Цифровое тензометрическое устройство

 

ЦИФРОВОЕ ТЕИЗОМЕТРИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО, содержащее тензодатчики и цифровой автокомпенсатор с фазочувствительным нуль-органом, к входам которого подключены выходы тензодатчиков и декодирующего преобразователя , соединенных с генератором сигналов , а к выходу - вход схемы выборки и хранения, вход управления которой соединен с генератором сигналов, а выход подключен к входу анализатора уровней, реверсивньш счетчик, поразрядно соединенный с декодирующим преобразователем , и промежуточный числоимпульсный преобразователь, включающий в себя два компаратора, выходы которых подключены к первым входам двух логических элементов И, раздельно связанных выходами со счетными входами реверсивного счетчика, формирователь пилообразного напряжения, выходы которого раздельно подключены к первым входам компараторов, и высокочастотный генератор, вход которого и вход формирователя пилообразного напряжения подключен к выходу генератора сигналов, отличающееся тем, что, с целью повышения быстродействия и перегрузочной способности за счет дискретной адаптации его канала усиления и промежуточного число -импульсного преобразователя к величине сигнала разбаланса, в него введены управляемые усилитель и делитель частоты, причем вход управляемого усилителя соединен с выходом схемы выборки и хранения, а его выход - с вторыми входами компараторов , счетный вход управляемого делителя частоты подключен к выходу высокочастотного генератора, а его выход - к входам логических элементов И, управляющие входы управляемых усилителя и делителя частоты соединены с выходами анализатора уровней.

СОНИ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН

09) (И) 4 (51) G 01 С 3/142

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ оиислник изоБРкткНИя

Н ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3641244/24-10 (22) 19. 09 ° 83 (46) 30.01.85. Бюл. Р 4 (72) М.В.Скалевой и В.В.Скалевой (71) Одесский ордена Трудового Красного Знамени политехнический институт (53) 681. 269 (088. 8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

Ф 6 19801 кл. G 01 С

2. Авторское свидетельство СССР

У 1015258, кл. G 01 G 3/14. (54) (57) ЦИФРОВОЕ ТЕНЗОИЕТРИЧЕСКОЕ

УСТРОЙСТВО, содержащее тенэодатчики и цифровой автокомпенсатор с фазочувствительным нуль-органом, к входам которого подключены выходы тенэодатчиков и декодирующего преобразовате:ля, соединенных с генератором сигна:лов, а к выходу — вход схемы выборки и хранения, вход управления которой соединен с генератором сигналов, а выход подключен к входу анализатора уровней, реверсивный счетчик, поразрядно соединенный с декодирующим преобразователем, и промежуточный числоимпульсный преобразователь, включающий в себя два компаратора, выходы которых подключены к первым входам двух логических элементов И, раздельно связанных выходами со счетными входами реверсивного счетчика, формирователь пилообразного напряжения, выходы которого раздельно подключены к первым входам компараторов, и высокочастотный генератор, вход которого и вход формирователя пилообразного напряжения подключен к выходу генератора сигналов, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью новьппения быстродействия и перегрузочной способности эа счет дискретной адаптации его канала усиления и промежуточного число-импульсного преобраэо- g вателя к величине сигнала разбаланса в него введены управляемые усилитель и делитель частоты, причем вход управляемого усилителя соединен с выходом схемы выборки и хранения, а .

его выход — с вторыми входами компараторов, счетный вход управляемого делителя частоты подключен к выходу высокочастотного генератора, à его выход — к входам логических элементов И, управляющие входы управляемых усилителя и делителя частоты соединены с выходами анализатора уровней.

1137322

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для использования при динамических измерениях веса, усилий, деформаций и т.п.

Известно цифровое устройство для тенэометрирования динамических процессов, содержащее тензодатчики и следящий автокомпенсатор, включающий фаэочувствительный нуль-орган, два выхода которого управляют реверсом счетчика, поразрядно связанного с декодирующим преобразователем, а третий подключен к входам анализаторов

15 уровней, управляющих через комбинационную логическую схему весовым коэффициентом импульсов, поступающих на различные входы счетчика f1) .

Недостаток известного устройства заключается в низком быстродействии вследствие того, что эа цикл преобразования в счетчик поступает только один импульс.

