Сравнивающее устройство

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик

<п970309 (61) Дополнительное к авт. свид-ву(Я ) М Кд 3 (22) Заявлено 24.0481 (21) 3279923/18-24 с присоединением заявки ¹â€” (23) Приоритет—

G 05 В 1/01

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий (53) УДК 62-50 (088.8) Опубликовано 301082. Бюллетень ¹ 40

Дата опубликования описания30.10 ° 82 (72) Авторы изобретения

В.Ф.Вербов и А.Г.Сукиязов (71) Заявитель (54)СРЛВНИВАЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО

10 элементах (11 и 12).

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано при построении, аналого-цифровых и цифроаналоговых преобразователей и усилительно-преобразовательных устройств систем автоматического управления.

Известны технические решения,использующие для измерения входного. сигнала оптические регистрирующие устройства, выполненные на пьезоОднако эти устройства имеют невысокую точность и чувствительность измерения.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является сравнивающее устройство, оптический тракт которого выполнен также на пьезоэлементах.

Лучи источника монохраматического света, проходя через оптический тракт, многократно отражаются от зеркальных поверхностей пьезоэлементов и попа- 25 дают на вход фотоэлементов регистрирующего блока, связанного со сравнивающим элементом. Источник входного сигнала электрически соединен с гранями пьезоэлементов 3) Однако данное устройство характеризуется недостаточно высокой точностью.

Цель изобретения — повышение точности.

Поставленная цель достигается тем, что в сравнивающем устройстве, содержащем элемент сравнения, входы которого подключены соответственно к задатчику опорного напряжения и регистрирующему блоку, установленному под углом к оптическому тракту, выполненному иэ двух пар параллельных, между собой пьезоэлементов, зеркальные грани которых, обращены друг к другу, а однополярные токопроводящие грани электрически соединены и подключены к источнику входного напряжения, двух полупрозрачных зеркал, установленных по обе стороны от пьезоэлементов на оси, параллельной пьезоэлементам и проходящей симметрично относительно двух пар пьезоэлементов, и источника монохроматического света, оптическая ось которого направлена под углом, соответствующим углу установки регистрирующего блока, к первому полупрозрачному зеркалу, токопроводящие грани одной пары пьезоэлементов одной пп970309 лярности подключены к соответствующим объединенным токопроводящим граням другой пары пьезоэлементов противоположной полярности.

На фиг. 1 изображена структурная схема сравнивающего устройства, на 5 фиг. 2 — схема регистрирующего блока (вариант) .

Устройство содержит в оптическом тракте две пары пьезоэлементов 1-4, расположенных между собой параллель-. 10 но таким образом, что зеркальные грани обеих пар обращены друг к другу.

Токоподводящие грани .каждой пары пьезоэлементов одной полярности электрически соединены и подключены к соответствующим токоподводящим граням другой пары пьезоэлементов друФой полярности и источнику 5 входноto напряжения. Полупрозрачные зеркала 6 и 7 установлены по обе стороны от пьезоэлементов каждый на оси, параллельной пьезоэлементам и проходящей симметрично относительно двух

riap пьезоэлементов. Источник 8 монохроматического света, оптическая ось

Ф которого направлена .под углом к первому полупрозрачному зеркалу 6, регистрирующий блок 9 расположен также поД углом к второму полупрозрачному зеркалу 7.

Ф Сооответствующие входы элемента

10 сравнения связаны с выходами регистрирующего блока и задатчика опорного напряжения 11, а выход элемента сравнения соединен с выходом 12 всего устройства.

Регистрирующий блок состоит из фотоэлементов 13, формирователей 14 импульсов, дифференцирующего устройства 15 и элементов И 16.

В свою очередь элемент 10 сравнения может быть выполнен на основе реверсивного счетчика импульсов, суммирующий и вычитающий входы ко-„ торого подключаются к выходам эле ментов.И 16.

45

Устройство работает следующим образом.

Луч источника 8 монохроматического света делится полупрозрачным зеркалом 6 на два когерентных луча. Далее, первый луч света падает на первый пьезоэлемент 1, многократно отражается от него и.от второго пьезоэлемента 2, пройдя через второе полупрозрачное зеркало 7, падает на фотоэлементы 13 регистрирующего блока

9. Второй луч.падает на четвертый пьезоэлемент 4, многократно отражается от него и от третьего пьезоэле- 60 мента 3, отразившись от зеркала 7, падает также на вход фотоэлементов.

Так как лучи когерентны, то на фотоэлементах будет наблюдаться интерференционная картина. 65

Если (- 1 mp., то будет максимум интерференции, если 1, „- 1 = (mm+ + )-1 минимум интерференцйй, гдето,,„р —, пути, которые проходят первый и второй лучи соответственно от источника 8 света до фотоэлементов в исходном состоянии, óè- целое число, Л вЂ” длина волны света.

