Система управления гравиметром

 

СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ГРАВИМЕТРОМ , содержащая реле, нуль-орган, первый переменный резистор, первый и второй концевые выключатели, маятниковый чувствительный элемент, оптически связанный с первым и вторым фотодиодами, первые выводы которых соединены между собой, а вторые выводы соединены между собой и с общей шиной системы, первый и второй электродвигатели, первые выводы которых соединены между собой и с общей шиной системы, последовательно соединенные формирователь импульсов по переднему фронту и первый триггер, соединенный выходом с первым входом элемента ИЛИ и управлякшщм входом первого коммутатора, соединенного выходом с выходом второго коммутатора и с входом первого усилителя мощности, и последова тельно соединенные формирователь импульсов по заднему фронту и второй триггер, соединенный выходом с вторым входом элемента ИЛИ, о т л и чающаяся тем, что, с целью повышения ее точности и надежности, в ней дополнительно установлены второй переменный резистор, источник постоянного напряжения, третий коммутатор, фильтр низких частот, элемент ИЛИ-НЕ, второй усилитель мощности, последовательно соединенные первый редуктор, первый преобразователь вращательного движения в поступательное и измерительная пружина, последовательно соединенные второй редуктор, второй преобразователь вращательного движения в поступательное и диапазонная прус жина, выходные валы первого и второго редукторов механически соединеСЛ ны с валами соответственно первого и второго двигателей, а их выходные валы - с подвижньми выводами соответственно первого и второго переменных резисторов, первые неподвижные вьшоды которых соединены между собой и с первым вьшодом источника постоянного напряжения, а их вторые неподвижные вьшоды соединены между собой и с вторым вьлводом источника постоянного напряжения , третий вывод которого соединен с общей щиной системы, подвкжньй контакт первого переменного резистора электрически соединен с входом нуль-органа, соединенного выходом с входом формирователя импульса по переднему фронту и с сигнальным входом первого коммутатора, выход первого преобразователя вращательного движения в поступательное механически соединен с первым и вторым концевыми выключателями, первые выводы которых соединены между со

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

3(51) G 05 В 11/01

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3485913/18-24 (22) 27.08.82 (46) 07.04.84. Бюл. Ф 13 (72) О,Н. Баханов и Ю.Л. Кочнев (71) Южное производственное объединение по морским геологоразведочным работам "Вкморгеология" (53) 62-50(088.8) (56) 1.Авторское свидетельство СССР

Ф 658403, кл. С 05 В 11/01, 1979;

2. Авторское свидетельство СССР

Ф 954924, кл. С 05 В 11/01, 1982.

3. Авторское свидетельство СССР

Н - 947819, кл. С 05 В 11/О1, 1977 (прототип). (54) (57) СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ГРАВИМЕТРОМ, содержащая реле, нуль-орган, первый переменный резистор, первый и второй концевые выключатели, маятниковый чувствительный элемент, оптически связанный с первым и вторым фотодиодами, первые выводы которых соединены между собой, а вторые выводы соединены между собой и с общей шиной системы, первый и второй электродвигатели, первые выводы которых соединены между собой и с общей шиной системы, последовательно соединенные формирователь импуль. сов по переднему фронту и первый триггер, соединенный выходом с первым входом элемента ИЛИ и управляющим входом первого коммутатора, соединенного выходом с выходом второго коммутатора и с входом первого усилителя мощности, и последова тельно соединенные формирователь импульсов по заднему фронту и BTO рой триггер, соединенный выходом с вторым входом элемента ИЛИ, о т л и(19)SU(II) А чающая с я тем, что, с целью повышения ее точности и надежности, в ней дополнительно установлены второй переменный резистор, источник постоянного напряжения, третий коммутатор, фильтр низких частот, элемент ИЛИ-НЕ, второй усилитель мощности, последовательно соединенные первый редуктор, первый преобразователь вращательного движения в поступательное и измерительная пружина, последовательно соединенные второй редуктор, второй преобразователь вращательного движения в поступательное и диапазонная пружина, выходные валы первого и второго редукторов механически соединены с валами соответственно первого и второго двигателей, а их выходные валы — с подвижными выводами соответственно первого и второго переменных резисторов, первые.неподвижные выводы которых соединены между собой и с первым выводом источника постоянного напряжения, а их вторые неподвижные выводы соединены между собой и с вторым выводом источника постоянного напряжения, третий вывод которого соединен с общей шиной системы, подвижный контакт первого переменного резистора электрически соединен с входом нуль-органа, соединенного выходом с входом формирователя импульса по переднему фронту и с сигнальным входом первого коммутатора, выход первого преобразователя вращательного движения в поступательное механически соединен с первым и вторым концевыми выключателями, первые выводы которых соединены между со1084728

I ля.

