Автоматическая система измерения параметров внутреннего трения в материалах

 

(72) Авторы мзобретени я

В. У. Новиков, Б. Н. Коншин, Б. Б./Алякринский, Е. С. Ермина и А. П. Тарасйнко

-Всесоюзный заочный политехнический институт (71) Заавитыь (54) АВТОМАТИЧЕСКАЯ СИСТЕМА ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ

ВНУТРЕННЕГО ТРЕНИЯ 3 МАТЕРИАЛАХ

Изобретение относится к автоматическим системам измерения параметров внутреннего трения в металлах, пластических материалах, стеклах и т.д., используемые в металлургической и химической промышленности, а также в радио-. .5 технической промышленности для измерения полосы пропускания и декремента затухания электрических контуров.

Известно устройство для измерения параметров внутреннего трения, содержащее генератор, блок управления его частотой, возбудитель механических колебаний, датчик амплитуд, счетчик— измерителя периода, фиксатор уровня измеряемых амплитуд и индикаторное

15 табло (13 .

Недостатки этого устройства - низ-, кие точность и эффективность, так как оно имеет невысокое быстродействие изза ручного управления частотой гене20 ратора.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к предлагаемой является автоматическая система измерения параметров внутреннего трения в материалах, содержащая датчик амплитуд, включающий возбудитель механических колебаний образца, генератор, блок управления частотой генератора, измеритель периода, вход которого соединен с датчиком амплитуды, фиксатор уровня измеряемых амплитуд и индикаторное табло (21.

Недостатки этой системы — низкая точность и эффективность из-за невысокого быстродействия блока управления частотой генератора. о

Цель изобретения — повышение точности и эффективности измерения параметров внутреннего трения в материалах.

Поставленная цель достигается тем, что система снабжена блоком регистрации максимума амплитудно-часТотной характеристики, двухвходовым элементом И, блоком формирования измерительных команд, задатчиком временных ин87304 тервалов, выходы которого соединены с измерителем периода, датчиком, блоком управления частотой, входом фиксатора уровня амплитуд и блоком формирования, команд, соединенным выходами с входами измерителя периода и блока управления частотой, выход датчика соединен со вторым входом фиксатора уровня, третий, четвертый и пятый входы которого соединены с двумя выходами блока формирования команд, выходы фиксатора уровня соединены с входами блока регистрации максимума,. с первым входом элемента И, связанного вторым входом с выходом блока регистрации

;и двумя входами блока формирования ко. ; манд, третий вход .которого соединен с выходом элемента И.

Кроме того, фиксатор уровня выполнен в виде элемента И, включенного на входе счетчика, выходы разрядов счетчика соединены со входами двух регистров, трех схем сравнения, первые входы которых подключены к разрядам счетчика, вторые входы первой. схемы сравнения соединены с разрядами первого регистра, вторые входы второй и третьей схем сравнения подключены к разрядам второго регистра, а выходы разрядов первого регистра подключены через D-триггеры и дешифратор к индикаторному табло; блок формирования команд выполнен в виде трех IK-триггеров с трехвходовыми элементами И на каждом I u K входе, входы всех элементов И на К -входе триггеров соеди15 иены с земляной шиной источника питания, первые входы элементов И на I— входах триггеров соответственно соединены с выходами двухвходового эле40 мента И и с двумя выходами фиксатора уровня, второй вход первого элемента И на 1-входе первого триггера соединен с инверсным выходом второго триггера, третий его вход — с инверс45 ным выходом третьего триггера, второи и третий входы элемента И на I âõîäå второго триггера соединены с прямым выходом первого триггера и с инверсным выходом третьего триггера, а второй и третий вход элемента И на I-вхо-S0 де третьего триггера соответственно соединены с прямыми выходами первого и второго триггера; блок регистрации максимума амплитудно-частотной характеристики выполнен в виде блока на- Ss чальной установки, кода, триггера и схемы сравнения, первые входы которой .соединены с фиксатором уровня ампли8 4 туды, вторые входы которой соединены с блоком начальной установки кода, а ,выход соединен с входом триггера.

На, фиг. I представлена схема автоматической системы; на фиг. 2— временные диаграммы ее работы.

