Устройство для определения значений и направлений главных деформаций

 

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано в составе средств измерений, обслуживающих прочностные испытания различных механических конструкций. Цель изобретения - уменьшение погрешности измерений значений главных деформаций и их направления - достигается тем, что в устройство, содержащее блок 1 управления и обработки, блок 2 коммутации, программируемый нормирующий преобразователь 3 и аналого-цифровой преобразователь 6, дополнительно введены блок 4 аналоговых алгебраических операций и блок 5 выбора рабочих тензорезисторов. 5 ил.

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть применено в составе средств измерений, обслуживающих прочностные испытания различных механических конструкций. Целью изобретения является уменьшение погрешности измерений значений главных деформаций и их направления. На фиг. 1 приведена структурная схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 - пример выполнения многовходового программируемого преобразователя; на фиг. 3 - пример выполнения коммутирующего устройства; на фиг. 4 - пример выполнения блока аналоговых алгебраических операций; на фиг. 5 - пример выполнения блока выбора рабочих тензорезисторов. Устройство содержит блок 1 управления и обработки, блок 2 коммутации, программируемый преобразователь 3, блок 4 алгебраических аналоговых операций, блок 5 выбора рабочих тензорезисторов, блок 6 многовходового аналого-цифрового преобразователя, линии связи 7-16. Пример выполнения многовыходового блока 2 коммутации, предназначенного для одновременного подсоединения всех компонентов (тензорезисторов) данной розетки к входам программируемого нормирующего преобразователя изображен на фиг. 3. Блок 2 коммутации содержит узел 17 групповых ключевых элементов, в котором каждый групповой ключевой элемент обеспечивает одновременное подсоединение к выходу коммутатора всех тензорезисторов подключаемой розетки. Число групповых ключевых элементов в узле 17 не меньше числа обслуживаемых розеток, подсоединенных к входу коммутатора. Срабатывание ключевых элементов в каждой группе обеспечивается командой, по линии связи поступающей от узла 18 управления группами ключевых элементов, который, в свою очередь, управляется сигналами от блока 1 управления и обработки, которые поступают на вход узла 18 по линии связи 7. Пример выполнения программируемого нормирующего преобразователя изображен на фиг. 2. Преобразователь содержит узел 19 дешифратора, узел 20 программируемого многовыходного источника тока, узел 21 компенсации сдвигов нулевого уровня начальных значений сопротивления тензорезисторов розетки и узел 22 программируемого усилителя сигналов напряжения. Вход узла 19 по линии связи 8 связан с управляющим выходом блока управления и обработки, а выходы узла 19 линиями связи 23 и 24 соединены с управляемыми входами узлов 20 и 21. Один из аналоговых выходов узла 20 программируемого многовыходного источника тока линией связи 13 подсоединяется через коммутатор к одиночным тензорезисторам розетки. Другой аналоговый выход этого же узла линией связи 25 подсоединяется к входу узла 21 компенсации сдвигов нулевого уровня начальных значений сопротивлений тензорезисторов розетки, а третий аналоговый выход узла 20 линией связи 26 соединяется с одним из аналоговых входов узла 22 программируемых усилителей. Число усилителей не меньше числа компонент (тензорезисторов) розетки. На другой аналоговый вход узла 22 подаются по линии связи 27 сигналы напряжения, пропорциональные напряжениям компенсации начальных значений напряжений отдельных тензорезисторов розетки. Выходные сигналы напряжения от узла 22 по линии связи 14 подаются на вход блока аналоговых алгебраических операций. Управление работой узла 22 осуществляется сигналами от узла 19 по линии связи 28. Пример выполнения блока аналоговых алгебраических операций, предназначенного выполнять аналоговые алгебраические операции, изображен на фиг. 4. Блок содержит узлы 29-39 аналоговых вычитателей и соответственно узлы 40-45 аналоговых сумматоров. Все указанные узлы управляются сигналами, поступающими по линиям связи 46 и 47 соответственно. Аналоговые сигналы напряжения, представляющие собой уменьшаемые члены определяемых разностей, по линиям связи 48-51 попадают на соответствующие аналоговые входы узлов 29-39. Те же аналоговые сигналы напряжения, представляющие собой вычитаемые члены определяемых разностей, подаются на другие входы узлов 29-30. Таким же образом аналоговые сигналы напряжения, представляющие собой слагаемые сумм, поступают на входы аналоговых сумматоров 40 и 41 по линиям связи 49, 51 и 48, 50 соответственно. На аналоговые входы сумматоров разностей 42-45 с выходов узлов 29-37 вычитателей по линиям связи 52-59 поступают соответствующие сигналы напряжения разностей. Сигналы с аналоговых выходов узлов блока аналоговых алгебраических операций по линиям связи 48-51 (эти линии связи являются для блока 4 транзитными), 60-68, которые образуют на выходе блока 4 аналоговую магистраль, представляемую линией связи 15, подаются на вход блока 5 выбора рабочих тензорезисторов розетки. Пример выполнения блока 5 выбора рабочих тензорезисторов розетки представлен на фиг. 5. Блок 5 содержит узел 69 дешифратора и узел 70 ключевых элементов. Узел дешифратора управляется сигналами, поступающими по линии связи 10 от блока 1 управления и обработки. Выход узла 69 дешифратора соединен линией