Многоканальное тензометрическое устройство Советский патент 1987 года по МПК G01B7/16 

Изобретение относится к тензометрии, в частности к многоканальным тензоизмери- тельным системам, используемым для многоточечного измерения деформации на подвижных объектах.

Цель изобретения - повышение точности измерения деформации путем введения контроля исправности тензодатчиков для двухполярного источника питания.

На чертеже представлена блок-схема многоканального тензометрического устройства.

Устройство содержит блок 1 из п тензоре- зисторных полумостов, блок 2 питания, последовательно соединенные первые источник 3 опорного напряжения и компаратор 4, последовательно соединенные вторые источник: 5 опорного напряжения и компаратор 6, схему ИЛИ 7, согласующий блок 8, блок 9 ключей, последовательно соединенные усилитель 10 и регистратор 11, последовательно соедидинен также с установочным входом первого триггера 15, вход усилителя 10 соединен с выходом третьего коммутатора 17, вторые входы сумматора 13 соединены с шиной «Земля, счетные входы счетчика 12 импульсов и обоих триггеров 15 и 18 соединены с шиной 19 синхронизации, а другой вход второго триггера 18 соединен с шиной 20 запуска.

Устройство работает следующим образом.

В исходном состоянии до тех пор, пока на шине 20 запуска присутствует сигнал «О, счетчик 12 импульсов обнулен сигналом «1, поступающим на его обнуляющий вход с инверсного выхода второго триггера 18, все 5 ключи, входящие в блок 9, разомкнуты, коммутатор 16 заблокирован, при этом все тензометрические полумосты блока 1 отключены от плюсовой щины блока 2 питания, напряжения в средних точках полумостов блока 1 близки к уровню отрицательного

10

ненные счетчик 12 импульсов, сумматор 13 20 напряжения, поступающего с блока 2 пита- и первый коммутатор 14, выход которогония. На установочный вход первого триггера

15 поступает сигнал «U, на прямом выходе первого триггера 15 присутствует сигнал «1, блокирующий коммутатор 17. Независимо от состояния выхода компаратора 6 на выходе схемы ИЛИ 7 присутствует сигнал «1, при этом регистратор 11 не воспринимает поступающую на его вход информацию с выхода усилителя 10. Управление коммутаторами 14 и 17 осуществляется таким обсоединен с вторым входом первого компаратора 4, первый триггер 15, второй коммутатор 16, вход которого соединен с выходом счетчика 12 импульсов, первый выход - с выводами положительной полярности питания блока 1 тензорезисторных полумостов, а второй выход - с первым входом обратной связи блока 2 питания, третий коммутатор 17, выход которого соединен с последовательно соединенными вторым компа- -зг. разом, что при поступлении на их управратором 6 и схемой ИЛИ 7, выход которой соединен с вторым входом регистратора 11, второй триггер 18, прямой выход которого соединен с входом младшего разряда сумматора 13, а инверсный выход - с входом

ляющих входы цифрового кода 00...О включается первый канал, 00...01 - второй канал, 00...010 - третий и т. д. На всех выходах сумматора 13 присутствуют «О, при этом коммутатор 14 пропускает на выход напряобнуления счетчика 12 импульсов и запре- 35 жение с первого канала, которое сравниващающими входами согласующего блока 8 и второго коммутатора 16, выходы согласующего блока 8 соединены с блоком 9 ключей, выходы которых соединены с соответствующими выводами положительной полярности питания блока 1 тензорезисторных полумостов, вход согласующего блока 8 соединен с выходом счетчика 12 импульсов, средние точки тензорезисторных полумостов соединены с сигнальными входами

40

ется с первым опорным напряжением U, если оба вывода отрицательной полярности питания тензорезистора первого полумоста не оборваны и не соединены с землей, напряжение на выходе коммутатора 14 близко к отрицательному напряжению, поступающему с блока 2 питания. В этом случае на выходе компаратора 4 присутствует «О, так как поступающее на его первый вход напряжение более отрицательно, чем

ется с первым опорным напряжением U, если оба вывода отрицательной полярности питания тензорезистора первого полумоста не оборваны и не соединены с землей, напряжение на выходе коммутатора 14 близко к отрицательному напряжению, поступающему с блока 2 питания. В этом случае на выходе компаратора 4 присутствует «О, так как поступающее на его первый вход напряжение более отрицательно, чем

первого 14 и третьего 17 коммутаторов, Uon,. При неисправности тензорезистора нижсоответственно, выход счетчика 12 импульсов соединен также с управляющими входами третьего коммутатора 17, клемма положительной полярности блока 5 опорного напряжения соединена с вторыми входами

него плеча (обрыве или заземлении) напряжение на выходе компаратора 4 соответствует уровню «1 так как напряжение в первом канале близко к нулю и значительно отличается от отрицательного пиблока 9 ключей, клемма отрицательной по- 50 тания.