2S

3f бой и с вторым выводом источника постоянного напряжения, а их вторые выводы соединены между собой и с вторым входом первого триггера, соединенного выходом с первым входом элемента ИЛИ-НЕ, подключенного вторым входом к выходу второго триггера, а выходом — к управляющему входу второго коммутатора, первые выводы первого и второго фотодиодов подключены fc входу фильтра низ.ких частот, соединенного выходом

Изобретение относится к автоматическому измерению и предназначено для измерения гравитационной постоянной на море в комплексе с демпферно-поплавковой системой.

Известна система управления гравиметром, содержащая фотоэлектрический датчик положения маятника, выход которого подключен к входу предварительного усилителя, потенциометрический датчик угла поворота микрометрического винта, усилитель мощности, два двигателя, валы которых механически соединены с фотоэлектрическим датчиком положения маятника, а вал первого двигателя — с потенциометрическим датчиком угла поворота микрометрического винта и двумя концевыми выключателями, логические элементы ИЛИ, ЗАПРЕТ, два триггера, два реле, три логических элемента И, нуль-орган, к входу которого через размыкающие контакты первого реле подключена обмотка управления первого двиravens, через замыкающие контакты первого реле — обмотка управления второго двигателя и непосредственно выход усилителя мощности, к входу которого через размыкающие контакты второго реле подключен выход предварительного усилителя и через замыкающие контакты второго реле выход потенциометрического датчика угла поворота микрометрического винта, выход нуль-органа соединен с первыми входами первого и второго логических элементов И, выходы через реле с входом формирователя импульсов по заднему фронту н с сигнальными входами второго и треть. его коммутаторов, управляющий вход третьего коммутатора соединен с выходом элемента ИЛИ,а его выход через второи усилитель мощности— с вторым выводом второго электродвигателя, выход первого усилителя мощности,соединен с вторым вы-водом первого электродвигатекоторых подключены соответственно к первым входам первого и второго триггеров, первый выход первого триггера соединен с первым входом логического элемента ЗАПРЕТ и с вторыми входами первого логического элемента И и второго триггера, выход которого подключен к первому входу третьего логического элемента

И и к вторым входам второго логического элемента И и логического элемента ЗАПРЕТ, выход которого соединен с обмоткой второго реле, второй выход первого .,триггера подключен к второму входу третьего логического элемента И, выход которого соединен с обмоткой первого реле, а замыкающие контакты обоих концевых выклю .чателей через логический элемент, 20 ИЛИ подключены к второму входу

Э первого триггера (1) .

Недостаток указанной системы— низкая динамическая точность.

Известна также система управления гравиметром, содержащая датчик угла поворота микрометрического винта, механически соединенного с первым двигателем и концевыми выключателями, и датчик положения маятника, контакты концевых выключателей соединены с пусковым входом первого счетчика, два выхода которого соединены с входами обмоток первого и второго реле, выход датчика положения маятника через последовательно соединенные нормально закрытый контакт первого реле, предварительный

1084728 ключен соответственно через размыкающий и замыкающий контакты реле к первому и второму двигателям, выход усилителя мощности соединен с входом нуль-органа, выход которого подключен к первому входу первого элемента И, датчик угла поворота микррметрического винта и фотоэлектричеСкий датчик положения маятника, 1О которые кинематически соединены с валом первого двигателя, а вал второго двигателя кинематически соединен с фотоэлектрическим датчиком положения маятника, первый выход пер15 вого триггера соединен с первым входом второго элемента И, к второму входу которого подключен выход первого триггера, а выход второго элемента И соединен с обмоткой

