Устройство для преобразования величины механических напряжений в ферромагнитных материалах в частоту следования прямоугольных электрических импульсов Советский патент 1988 года по МПК G01L1/12 

(61) 1084629

(21) 3959155/24-10

(22)- 02.10.86

(46) 07.05.88. Бкш. № 17

(71)Киевский институт автоматики им. XXV съезда КПСС

(72)Э. В. Голован, В. Г. Квачё в и С. В. Стерехов

(53) 531.781(088.8)

(56)Авторское свидетельство СССР № 1084629, кл. G 01 L 1/12, 1983.

(54)УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ВЕЛИЧИНЫ МЕХАНИЧЕСКИХ НАПРЯЖЕНИЙ В ФЕРРОМАГНИТНЫХ МАТЕРИАЛАХ В ЧАСТОТУ СЛЕДОВАНИЯ ПРЯМОУГОЛЬНЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ИМПУЛЬСОВ

(57)Изобретение относится к сило- измерительной технике. Цель изобретения - повышение стабильности и точности работы устр-ва. При воздействии усилий на магнитопровод под влиянием механических упругих деформаций изменяются магнитные св-ва материала, что приводит к изменению скорости перемагничивания магнитопро- вода и частоты следования прямоугольных импульсов на выходе преобразователя, которая характеризует величину механических напряжений в материале магнитопровода. Устр-во позволяет скомпенсировать нестабильности параметров датчика и генератора от времени и температуры, а также других медленно меняющихся факторов, влияющих на точность преобразования усилия в частоту следования импульсов. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

СО

I Изобретение относится к силоизме- рительной технике, может быть исполь- ровано в качестве первичных преобра- )зователей в информадионно-измеритель- 1х системах при автоматизации производственных процессов в металлургии, |на транспорте и в горнодобывающей промышленности и является усовершен- 1ствованием устройства по авт. св. № 1084629.

Цель изобретения - повышение стабильности и точности работы устройства.

На фиг. 1 показана принципиальная схема устройства; на фиг, 2 - схема блока управления.

Устройство содержит основные биполярные транзисторы 1 и 2, базовые резисторы 3 и 4, дополнительные биполярные транзисторы 5 и 6, полевые транзисторы 7 и 8, катушки 9 и 10 индуктивности, магнитопровод 11, ре- гулировочньм резистор 12, первую схему И 13, первый счетчик 14, первый запоминакмций блок 15, коммутатор 16, первую схему 17 разности, второй счетчик 18, схему НЕ 19, вторую схему И 20, третий счетчик 21, второй запоминающий блок 22, втору схему 23 разности, генератор 24 высокой частоты, делитель 25, блок 26 управления. При этом база второго дополнительного биполярного транзистора 6 соединена с входом схемы НЕ 19, первой схемой И 13, коммутатором 16, блоком 26 управления, второй вход первой схемы И 13 соединен с выходом генератора 24 высокой частоты, с одним из входов второй схемы И 20, второй вход которой соединен с выходом схемы НЕ 19, а выход первой схемы И 13 через первьш счетчик 14 и первый запоминающий блок 15 подключен к первому входу коммутатора 16, второй вход которого через второй запоминающий блок 22 и третий счетчик 21 подключен к выходу второй схемы И 20, а выходы коммутатора 16 соединены с соответствующими входами первой схемы 17 разности, выход которой подключен к второму счетчику 1В, а второй вход второй схемы 23 разности соединен с вьЕХОдом второго счетчика 18 и первым входом делителя 25, второй вход которого соединен с выходом схемы 23 разности, первый выход блока 26 управления подключен к управляющим входам первого счетчика 14 и второго запоминающего блока 22, второй

0

5

0

5

0

5

0

5

0

5

выход блока 26 управления роединен с (управляющими входами третьего счетчика 21 и первого запоминагацего блока 15, третий выход блока управления подключен к второму управляющему входу второго запоминающего блока 22, а четвертьй выход блока 26 управления подключен к второму управляющему входу первого запоминающего блока 15.