лярности блока 2 питания соединена с объеди-При поступлении на щину 20 запуска

«1 второй триггер 18 переключается по первому поступившему на его счетный вход синхроимпульсу. При этом со счетчика 12 импульсов снимается обнуление, в первом

напряжения, запрещающий вход третьего 55 такте на все управляющие входы блока 9

коммутатора 17 и второй вход схемы ИЛИ 7ключей первого 14 и второго 16 коммутаторов поступают «О, а на управляющие входы третьего коммутатора 17 поступает

ненными выводами отрицательной полярности питания блока 1 тензорезисторных полумостов, соединенных также с вторым входом обратной связи блока 5 опорного

соединены с выходом первого триггера 15, вход младшего разряда сумматора 13 соединен также с установочным входом первого триггера 15, вход усилителя 10 соединен с выходом третьего коммутатора 17, вторые входы сумматора 13 соединены с шиной «Земля, счетные входы счетчика 12 импульсов и обоих триггеров 15 и 18 соединены с шиной 19 синхронизации, а другой вход второго триггера 18 соединен с шиной 20 запуска.

Устройство работает следующим образом.

В исходном состоянии до тех пор, пока на шине 20 запуска присутствует сигнал «О, счетчик 12 импульсов обнулен сигналом «1, поступающим на его обнуляющий вход с инверсного выхода второго триггера 18, все 5 ключи, входящие в блок 9, разомкнуты, коммутатор 16 заблокирован, при этом все тензометрические полумосты блока 1 отключены от плюсовой щины блока 2 питания, напряжения в средних точках полумостов блока 1 близки к уровню отрицательного

0

0 напряжения, поступающего с блока 2 пита- ния. На установочный вход первого триггера

напряжения, поступающего с блока 2 пита- ния. На установочный вход первого триггера

15 поступает сигнал «U, на прямом выходе первого триггера 15 присутствует сигнал «1, блокирующий коммутатор 17. Независимо от состояния выхода компаратора 6 на выходе схемы ИЛИ 7 присутствует сигнал «1, при этом регистратор 11 не воспринимает поступающую на его вход информацию с выхода усилителя 10. Управление коммутаторами 14 и 17 осуществляется таким обляющих входы цифрового кода 00...О включается первый канал, 00...01 - второй канал, 00...010 - третий и т. д. На всех выходах сумматора 13 присутствуют «О, при этом коммутатор 14 пропускает на выход напряжение с первого канала, которое сравнива 35 жение с первого канала, которое сравнива40

ется с первым опорным напряжением U, если оба вывода отрицательной полярности питания тензорезистора первого полумоста не оборваны и не соединены с землей, напряжение на выходе коммутатора 14 близко к отрицательному напряжению, поступающему с блока 2 питания. В этом случае на выходе компаратора 4 присутствует «О, так как поступающее на его первый вход напряжение более отрицательно, чем

Uon,. При неисправности тензорезистора нижUon,. При неисправности тензорезистора нижнего плеча (обрыве или заземлении) напряжение на выходе компаратора 4 соответствует уровню «1 так как напряжение в первом канале близко к нулю и значительно отличается от отрицательного питания.

цифровой код, в котором во всех разрядах - нули, а в младшем - единица, так как на вторые входы сумматора 13 поступает код 00...01. С коммутатора 16 и блока 9 ключей снимается блокировка, и верхняя точка первого полумоста подключается к плюсовой шине блока 2 питания, при этом обратная связь по первому входу блока 2 питания замыкается с верхней точкой первого полумоста через коммутатор 16. На выход коммутатора 17 проходит сигнал, снимаемый со средней точки первого полумоста, который в это время подключен к блоку 2 питания, а на выход коммутатора 17 про-, ходит сигнал со средней точки второго полумоста, отсоединенного от плюсовой шины блока 2 питания, и в дальнейшем при последовательном опросе всех остальных каналов коммутатор 14 опережает коммутатор 17 на один такт, т.е., если коммутатор 17 пропускает на вход усилителя 10 сигнал с п-го полумоста, коммутатор 14 пропускает на выход сигнал с п+1-го полумоста, причем в каждый момент времени к плюсовой шине блока 2 питания подключается только один из полумостов.

Первый триггер 15 осушествляет задержку информации на один такт, при этом после поступления на шину 20 запуска «1 логический сигнал на выходе триггера 15 не изменяется до конца первого такта работы устройства, т.е. если неисправен тензо- резистор нижнего плеча первого полумоста, то в течение первого такта работы на выходе первого триггера 15 присутствует сигнал «1, так как до поступления на шину 20 запуска «1 на информационный вход первого триггера 15 поступала «1.