20 реле, элемент ИЛИ, формирователи импульсов по переднему и заднему фронтам, счетчик импульсов и два коммутатора, первые входы которых подключены соответственно к фото25 электрическому датчику положения маятника и к датчику угла поворота микрометрического винта, вторые входы — к первому и второму выходам первого триггера, а выходы подключены к входу усилителя мощности, концевые выключатели подключены к первому формирователю импульсов по переднему фронту, выход которого соединен с первым входом первого триггера, к второму входу через второй формирователь импульсов по переднему фронту подключен первый выход счетчика импульсов, второй выход первого триггера через первый формирователь им4> пульсов по заднему фронту и второй выход счетчика импульсов через третий формирователь импульсов по переднему фронту соединены соответственно с первым и вторым входами второго

Jb

45 триггера, к первому и второму входам счетчика импульсов подключены соответственно выход первого элемента И через второй формирователь импульсов по заднему фронту — выход второго триггера и первый вход элемента

ИЛИ, второй вход которого соединен с вторым выходом первого триггера, а выход — с вторым входом первого элемента И j3) .

55 усилитель, усилитель мощности и перекидной контакт второго реле подключен к двигателям, два пороговых устройства, преобразователь напряжение — частота, элемент И, второй и третий счетчики, генератор импульсов, переключатель, три формирователя сигналов, четыре реле, блок отключения, ключ, причем выход датчика угла поворота микрометрического винта соединен через параллельно включенные пороговые устройства с входом обмотки третьего реле, через преобразователь напряжение — частота — с первым входом элемента И и через нормально открытый контакт первого реле с входом предварительного усилителя, выход элемента И подключен к входу второго счетчика, а второй вход элемента И соединен с входом третьего счетчика непосредственно и через нормально закрытый контакт четвертого реле и нормально открытый контакт шестого реле с выходом генератора импульсов, выходы третьего счетчика через переключатель и нормально закрытый контакт третьего реле подключены к входу блока отключения и через нормально открытый контакт третьего реле к входу первого формирователя сигналов, выход .которого подключен к пусковому входу первого счетчика, к третьему выходу которого подключен вход обмотки пятого реле, вход обмотки шестого реле через ключ соединен с выходом второго формирователя сигналов, вход которого подключен к выходу предварительного усилителя и к входу третьего формирователя сигналов, выход которого соединен со сбро. совым и счетным входами первого счетчика, выходы обмоток, первого, второго, пятого и четвертого реле объединены и через нормально закрытый контакт пятого реле, параллельно включенные нормально открытые контакты первого и второго реле подключены к входу обмотки четвертого реле (2) .

Недостаток указанной системы— низкая динамическая точность.

Наиболее близкой к предлагаемой по технической сущности является система управления гравиметром, содержащая концевые выключатели, усилитель мощности, выход которого подИзвестная система построена на основе метода полной компенсации отклонений маятника. При морских измерениях с гравиметром в условиях

1084728 нежесткой опоры для удержания маятника в нулевом положении требуется непрерывная работа приводов гравиметра. Это приводит к преждевременному износу механических узлов приводов, появлению люфтов, следовательно, к значительным систематическим погрешностям измерения, а также к повышенному расходу энергоресурсов автономного гравиметрического комплекса. Таким образом, недостатками известной системы являются также ее низкие точность и

10 надежность.

Поэтому оптимальным алгоритмом 15 работы поплавкового гравиметра является свободная регистрация перемещения маятника гравиметра в зоне линейного измерения, определяемая люкс-амперной характеристикой фото- 20 электрического датчика положения маятника гравиметра и его программный вывод в середину линейной зоны при превышении порога линейности в зависимости от состояния конечных 25 положений преобразователя вращения в линейное перемещение точного привода и.величины амплитуды информационного сигнала.

Цель изобретения — повышение точности и надежности системы.

