Устройство измерения максимальной динамической нагрузки
Изобретение относится к измерительной технике, а именно к устройствам измерения максимальной энергии удара. Устройство предназначено для измерения давления, а также для измерения, запоминания и индикации одиночных импульсов давления, например, при измерении максимальной энергии ударз боксера по груше за заданное время. Цель изобретения - повышение точности измерения одиночных импульсов давления и расширение функциональных возможностей за счет измерения максимальной энергии импульсного воздействия давления из последовательности импульсов давления за заданный промежуток времени. Поставленная цель достигается тем, что в устройство измерения максимальной динамической нагрузки , содержащее блок первичного преобразователя , управляемый источник тока, дифференциальный усилитель, пиковый детектор , аналого-цифрозой преобразователь , индик&юр источник опорного напряжения коммутатор, дополнительно введены согласующий усилитель, линеаризирующий усилитель, компаратор одновибратор и узел запуска. 4 ил.
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК (я)5 G 01 L 1/22, 9/04
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ
ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ
ПРИ ГКНТ СССР
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
Д
Ю
t o Q3 (21) 4838576/10 (22) 14.05.90 (46) 23.06.92. Бюл. ¹ 23 (71) Ленинградское производственное объединение - Электронприбор" (72) С.Д.Лебедев и Д.А.Летюхин (53) 531.781(088.8) (56) Патент США № 4713973, кл. Н КИ 73 — 862, 1988.
Авторское свидетельство СССР № 1428959, кл. G 01 1/22, 1987, (54) УСТРОЙСТВО ИЗМЕРЕНИЯ МАКСИМАЛЬНОЙ ДИНАМИЧЕСКОЙ НАГРУЗКИ (57) Изобретение относится к измерительной технике, а именно к устройствам измерения максимальной энергии удара.
Устройгтво предназначено для измерения давления, а также для измерения, запоминания и индикации одиночных импульсов
Изобретение относится к измерительной технике, а именно к устройствам измерения максимальной энергии удара.
Устройство предназначено для измерения, запоминания и индикации энергии, одиночных импульсов давления, например; при измерении энергии удара боксера по груше за заданное время, а также для измерения давления.
Известно устройство регистрации динамической механической нагрузки, Устройст во осуществляет измерение средней механической нагрузки и индикацию пиковой перегрузки.
Недостатком устройства является невозможность измерения и запоми. .ания пиковой импульсной нагрузки.,,. Ж,, 1742651 А1 давления, например, при измерении максимальной энергии удара боксера по груше за заданное время. Цель изобретения — повышение точности измерения одиночных импульсов давления и расширение функциональных возможностей за счет измерения максимальной энергии импульсного воздействия давления из последовательности импульсов давления за заданный промежуток времени. Поставленная цель достигается тем, что в устройство измерения максимальной динамической нагрузки, содержащее блок первичного преобразователя, управляемый источник тока, дифференциальный усилитель, пиковый детектор, аналого-цифрозой преобразователь, индикатор источник опорного напряжени;;, коммутатор, дополнител ьно введены согласующий,силитель, линеаризирук;ший усилитель, компаратор, одновибратор и узел запуска. 4 ил.
Наиболее близким к предлагаемому является цифровой измеритель давления, Измеритель давления позволяет измерять по выбору среднее или пиковое значение давления.
Цифровой измеритель давления содержит блок первичного преобразователя, управляемый источник тока, дифференциальный усилитель, пиковый детектор, а н алого-цифровой и реобра зователь, индикатор, источник опорного напряжения, коммутатор, прием выход управляемого источника тока соединен с входом первичного преобразователя, первый и второй выходы первичного преобразователя соединены соответственно с первым и вторым входами дифференциального усили1742651 теля, выход дифференциального усилителя соединен с первым входом коммутатора, выход пикового детектора соединен с вторым входом коммутатора, первый и второй выходы коммутатора соединены с первым входом аналого-цифрового преобразователя, выход аналого-цифрового преобразователя соединен с входом индикатора, первый выход источника опорного напряжения соединен с входом управляемого источника тока.
Достоинством устройства является наличие режима измерения амплитуды периодических импульсов давления.
Недостатком устройства является недостаточная точность измерения одиночных импульсов давления и отсутствие возможности измерения их энергии.
Цель изобретения — повышение точности измерения и расширение функциональных возможностей за счет измерения максимальной энергии импульсного воздействия нагрузки.