Текущие значения расстояний 8„и Е зависят от величины деформации пьезоэлементов, которая в общем случае определяется формулой

d ° k

ЬЕ= — - U

cosg SXó где д2 — абсолютная величина деформации пары пьезоэлементов;

d — пьезомодуль; число отражений луча от обоих пьезоэлементов; угол падения луча;

Цех входное напряжение

В исходном состоянии при 06 — 0 (или при 0 = const) разность кода лучей будет постоянна и движения интерференционных полос не будет, При наличии входного напряжения, изменяющегося во времени, на входах фотоэлементов будет наблюдаться движение полос, которое преобразуется фотоэлементами, а также соответствую.щими элементами 14-16 регистрирующего блока 9 в короткие импульсы, которые поступают на суммирующий или вычитающий входы реверсивного счетчика элемента 10 сравнения в зависимости от знака производной входного сигнала и от его полярности.

Уровень напряжениг И<>, с которым необходимо сравнить U,задается числом импульсов n+, которые заранее записываются в счетчик импульсов с выхода датчика сравниваемого напряжения 11, т.е.

U = n 0 с где Uo- входное напряжение, при котором произойдет минимальное изменение разности хода, достаточное для его регистрации, т.е. порог чувствительности.

В свою очередь Uo определяется из (1) при д! =Л/4 т.е.

Л/4 coso(.. (21

0 d ° k

При наличии входного сигнала в устройстве действуют описанные выше процессы и реверсивный счетчик суммирует или вычитает импульсы, но как только п = и, на выходе элемента 10 сравнения . появится импульсметка, сигнализирующая о том, что

/USX/= / "ср/, где n — текущее значение импульсов.

Изменяя количество импульсов путем их перезаписи в запоминающей

970309 части элемента 10 сравнения, можно оперативно перенастраивать сравнивающее устройство на любой уровень в широком диапазоне.

Так как при наличии входного сигнала одна пара пьезоэлементов увеличивает расстояние между собой, а другая сокращает вследствие их разнополярного подключения, то разность хода лучей определится по формуле дР=t-(=t+ u -(dk (dk )

1 2- 0 СОБсХ. ЭХ 2O COSaL 6

10 2О COS ck ЬХ (3) В прототипе длина пути одного луча не зависит от величины И „, т.е. разность хода в нем определяется как дФ= - Ю+ и

d k

О 20 COB с/ ВХ (4) Сравнивая (3) и (4) видно, что для достижения одного и того же результата к предлагаемому устройству надо приложить входное напряжение в два раза меньше, чем к прототипу.

Соответственно и порог чувствительности (2) будет в два раза меньше у предлагаемого устройства,т.е.

$/4. co so(О 2 d ° k

Величина порога. чувствительности, являющегося основой составляющей ин струментальной погрешности, непосредственно влияет на результирующую ошибку процесса сравнения. Поэтому

Э уменьшение значения порога чувствительности приводит к повышению точности сравнивающего устройства.

Таким образом, достоинством предлагаемого устройства является высокая точность сравнения входного напряжения в широком диапазоне и быстрота его перенастройки.

Формула изобретения

Сравнивающее устройство, содержащее элемент сравнения, входы которого подключены соответственно к .задатчику опорного напряжения и регистри10 рующему блоку, установленному под углом к оптическому тракту, выполненному из двух пар параллельных между собой пьезоэлементов, зеркальные грани которых обращены друг к другу, 15 а однополярные токопроводящие грани электрически соединены и подключены к источнику входного напряжения, двух полупрозрачных зеркал, установленных по обе стороны от пьезоэлементов на оси, параллельной пьезо- . элементам и проходящей симметрично относительно двух пар пьезоэлементов, и источника монохроматического света, оптическая ось которого направлена под углом, соответствующим углу установки регистрирующего блока, к первому полупрозрачному зеркалу, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности, токопроводящие,грани одной пары пьезоэлементов одной полярности подключены к соответствующим объединенным токопроводящим граням другой пары пьезоэлементов противоположной полярности.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

767696, кл. G 05 В 1/01, 1978.

2. Авторское свидетельство СССР

Р 809041,.кл. G 05 В 1/01, 1979.

3. Авторское свидетельство СССР .по заявке 9 2798193/25 кл.G 02 F 7/00, 1979 (протетип);

970309 пись

Фи В.1

Реа естрирующее цсвройстбо

Ba ix.

3

Фие. 2

Составитель С.Соколов

Редактор Н.Гришанова Техред A.Áàáèíeö Корректор Г.Огар

Заказ 8387/57 Тираж 914 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

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