Указанная цель достигается тем, что в систему управления гравиметром, содержащую реле, нуль-орган, первый переменный резистор, первый и второй концевые выключатели, маятЭ никовый чувствительный элемент, оптически связанный с первым и вторым фотодиодами, первые выводы которых соединены между собой, а вторые выводы соединены между собой и с общей шиной системы, первый и второй электродвигатели, первые выводы которых соединены между собой и с общей шиной системы, последовательно соединенные формирователь импульсов по переднему фронту и первый триггер, соединенный выходом с первым входом элемента ИЛИ к управляющим входом первого xo+y50 татора, соединенного выходом с выходом второго коммутатора и с входом первого усилителя мощности, и последовательно соединенные формирователь импульсов по заднему фронту и второй триггер, соединенный выходом с вторым входом элемента ИЛИ, дополнительно введены второй переменный резистор, источник постоянного напряжения, третий Коммутатор, фильтр низких частот, элемент ИЛИ-НЕ, второй усилитель мощности, последователь но соединенные первый редуктор, первый преобразователь вращательного движения в поступательное и измерительная пружина, последовательно соединенные второй редуктор, второй преобразователь вращательного движения в поступательное и диапазонная пружина, выходные валы первого и второго редукторов механически соединены с валами соответственно первого и второго двигателей, а их выходные валы — с подвижными выводами соответственно первого и второго переменных резисторов, первые неподвижные выводы которых соединены между собой и с первым выводом источника постоянного напряжения, а их вторые неподвижные выводы соединены между собой и с вторым выводом источника постоянного напряжения, третий вывод которого соединен с общей шиной системы, подвижный контакт первого переменного резистора электрически соединен с входом нульоргана, соединенного выходом с входом формирователя импульса по переднему фронту и с сигнальным входом первого коммутатора, выход первого преобразователя вращатель1 ного движения в поступательное механически соединен с первым и вторым концевыми выключателями, первые выводы которых соединены между собой и с вторым выводом источника постоянного напряжения, а их вторые выводы соединены между собой и с вторым входом первого триггера,соединенного выходом с первым входом элемента ИЛИ-НЕ, подключенного вторым входом к выходу второго триггера, а выходом — к управляющему входу второго коммутатора, первые выводы первого и второго фотодиодов подключены к входу фильтра низких частот, соединенного выходом через реле.:с входом формирователя импульсов по заднему фронту и с сигнальными входами второго и третьего коммутаторов, управляющий вход третьего коммутатора соединен с выходом элемента

ИЛИ, à его выход через второй усилитель мощности — с вторым выводом второго электродвигателя, выход первого усилителя мощности соединен с вторым выводом первого электродвигателя.

1084728

На фиг. приведена структурная схема системы; на фиг. 2 — статическая характеристика реле; на фиг. 3 — статическая характеристика нуль-органа; на фиг. 4 — таблица истинности логики системы.

Система содержит маятник 1, первый фотодиод 2, фильтр 3 низких частот, регистратор 4, реле 5, первый и второй переменные резисторы 6 и 7, 10 первый коммутатор 8, первый усилитель

9 мощности, первый двигатель 10, первый редуктор 11, первый преобразователь 12 вращательного движения в поступательное, измерительная 15 пружина 1Э, первый концевой выключатель 14, первый и второй триггеры

15 и l6, элемент ИЛИ-НЕ 17, нульорган 18, формирователь 19 импульсов по переднему фронту, элемент ИЛИ 20

20, второй усилитель 21 мощности, второй двигатель 22, второй редуктор 23, второй преобразователь 24 вращательного движения в поступательное, диапазонная пружина 25,фор- 25 мирователь 26 импульсов по заднему фронту, второй фотодиод 27, общая шина 28 системы, источник 29 постоянного напряжения, второй и третий коммутаторы 30 и 31, маятниковый чувствительный элемент 32, источник

33 света, зеркало 34, гравитометр

35, устройство 36 управления, фотоэлектрический датчик 37 положения, второй концевой выключатель 38 (U< — сигнал на выходе i-го блока системы).

40

Система работает следующим образом.

Исходное нормальное состояние системы соответствует такому положению маятника 1 маятникового чувствительного элемента 32, при котором его вариации перемещения под воздействием изменения приращения силы тяжести не выходят эа пределы участка линейности измерения. Линейный участок измерения определяется люкс-амперной характеристикой фотодиодов 2 и 2? фотоэлектрического датчика 37 положения маятника 1 маятникового чувствительного ,элемента 32.

В режиме линейного измерения информационный сигнал с фотоэлектри- ческого датчика 37 положения маятника маятникового чувствительного . элемента 32 гравиметра 35 поступает на фильтр 3 нижних частот, частота среза которого равна частоте сигнала внешних возмущений. После фильтрации выходной сигнал фильтра 3 одновременно с регистрацией на третьем канале самопишущего регистратора 4 подается на вход реле 5, имеющего релейную характеристику с тремя устойЧивыми состояниями с запаздыванием и находящегося в исходном нулевом положении (фиг. 2). Два других состояния +U ðåëå 5 имеют место

-при подаче на вход реле сигнала U3 7Пс 7, где U — порог срабатывания реле 5, который соответствует диапазону линейного участка измерения. На первый и второй канал регистратора 4 поступает постоянный сигнал с переменных резисторов 6 и 7, с помощью которых определяют величину перемещейия измерительной 13 и диапазонной 25 пружин соответственно.