Поставленная цель достигается тем, что в устройство измерения максимальной динамической нагрузки, содержащее блок первичного преобразователя, управляемый источник тока, дифференциальный усилитель, пиковый детектор, аналого-цифровой преобразователь, индикатор, источник опорного напряжения, коммутатор, причем выход управляемого источника тока соединен с входом первичного преобразователя., первый и второй выходы первичного преобразователя соединены соответственно с первым и вторым входами дифференциального усилителя, выход которого соединен с первым входом коммутатора, выход пикового детектора соединен с вторым входом коммутатора, первый и второй выходы коммутатора соединены с первым входом аналого-цифрового преобразователя, выход которого соединен с входом индикатора, первый выход источника опорного напряжения соединен с входом управляемого источника тока, введены согласующий усилитель, линеаризирующий усилитель, компаратор, одновибратор и узел запуска, причем выход дифференциального усилителя подключен к входу согласующего усилителя, выход которого соединен с входом линеаризирующего усилителя и с входом компаратора, выход которого через одновибратора соединен с входом сброса пикового детектора, первый вход которого связан с выходом линеаризирующего усилителя, а выход — с вторым входом узла запуска, первый вход которого соединен с выходом линеаризующего усилителя, а выход — с
55 третьим входом аналого-цифрового преобразователя, второй вход которого соединен с третьим и четвертым выходами коммутатора, причем второй и третий выходы источника опорного напряжения подключены соответственно к третьему и четвертому входам коммутатора.
На фиг.1 представлена блок-схема устройства измерения максимальной динамической нагрузки; на фиг,2 — временные диаграммы работы устройства; на фиг.З— фрагмент устройства, включающего согласующий и линеаризирующий усилители, компаратор, одновибратор, пиковый детектор и узел запуска; на фиг.4 — коммутатор, Устройство измерения максимальной динамической нагрузки содержит блок первичного преобразователя 1, управляемый источник 2 тока, дифференциальный усилитель 3, пиковый детектор 4, аналого-цифровой преобразователь 5, индикатор 6, источник 7 опорного напряжения, коммутатор 8, с< гласующий усилитель 9, линеаризирующий усилитель 10, компаратор 11, одновибратор 11 и узел 13 запуска, причем выход управляемого источника 2 тока соединен с входом первичного преобразователя 1, первый и второй выходы первичного и реобразавателя 1 соединен ы соответственно с первым и вторым входами дифференциального усилителя 3, выход дифференциального усилителя 3 соединен с первым входом коммутатора 8 и с входом согласующего усилителя 9, выход согласующего усилителя 9 соединен с входом линеаризирующего усилителя 10 и с входом компаратора 11, выход компаратора 11 соединен с входом одновибратора 12, выход линеаризирующего усилителя 10 соединен с первым входом пикового детектора 4 и с первым входом узла 13 запуска, выход пикового детектора 4 соединен с вторым входом узла 13 запуска и с вторым входом коммутатора 8, первый и второй выходы коммутатора 8 соединены с первым входом аналого-цифрового преобразователя 5, выход аналого-цифрового преобразователя 5 соединен с входом индикатора 6, первый выход источника 7 опорного напряжения соединен с входом управляемого источника 2 тока, выход узла 13 запуска соединен с вторым входом аналого-цифрового преобразователя 5, второй и третий выходы источника
7 опорного напряжения соединены соответственно с третьим и четвертым коммутаторами 8, третий и четвертый выходы коммутатора 8 соединены с вторым входом аналого-цифрового преобразова:сля 5, вы- ход одновибратора 12 соединен с входом сброса пикового детектора 4.
1742651
Устройство работает следующим обраЗом.
Устройство осуществляет два режима измерения: измерение постоянного давления и измерение энергии удара.
Измерение постоянного давления производится следующим образом. Блок первичного преобразования 1 запитан током генератора 2, причем величина тока определяется величиной напряжения на первом выходе источника 7 опорного напряжения.
Сигнал первичного преобразователя 1 усиливается дифференциальным усилителем 3.
Коммутатором 8 к выходу дифференциального усилителя подключается вход аналогоцифрового преобразователя (АЦП) 5, на второй вход которого через тот же коммутатор 8 подается опорное напряжение с второго вывода источника 7 опорного напряжения, при этом АЦП 5 измеряет напряжение, соответствующее поданному на блок первичного преобразователя 1 давлению. Масштаб преобразования при измерении постоянного давления регулируется величиной опорного напряжения на втором выходе источника 7 опорного напряжения.
