Устройство для измерения амплитуды механических колебаний объекта Советский патент 1988 года по МПК G01H11/00 

1

. ts;

М

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения амплитуды механических колебаний проводящих об ьек- тов. ,

Цель изобретения - повышекке точности путем исключения систематической ошибки измерения, связанной с не- линейностью зависимости емкости от расстояния между измерительныь- электродом и объектом и с изгибом объекта во время колебаний.

На фиг.1 приведена блок схема устройства, на фиг,2 - временные дна- граммы, иллюстрирующие взаимодействие между блоками устройства.

Устройство содержит измерительный электрод 1, объект 2 источник 3 напряжения,- усилитель 4, ключ 5, ариф- метический блок 6, резистор 7, линейный детектор 8, компаратор 9,, одно- вибратор 105 формирователь 11 пило- |Образного напряжения компаратор 12, пиковый детектор 13, делитель 14 на- пряжения, одновибратор 15э частотомер 16 и шину 17 нулевого потенциала, Измерительны электрод 1 подключен к источнику 3 напряжения. Источник 3 напряжения, усилитель 4 ключ 5 сое- динены.последовательно6 Выход ключа .5 подключен к первому входу арифметического блока б. Параллельно входу усилителя 4 включен резистор 7, а выход усилителя 4 через линейный детек-- тор 8 соединен с управляющим входом источника 3 напряжения Выход усилителя 4 также соединен с первым входом компаратора 9, второй вход которого подключен к шине 17 нулевого потен- циала. .Выход компаратора S соединен с входом одновибратора 10. выход которого подключен к входу формирователя 11 пилообразного напряжелгая, выход которого соединен с первым ЕХОДОН .компаратора 12 и входом пикового де тектора 13, который через делитель 14 напряжения соединен с вторым входом компаратора 12, вьгкод которого . соединен с входом одновибратора выход которого подк;гючек к управлл- ющему входу ключа 5 и через часто- томер 1 б к второьг/ зжоду арифметического блока б,

Устройство работает следующим об- разомв /

На измерительный электрод 1 источника 3 напряжения подается ггостоянко напряжение U, Из-за игменеяия злектрпческой емкости емкостного преобразователя,, одной обкладкой которого является измерительный электрод 1, другой - колеблющийся заземленный объект 25 на резисторе 7 падает переменное напряжение.р которое усиливается усилителем 4,, Колебания объекта показаны на фиг,2а, выходной сигнал усилителя 4 - на фиг.26.

В момент времени, когда сигнал на выходе усилителя 4 15авен нулю, т.е.

в моменты

Ot- и 0)

IL

(Q - циклическая частота колебаний объекта 2 j п - п.елое положительное число)5 выходное напряжение компаратора 9 меняет свой знак (фкго2г1). Од- ковибратор 10 Н21 ра6атываат импульсы

г

В моменты времени -;- 2ТГг (

г) 5 интервал эременк ме;кду которьп-о равен периоду колебаний Т образца 2„ Указанные к ущульсы з правля1от работой формкрователя 11 пилообразного напряжения« Между двз11Я последовательным импульсами с выхода одновибратора 10 выходное напряжение формирователя 11 пилообразного напряженигг периодически линейно возрастает (фиг,2д) до максимгльногс значения и., прог ордиональнЪго периоду колебаний Т объекта 2, Пилообразное на- пря:.кение с формирователя 1 пи- .лообразного напряжения поступает на перв ьй вход компаратора 12 и на вход пшсовох О дет.ектора. 13, на выходе которого появляется напряженна (фиг,2е)с

и

На фиг„2ж сплошной лшгией изобра жено напряжение lip,, разделенное с по- м(зго;ью делителя 14 напряжения на 4; которое поступает на второй вход тп-лратора 12з а. пуиктярной: - пилообразное напряж

ViiPTTKP .

nocTyiravo iuee па

первый вход компаратора 12.

