом.

1105752

Стробируемый фильтр 8 состоит из ключа 27, вход и выход которого соответственно является входом и выходом стробируемого фильтра 8, выход которого через конденсатор 28 соединен 5 с корпусом. Управляющий вход ключа 27 подключен к соответствующему выходу генератора 1 импульсов.

Генератор 1 импульсов состоит из задающего генератора 29, выход которого соединен со счетным входом триггера 30 и входом формирователя

31, выход которого является одним из выходов генератора 1 импульсов и формирователей 32 и 33. t5

Устройство для измерения деформации и малых перемещений работает следующим образом.

Постоянное напряжение источника

5 эталонного напряжения преобразуется О модулятором 6 в сигнал стабильной амплитуды и скважности (типа "меандр"), что достигается путем поочередной работы ключей 9 и 10, сигналы управления которыми поступают с формирователей 32 и 33 и находится в противофазе, причем скважность управляющих импульсов постоянна, так как они управляются сигналами, поступающими с прямого и инверсного выходов триггера ЗО

30, на вход которого поступают импульсы двойной частоты модуляции с задающего генератора 29 генератора

1 импульсов. Сигнал прямоугольной формы с выхода модулятора 6 поступает на емкость 11 датчика 2 и через разделительную емкость 12 на вход сумматора 4, на другой вход которого через разделительный конденсатор цепи

16 поступает также прямоугольный сиг- 40 нал фаза которого перевернута на

180, а амплитуда зависит от соотношения емкостей 11 и 12, где значения емкости 11 датчика 2 могут принимать значения Со С„ > С,. В.зависимости 45 от соотношения емкостей 11 и 12 датчика 2 фаза импульсов на выходе сумматора 4 изменяется на 180 . Эти импульсы преобразуются демодулятором

7 в постоянное напряжение, причем по- gg лярность его зависит от фазы сигналов с выхода сумматора 4 по отношению к импульсам, управляющим ключами 26 и

24, которые работают синхронно с ключами 9 и 10 модулятора 6.

Любая помеха, поступающая на вход— демодулятора 7. преобразуется им в симметричный сигнал и отфильтровывается стробируемым фильтром 8, образованным сопротивлением открытого ключа

27 и конденсатором 28. В момент возникновения импульсов напряжения на выходе сумматора 4, соответствующих фронтам импульсов, поступающих на его вход с выхода блока 3 преобразования емкости в напряжение, вследствие огриниченной полосы пропускания операционного усилителя 13 и паразитных емкостей кабелей датчика 2, ключ 27 стробируемого фильтра 8 закрывается, на конденсаторе 28 запоминается величина напряжения до начала импульса и тем самым предотвращается проникновение указанных импульсов на выход устройства. Импульс запирания ключа

27 вырабатывается формирорателем 31 из импульсов, поступающих íà его вход с выхода генератора 1 импульсов.

Выходное напряжение стробируемого фильтра 8 пропорционально величине емкости ti по отношению к емкости

12 датчика 2.

Предлагаемое устройство позволяет преобразовать сигналы емкостных датчиков в постоянное напряжение. Обеспечивается высокая точность преобразования при изменении температуры окружающей среды от (-60) до (+80)С за счет устранения влияния указанных помех и применения фазовой демодуляции. При этом устройство обладает малым током потребления, что дает воз-. можность применять источники питания небольшой мощности и позволяет уменьшить габариты и вес.

Кроме того, достигнутые точностные характеристики, широкий температурный диапазон при небольшом весе и габаритах позволяет использовать данное устройство в бортовых системах контроля конструкции объекта, обладающих высокой экономической эффективностью эа счет предоставляемой этими системами возможностью оценивать расход ресурса конструкции по усталостной нагруженности и оптимально расходовать ресурс путем обслуживания по состоянию.

1105752

Составитель Е.Щепина

Редактор М.Келемеш Техред А.Бабинец Корректор А.Дзятко

Заказ 5584/31 Тираж 587 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент", r.Óæãîðîä,óë.Ïðîåêòíàÿ,4