В случае превышения выходным сигналом фильтра Э предела линейности срабатывает реле 5 и его выходной сигнал +U> соответствующей полярности через открытый второй коммутатор 30 поступает на вход первого усилителя 9 мощности, нагрузкой которой является первый двигатель 10 точного привода, вращение которого через редуктор 11 и преобразователь

12 вращательного движения в поступательное воздействуют на измерительную пружину 13,стремясь вернуть маятник 1 в положение плоскости горизонта. При движении маятника 1 к плоскости горизонта уменьшается величина амплитуды выходного сигнала фильтра

3 и при достижении его на входе реле 5 U = +U>, где U — порог отпускания реле 5; последний возвращается в исходное нулевое положение, т.е. система приведена в режим линейного измерения.

При значительном перепаде приращения силы тяжести между двумя точками измерения или в случае достижения измерительной пружины 13 своих крайних положений на растяжение или сжатие срабатывает один из концевых выключателей 14 (или 38), механически связанных с первым преобразователем 12 вращательного движения в поступательное, после чего напряжение источника 29 постоянного напряжения через нормально разомкнутый контакт первого концевого выключа10 кая сигнал с реле 5 на вход второго усилителя 21 мощности, нагрузкой которого является второй двигатель

22, вращение которого через второй

5 Редуктор 23 и второй преобразователь 24 вращательного движения в поступательное воздействует на диаt пазонную пружину 25, стремясь вернуть маятник 1 в положение плос10 кости горизонта. При достижении выходным сигналом фильтра 3 значения

+U0 реле 5 возвращается в исходное нулевое состояние и перепад напряжения фиксируется формирователем 26

1% импульсов по заднему фронту с выдачей импульса сброса, поступающего на К-вход второго триггера 16, возвращая его в исходное положение

«0-1«.

Согласно таблице истинности логики (фиг. 4) в случае, если к данному моменту первый триггер 15 находится еще в положении "1-0", 25 т.е. первый переменный резистор 6 не выведен в точку нулевого потенциалр, то третий коммутатор 31 остается открытым, что позволяет в случае превыиения порога линейности выходньа4 сигналом фильтра 3, вызванного воздействием измерительной пружины 13 в сторону увеличения амппитуды выходного сигнала фильтра

3, вновь при срабатывании реле 5 вы35 вести маятник 1 в" середину линейного участка измерения.

9 1084728 теля 14 поступает на Д -входы первого и второго триггеров 15 и 16, переводят их в состояние «1-0".

Согласно таблице истинности логики (фиг. 4) происходят. следующие изменения в сочетании управляющих сигналов коммутаторов 8, 30 и 3 1, а именно. отсутствие сигнала на выходе элемента ИЛИ-БЕ 17 закрывает второй коммутатор 30; напряжение кода «1« прямого выхода триггера 15 открывает первый коммутатор 8 и сигнал с первого переменного резистора

6, определяющий положение измерительной пружины 13, одновременно с регистрацией на первом входе регист ратора 4 поступает через нуль-орган

18 и открытый первый коммутатор 8 .на вход первого усилителя мощности

9, и как следствие вращение первого: двигателя 10 в направлении вывода первого переменного резистора 6 в точку нулевого потенциала, что соот ветствует середине перемещения измерительной пружины 13. При переходе через точку нулевого потенциала куль-орган 18 осуществляет переброс полярности напряжения. При этом формирователь 1.9 импульсов по переднему фронту выдает импульс сброса, поступающий на К-вход первого триггера- 15, возвращая последний в исходное положение «0-1«. Таким образом, измерительная пружина 13 и переменный резистор 6 выведены в середину своего рабочего положения.

Одновременно, напряжение кода

«1", прямых выходов триггеров 15 и

16 поступает на вход элемента ИЛИ

20 и его выходное напряжение открывает третий коммутатор 31, пропусИзобретение позволяет повысить динамическую! точность системы

40 примерно в три с половиной раза и повысизь ее надежность примерно на двадцать процентов.

1084728

1084728

1084728

ВНИИПИ Заказ 1996/40 Тиран 842 Подписное

Филиал ППП "Патент" ° г. Узз ород, ул.Проектная,4