Автоматическая система содержит датчик 1 амплитуд, включающий возбудитель 2 (выполнен в виде электромагнита) механических колебаний образца 3, генератор 4, блок 5 управления его частотой, измеритель 6 периода, фиксатор 7 уровня амплитуд, индикаторное табло 8. Датчик 1 включает также осветитель 9 с линзами, свето-. диоды 10, катоды которых подсоединены через дифференцирующую цепь ll к входу элемента 12 И, второй вход которого соединен с выходом формирователя 13 сигналов. Система снабжена блоком 14

,оегистрации максимума амплитудно-частотной характеристики, двухвходовым элементом 15 И, блоком 16 формирования измерительных команд, задатчиком 17 временных интервалов. Фиксатор 7 уровня выполнен в виде элемента 18 И, включенного на вход счетчика 19, выходы разрядов счетчика 19 соединены со входами двух регистров 20 и 21, трех схем 22-24 сравнения, первые входы которых подключены к разрядам счетчика 19, вторые входы первой 22 схемы сравнения соединены с разрядами первого 20 регистра, вторые входы второй 23 и третьей 24 схем сравнения подключены к разрядам второго регистра 21, а выходы разрядов первого регистра 20 подключены через Д -триггеры 25 и дешифратор 26 к индикаторному табло 27.

Блок 16 формирования команд выполнен в виде трех «JK -триггеров 28-30.

Блок 14 регистрации максимума ампли- тудно-частотной характеристики выполнен в виде блока 31 начальной установки кода, триггера 32 и схемы 33 сравнения. В состав измерителя 6 входят элемент 34 И, счетчик 35, регистры 36-38, дешифраторы 39-41 и индикаторные табло 8, 42 и 43.

Автоматическая система работает следующим образом.

При механических колебаниях испытуемого образца 3, возбуждаемого электромагнитом 2 от генератора 4, направленный световой поток от осветителя 9 л с системой оптических линз создает тень, которая спроектирована на неподвижно закрепленные светодиоды 10.

5 8730 Аноды всех параллельно включенных светодиодов подключены к источнику питания +Е, а их катоды - к дифференцирующей цепи !1, поэтому при колебаниях образца 3 осуществляется последовательное погасание и включение светодиодов IO, В результате количество импульсов, поступающих на первый вход элемента 12 И за один полупериод колебаний образца 3 пропорционально ампли"IO туде его колебаний размаху) . На второй вход элемента 12 И синхронно с напряжением генератора 4 поступают видеоимпульсы с выхода формирователя 13 длительность которых равна половине периода колебаний образца 3, а период их задан длительностью задатчика 17 временных интервалов и в зависимости от типа образца 3 (времени его успокоения) может регулироваться.

Работа автоматизированного измерителя при каждом измерении амплитуды на всех частотах генератора 4 осуществляется за четыре цикла.

В первом цикле по сигналу задатчика 17 временных интервалов осуществляется обнуление всех логических запоминающих элементов связи задатчика

17 временных интервалов с шинами усTGHoBKH в ноль запоминающих устройств (на фиг. I не показаны) .

Во втором цикле с выхода дискретного датчика I амплитуды выход логического элемента 12 И на вход счетчика 19 приходит радиоимпульс, количество импульсов в котором пропорционально амплитуде колебаний образца 3 и которые просчитываются счетчи" ком 19.

При этом на выходе схемы 22 сравнения кодов образуется сигнал логического нуля, поскольку число А, записанное в счетчике 19 всегда больше числа В, равного "нулю", которое со держится в регистре 20.

В третьем цикле с выхода задатчика 17 временных интервалов поступает сигнал "Разрешение. записи" в регистр 20, который через элемент 18 И осуществляет запись содержимого счетчика 19 в регистр 20. При этом на втором входе элемента 18 Й присутствует сигнал "логической единицы" с инверсного выхода триггера 28. На выходе схемы 22 сравнения в это время по-прежнему присут- 5S ствует сигнал логического нуля, по- скольку число А в счетчике 19 равно числу В в регистре 20.

В четвертом цикле с выхода задат" чика временных интервалов 17 поступа, ет сигнал "Синхронизация" на синхронизирующие входы 3К,тригf epos 28-30, Соединение вторых и третьих входов логических элементов И на входахД и триггеров 28-30,таково, что : эти триг геры могут изменять свое состояние только последовательно: в начале триггер 28, затем триггер 29 и триггер 30. Однако триггер 28 не может опрокинуться в единичное состояние, поскольку на выходе элемента 15 И, включенного на выходе схемы 22 сравнения присутствует сигнал логического нуля.

На начальном участке амплитудночастотной характеристики участок(0-1 на фиг. 2), когда частота генератора 4 меньше резонансной частоты исследуемого образца 3, а также при частоте генератора большей резонансной частоты (участок 4-5 на фиг. 2) на втором входе элемента 15 И все время присутствует логический уровень нуля.