Измерение энергии удара осуществляется следующим образом, В исходном состоянии, в момент о (см. фиг.2, числами обозначены напряжени на выходах элементов с соответствующими номерами), на выходе согласующего усилителя 9 установлено напряжение, соответствующее нулевому уровню, При этом выходы компаратора
11, одновибратора 12 и устройства 13 запуска находятся в состоянии логического нуля, а пиковый детектор 4 поддерживается в состоянии "Сброс", В момент т1 в результате удара по груше, в которой имеется полость со сжатым воздухом, возникает импульс давления, преобразуемый первичным преобразователем 1, соединенным с полостью груши. в импульс напряжения. Дифференциальный усилитель 3 усиливает сигнал первлчного преобразователя и преобразует его в однофазный сигнал. Согласующий усилитель 9 дополнительно усиливает импульсный сигнал, Линеаризирующий усилитель
10 осуществляет приведение зависимости величины сигнала от энергии удара к линейному виду. Компаратор 11 npv. появлении сигнала формируетимпульс(фиг.2), который запускает одновибратор 12, Одновибратор
12 перекл чает пиковый детектор 4 из состояния "Сброс" в рабочий режим. Пиковый детектор 4 запоминает амплитуду сигнала.
Узел 13 запуска сравнивает сигнал на входе л выходе пикового детектора 4 и в момент
t2, когда сигнал на входе пикового детекто5
55 ра 4 станет меньше напряжения на его выходе (т.е. сигнал начнет уменьшаться), узел
13 запуска формирует импульс, который включает АЦП 5 в режим однократного измерения, АЦП 5 измеряет напряжение на выходе пикового детектора 4. передача напряжения с выхода пикового детектора 4 на вход АЦП 5 осуществляется коммутатором
8. Одновременно второй вход АЦП 5 подключается через коммутаторы 8 к третьему выходу источника 7 опорного напряжения, Регулировкой величины опорного напряжения на третьем выходе источника 7 опорного напряжения устанавливается масштаб преобразования устройства. После окончания цикла измерения АЦП 5 результат выводится на индикатор 6 где и сохраняется до прихода нового импульса запуска.
Пусть в момент з приходит сигнал, амплитуда которого больше, чем уровень напряжения на выходе пикового детектора 4.
При этом на выходе пикового детектора 4 устанавливается новый уровень напряжения, соответствующий пришедшему входному сигналу. В момент t4 вновь срабатывает устройство 13 запуска, АЦП 5 производит однократное измерение нового значения напряжения на выходе пикового детектора 4 и выводит его на индикатор 6.
Если приходит входной сигнал, амплитуд:. которого меньше напряжения на выходе пикового детектора 4 (момент.t4), то состояние пикового детектора 4 не изменяется, устройство 13 запуска не срабатывает и по;:азания АЦП 5 не изменяюгся. Таки :. образом. осуществляется измерение максимального входного воздействия 3d время, задаваемое одновибратором 12, В момент tg через промежуток spt Me è, задаваемый одновибратором 12 (промежуток времени t> — ta), пиковый детектор 4 переводится в состояние "Сброс" и удерживается в этом состоянии до следующего запуска одновибратора 12, Устройство подготовлено к дальнейшей работе. Результат измерения предыдущего воздействия сохраняется на индикаторе 6.
Фрагмент; устройства, пример реализации которого приведен на фиг.3, выполняет функции линеаризации и запоминания сигнала, а также формирования импульса запуска АЦП. Согласующий усилитель 9 выполнен на операционном усилителе (ОУ)
DA 9.1, резисторы R 9.1 и R 9.2 задают требуемый коэффициент усиления. Линеариэирующий усилитель 11 выполнен íà OY ОА
10,1, диод ИЗ 10,1 и резисторы и 10.1-10,3 обеспечивают требуемый вид передаточной характеристики. Компаратор 11 выполнен на О, ОА 11.1, пэро"oaoe срабатывание
