Цифровое устройство для измерения параметров ударного импульса

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик

< «947815 (61) Дополнительное к авт. свид-ву

И11 М.К . (22) Заявлено 30. 10. 80 (21) 2999507/18-21 с присоединением заявки Мо (23) Приоритет

G 04 F 10/04

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий ($3 J УДК 681. 325. .3(088.8) Опубликовано 300782. Бюллетень ¹28

Дата опубликования описания 30.07.82 (В

О.Н.Новиков, Д.A.Ãðå÷èíñêèé и В.Г.Р алин (72) Авторы изобретения

Научно-исследовательский институт инч«уасхопии (71) Заявитель (54) ЦИФРОВОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ

ПАРАМЕТРОВ УДАРНОГО ИМПУЛЬСА

Изобретение относится к цифровым измерительным системам и может быть применено при измерении параметров ударных импульсов, в частности при измерении длительности ударного процесса. Известно .цифровое устройство для измерения длительности ударного импульса, содержащее усилитель, выход которого соединен с формирователем, один из входов которого подключен к генератору опорной частоты (11 °

1« недостаткам известного устройства относится малая точность измерения.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство, содержащее интегратор с логическим управлением, выход которого соединен с одним входом первого нуль-органа и через делитель напряжения — с одним входом второго нуль-органа, выходы нуль-органов соединены с формирователем импульсов, генератор опорной частоты, счетные декады младшего и старшего разрядов, выходы которых подключены к цифро-аналоговому преобразователю, источник опорного напряжения, соединенный с делителем напряжения, три логических элемента И-НЕ и инвертор, выходы формирователей сигнала подключены к одним входам первого и второго логических элементов

И-НЕ, другие входы которых соединены с выходом генератора опорной частоты, выход первого логического элемента И-НЕ соединен с входом счетной декады младшего разряда, выход второго логического элемента И-HE подключен к одному входу третьего логического элемента И-НЕ, выход которого соединен с входом счетной декады старшего разряда, выход счетной декады младшего разряда через инвертор соединен с другим входом третьего логического элемента И-НЕ, выход цифро-аналогового преобразователя подключен к другим входам нульорганов (2j °

К недостаткам этого устройства относится сравнительно низкая точность измерения, обусловленная тем, что при измерении длительности ударного процесса часть сигнала, лежащая ниже определенного порогового уровня (для положительных полуволн напряжения) и выше порогового уровня (для отрицательных полуволн напря947815 жения) из измерения исключается.

Поэтому измерение длительности удар«.. ного процесса производится с большой погрешностью, зависящей от выбранных пороговых уровней, на которых и происходит измерение длительности ударного процесса.

Цель изобретения — повышение точности измерений.

Поставленная цель достигается тем, что в цифровое устройство для измерения параметров ударного импульса, содержащее интегратор с логическим управлением, выход которого соединен с первым входом первого нульоргана и через делитель напряже- ния - с первым входом второго нульоргана, выходы первого и второго нуль-органов через соответствующие. формирователи импульсов соединены с первыми входами соответственно первого и второго элементов И-НЕ, генератор опорной частоты, счетные декады младшего и старшего разрядов, выходы которых подключены к входам цифро-аналогового преобразователя, выход которого подключен к вторым входам первого и второго нульорганов, источник опорного напря-: жения, соединенный с вторым входом делителя напряжения, выход генератора опорной частоты подключен к вторым входам первого и второго элементов И-НЕ, выходы которых соединены соответственно с входом счетной декады младшего разряда и первым входом третьего элемента И-НЕ, выход которого соединен с входом счетной декады старшего разряда, второй выход счетной декады младшего разряда через инвертор соединен с вторым входом третьего логического элемента И-НЕ, дополнительно . введены два операционных усилителя, декодирующая сетка, ключ, кнопочный переключатель, коммутатор, два нуль-органа, три логических элемента И-НЕ и генератор опорной частоты, причем источник опорного напряжения подключен к первым входам коммутатора, выходы которого через декодиру" ющую сетку подключены к инвертирующему входу первого операционного усилителя, выход которого подключен к инвертирующему входу второго операционного усилителя и к прямому входу первого дополнительного нуль-органа, инвертирующий вход которого соединен с шиной входного сигнала и с инвертирующим входом второго дополнительного нуль-органа, прямой вход которого подключен к выходу второго операционного усилителя, выход второго дополнительного нуль- органа через первый дополнительный логический элемент И-НЕ подключен к одному иэ входов второго дополнительного логического элемента И-НЕ, другой вход которого через кнопочный переключатель соединен с выходом первого дополнительного нуль-органа, выход второго дополнительного логического элемента И-НЕ подключен к одному из входов третьего дополнительного логического элемента И-НЕ, другой вход которого соединен с выходом ключа, первый и второй входы которого подключены к вы10 ходам соответственно основного и дополнительного генераторов опорной частоты, выход третьего дополнительного логического элемента И-НЕ подключен к выходной шине, а вторые

