Устройство для измерения логарифмического декремента электрических колебаний

 

ОП ИСАНИЕ

И ЗОБРЕТЕ Н ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛбСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик

566208 (6!) Дополнит льное к авт. свнд-ву (22) Заявлено 08 09.75(21) 2169882121 с присоединением заявки ¹"(23) Г! риоритет— (43) Опубликовано 25.07.77Ююлле ень №27 (4о) Лата опубликования они< ання 10.11.77

2 р)) и. кп.

G 01 Й 29/00

Гогударстоеииый комитет

Саовта Министров СССР оо делам изоаретеиий я открытий (72) Автор иэобретения

М. A. Радько (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ

ЛОГАРИФМИЧЕСКОГО ДЕКРЕМЕ НТА

ЭШ КТРИЧЕСКИХ КОЛЕБАНИЙ

1тель изобретения — повысить точность изт:зрения логарифмического декремента, а также упростить устройство.

Это дос:тигается тем, что в устройство, содержашее две одинаковые цепи, включенные параллельно между входной клеммой устройства и земляной шиной, состояшна из последовательно соединенных первого аналоговот.о ключа, диода, второго аналогового ключа и резистора, включенные параллельно вторым аналоговым ключам и резисторам обоих цепей, запоминаю1цие конденсаторы, потенциальные выводы которых соединены со входами компаратора, последовательно соединенные триггер, первый элемент совпадения, счетчик и логический пороговый элемент сравнения, а также генератор импульсов образцовой частоты, подключенный ко второму входу первого элемента совпадения, счетчик числа периодов входного сигнала, подключенный к, входной клемме устройства через формирователь, и последовательно соединенные элемент ИЛИ, второй элемент совпадения и два элемента задержки, причем управляюший вход первого аналогового ключа

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при исследовании демпфирования различных, в том числе механических колебаний.

Известно устройство,для измерения(5 декремента электрических колебаний, содержащее амплитудные компараторы и счетчик числа периодов исследуемого сигнала (1).

Однако это устройство имеет низкую точность измерения логарифмического декремен-lÎ та при исследовании быстрозатухаюших колебательных процессов.

Известно также устройство для измерения логарифмического декремента колебаний, l5 ссаержашее два аналоговых запоминаюших элемента и блсж преобразования отношения запомненных значений напртжения в интервал времени, пропорциональный логарифмческому декременту 12).

В этом устройстве, как и в других известных, вероятность получения завышенныл и заниженных по точности результатов измерения одинакова. 25 (5з) УЛк бг1.317.7 (OR8.8) первой цепи соединен с первым выходом счетчика числа периодов входного сигнала, управляющий вход второго аналогового ключа первой цепи. — с вь1ходом второго элемента совпадения, управляюший вход второго аналогового ключа второй цепи - с выходом второго элемента задержки, выход логического порогового элемецта сравнения-со вторым входом второго элемента совпадения, а входы элемента ИЛИ-с соответст- !О вуюшими выходами счетчика числа периодов входного сигнала, вводят два дополнительных элемента совпадения, причем их выходы соединены с соответствуюшими входами триггера, выход которого соединен )G с управляюшим входом первого аналогово го ключа второй цепи, вход первого допол» нительного элемента совпадения подключен к выходу компаратора, вход второго дополнительного элемента совпадения — к выход 20 первого элемента задержки, а их вторые входы - к выходу генератора импульсов образцовой частоты, Это позволяет уменьшить погрешность дискретности измерительного устройства, 25 накапливающуюся при переходе от одного предела измерения к другому, а также использовать один аналоговый элеменT запоминания амплитуды напряжения первого периода исследуемых колебаний независи- ЗО мо от количества переключаемых пределов измерения.