Блок 26 управления включает первую дифференциальную цепочку 27, первый выпрямитель 28, первую линию 29 задержки, инвертор 30, вторую дифференциальную цепочку 31, второй выпрямитель 32, вторую линию 33 задержки. При этом вход блока 26 управления подключен к входу инвертора 30 и к входу первой дифференциальной цепочки 27, выход которой после первого вьтрямителя 28 подключен к первому выходу блока 26 управления, а также после первой линии задержки подключен к третьему выходу блока 26, а выход инвертора 30 соединен с входом второй дифференциальной цепочки 31, выход которой через второй выгрями- тель 32 соединен с вторым выходом блока 26, а также через вторую линию 33 задержки подключен к четвертому выходу блока.

Устройство работает следующим об- , разом. .

Магнитоанизотропньй датчик устанавливают на контролируемом изделии, как правило на технологической линии (например, прокатньй стан). В качестве магнитопровода датчика используется сердечник с прямоугольной петлей гистерезиса. В магнитопроводе имеются отверстия, в которых взаимно перпендикулярно расположены две иден- :тичные катушки индуктивности. Пред- |лагаемое устройство питается от стабильного источника напряжения +U.

Пусть в исходном состоянии транзистор 1 открыт, а транзистор 2 закрыт. Рассмотрим переход транзистора 1 из открытого в закрытое состояние. После достижения индукцией в магнитопроводе значения насьшцения коллекторный ток начинает уменьщаться, что приводит к увеличению положительного потенциала на коллекторе транзистора 1 и влечет за собой открывание транзистора 5. При этом ток через базу транзистора 2 .увеличивается, что приводит к открыванию транзистора 2 и уменьшению положительного потенциала

на его коллекторе и соответственно открыванию полевого транзистора 7,

Таким образом, при воздействии усилий на маг нитопровод под влиянием механических упругих деформаций изменяются магнитные свойства материала, что приводит к изменению скорости перемагничивания магнитопровода и частоты следования прямоугольных импульсов на выходе преобразователя, которая характеризует величину механических напряжений в материале магнитопровода. Настолько же информативные является и длительность прямог угольных импульсов, получаемых на выходе преобразователя.

Устройство позволяет скомпенсировать нестабильности параметров датчика и генератора от времени и от температуры, а также других медленно меняющихся факторов, влияющих на точность преобразования усилия в частот следования импульсов,

Такие влияющие факторы относят к категории мультипликативных помех. Информационный сигнал y.(t) в i-й момент времени с учетом мешающих факторов можно представить в виде

y,-(t) k.(t)-rxo + x.(t)J,(l

где k-(t} - помеха, вызванная неста- бильностями параметров датчика и генератора; X р - начальное значение информационного сигнала (в данном случае длитель- ,. ность информационного импульса) при отсутствии усилия на магнитопроводе (t) - мгновенное значение информационного сигнала (длительность импульса в i-й момент времени), Последовательность импульсов поступает на две схемы И 13 и 20 после инверсии на схеме НЕ 19, В то же время на обе схемы И подается высокая частота с генератора 24 высокой частоты, частота которого выбирается на два порядка вьше мин имапьной частоты Таким образом, импульсы с генератора являются селекторными импульсами, которые на выходе схем И 13 и 20 вьщеляют пачки импульсов высокой частоты, количество которых пропорционально длительности информационного импульса. Количество импульсов высо i инФ

кой частоты сосчитывается на реверг сивных счетчиках 14 и 2 и соответственно регистрируется в двух запоминающих блоках 15 и 22,

Так на выходе запоминаклцего блока 15 полуг1ается число в двоичном коде, пропорциональное информационному параметру (длительность импульса) в i-й момент времени, величина которого выражена формулой (1), а на выходе запоминающего блока 22 - число в двоичном коде, пропорциональное информационному параметру в

,(i + l)-й момент времени:

У,ч, (t) k,., (t).x + X

i+i инф

(t)J.(2)

Функция, описывающая помеху k -(t) меняется значительно медленнее информационной функции 1-им ( f ) то естественно предположить, так как временное старение параметров или уход их с температурой происходит значитель- но медленней, чем изменение информационного параметра, например, на технологической линии, где регистрация значения информации происходит не реже, чем через I мс, поэтому

30

k.(t)k,.,,(t).