f5 входы коммутатора - к общей шине.

На фиг.1 приведена блок-схема устройства; на фиг.2 - диаграмма, поясняющая его работу.

Цифровое устройство для измерения параметров ударного импульса содержит интегратор 1 с логическим управлением, нуль-органы 2-5, источник 6 опорного напряжения, соединенный с делителем 7 напряжения, формирователи 8 и 9 импульсов, логические элементы И-НЕ 10-15 инвер- . тор 16, генераторы 17 и 18 опорной частоты, счетные декады 19 и 20 соответственно младшего и старшего разрядов, цифро-аналоговый преобразователь 21, декодирующая сетка

22 на резисторах, операционные усилители 23 и 24, кнопочный переключатель 25, коммутатор 26 и ключ 27.

Устройство работает следующим образом.

Измерение пикового значения ударного импульса осуществляется посредством интегратора 1 с логическим управлением, нуль"органов 2

40 и 3, источника 6 опорного напряжения, соединенного с делителем 7 напря-. жения, формирователей 8 и 9, логи ческих элементов И-НЕ 10-12, инвертора 16, .генератора 17 опорной часто45 ты, счетных декад 19 и 20, соответственно, младшего и старшего разрядов и цифро-аналогового преобразователя 21.

При измерении пикового значения

5О ударного импульса на управляющем входе интегратора 1. с логическим управлением отсутствует управляющий сигнал. При этом интегратор 1 с логическим управлением работает в

55 режиме усиления. Выход интегратора 1 с логическим управлением соединен непосредственно с одним входом нуль-оргача 2 и через делитель 7 напряжения с одним входом нуль-органа 3. На другие входы нуль-органов 2 и 3 поступает напряжение с выхода цифро-аналогового преобразователя 21. На выходе нуль-органов 2 . и 3 образуется положительный перепад напряжения, если входное напряжение ьз превышает нулевой уровень. Формиро947815

65 ватели 8 и 9 преобразуют этот положительный перепад напряжения в сигнал логической единицы, необходимый для управления логическими элементами И-НЕ 10-12. Логические элементы

И-НЕ 10-12 пропускают на входы счетных декад 19 и 20 младшего и старшего разрядов импульсы с выхода генератора 17 опорной частоты. Напряжение на выходе цифро-аналогово= го преобразователя 21 повышается до тех пор, пока не сравняется с измеряемым входным напряжением. При этом нуль-органы 2 и 3 имеют на выходах отрицательное напряжение, на выходах формирователей 8 и 9 появляется напряжение, соответствующее логическому нулю, и импульсы счета с генератора 17 опорной частоты на входы счетных декад 19 и 20 младшего и старшего разрядов не поступают, так как логические элементы

И-HE 10-12 закрыты.

При увеличении измеряемого входного напряжения в счетные декады

19 и 20 младшего и старшего разрядов вновь поступают импульсы до выравнивания напряжения на выходе цифро-аналогового преобразователя 21 с измеряемым входным напряжением.