На чертеже показана схема: устройства дпя измерения логарифмического декремента электрических колебаний. 35

Устройство содержит аналоговые ключи

1-4 управления запоминающими конденсаторами 5 и 6, диоды 7 и 8, отключающие запоминающие конденсаторы от входа устройства в момент перехода мгновенно- 40 го значения амплитуды напряжения входного сигнала через максимум, резисторы

9 и 10, компаратор 11, генератор 12 .импульсов образцовой частоты, элементы

13 и 14 совпадения, триггер 15 форми- 4> рования импульса длительностью, пропорциональной логарифмическому декременту, с элементом 16 совпадения, счетчик 17 числа импульсов образцовой частоты, "уложившихся в импульс, пропорциональный О логарифмическому декременту, логический пороговый элемент сравнения (дискриминатор) 18, формирователь 19 входного сит нала в прямоугольные электрические импульсы, счетчик 20 числа периодов колебаний входного сигнала, переключатель пределов измерения, состояший иэ элемента

ИЛИ 21 и элемента 22 совпадения, и элементы 23 и 24 задержки. Электрические колебания напряжения исследуемого входного сигнала, эатухаюшие по амплитуде, поступают по входу 25, цифровой код, соответствуюший измеряемому огарифмическому декременту, поступает по выходам 26.

В исходном состоянии счетчики 17 и 20 и триггер 16 и аходятся в нулевом" положении, аналоговые ключи 1-4 закрыты, конденсаторы 5 и 6 разряжены, с, выхода порогового элемента 18 поступает сигнал, разрешаюший прохождение выходных импульсов счетчика 20. на элементы устр ойств а.

С поступлением по входу 25 затухаюших по амплитуде электрических колебаний формирователем 19 производится формирование периодов входного сигнала в прямоугольные. электрические импульсы, которые подаются на вход счетчика 20.

Импульс с первого выхода счетчика 20, совпадающий по времени с первым периодом колебаний входного сигнала, открывает аналоговый ключ 1, и первый положительный полупериод входного сигнала поступает через диод 7 на запоминающий конденсатор 5. В момент перехода мгновенного значения амплитуды напряжения входного сигнала через максимум диод 7 закрывается, и на конденсаторе 5 остается потенциал, равный амплитуде напряжения первого положительного полупериода входного сигнала.

Импульсом, поступающим с Д -го выхода счетчика 20 чере-. элемент ЛИ 21 и элемент 22 совпадения, соответствующим tl -му периоду входного сигнала, открывается аналоговый ключ 2. Аналогично производится запоминание амплитудного значения,й -го положительного полупериода

1 входного сигнала конденсатором 6, Этот же импульс, задержанный с помощью элемента ".3 задержки, поступает на один из входов элемента 13 совпадения, на второй вход которого подаются импульсы генератора 12, Первым импульсом, постунаюшим по выходу элемента 13 совпадения и соответствующим фронту импульса. генератора 12, перебрасывается триггер 15 в единичное состояние, его выходным сигналом открывается аналоговый ключ 3, подключаюший к конденсатору 5 резистор 9. Напряжение йа конденсаторе 5 U< начинает уменьшаться по экспоненте

u„= u„, „е е, (11 где 0„п„ „, — амплитуда напряжения первого положительного полупериода входного сигнала> — постоянная времени разряда конденсатора S, 5662О8

- теку(Нее время разряда конденсатора 5.

И момент равенства напряжений ня конденсаторах 5 н 6 соблюдается pc((0(!(je

U =U e -U

1 1>>1смх (1101с(х !

5 (2) 1т11а(X

1= И1(=.Гг. „ Д, (4) 4

П1m O(X где T — период генератора импульсов образцовой частоты 0 A41<Т;Гбтт " " -0, U1>1ttltjjx > где &- логарифмический декремент.:

Число импульсов гет(ератора 12 образцо- в вой частоты, совпадающих по времени с выходным импульсом триггера 15, выделяется алементом 16 совпадения и подсчитывается счетчиком 17.

Выходной импульс счетчика 20> соответ- ц ствуюший r(-му периоду входного сигнаI ла, задержанный элементом 24> задержки,(т открывает аналоговый ключ 4, разряжая запоминающий конденсатор 6.

Il0 выходам счетчика 17 появляется код числа, пропорционального логарифмическому декременту с погрешностью в одну единицу дискретности, Этот код подается

jjt) входы дискриминатора 18> на выходе ко-! торого имеется на«ряжение, если число, за-60 где I1, - амплитуда напряжения п -го положительного полупе()иода входХ

НОГО СНГНЯХ(Я 10

Ф(— момент равенства напря(кеиий j(B кон денсаторах.