Наиболее близким к предлагаемому является цифровое тенэометрическое устройство, содержащее тенэодатчики и цифровой автокомпенсатор с фазочувствительным нуль-органом, к входам которого подключены выходы тенэодатчиков и декодирующего преобразовате30 ля, соединенных с генератором сигналов, а к выходу — вход схемы выборки и хранения, вход управления которой соединен с генератором сигналов, а выход подключен к входу анализатора уровней, реверсивный счетчик, поразрядно соединенный с декодирующим преобразователем, и промежуточный числоимпульсный преобразователь, включающий два компаратора, выходы которых подключены к первым входам двух логических элементов И, раздельно связанных выходами со счетными входами реверсивного счетчика, формирователь пилообразного напряжения, выходы ко- 4 торого раздельно подключены к первым входам компараторов, и высокочастотный генератор, вход которого и вход формирователя пилообразных напряжений подключены к выходу генератора сигналов (2) .

Однако данное устройство характеризуется недостаточными скоростью измерений и перегрузочной способнос- 55 тью при широком динамическом диапазоне измеряемых сигналов, что ограничивает область его применения.

Цель изобретения — повышение быстродействия и перегрузочной способности устройства эа счет дискретной адаптации его канала усиления и промежуточного число-импульсного преобразователя к величине сигнала разбаланса.

Поставленная цель. достигается тем, что в цифровое тензометрическое устройство, содержащее тензодатчик и цифровой автокомпенсатор с фазочувствительным нуль-органом, к входам которого подключены выходы тензодатчиков и декодирующего преобразователя, соединенных с генератором сигналов, а к выходу — вход схемы выборки и хранения, вход управления которой соединен с генератором сигналов, а выход подключен к входу анализатора уровней, реверсивный счетчик, поразрядно соединенный с декодирующим преобразователем, и промежуточный число-импульсньй преобразователь, включающий в себя два компаратора, выходы которых подключены к первым входам двух логических элементов И, раздельно связанных выходами со счетными входами реверсивного счетчика, формирователь пилообразного напряжения, выходы которого раздельно подключены к первым входам компараторов, и высокочастотный генератор, вход которого и вход формирователя пилообразного напряжения подключены к выходу генератора сигналов, введены управляемые усилитель и делитель частоты, причем вход управляемого усилителя соединен с выходом схемы выборки и хранения, а его выход — с вторыми входами компараторов, счетный вход управляемого делителя частоты подключен к выходу высокочастотного генератора, а его выход — к входам логических элементов И, управляющие входы управляемых усилителя и делителя частоты соединены с выходами анализатора уровней.

На чертеже представлена функцио"нальная схема устройства.

Устройство содержит генератор 1 сигналов, тензодатчики 2, цифровой автокомпенсатор, в состав которого входят фазочувствительный нуль-орган 3, схема 4 выборки и хранения, реверсивный счетчик 5, декодирующий преобразователь 6 и анализатор 7 уровней, оценивающий величину напряжения на .выходе схемы 4 и состоящий, например, из ряда триггеров Шмитта

Цифровое тензометрическое устройство работает следующим образом.

Измеряемый сигнал с выходов тензодатчиков 2 и компенсирующее напряжение с выхода декодирующего преобразователя 6 поступают на фазочувствительный нуль-орган 3, на выходе которого выделяется напряжение, пропорциональное входному разбалансу.

Вначале по сигналу управления выходное напряжение нуль-органа 3 за50 з 1137 с различными порогами срабатывания и комбинационной логической схемы, вырабатывающей выходные сигналы в зависимости от количества сработавших триггеров. В цифровой автокомпенсатор входит также промежуточный преобразователь усиленного сигнала вход- ного разбаланса в число-импульсный код, имеющий логические элементы

И 8 и 9, высокочастотный генератор

10, генерирующий импульсы при наличии сигнала запуска на его входе, .формирователь 11 пилообразных напряжений, с выходов которого поступают разнополярные пилообразные напряжения на компараторы 12 и 13 для пре— образования во временной интервал выходных сигналов недокомпенсации и перекомпенсации.

Управляемый усилитель 14, с выхода которого на входы компараторов

12 и 13 поступает усиленное напряжение схемы 4, предназначен для изме-! нения величины усиления выходного разбаланса, осуществляемого, например, путем коммутации ключами различных резисторов в цепи обратной связи усилителя (не показаны) по сигналам, поступающим на его входы управления.

С выхода генератора 10 импульсы высокой частоты поступают на счетный вход управляемого делителя 15 частоты, предназначенного для адаптации промежуточного преобразователя. Коэффициент деления частоты этого делителя определяется комбинацией сигналов на его управляющих входах, которые объединены с соответствующими выходами анализатора 7 и входами управления усилителя 14 так, чтобы произведение коэффициента усиления сигнала раэбаланса на частоту импульсов заполнения, поступающих с делителя 15 на элементы И 8 и 9, было

IIocToHHHo IlpH любом выходном состоянии анализатора 7.