Измеряемый входной сигнал поступает непосредственно на вход нульоргана 2, выходное напряжение кото-рого управляет поступлением счетных импульсов на счетную декаду 19 младшего разряда. На вход нуль-органа 3, управляющего счетной декадой 20 старшего разряда, измеряемое напряжение поступает с коэффициентом передачи 0,85-0,9. Значение резисторов (не показаны) дели-. теля 7 напряжения подобраны таким образом, что по окончании поступления счетных импульсов в счетную декаду 20 старшего разряда на вход счетной декады 19 младшего разряда до момента сравнения напряжений поступает еще 10-15 импульсов.

Таким образом, нуль-орган 3 срабатывает раньше, чем нуль-орган 2, и на вход счетной декады 20 старшего разряда импульсы могут поступать только с выхода счетной декады 19 младшего разряда через логический элемент. И-HE 12 и инвертор 1б. В момент сравнения измеряемого входного напряжения с выхода цифроаналогового преобразователя 21 счетные импульсы перестают поступать и на вход счетной декады 19 младшего разряда.

Измерение длительности ударного процесса производится следующим образом.

Входной измеряемый сигнал поступает кроме интегратора 1 на инвер5

40 тирующие входы двух нуль-органов 4 и 5.На .прямые входы этих нуль-органов подаются: отрицательное опорное напряжение на нуль-орган 4 и положительное на нуль-орган 5 ° Величины опорных напряжений на выходах обоих нуль-органов 4 и 5 равны по абсолютной величине. Получение необходимых опорных напряжений происходит с помощью операционного усилителя 23 и двоичной декодирующей сетки 22.

С помощью коммутатора 2б на резисторы декодирующей сетки 22 подается либо опорное напряжение, либо нулевой потенциал. Таким образом, на выходе операционного усилителя 23 появляется напряжение, кратное величине 15. Операционный

Uon усилитель 24 инвертирует напряжение, поступающее с выхода операционного усилителя 23. На выходе операционного усилителя 24 появляется напряжение, кратное величине

Поп

Таким образом, на прямые входы обоих нуль-органов 4 и 5 поступают разнополярные опорные напряжения, Uon кратные — -, Следовательно, величины опорных напряжений составляют от 0 до 13% от максимального пикового значения напряжения сигнала. Нуль-орган 4 выделяет отрезки времени, в течение которых отрицательные полуволны измеряемого напряжения (ударного процесса) по абсолютной величине превжаают уровень отрицательного опорного напряжения, а нуль-орган

5 — отрезки, в течение которых положительные волны измеряемого напряжения (ударного процесса) превышают уровень положительного опорного напряжения.

В зависимости от положения кнопочного переключателя 25 измеряется либо длительность каждой положительной полуволны напряжения, либо длительность пачки положительных и отрицательных полуволн напряжения. Во втором случае началом отсчета является момент первого превышения одного из установленных опорных напряжений и концом отсчета момент самого последнего пересечения любого установленного уровня.

В случае измерения длительности каждой положительной полуволны на логический элемент И-НЕ 14 подается сигнал только с выхода нуль-органа 5.

Прямоугольные импульсы с выхода ° нуль-органа 5 подаются на логический элемент И-НЕ 13, инвертируются и с выхода логического элемента И-HE 13 уже инвертированные поступают на один из входов логического элемента

И-НЕ 14. На другой вход логическо947815 го элемента И-НЕ 14 сигнал не подается, происходит еще одно инвертирование сигнала с выхода нуль-органа 5. Импульсы с выхода логического элемента И-НЕ 14 подаются на один из входов логического элемента И-НЕ

15, на другой вход этого элемента подаются импульсы кварцованной частоты с генератора 17 с частотой, например, 10 кГц.

Таким образом, на выходе логического элемента И-НЕ 15 появляются пачки импульсов частоты 10 кГц длительностью, равной длительности отрезков времени, в течение которых положительные волны измеряемого сигнала превышают выбранный уровень по-. ложительного опорного напряжения.

Далее пачки импульсов поступают на счетные декады (не показаны). В случае измерения длительности пачки положительных и отрицательных полуволн на коммутируемый вход логического элемента И-HE 15 подаются импульсы с генератора 18 опорной частоты с частотой 12,5 кГц. На второй вход логического элемента

И-НЕ 14 подаются импульсы с выхода . нуль-органа 4. B этом случае на выходе логического элемента И-НЕ 15 появляются пачки импульсов, равные по длительности отрезкам времени, в течение которых положительные полуволны измеряемого сигнала превышают положительное опорное напряжение, а отрицательные полуволны— отрицательное опорное напряжение.