связи 71 с управляющим входом узла 70 ключевых элементов, аналоговые входы которого соединены линией связи 15 с выходами блока 4 аналоговых алгебраических операций. Ключевые элементы узла 70 обеспечивают гальваническую связь между входами и выходами блока 5, которые линией связи 16 соединяются с входами блока многовходового аналого-цифрового преобразователя 6. В качестве блока 1 управления и обработки возможно использование стандартных мини (или микро)ЭВМ, снабженных устройствами параллельного ввода-вывода информации и соответствующей периферией. Конкретными примерами выполнения блока управления и обработки могут быть: вычислительный комплекс типа 15ВУМСО28-025 с платами параллельного ввода-вывода информации типа И 2 или комплекс с миниЭВМ типа СМ 1420.02 с блоком БРС. Работа предлагаемого многоканального измерительного устройства рассматривается на примере определения с его помощью значений главных деформаций и их направлений и предположении, что используются показания четырехкомпонентной тензометрической розетки, подсоединенной к входам программируемого нормирующего преобразователя 3 с помощью блока 2 коммутации. В табл. 1 приведены все выражения, которые необходимо реализовать в устройстве в зависимости от числа рабочих компонент розетки; в табл. 2 - сведения о входных и выходных сигналах всех измерительных блоков устройства. Работа устройства после подключения в питающую сеть источников питания начинается с приведения всех устройств в исходное (начальное) состояние, заключающееся в том, что после подачи питания в блок управления и обработки поступили от других блоков сигналы, свидетельствующие о готовности блоков к работе. Функционирование предлагаемого устройства предусматривает два этапа: первый этап - этап предварительного опроса показаний тензорезисторов всех розеток; второй этап - режим измерений. Выполнение первого этапа состоит в том, что все тензорезисторы опрашиваемой розетки подсоединяются по сигналам от блока 1 управления и обработки, к входам блока программируемого нормирующего преобразователя 3 и одновременно запитываются токами от узла синхронного питания тензорезисторов розетки. В результате этой операции на сопротивления тензорезисторов розетки возникают напряжения, которые сравниваются с опорными напряжениями узла компенсации сдвига нулевого уровня тензорезисторов розетки. Эти напряжения компенсации вырабатываются в блоке 3 также по сигналам блока 1. В результате попарных сравнений указанных напряжений на выходе блока 3 образуются четыре напряжения разности, которые транзистором, минуя блок 4, одновременно попадают на входы блока 5 выбора рабочих тензорезисторов розетки и также по сигналам от блока 1 - на входы многовходового аналого-цифрового преобразователя 6, которым одновременно и измеряются. Полученные в блоке 6 коды по двусторонней линии связи 11 попадают в блок 1, где запоминаются, а при необходимости подвергаются масштабным изменением. В общем случае описанную операцию получения четырех кодов компенсации можно неоднократно повторить с целью усреднения (или какого-либо другого вида обработки) для уменьшения влияния случайной составляющей помехи на значения полученных кодов. Из блока 1 в блок 3 подаются тем или иным способом полученные четыре кода, которые запоминаются в узле компенсации сдвига нулевого уровня тензорезисторов розетки, в котором предусмотрены четыре цифроаналоговых преобразователя для выработки соответствующих напряжений компенсации, значения которых теперь уже должны учитывать полученные значения кодов, переданные в блок 3 от блока 1. На этом первый этап считается законченным, и измерительное устройство оказывается подготовленным к выполнению второго этапа. Таким образом, выполнение первого этапа обеспечивает компенсацию сдвига нулевого уровня всех тензорезисторов розетки. При обслуживании К розеток в памяти узла компенсации сдвига нулевого уровня блока 3 по завершении первого этапа должны храниться К тетрад кодов компенсации. Второй этап по существу и является рабочим режимом измерительного устройства. Второй этап предусматривает выполнение следующих операций. По сигналу от блока 1 осуществляется подсоединение (с помощью блока 2) всех тензорезисторов опрашиваемой розетки к блоку 3, в котором производится сравнение напряжений на подключенных тензорезисторах розетки с соответствующими напряжениями компенсации, которые вырабатываются в узле компенсации сдвига нулевого уровня блока 3 отсчетом значений кодов компенсации, полученных при выполнении первого этапа. В результате выполнения этой операции на выходе блока 3 образуются четыре напряжения (см. табл. 1 и 2), которые поступают на входы блока 4 аналоговых алгебраических операций. В соответствии с рассматриваемым случаем (четырехкомпонентная розетка) из девяти напряжений, имеющихся на выходе блока 5, с помощью блока 5 выбора рабочих тензорезисторов розетки на вход блока 6 многовходового аналого-цифрового преобразователя подаются напряжения А5, А6, А9 (см. табл. 1 и 2), которые и преобразуются в соответствующие отсчеты, которые по двусторонней линии связи 11 попадают в блок 1, где они после необходимых масштабных изменений используются для вычисления значений главных деформаций и их направлений. (56) Авторское свидетельство СССР N 865011, кл. G 08 C 15/00, 1978. Кройцер М. Измерительная система с высокоточным многоканальным переключающим устройством на МДП-транзисторах. Испытательные приборы и стенды. 1977, N 37, с. 31.