Компаратором 11 при етом вырабатывается фронт перепада напряжения, поступающего на один из входов элемента 14, СОВПадЕНИН, На ВтОрсй ВХОД КОтсрОГО ((Ода)отся импульсы генератора 12. Первым импульсом, псступающим с выхода BTQA схемы совпадения, соответствующим импульсу генератора 12, триггер 15 перебрасывается в "ну-. левое состояние. Резистор 9 отключается

Il от запоминающего конденсатора 5, на котором остается напряжение

t„° at, (5) Ж

1m O()( где Ь|4 - интервал времени между моментом равенства напряжений на конденсаторах 5 и 6 и моментом переброса триггера

15 в нулевое" состояние. На выходе триг- ЗО гера 15 формируется импульс, длительность которого кратна целому числу периодов Генератора импульсов образцовой частоты и пропорциональна логарифмическому декременту с погрешностью, не нревышаюшей З5 периода генератора импульсов образцовой частоты, (; писанное в счет!тике 17, меньше минималь-но j)0!(yстимого. Это етапряжение и QGQYcjj

ПЯ вход зпе((."!(jòé 22 совпадепия ((B второй

ВХОД Кот .:р !т!О и-.."т (!ПНЕТ (((„(т-"ЛЬС СО СНЕ = дуЮ(ПЕ (:О !i!!-j .. Cj j«C !О! !!":(Ка ЧИСЛЕ) ПЕ ) ИОДОВ

ВХОД((ОГО Cj!! ((Я!)(Ет . (т, C0! t(- (С (ВУЮШИЙ ..-;.jy периоду входного сиг .(Ппя. Этим .

Н (,(т Нот>Я Qj () (Ва т (! ЯПЯЛЖ ОВЫй ..--„-,;;;!!=((!È - от-;(!тес-,-т.ит.иетси заттот.(иная((в ,;,((ттт(! i j)u! (h,i I!-- =

ГО По!ПО:((ИТЕПЬ(or0 ПОП!:П. ОИ;тДЯ ЗХО((((О=-!

Го сигпе(ля U(., . -,„(и щжоб(етзоият(ие Отно ше((ип пе(()рлже(ий ня ":àïý. (j(jj"!0(i(i()(, конденсат:Оретх 5 и 6 в ип!тервап -Яре,(е(пт, Я затет,,(B !(т(сло и(,(п пт(т т.т>D венера т()п,- образ= цоВО т -та! Ч"; -тт!(P l О i! -!!т;. ..т(;!.-ттт:.—.ОР !(О>(СЧН!, ть(вается с!(етчнкс. (17-, п()(тбетветятясь K (ранее к(те(и((моту в пем чис)(у. П(рти такс(!( преобразова(и(и в момент ()т!ж(ноттеии;(трит= гера 1 6 ттяп р ((:i(пте и я запое (и (тато((-е;.j к он денсаторе 5 т)е>впо

Ь т (-1 (1.тot х где " — интервал времени между >(о-"

МЕИТОМ ПЯ „ЯЛЯ форМЫрОВЯНтття ЗКСПОНЕГ(тЫ НЗ напряжения (3) и моментом равенства ня=пряжеиий па конденсаторах 5 и 6;

j>>t == интервал времеепг. между моментом рявет(ствя напряжений иа нопденсаторях 5 и 6 и момен-ом переброса триггера 15 в нулев ое состоч«ие., Интервал времени 4 + At. пропорциональный логарифмическому декременту, содержит две состе(вля(ошне погрешности. Первая сос тявляюшяя обусловлена тем, что зкспонента формируется не из патпряжепи>(> равного амплитуде И.(-го положительногс полтуперио-+, j»" да входного сигнала т) = U 8,,а из тттта» 1ттттт(» напряжения (3), а вторая составляЮщяя погрешности вызывается интервалом времени И

Из выражения (5) ; что первая состав@ ляющая рассматриваемой погрешности равна

-Ь11, позтому прн суммировании временноr0 интервала ф Ф дт. н ранее полученного

+ д, „она исключается, и в результате остается погрешность Ь1, которая чтакже не превышает периода следования импульсов генератора образцовой частоты