1742651 компярятара устанявлиВается резис) срам R
11.".. Одновибратор 12 выполнен на триггере DD 12, цепь Р 12,1 C 12.1 задает длительность формируемого импульса. Пиковый детектор реализован на OY DA 4.1, ОА 4.2, диодах ИЗ 4,1 VD 4.2, емкости C 4.1. Тран3I>1cTQp )/1 4. 11 Qcу)цествл!яет сброс iIYiKQBGI"0 детектора, Узел запуска реализован на ОУ
DA 13.1, Для исключения ложных срабатываний сигнал на неинвертирующий Вход ОУ
DA 13.1 подан через делитель 8 13,1 — 13,2, 0 б е с и с ч и Б Я ю ).Ц и и -, H I>I )K 6 I 1и е y p Q B H s. c!i! H 8/ B
HB нескслька милливольт, Дифференциальный усилитель, генераТОР ТОКЯ ИС "ОЧНИК ОПОРг!ОГО HdiIPB» .6НИЯ Мо, у) оылг; раввина -BHBI г.:;: известным схемам. .-Очных импульсов В Биде цифрового када В
:,, „-};»18 !}6 Н NB .PPQ! E0 8>;."-;СЯ; ОЯ3 !> „.I<8 0QCil 6 TQ!-Q ", 1- 3 1,")Г"/Л :: =: Зафиi! С:jBQBЯНЯ В Г!1>
> .., !,i +r "-, 6. ;; i 006 <);, !а БРЕМЯ P!3I»18P6H()Я . ;1>П 5 Hапряжение на Выходе пикового Де8КТОРЯ ". ПОЯКТИЧБСКИ Не ИЗМБНЯ6 ГСЯ, ЧП -.: позволяет повыси ь точносгь p31 !6p6HI!;i„
ОД/ НОЧНЫХ ИМПУЛЬСОВ, (1.) u p М i Я И 3 О <> „; 6 Г 8 г1 И я
Устройства изм8рен>ия максимальна )! ,,-,инямическаи нягрузl 118 Р БИЧ НОГО П/)800 )ЯЗОБЯ" ЕЛ Я, )Ï РЯБЛЯ8МЬ! Й ИСТО-! rl 1К 1 О (B, ДИфф8г 8H ЦИЯЛ ЬН ЫЙ УСИЛИ; =ль, пиковый детектор. аналого-цифровой преобразователь, индикатор, источн!ик опорнага напряжения, коммутатор, причем выход управляемОгс источника тока соединен с ВхОДОм п8РВичнОГО пP80150830BBT8ëB, первый и второй выходы первичного преобразователя соединены соответственно с первым и вторым входами дифференциальНОГО УСИЛИТБЛЯ, ВЫХОД I 5 первым входом коммутатора, выход пикавоГО детектора соединен с Вторым БхОдам комму гатора, первый и второй выходы коммутатора соединены с первым входом аналого-цифрового преобразователя, выход 11". которого связан с входам индикатора, перБь>й ВыхОд ис гочникя Опар iQI 0 напряжения cQ8äi1H8H с входом упрявляемога источника ! QKB, 0 > л и ч а Го )д е 8 с я тем, чта, с целью "IQBÛÁ8H»Iß ТОЧНОС И ИЗМБОБНИЯ И рЯСШ Ире 1:> ния 1)!/Нкциана/! ьн ь!х ВОЗможнас>ей за счет ! Н! Й 60/1>1> И ;-1!-;;--.. ВОЗДЕЙС >-БИЯ Наг/)ДКИ, В Не!"О I,B8q6IIЫ =.:Q1 Л »3>! УК:1 ГЦИЙ » !.ИЛ ИТСЛ Ь, ЛИ Н8Я РИ 3 /ЮГЦИ Й !«1; и Vi T .ñл УП/»!Г! .,) 1 Q 0 >, !! I 0B1,,;) г d! 0 P 211,/Зел запуска, . )ри Ятом ВыхОД Д>А )<реренциГОГО усилите/)я подключен к В. (г)ду саГла ) : >!1" 0 /:; ИЛ Ител Я,:" Ь1)<Р В I. -QT!- ; 01 0 Г!ОДК/1 !О ">8Н !< ВХОДУ Линеааиз /i!0 Бега УСИЛИ ге/!)-. К ВЫХОДУ КОМПЯ РЯТ001Я., ВЫХОД КÎ i QPQi l,) ". =„p83 Одновиоратор соединен с Входам С,}1)ОСЯ Г>:I(QBQ> 0 <>8761<ТООЯ, П80БЫИ ВХОД Ка а>гг! ".:= я" "-: с рь>ха>)ам лин »яг>!):- /"0 p! с УС if!,",TB/!B, Я ВЬ!ХОД С STOPÛÌ ВХОДОМ !/3i)8 ;- :я/Г, .;ка. первый B:(0,/I <Оторгна соединен с "I Выходом линеяри!Зуюгцега> ) сили еля. 3 Bbi .;(Op, — с третьим Входам анялсго-цифрового г> реобОЯЗоват8ля. BTQpQÉ Бха котарОГО са "i I->ен C ТР< ТЬИ!vl И Че-!.Bеги-ЫМ BBI)<0 КОММУ ГЯ-! ОРЯ ПРИЧ6!И Вiiаг ОЙ !1 T<}6Tи> BblXO.> . ДЫ ИСТОЧНИКЯ ОПQPHQI НЯП ОЧЖ8НИЯ ПОДключены саотве ственно к третьем" и ii6 Bi. .0Т()МУ ВХОДЯ/»" i(01 1М!! BTQQЯ. 10 ор Р Ф оикоду дифсререн- i циального усилителя 1742651 си На &од I Мгуска 1742551 30 50 Составитель С. Лебедев Редактор М, Янкович Техред M.Ìîðãåíòàë Корректор В. Гирняк Производственно-издательский комаин ;т "Патент", г. Ужгород, ул. агарин-», 101 Заказ 2278 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открьг.иям при ГК::"г СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5