Формула изобретения

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЗНАЧЕНИЙ И НАПРАВЛЕНИЙ ГЛАВНЫХ ДЕФОРМАЦИЙ, содержащее блок коммутации, аналого-цифровой преобразователь, нормирующий преобразователь, блок управления и обработки, первая и вторая группы управляющих выходов которого соединены с соответствующими группами управляющих входов блока коммутации и нормирующего преобразователя, информационные входы которого соединены с выходами блока коммутации, информационные входы которого являются входами подключения многокомпонентных тензометрических розеток устройства, группа информационных выходов аналого-цифрового преобразователя соединена соответственно с группой информационных входов блока управления и обработки, отличающееся тем, что, с целью уменьшения погрешности измерений значений главных деформаций и их направления, блок коммутации выполнен с числом информационных выходов, не меньшим числа компонентов подключаемой розетки, нормирующий преобразователь выполнен с числом информационных входов и выходов, не меньшим числа компонентов подключаемой розетки, и, кроме того, в устройство введены блок алгебраических аналоговых операций, блок выбора рабочих тензорезисторов, информационные выходы которого соединены с аналоговыми входами аналого-цифрового преобразователя, а информационные входы - с информационными выходами блока алгебраических аналоговых операций, информационные входы которого соединены с информационными выходами нормирующего преобразователя, группы управляющих входов блока алгебраических аналоговых операций и блока выбора рабочих тензорезиторов соединены соответственно с третьей и четвертой группами управляющих выходов блока управления и обработки, информационные выходы которого являются информационными выходами устройства.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9