При исправности обоих тензорезисторов первого полумоста в первом такте работы напряжение на выходе коммутатора 17 близко к нулю при условии, что напряжения питания полумоста +Е и -Е равны по абсолютной величине, тогда на выходе компаратора 6, являющегося компаратором «окна присутствует «О. В любом случае, когда напряжение на выходе коммутатора 17 значительно отличается от нуля, что может быть при обрыве одного из выводов крайних точек полумоста или коротком замыкании одного из тензорезисторов, на выходе компаратора 6 присутствует «1, которая, проходя через схему ИЛИ 7, запреш.ает регистрацию ошибочного сигнала.

Анализ исправности тензорезисторов п-го полумоста происходит в течение двух тактов работы устройства.

В такте, предшествуюш,ем измерению п-го канала (когда измеряется сигнал, снимаемый с (п-1)-го полумоста), определяются следующие неисправности п-го полумоста; обрыв или заземление выводов тензорезисторов нижнего плеча, обрыв или заземление выйода средней точки полумоста, одновременное заземление или одновремен

ный обрыв крайних точек полумоста, т.е. все те виды неисправности, которые затруднительно определять в такте измерения п-го канала, так как возникающий во всех этих

случаях ошибочный сигнал соизмерим с ожидаемым полезным сигналом и тензодатчик может быть не классифицирован как неисправный с помощью компаратора 6. В такте измерения п-го канала определяются такие неисправности, которые приводят к значительному отклонению измеряемого сигнала ожидаемого уровня: обрыв, короткое замыкание или непроизвольное заземление одного из тензорезисторов полумоста.

Коммутация цепи обратной связи по первому входу блока 2 питания необходима для того, чтобы во время измерения на всех полумостах устанавливалось одинаковое положительное напряжение независимо от различного падения напряжения на ключах блока 9.

Коммутация питания тензорезисторов

позволяет повысить чувствительность в д, раз, где Т - время опроса всех тензорезисторов, т - время, в течение которого опрашивается один тензорезистор.

Формула изобретения

0

Многоканальное тензометрическое устройство, содержащее тензорезисторный полу0 мост, блок питания, последовательно соединенные первые источник опорного напряжения и компаратор, последовательно соединенные вторые источник опорного напряжения и компартор, схему ИЛИ, согласующий блок, блок ключей и последовательно соеди5 ненные усилитель и регистратор, отличающееся тем, что, с целью повышения точности, оно снабжено блоком из /г-тензорезистор- ных полумостов, последовательно соединенными счетчиком импульсов, сумматором и первым коммутатором, выход которого соединен с вторым входом первого компаратора, первым триггером, вторым коммутатором, вход которого соединен с выходом счетчика импульсов, первый выход - с выводами положительной полярности питания

5 тензорезисторных полумостов, а второй выход - с первым входом блока питания, третьим коммутатором, выход которого соединен с последовательно соединенными вторым компаратором и схемой ИЛИ, выход которой соединен с вторым входом регистра0 тора, вторым триггером, прямой выход которого соединен с входом младшего разряда сумматора, а инверсный выход - с входом обнуления счетчика импульсов и запрещающими входами согласующего блока и второго коммутатора, выходы согласующего

5 блока соединены с блоком ключей, выходы которых соединены с соответствующими выводами положительной полярности питания тензорезисторных полумостов, вход согласукядего блока соединен с выходом счетчика импульсов, средние точки тензорезис- горных полумостов соединены с сигнальными входами первого и третьего коммутаторов, вход счетчика импульсов соединен также с управляющими входами третьего коммутатора, клемма положительной полярности блока питания соединена с вторвши входами блока ключей, клемма отрицательной полярности блока питания соединена г объединенными выводами отрицательной полярности питания тензорезисторных полумостов, соединенных также с вторым входом блока питания, запрещающий вход третьего коммутатора и второй вход схемы ИЛИ соединены с выходом первого триггера, вход младшего разряда сумматора соединен также с установочным входом первого триггера, вход усилителя соединен с выходом третьего коммутатора, вторые входы сумматора соединены с шиной «Земля, а счетные входы счетчика импульсов и обоих триггеров соединены с шиной синхронизации.

Изобретение относится к тензометрам. Целью изобретения является повышение точности измерения деформации путем введения контроля исправности тензодатчиков для двухполярного источника питания. Первый триггер 15 осуществляет задержку информации об исправности полумоста на один такт. Второй триггер 18 служит для синхронизации сигналов, счетчик 12 импульсов создает управляющие сигналы, первый коммутатор 14 анализирует исправность полумоста, сигнал с которого должен измеряться в последующем такте, второй коммутатор 16 осуществляет коммутацию первого входа блока 2 питания, третий коммутатор 17 коммутирует измеряемые сигналы с полумостов, несущих информацию о деформации тензометрируемого объекта, сумматор 1 создает управляющее кодовое слово для первого ко.ммутатора 14, превышающего кодовое слово, управляющее коммутатором 17, блоком 9 ключей и коммутатором 16. на единицу. 1 ил. со ю о 05 сд ел