Тензометрический преобразователь
Изобретение относится к измерительной технике и может быть использоваио для измерения деформаций в J « машиностроительных конструкциях. Цель изобретения - повышение точности за счет увеличения отношения сигнал/шум на выходе тензометрического преобразователя. Устройство обеспечивает оптимальный угол °L отсечки (угол замкнутого состояния двухканального коммутатора 3), при котором отношение сигнал/шум на выходе устройства имеет максимальное значение.. Значение этого угла совпадает со значением о,„, t для случая детерминированных помех с заданной точностью. Регулируя порог срабатывания компараторов 1I, 12, можно точно установить оптимальный угол отсечки ,мощность помехи при этом снижается в 3-5 раз. 4 ил. (Л
СОЮЗ СОВЕТСНИК
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК (19) (И) (11 а С О! В 7/16
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ н двторСНОью СвидятяльСтвМ
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР
ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 4240246/25-28 (22) 06.05,87 (46) 30.11.88. Бюл. !р 44 (71) Московский институт электронного машиностроения (72) Н.Н. Грачев, Л,Н. Кечиев, Б.В. Петров, В.В. Устинов и И.В.Цирин (53) 531.781.2(088.8) (56) Турнчин А,И. и др. Злектрические измерения неэлектрических величин. М.-Л.: Энергия, 1966, с. 580 °
Патент Великобритании У !489760, кл. G Ol !! 27/22, 1977. (54} ТЕНЗОЖТРИЧЕСКИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ (57) Изобретение относится к измерительной технике и может быть исполь- зовано для измерения деформаций в машиностроительных конструкциях.
Цель изобретения — повышение точности за счет увеличения отношения сигнал/шум на выходе тензометрического преобразователя. Устройство обеспечивает оптимальный угол отсечки (угол замкнутого состояния двухканального коммутатора 3), при котором отношение сигнал/шум на выходе устройства имеет максимальное значение., Значение этого угла совпадает со значением для случая детерминированных помех с заданной точностью, Регулируя порог срабатывания компараторов 11, !
2, можно точно установить оптимальный угол отсечки Û,!, t,èîùíoñòü помехи при этом снижается в 3-5 раз.
4 ил, 1441184
Тензометрический преобразователь работает следующим образом.
С измерительной ..диагонали тензо- 0 моста 1 сигнал, имеющий частоту, равную частоте задающего генератора
13 с аддитивными помехами случайного и детерминированного характера, обусловленными собственными шумами тензо- 45 резисторов тензомоста 1 и внутри— внесистемными электромагнитными наводками, поступает на дифференциальный усилитель 2 (фиг.2, зависимость
14, для ясности изложения изображена в виде синусоиды основной частоты).
С выхода генератора 13 синусоидальных колебаний опорное напряжение переменной час;оты поступает на диагональ питания тенэомоста 1 и на вход фазовращателя 7. После предварительного усиления дифференциальным усилителем 2 сигнал поступает на двухканальный коммутатор 3. С выхода фазоИзобретение относится к измери.тельной технике и может быть использовано для измерения деформаций в машиностроительных конструкциях.
Целью изобретения является повышение точности за счет увеличения отношения сигнал/шум на выходе тензометрического преобразователя.
На фиг. представлена структурная схема тенэометрического преобразователя; на фиг. 2 — временная диаграмма; на фиг. ° 3 — зависимость отношения сигнал/шум от угла отсечки <; на фиг. 4 — выходная спектральная плот- 15 ность.
Тенэометрический преобразователь содержит последовательно соединенные тензомост 1, дифференциальный усилитель 2, двухканальный коммутатор 3, 20 сумматор 4, фильтр 5 низких частот и регистратор 6, последовательно соединенные фазовращатель 7, формирователь 8 импульсов, два канала управления, каждый из которых выполнен в 25 виде последовательно соединенных интеграторов 9, 10 и компараторов 11, 12 соответственно с управляемым порогом срабатывания, генератор 13 синусоидальных.колебаний, соединенный с 3р диагональю питания тензомоста 1, выходы компараторов 11 12 соединены с управляемыми входами двухканального коммутатора 3, а вход фазовращателя
7 соединен с выходом генератора 13 синусоидальных колебаний. вращателя 7 (кривая 15 на фиг. 2 опорный сигнал, сдвинутый на 90 поступает на формирователь 8 импульсов, который формирует две противофаэные последовательности меандров
15, 16, изображенные на фиг.2. С выхода формирователя 8 опорные сигналы в виде меандров поступают на интеграторы 9 и 10, где происходит формирование двух последовательностей пилообразных напряжений (зависимости
17, 18 на фиг.2). С выходов интеграторов 9, 10 пилообразные напряжения .поступают на компараторы 11, 12 с регулируемым порогом срабатывания.
Изменяя величину порога срабатывания компараторов 1! и 12, на их выходе образуются последовательности прямоугольных импульсов, скважность которых меняется в зависимости от величины порога срабатывания компараторов
11 и 12. Диапазон изменения скважности характеризуется углом отсечки (позиция !9 на фиг.2), а длительность импульсов — величиной Q (зависимости 20, 21 на фиг. 2). Таким образом, компараторы 11, 12 обеспечивают формирование последовательностей опорных импульсов с регулируемой длительностью, характеризуемой углом отсечки. Сформированные последовательности импульсов с выхода компараторов 11, 12 поступают на управляемые входы коммутатора 3. Аналоговый коммутатор 3 формирует выборки из мерительного сигнала (кривые 22, 19 на фиг. 2), которые затем суммируются с помощью сумматора 4. Далее сигнал поступает на фильтр 5 низких частот, который осуществляет формирование среднего арифметического значения, регистрируемого регистратором 6.