(3)

В соответствии со значением информационного импульса после коммутатора 2g 16 информация с запоминающих устройств поступает на схему 17 разности, на выходе которой имеем:

y,4i(t) - .yj(t) k- (t) X 40 X x,.(t) - х,-„„ (t)J .

(4)

Полученная разность поступает на реверсивный счетчик 18, работающий в режиме непрерывного счета. На выходе 45 счетчика 18 имеем:

J,.t -y.(t)j

50

21 k;(t) &

1 0

t инФ

(t),

(5)

так как k.(t) меняется значительно медленнее, чем справедливо выражение

55

у. k. (t) -х ,(t)

(6)

Сигнал (7) с выхода реверсивного счетчика 18 поступает совместно с

сигналом у| k;(t) Х о )l|H(t)1

с:запоминающего устройства 22 на схе- MJc 23 разности, после чего получаем:

У .(t.) - yj kj(t). х.

I С выхода схемы 23 разности сигнал (|8) подается на делитель 25 в качестве делителя, а делимым является сигнал (7) с выхода, счетчика 18. ТОГда на выходе делителя и всего устрой- с;тва получаем информационный сигнал, вободный от мультипликативных ис- ажений и приведенный к нулевому качению информации

(t)

(8)

у

- j ми(

yj(t)-yj

X .

При этом блок 26 управления работает следующим образом. На вход диф- ференциальной-цепочки 27, на вход иЯ вертора 30 поступает сигнал с базы дополнительного биполярного транзистора . С выхода дифференциальной цепочки 27 двухполярные импульсы поступаю на выпрямитель 28, на выходе которого положи- ельные импульсы задержива-) ются линией 29 задержки. Аналогично :работает ветвь: дифференциальная цё- : почка 31, вьшрямитель 32, линия 33 задержки. С выхода выпрямителей 28 и

32импульсы обнуления счетчиков поступают соответственно на счетчики

14 и 21, в то же время эти же импульсы поступают в качестве обнуляющих сигналов соответственно на запоминающие блоки 22 и 15, После линий 29 и

33задержки сигналы поступают на запоминающие блоки соответственно 22

и 15 в качестве сигналов записи информации. Величина задержки выбирается исходя из частоты генератора высокой частоты, но не выше 1 мкс.

Формула изоб ре.тения

1. Устройство для преобразования величины механических напряжений в ферромагнитных материалах в частоту следования прямоугольных электрических импульсов по авт, св. № 1084629, отличающееся тем, что, с целью увеличения стабильности и точности работы устройства, в него введены блок управления и последовательно соединенные генератор высокой частоты, первая схема И, первый счетчик, первый запоминающий блок, коммутатор, первая схема разности, второй счетчик, вторая схема разности, делитель, а также последовательно соединенные схема НЕ, вторая схема И, третий счетчик, второй запоминающий блок, при этом второй вход первой схемы И соединен с базой второго дополнительного биполярного транзистора, входом схемы НЕ, входом блока управления, вторым выходом коммутатора, второй вход второй схемы И соединен с выходом генератора высокой частоты, выход второго счетчика соединен с вторым входом делителя, выход второго запоминающего блока соединен с вторым входом коммутатора и вторым входом второй схемы разности, а первьм выход бл ока управления соединен с вторыми входами первого счетчика и второго.запоминающего блока, второй выход блока управления соединен с вторыми входами третье1 о счетчика и первого запоминающего блока, третий выход блока управления соединен с третьим входом второго запоминающего блока, четвертый выход блока управления соединен с третьим входом первого запоминающего блока.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что блок управления вьшолнен в виде инвертора и двух каналов, каждый из которых содержит последовательно соединенные дифференциальную цепочку, выпрямитель и линию задержки, причем входы обеих дифференциальных цепочек соединены между собой через инвертор, входом блока управления является вход одной из дифференциальных цепочек, а выходами - выходы выпрямителей и линий Ьадержки в обоих каналах.

9и.г.1

Вых.

(рав.2