/

Б моменты времени oDt- + 2 Гп и

СО 2 |Гп выходное напряженке ком г Пратора 12 меняет знак (),

Б мокедты ot- iT-f 21Гп одноБнбратор 15 вырабатывает ш-тз льсы (фкгДн), которые в sTVf кояепты запускают ключ 5, Последний -измеряет мгновенные зка- чеикя U,,5 зькодногс сигнала уснли- теля 45 пропор ЦЕюкаяьные скорости передвшкения части объекта 2 находя-- )цейся под иззерительным sjieicTpoAOM 1;; через положение равиовес7:я (фиго2к)т

Измеренные значения Ь ,,,, с выхода ключа 5 поступают в арифметический блок 6,

Частотомер 16, подключенный к вы ходу одновибратора 15, измеряет частоту 9 поступающих на вход частотомера 16 импульсов, равную частоте колебаний объекта 2, Измеренное значение частоты ) поступает в арифметический блок 6, в котором определяется a raлитyдa х механических -колебаний объекта 2 по формуле:

1„и

6Ь1

2 ire6«SUR

где 1.- расстояние между измерительным электродом 1 и поверхностью объекта 2 в моменты прохождения объекта 2 через положе ние равновесия; S - диэлектрическая проницаемость среды;

6о- электрическая постоянная; S - площадь измерительного электрода 1 ,

и - постоянное напряжение, поддерживаемое на измерительном электроде 1;

R - сопротивление резистора 7, - измеренная частотомером 16

частота импульсов; аыч величина поступающих в арифметический блок 6 с выхода ключа 5 импульсов. Подачу постоянного напряжения U на измерительный электрод 1 обеспечивает линейный детектор 8, выход которого подключен к управляющему.входу источника 3 напряжения. Это необходи- МО,для обеспечения пропорциональности выходного сигнала Ug. и амплитуды колебаний объекта х.,, что повьшает точность измерения. Для поддержания „ постоянного напряжения на измерительном электроде 1 электродвижущая сила Е источника 3 напряжения изменяется по закону

Е и + iR,

где i - ток в цепи: шина 17 нулевого потенциала - объект 2 - измеритель

источник 3 мапряже- шина 17 нулевого

5

0

0

Формула изобретения

Устройство для измерения a mлитy- ды механических колебанш объекта,

Q содержащее измерительный электрод, объект, источник напряжения, резистор, усилитель, линейньй детектор, шину нулевого потенциала, первьй вывод резистора подключен к первому вы5 ходу источника напряжения, объект подключен к шине нулевого потенциала, отличающееся тем, что, с целью повышения точности, в него введены два ко таратора, два одновибQ ратора, формирователь пилообразного напряжения, пиковый детектор, делитель напряжения, ключ, частотомер и арифметический блок, а источник напряжения вьтолнен управляемым, второй вывод резистора подключен к гайке нулевого потенциала, второй выход источника напряжения подклвйчен к изме- pитeльнo ry электроду, первьй выход источника напряжения через усилитель подключен к первому входу первого компаратора, входу линейного детектора и информационному входу ключа, выход которого подключен к первому входу арифмет1таеского блока, выход линейного детектора.подключен к управляющему входу источника напряжения, выход первого компаратора через последовательно подключенные первый одновибратор, формирователь пилообразного напряжения, пиковый детектор и делитель напряжения подключен к первому входу второго компаратора, выход которого через последовательно подключенные второй одновибратор и частотомер подключен к второму входу арифметического блока, выход формирователя пилообразного напряжения подключен к второму входу второго компаратора, выход второго одковибра- тора подключен к управляющему входу ключа, второй вход первого компаратора подключен к шине нулевого потенциала .

5

0

О

У

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения амплитуды механических колебаний проводящих объектов. С целью повышения точности в устройство, содержащее измерительный электрод 1, объект 2, источник 3 напряжения, усилитель 4, резистор 7, линейный детектор 8, шину 17 нулевого потенциала, введены ключ 5, ариф- метический блок 6, компаратор 9, од- новиб| атор 10 формирова1;ель 11 пилообразного напряжения, компаратор 12, пиковый детектор 13, делитель 14 напряжения, одновибратор 15, частотомер 16, а источник 3 напряжения выполнен управляемым. Амплитуда колебаний объекта 2 определяется по скорости передвижения объекта через положение равновесия, что позволяет измерять ам- плитуды колебаний без систематическихS ошибок, связанных с нелинейной зависимостью величины емкости от расстояния между измерительным электродом и объектом и с изгибом,объекта во время колебаний. 2 ил. (Л

.

a;t