В предлагаемом устройстве угол отсечки (угол замкнутого состояния двухканального коммутатора 3) =О. Для случая детерминированных помех, воздействующих на входной контур дифференциального усилителя 2 и контур тензомоста 1, а также искажений сигнала при аддитивном воздействии разложение вектора коммутации управляющего опорного сигнала, поступающегос выхода регулируемых компараторов
11, 12 (кривые 20, 22 на фиг.2) в ряд Фурье имеет вид:
Y(t)=. У» — соз1 .sinks, (1) 4 1 =гду1с
1441184 и
V(t)=Y(t)U(t)= —, Y — coskgsink4C(Ч,+ . V, sin(i t+P)). (3)
t I
V(t)=Г (D}U (t)Y(t), (6) 2
ЮР
4У„1 > cos ((21+1 ) Т +1 г=- (21+1 си. Р+,) (2 1 + 1 ) л с .
4 2 — (У Ч, соэ !) (8) где о — угол отсечки;
4 — частота опорного сигнала;
Y(t) — амплитуда опорного сигнала.
Выходная величина (зависимость 22, фиг.2) пропорциональна произведению 5 входного измеряемого сигнала 11(т.) и вектора коммутации У(), следовательно, свойства предложенного устройства определяются вектором коммуПостоянная составляющая выходного !
5 сигнала, выделяемая фильтром 5, имеет вид:
V--- Y Z - - — cosk 4 л =к=,ь,. k Отношение сигнал/шум на выходе устройства определяется :выражением: 4 (у Y Vccosk<) Р (= Y ) 2: cos Мcos У к =rsr k Графическая зависимость отношения сигнал/шум от угла отсечки представлена на фиг. 3. Из графика фиг.3 видно, что существует оптимальный угол отсечки, при котором отношение 30 сигнал/шум на выходе устройства имеет максимальное значение. Регистрация сигналов при наличии помехи типа "Белый шум" обусловлена тепловыми шумами тензорезисторов тенэомоста 1 где Ч вЂ” амплитуда входного сигнала. Анализ выражения (8 ) показывает существование оптимального угла от- 45 сечки (tg при котором отношение сигнал/шум на выходе устройства имеет максимальное значение. Значение этого угла совпадает со эйачением 1,> t для случая детерминированных помех с заданной точностью. Регулируя порог срабатывания компараторов 11, 12, можно точно устанавливать оптимальный угол отсечки =Г. На фиг.4 представлены выходные спектральные характеристики устройств с углом от55 сечки(= 1 (зависимость 24 на фиг.4) и =-el >t (зависимость 25 на фиг.4). Иэ фиг.4 видно, что в предложенном тации. В заявляемом устройстве используется преобразование в оба полупериода входного измеряемого сигнала, Представим входной сигнал U(t) в виде ряда Фурье: U(t)=V,+. V,,„sin(inst+ 9 „) .. (2) --Выходной сигнал сумматора 4 имеет вид: где Е+(D) — передаточная характеристика фильтра 5; U(t) — выходной сигнал в виде шума со спектральной плотностью. Спектральная плотность выходного сигнала Я (м) при наличии на входе широкополосного стационарного шума с плотностью S () определяется выражением: Отношение сигнал/шум на выходе уст— ройства будет иметь вид: устройстве при использовании оптимального угла отсечки мощность помехи снижается в 3-5 раз (сплошные крис вые 25) по сравнению с углом 4 = Л (пунктирные кривые 24). Полезный сигнал 25 при этом практически не ослабляется. Формула изобретения Тензометрический преобразователь, содержащий тензомост, генератор синусоидальных колебаний, соединенный с диагональю питания тенэомоста, дифференциальный усилитель, вход которого соединен с измерительной диа5 1441! гональю тенэомоста, а также последовательно соединенные фильтр нижних частот и регистратор, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью повышения точности эа счет увеличения отношения сигнал/шум, он снабжен последовательно соединенными двухканальным аналоговым коммутатором и сумматором, последовательно соединенными фазовращателем и формирователем опорных импульсов, двумя каналами управления, каждый из которых выполнен в виде последовательно соединенных ин84 тегратора и регулируемого компаратора, выходы регулируемых компараторов соединены с управляющими входами двухканального аналогового коммутатора, а его информационные входы соединены с выходом дифференциального усилителя, выход сумматора соединен с входом фильтра низких частот, вход фазовращателя соединен с выходом генератора синусоидальных колебаний, а вход каждого интегратора соединен с соответствующим выходом формирователя опорных импульсов. 1441184 PcjÐø 7,у /Ч 13 tg У д 7 б Ч z o(Eye) ю zo мчась raю sa sa ñ 2 ñ 3 c + c Л4" Фсы. 9 Составитель Е. Щелина Редактор M. Келемеш Техред М.Ходаннч Корректор Л. Пилипенко Тиржк 680 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, .Раушская наб., д. 4/5 Заказ 6275/42 Производственно-полиграфическое предприятие, r, Ужгород, ул. Проектная, 4