О< А4

Код суммарного подсчитанного счетчиком числа, которое также пропорционально логарифмическому декремепту (лога(рифму отношения амплитуд первого и Il -го положительных полупериодов входного сигнала) с погрешностью, не превышающей одной единицы дискретности, снова сравнивается с минимально допустимым значением с «о566208

7 мощью дискриминатора 18, и т.д. Процессы запоминания амплитуды напряжения ti > -го

П гп н поспедуюших попожитепьных попу4 периодов входного сигнала, иреобразов»иия отношения напряжений на запоминаю1пих кон- > денсаторах 5 и 6 в число импульсов генератора образцовой частот1, суммирования

его с ранее подсчитанным числом импульсов этого же генератора и сравнения кода получаемого суммарного числа с минимально до-10 пустимым значением повторяются до тех пор, пока код суммарного числа не превысит его минимально допустимое значение. При этом с помощью апемента совпадения 22 запрещается прохождение импульсов с выхода счетчика1"

20 на входы остальных элементов устройся ва. Процесс измерения логарифмического декремента на этом заканчивается.

Число, кодовая комбинация которого поступает rlo вь1ходу М пропорциональн рифмическому декременту, причем время из» мерения логарифмического декремента {число периодов входного сигнала между первым и последним запоминаемыми значения1,.и их амплитуд напряжения) автоматически выбирается таким, чтобы точность измерения была оптимальной. Причем так как погрешности измерения, вносимые дискретностью устройства на двух соседних пределах измере-, ния, взаимно уничтожаются, результат изме-110 ренин логарифмического декремента имеет погрешность, не превышающую одной единигы дискретности устройства, независимо от количества пределов измерения.

Формула изобретения

Устройс гво для измерения логарифмического декремента электрических колебаний, содержащее две одинаковые цели, вклю- 10 ченные параллельно между входной клем ной устройства и земляной шиной, состоящи из последовательно .соединенных перв1: го аналогового ключа, диода, второго аналогового ключа и резистора, включенные паралле11ьио вторым аналоговым ключам р резистор»1;1 обеих пеней, з11иоминаю 11e

K0идеисатОры ис7Генциальи1>1е вь!вОды кото! ) Ь! Х С ОЕД И НЕ Н Еэ! С О В Х ОД11М И K GM B A PAT OP A последовательно соединенные триггер, первый элемент совпадения, счетчик и логи1м.кий пороговой элема 1т сравнения, а также генератор импульсов образцовой частоты, подключенный ко второму входу первого элемента совпадения, счетчик числа периодов входного сигнала, подключенный ко входной клемме устройства через формирователь, и последовательно соединенные элемент ИЛИ, второй элемент совпадения и два элемента задержки, причем управляющий вход первого аналогового ключа первой цепи соединен с первым выходом счетчика числа периодов входного сигнала, управляющий вход второго аналогового к поча первой цепи — с выходом второго элемента совпадения, y ïð»èляюший вход второго аналогового ключа второй пепи — с выходом второго эле",лента за; держки — вь1ход логического порогового элемента сравнения — со вторым входом второго элемента совпадения, а входы элемента ИЛИ 1с соответствую1иими выходами счетчика числа периодов входного сигнал», о т л и ч а юш е е с я тем, что, с целью повышения точности, в него введены два доиолнитель иых элемента совпадения, причем их выходы соединены с соответствующими входами триггера, выход которого -оединен с управляющим входом первого аналогового ключа втсрой цепи, влад первого дополнительного элемента совпад1. Пия иодкточен к выходу компаратора, вход второго. дополнительного элемента совпадения - к выходу первого элемента задержки, а их вторые входы - к вы ходу генератора импульсов образцовой частоты.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

Nð 98915, кл,601 Й 29/ОО, 1954.

2. Авторское свидетельство СССР

% 377702, кл.601 н 29/00, 1973.

566208

Составитель Н. Леда дев

Ренактср О. Стенина Техред Н. Бабурна Корректор М. Двмчик

Заказ 2427/32 Тираж 101 Подяиснсе

0НИИПК Государствеяяого кааи вета Совета Мппсстров СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-36, Раушскаи наб., д. 4/6 филиал ППП юПатентг, г Ужгород, ул. Проектнаи, 4