Этот уровень создается на выходе триггера 32 блока !4 регистрации, максимума амплитудно-частотной характеристики. С помощью блока 31 начальной установки кода вручную или автоматически задается числовой код, соответствующий определенной величине амплитуды колебаний А„ (фиг. 2) . Сигнал логи ст ческой единицы на выходе схемы 33 сравнения и, следовательно, на, выходе триггера 32 возникает только в том случае, если числовой код, соответствующий измеряемой амплитуде А, записанный в счетчике 19, больше числово го кода блока 31 начальной установ -. ки 31, т.е. А ) А .,Таким образом, хсзр блок 14 регистрации максимума АЧХ обеспечивает измерение амплитуд только в зоне вблизи резонансной характеристики, а вне ее — блокирует работу измерителя, подавая запрещающий сигнал нулевого уровня на второй вход логического элемента 15 И.

Генератор 4 с помощью блока 5 управления частотой при поступлении очередного импульса от задатчика 17 временных интервалов дискретно за счет изменения коэффициента деления делителя частоты (на фиг. 1 не показан) увеличивает частоту гармонических колебаний последовательно, проходя все участки АЧХ.

На восходящей ветви АЧХ (участок 1-2) число В, записанное в регист3048

87 ре 20, соответствующее значению измеряемой амплитуды в предыдущем цикле, меньше числа А, записанного в счетчике 19, соответствующего значению измеряемой амплитуды в последующем цикле (А 7 В) . При этом на выходе схемы 22 сравнения все время имеется логический уровень нуля и, следовательно, триггер 28 не срабатывает. На втором входе элемента 18 И присутствует напряжение логического уровня единицы (с выхода триггера 28), поэтому по сигналу "Разрешение записи" в регистр 20 последовательно осуществляется запись цифрового .кода из счетчика 19 в регистр 20 и последующие обнуление счетчика 19, Сигнал логической единицы на выходе элемента 15 И появляется в точке 2 максимума амплитудно-частотной характеристики (фиг.2) когда число В, записанное в регистре 20 в предыдущем измерении, больше числа А, полученного в счетчике в по:следующем измерении (А (В) . При этом

I на выходе схемы 22 сравнения появляется логический уровень "единица", который, проходя через элемент 15 И поступает на первый вход логического элемента И ЭК -триггера 28. На двух других входах этого элемента также присутстауют уровни логической "единицы" с выходов триггеров 29 и 30, поэтому в конце четвертого цикла после поступления сигнала "Синхронизация" на входы триггеров, триггер 28 опрокидывается в единичное состояние, закрывается по второму входу элемент 18 И, прекращая дальнейшую запись в регистр 20 и хранящийся в нем цифровой код максимальной амплитуды

А„ „через D -триггеры 25, дешифратор 26 индицируется на индикаторном табло 27.

Одновременно с инверсного выхода триггера 28 поступает разрешающий сигнал на запись в регистр 21 и в регистр 36. Цифровой код иэ счетчика 19 переписывается со сдвигом в сторону младших разрядов в регистр 21, где оказывается записанным цифровой код, соответствующий половине максимального ! значения амплитуды - (гочки 3 и 3 на фиг. 2), а цифровои код периода генератора 4 из счетчика 35 через регистр 36, дешифратор 39 индицируется на индикаторном табло 8.

После измерения. максимальной амплитуды Ацп и периода Т генерачора 4, соответствующего резонансной частоте образца 3, генератор 4 начинает работать на нисходящей ветви АЧХ (участок 2-3,фиг. 2) и частота его продолжает дискретно увеличиваться. В каждом цикле измерения цифровой код те- кущего значения амплитуды ) в счетчике 19 сравнивается с кодом ", хранящимся в регистре 21 двумя схемами 23 и 24 сравнения. На участке 2-3

1о АЧХ (фиг. 2) А ) ", поэтому при сравнении цифровых кодов на выходе схемы 23 сравнения присутствует уровень логического "нуля", а на выходе схемы 24 сравнения наоборот, — уровень логической "единицы". Однако он не может опрокинуть триггер 30 с приходом сигнала "Синхронизация" до тех пор, пока триггер 29 не изменит своего состояния. Поэтому на всем участке нисходящей ветви ВЧХ (участок 2-4) изменение выходного сигнала схемы 24 сравнения не влияет на работу устройства.

На частоте генератора 4, соответствующей точке 3 АЧХ цифровой код счетчика 19 (А) меньше кода, записанного в регистре 21.(Д 4 " с, поэтому появА макс ляется сигнал логической "единицы" на выходе схемы 23 сравнения и с приходом сигнала "Синхронизация" триггер 20 переходит в состояние "единица", подготавливая к переключению триггер 30. С выхода 29 подается сигнал "Разрешение на запись" в регистр 37 и значения периода Т генератора, соответствующие амплитуде ", из счетчика 35 через дешифратор 40 индицируется на индикаторном табло 42 ° Одновременно триггер 29 через блок 5 управления частотой возвращает часто40 ту генератора 4 на начальный учас.ток 0-1 АЧХ, после чего с приходом каждого импульса от задатчика 17 временных интервалов частота генератора вновь начинает последовательно дискретно увеличиваться. При повторном прохождении частотой генератора восходящей ветви АЧХ (участок 1-3) цифровой код А в счетчике 19 сравниваетсч с кодом 4 ", хранящимся в регистре 21 с помощью схемы 24 сравнения.

