Устройство для измерения механических параметров Советский патент 1984 года по МПК G01B7/16 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения различных механических па1Уаметров с помощью электрических датчиков.

Известно устройство для измерения деформаций и малых перемещений, содержащее емкостный датчик с преобразователем емкости в напряжение и .генератор, выход которого соединен с фазочувствительным детектором l .

Однако известное устройство имеет низкую температурную стабильность

Наиболее близйим к изобретению является устройство для измерения меха нических параметров, содержащее генератор импульсов, последовательно соединенные датчик, блок преобразования и сумматор. 2 .

Однако данное устройство характеризуется наибольшим динамическим диапазоном измерений, плохой помехозащищенностью и, как следствие, невысоко точностью измерений.

Цель изобретения - повышение точности.

1 Указанная цель достигается тем, что устройство для измерения механических параметров, содержащее генератор импульсов, последовательно соединенные датчик, блок преобразования и -сумматор, снабжено последовательно соединенными источником опорного напряжения, модулятором, два входа которого подключены к двум выходам генератора импульсов, а выход к первому входу датчика и второму входу сумматора, демодулятором, два входа которого подключены к выходам генератора импульсов, а третий - к выходу сумматора, и стробируемым фильтром, первый вход которого подключен к выходу демодулятора, второй вход - к третьему выходу генератора импульсов, а второй вход датчика соединен с первым входом сумматора.

На чертеже изображена блок-схема предлагаемого устройства.

Устройство дпя измерения механи-ческих параметров содержит генератор 1 импульсов, последовательно соединенные датчик 2, блок 3 преобразования, сумматор 4. Устройство также содержит последовательно соединенные источник 5 опорного напряжения, модулятор 6, два входа которого подключены к двум выходам генератора 1 импульсов, а выход - к первому входу

датчика 2 и второму входу сумматора 4, демодулятор 7, два входа которого подключены к выходам генератора 1 импульсов, а третий - к выходу сумматора, 4 и стробируемый фильтр 8, первый вход которого пoдкJпoчeн к выходу демодулятора 7, второй вход - к третьему выходу генератора 1 импульсов, а второй вход датчика 2 соединен с первым входом сумматора 4.

Модулятор 6 состоит из последовательно включенных между его входами корпусом ключей 9 и 10, другие входы которых являются управляющими входами модулятора, а общая точка соединения ключей - его выходом.

Датчик 2 состоит из последовательно соединенных конструктивных емкостей 11 и 12, несоединенные и соединенные выводы которых являются соответственно входом и выходом датчика

Блок 3 преобразования емкости в напряжение состоит из операционного усилителя 13, инвертирующий вход которого является входом блока преобразования и соединен через Т-образный резистивно-емкостный фильтр 14 с выходом операционного усилителя 13, являющимся выходом преобразователя, а неинвертирующий вход подключен к корпусу,

Сукмгггор 4 состоит из операционного усилителя 15, к инвертирующему входу которого подключены две цепи 16 и 17, являющиеся входами сумматора 4, и резистор 18, другой вывод которого подключен к выходу операционного усилителя 15, а неинвертирующий вход соединен с корпусом. Выход операционного усилителя является выходом сумматора 4.

Демодулятор 7 состоит из операционного усилителя 19, инвертирующий вход которого подключен к резисторам 20 и 21, второй вывод резистора 20 является входом-демодулятора 7, а второй вывод резистора 21 подключен к выходу операционного усилителя 19, являющемуся выходом демодулятора 7. Неинвертирующий вход операционного усилителя 19 подключен через последовательно соединенные резисторы 22 и 23 и ключ 24 ко входу демодулятора 7, причем общая точка соединения резисторов 23 и 22 соединена с последовательно соединенными резистором 25 и ключем 26, соединенньм с корпусом.

Стробируемый фильтр 8 состоит из ключа 27, вход и выход которого соответственно является входом и выходом стробируемого фильтра 8, выход которого ч,ерез конденсатор 28 соединен с корпусом. Управляющий вход ключа 27 подключен к соответствующего . выходу генератора 1 импульсов, л

Генератор 1 импульсов состоит из задающего генератора 29, выход которого соединен со счетным входом триггера 30 и входом формирователя 31, выход которого является одним из выходов генератора 1 импульсов и формирователей 32 и 33.