Эти пачки импульсов заполнены импульсами с частотой следования

12,5 кГц. Число импульсов во всех пачках суммируется на счетчиках длительности (не показаны).

В случае, если число полуволн измеряемого сигнала конечно, и форма сигнала близка к синусоиде, затухающей по экспоненциальному закону, число импульсов, накопленное в счетчиках, соответствует суммарной длительности пачек положительных и отрицательных полуволн. Увеличение частоты генерации опорной частоты с 10 до 12,5 кГц позволяет искусственным путем учитывать в итоговом результате ранее неизмеряемые заштрихованные участки, что повышает точность измерения.

Повышение точности измерения ударного процесса способствует улучшению качества проведения испытаний изделий на ударные перегрузки и в конечном счете повышает качество выпускаемой продукции.

Формула изобретения

Цифровое устройство для измерения параметров ударного импульса, содержащее интегратоР с логическим Управлением, выход которого соединен с первым входом первого нуль-органа и через делитель напряжения — с первым входом второго нуль-органа, 5 выходы первого и второго нуль-органов через соответствующие формирователи импульсов соединены с первыми входами соответственно первого и второго элементов И-НЕ, ге-!

О нератор опорной частоты, счетные декады младшего и стаРшего разрядов, выходы которых подключены к входам цифро-аналогового преобразователя, выход которого подключен к вторым

f5 входам первого и второго нуль-органов, источник опорного напряжения, соединенный с вторым входом делителя напряжения, выход генератора опорной частоты подключен к вторым

20 1входам первого и второго элементов

И-НЕ, выходы которых соединены соответственно с входом счетной декады младшего разряда и первым входом третьего элемента И-НЕ, выход которого соединен с входом счетной декады старшего разряда, второй выход счетной декады младшего разряда через инвертор соединен с вторым входом третьего логического элемента И-НЕ, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерений, в него дополнительно введены два операционных усилителя, декодирующая сетка, ключ, кнопочный переключатель, коммутатор, два нульоргана, три логических элемента

И-НЕ и генератор опорной частоты, причем источник опорного напряжения подключен к первым входам коммутатора, выходы которого через

40. декодирующую сетку подключены к инвертирующему входу первого операционного усилителя, выход которого подключен к инвертирующему входу второго операционного усилителя и

45 к пРямому входу пеРвого дополнительного нуль-органа, инвертирующий вход которого соединен с шиной входного сигнала и с инвертирующим входом второго дополнительного нуль-орга50 на, прямой вход которого подключен к выходу второго операционного усилителя, выход второго дополнительного нуль-органа через первый дополнительный логический элемент И-НЕ подключен к одному из входов второгo дополнительного логического элемента И-НЕ, другой вход которого через кнопочный переключатель соединен с выходом первого дополнительного нуль-. органа, выход второго дополнительного логического элемента И-НЕ подключен к одному из входов третьего дополнительного логического элемента И-НЕ, другой вход которого соединен с выходом ключа, первый и

65 второй входы которого подключены к

947815

Фиг. 1

++ n ï

Ф г. 2

Составитель. Л.Плетнева

Техред Т. Фанта Корректор A.Äçÿòêo

Редактор Е.Папп

Заказ 5648/70 Тираж 427 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д . 4/5 т

Филиал ППП Патент ; r. Ужгород, ул. Проектная, 4 выходам соответственно ссновного и дополнительного генератора опорной частоты, выход третьего дополнительного логического элемента И-НЕ подключен к выходной шине, а вторые входы коммутатора — к общей шине. 5

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Приборы и системы для измерения вибрации, шума и удара. Справочник под ред. В.В.Клюева. Т. 1. М., Машиностроение, 1978, с.424425.

2. Авторское свидетельство СССР

9 676931, кл. G 04 F 10/04, 1974.