322 4 поминается" схемой 4. В зависимости от величины этого напряжения на выходе анализатора 7 формируется комбинация управляющих сигналов, которая устанавливает соответствующие коэффициенты усиления усилителя 14 и коэффициент деления частоты делителя 15.

Затем на входы формирователя 11 и генератора 10 поступает сигнал запуска. С этого момента выходное напряжение схемы 4, усиленное усилителем 14, преобразуется в число-импульсный код. Временный интервал, полученный в результате сравнения на компараторах 12 и 13 укаэанного напряжения с разнополярными пилообразными напряжениями, заполняется импульсами. Эти импульсы поступают с выхода делителя 15 через элемент

И 8 на суммирующий вход счетчика 5 при недокомпенсации на входе автокомпенсатора, и через элемент И 9 — на вычитающий вход счетчика 5 при перекомпенсации. Количество импульсов пропорционально произведению частоты их следования на коэффициент деления делителя 15 и за счет калибровки крутизны пилообразных напряжений соответствует величине входного разбаланса.

При незначительной величине разбаланса на входе компенсатора (например в 80 квантов декодирующего преобразователя,6), на выходах анализатора

7 сформируется комбинация сигналов, которая, воздействуя на соответствующие входы усилителя 14 и делителя 15 частоты, установит максимальное значение усиления этого усилителя и минимальное значение частоты следования имлульсов заполнения (максимальный коэффициент деления частоты дели теля 15)

В этом режиме разрешающая способность устройства максимальна, вследствие чего небольшой разбаланс компенсируется полностью за один такт.

Значительный входной разбаланс (например, в 8000 квантов) в этом режиме не может быть скомпенсирован за малое количество тактов, поскольку он во много раз превышает напряжение, вызывающее насыщение усилителя 14.

В устройстве осущестг.пяется дискре гная адаптация его канала усиления путем уменьшения усиления у< илителя

14 в соответствии с сигпалами управ22 ю

Таким образом, дискретная адапта30 ция канала усиления и промежуточного число-импульсного преобразователя выгодно отличает предлагаемое устройство от пзвестных как по быстродействию, так и по перегрузочной способности, что значительно расширяет область его применения.

ВНИИПО

Тираж 703

Заказ 10511/29

Подписное

S 11373 ления анализатора 7, при этом пороги срабатывания анализатора 7 и соответ. ствующие им коэффициенты усиления

Усилителя 14 подбирают так, чтобы обеспечить работу усилителя в линей- 5 ном режиме во всем диапазоне измене-. ния входного разбаланса.

Для сохранения откалиброванного коэффициента преобразования входного разбаланса в число-импульсный код по тем же сигналам анализатора 7 осуществляется адаптация промежуточного преобразователя путем изменения коэффициента деления частоты делителя

15 таким образом, чтобы произведение частоты импульсов заполнения на коэффициент усиления усилителя 14 было постоянно при любой комбинации сигналов на выходах анализатора 7. Так, при указанном разбалансе усиление 2О усилителя 14 уменьшается, например, в 100 раз, а частота импульсов заполнения so столько же раэ возрастает.

Это вызывает снижение разрешающей способности устройства и приводит к незначительной погрешности компенсации на первом такте (например, в

70 квантов), на следующем такте (при максимальном усилении) входной разбаланс будет скомпенсирован полнос- тью.

Технико-экономическая эффективность предлагаемого устройства обусловлена следующими факторами.

Алгоритм преобразования входного сигнала известных устройств (подскаэное кодирование с последовательной оценкой внутри каждой декады при дискретности измерений 1:9999) позволяет скомпенсировать полный входной разбаланс не быстрее чем за 36 тактов, а предлагаемое устройство может скомпенсировать практически любой входной разбаланс за два такта.

Следовательно, при одинаковой тактовои частоте (частота напряжения питания тензодатчиков) быстродействие предлагаемого устройства в 18 раз выше.

Для обеспечения высокой разрешающей способности известные устройства снабжены каналом усиления с высоким, но неизменным коэффициентом усиления.

В результате чего при входном разбалансе в 1000 квантов (103 диапазона измерений при дискретности 1:9999) оконечный усилитель канала усиления предлагаемого устройства защищает его от перегрузок даже при входных разбалансах, превышающих полый диапазон измерений, т.е. увеличивает перегрузочную способность устройства более чем в 10 раз.

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4