Устройство для измерения деформации и малых перемещений работает следующим образом.

Постоянное напряжение источника 5 эталонного напряжения преобразуется модулятором 6 в сигнал стабильной амплитуды и скважности (типа меандр), что достигается путем поочередной работы ключей 9 и 10, сигналы управления которыми поступают с формирователей 32 и 33 и находится в противофазе, причем скважность управляющих импульсов постоянна, так как они управляются сигналами, поступающими с прямого и инверсного выходов триггера 30, на вход которого поступают импульсы двойной частоты модуляции с задающего генератора 29 генератора 1 импульсов. Сигнал прямоугольной формы с выхода модулятора 6 поступиет на емкость 11 датчика 2 и через разделительную емкость 12 на вход сумматора 4, на другой вход которого ,через разделительный конденсатор цепи 16 поступает также прямоугольньй сигнал, фаза которого перевернута на 180 , а амплитуда зависит от соотношения емкостей 11 и 12, где значения емкости 11 датчика 2 могут принимать значения . В зависимости от соотношения емкостей 11 и 12 датчика 2 фаза импульсов на выходе сумматора 4 изменяется на 180. Эти импульсы преобразуются демодулятором 7 в постоянное напряжение, причем полярность его зависит от фазы сигналов с выхода сумматора 4 по отношению к импульсам, управляющим ключами 26 и 24, которые работают синхронно с ключами 9 и 10 модулятора 6.

Любая помеха, поступающая на вход демодулятора 7. преобразуется им в симметричный сигнал и отфильтровывается стробируемым фильтром 8, образованным сопротивлением открытого ключа 27 и конденсатором 28. В момент возникновения импульсов напряжения на вьпсоде сумматора 4, соответствующих фронтам импульсов, посту1:ающих на его вход с выхода блока 3 преобразования емкости в напряжение, вследствие огриниченной полосы пропускания операционного усилителя 13 и паразитных емкостей кабелей датчика 2, ключ 27 стробируемого фильтра 8 закрывается-, на конденсаторе 28 запоминается величина напряжения до начала импульса и тем самым предотвращается проНикновение указанных импульсов на выход устройства. Импульс запирания ключа 27 вырабатывается формирователем 3J из импульсов, поступающих на его вход с выхода генератора 1 импульсов.

Выходное напряжение стробируемого фильтра 8 пропорционально величине емкости 11 по отношению к емкости 12 датчика 2.

Предлагаемое устройство позволяет преобразовать сигналы емкостных датчиков в постоянное напряжение. Обеспечивается высокая точность преобразования при изменении температуры окружающей, среды от (-60) до (+80)С за счет устранения влияния указанных помех и применения фазовой демодуляции. При этом устройство обладает малым током потребления, что дает воз-: можность применять источники питания небольшой мощности и позволяет уменьшить габариты и вес.

Кроме того, достигнутые точностные характеристики, широкий температурный диапазон при небольшом весе и габаритах позволяет использовать данное устройство в бортовых системах контроля конструкции объекта, обладающих высокой экономической эффективностью за счет предоставляемой этими системами возможностью оценивать расход ресурса конструкции по усталостной нагруженности и оптимально расходовать ресурс путем обслуживания по состоянию.

I Cx Ct . r ,.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ МЕХАНИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ, содержащее генератор импульсов, последовательно соединенные датчик, блок преобразования и сумматор, отличающееся тем, что, с целью повьшения точности, оно снабжено последовательно соединенными источником опорного напряжения, модулятором, два входа которого подключены к двум выходам генератора импульсов, а выход - к первому входу датчика и второму входу сумматора, демодулятором, два входа которого подключены к выходам генератора импульсов, а третий выходу сумматора, и стробируемым фильтром, первый вход которого подключен к выходу демодулятора, второй вход - к третьему выходу генератора импульсов, а второй вход датчика соединен с перS вым входом сумматора.