Поскольку на участке 1-3 А(— —, Амром то уровень на выходе схемы 24 сравнения равен уровню логического"нуля".

Когда частота генератора соответст55 вует точке 3 АЧХ (период Т ) на выходе схемы 24 сравнения появляется логический уровень "единица", триггер 30 опрокидывается в единичное состояние, 873048 10 разрешая запись в регистр 38 со счетчика 35 кода периода генератора 4 и индикацию его через дешифратор 41 на индикаторном табло 43. После последуницего обнуления всех запоминающих элементов повторяются циклы изменения на частотах второго резонанса и т.д.

Положительный эффект заключается в повышении точности и эффективности измерения параметров внутреннего тре- )O иия в материалах.

Формула изобретения

l . Автоматическая система измере- <5 ния параметров внутреннего трения в материалах, содержащая датчик. ампли" туд, включающий возбудитель механических колебаний образца, генератор, блок управления частотой генератора, измеритель периода, вход которого соединен с датчиком амплитуды, фиксатор, уровня измеряемых амплитуд и индика-, торное табло, о т л и ч а ю щ а я— с я тем, что, с целью повышения точности и эффективности, она снабжена блоком регистрации максимума амплитудно-частотной характеристики, двухвходовым элементом И, блоком формирования измерительных команд, задатчиком временных интервалов, выходы ко.— торого соединены с измерителеи перио.да, датчиком,, блоком управления частотой, входом фиксатора уровня амплитуд и блоком формирования команд, со35 единенным выходами с входами изиерителя периода и блока управления частотой, выход датчика соединен со вторым входом фиксатора уровня, третий, четвертый и пятый входы которого соеди40 иены с двумя выходами блока формирования команд, выходы фиксатора уровня соединены с входами блока регистрации максимума, с первым входом элемента И, связанного вторым входом с выходом

45 блока регистрации и двумя входаии блс1ка формирования команд, третий вход которого соединен с выходом элемента И.

2. Система по .п. 1, о т л и ч а ющ а я с я тем, что фиксатор уровня выполнен в вщ4е элемента И, включенного на входе счетчика, выходы разрядов счетчика соединены со входаии двух регистров, трех схем сравнения, первые входы которых подключены к разрядам счетчика, вторые входы первой схемы сравнения соединены с разрядами первого регистра, вторые входы второй и третьей схем сравнения подключены к разрядам второго регистра, а

1 выходы разрядов первого регистра подключены черезов -триггеры и дешифратор к индикаторному табло.

3. Системапоп. l, отлич аю щ а я с я тем, что блок формирования команд выполнен в виде трехЭКтриггеров с трехвходовыми элементами И на каждом J и К входе, входы всех элементов И на К -входе триггеров соединены с земляной шиной источника питания, первые входы элементов И на

3-входах триггеров соответственно соединены с выходами двухвходового элемента И и с двумя выходами фиксатора уровня, второй вход первого элемента И на g -âõoäå первого триггера соединен с инверсным выходом второго триггера, третий его вход — с инверсным выходом третьего триггера, второй и третий входы элемента И на3 — входе второго триггера соединены с прямым выходом первоro триггера и с инверсным выходом третьего триггера, второй и третий вход элемента И на

",1-входе третьего триггера соединены с прямыми выходами первого и второго триггера.

4. Система по п. 1, о т: л и ч а— ю щ а я с я тем, что блок регистрации максимума амплитудно-частотной характеристики выполнен в виде блока начальной установки кода, триггера и схемы сравнения, первые входы которой соединены с фиксатором уровня амплитуды, вторые входы которой соединены с блоком начальной установки кода, а выход соединен с входом триггера.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Патент Франции У 2.175.952, кл. Й 01 K 29/00, 1973.

2. Абрамов С.К. и др. Прибор для исследования динамических механических свойств полимеров методом резонансных колебаний. В сб.: "Механика полимеров", 1971, У 6 (прототип) .

873048

Составитель В. Данилов

Редактор И. Касарда Техреп, С.Мигунова Корректор А. Ференц

Заказ 9018/65 Тирам 9) 0 Подписное

БНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений н открытий

)13035> Москва Ж-35 Раушская наб. д. 4/5

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