Тензометрический преобразователь Советский патент 1988 года по МПК G01B7/16 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения деформаций в машиностроительных конструкциях,

Целью изобретения является повышение точности за счет увеличения отношения сигнал/шум на выходе тензомет- рического преобразователя.

На фиг. представлена структурная схема тензометрического преобразователя; на фиг. 2 - временная диаграмма; на фиг.-З - зависимость отношения сигнал/шум от угла отсечки «i ; на фиг. 4 - выходная спектральная плот- ность.

Тензометрический преобразователь содержит последовательно соединенные тензомост 1, дифференциальный усилитель 2, двухканальньй коммутатор 3 сумматор 4, фильтр 5 низких частот и регистратор 6, последовательно соединенные фазовращатель 7, формирователь 8 импульсов, два канала управления, каждый из которых вьшолнен в виде последовательно соединенных интеграторов 9, 1 О и компараторов 11,

12соответственно с управляемым поро гом срабатывания, генератор 13 синусоидальных колебаний, соединенный с диагональю питания тензомоста 1, выходы компараторов II, 12 соединены с управляемыми входами двухканального коммутатора 3, а вход фазовращателя

7 соединен с выходом генератора 13 синусоидальных колебаний.

Тензометрический преобразователь работает следующим образом.

С измерительной диагонали тензо- моста 1 сигнал, имеющий частоту, равную частоте задающего генератора

13с аддитивными помехами случайного и детерминированного характера, обусловленными собственными шумами тензо резисторов тензомоста 1 и внутри - внесистемными электромагнитными наводками, поступает на дифференциальный усилитель 2 {фиг.2, зависимость

14, для ясности изложения изображена в виде синусоиды основной частоты). С выхода генератора 13 синусоидальных колебаний опорное напряжение переменной часчоты поступает на диагональ питания тензоноста 1 и на вхо фазовращателя 7. После предварительного усиления дифференциальным усилителем 2 сигнал поступает на двухка- нальный коммутатор 3. С выхода фазовращателя 7 (кривая 15 на фиг. 2) опорный сигнал, сдвинутый на 90 , поступает на формирователь 8 импульсов, который формирует две противофазные последовательности меандров . 15, 16, изображенные на фиг.2. С выхода формирователя 8 опорные сигналы в виде меандров поступают на интеграторы 9 и 10, где происходит формирование двух последовательносте пилообразных напряжений (зависимости 17, I8 на фиг.2). С выходов интеграторов 9, 10 пилообразные напряжения -поступают на компараторы 11, 12 с регулируемым порогом срабатывания. Изменяя величину порога срабатывания компараторов 11 и 12, на их выходе о-бразуются последовательности прямоугольных импульсов, скважность которых меняется в зависимости от величины порога срабатывания компараторов 11 и 12. Диапазон изменения скважности характеризуется углом отсечки °( (позиция 19 на фиг.2), а длительность импульсов - величиной Q (зависимости 20, 21 на фиг. 2). Таким образом, компараторы 11, 12 обеспечивают формирование последовательностей опорных импульсов с регулируемой длительностью, характеризуемой углом отсечки. Сформированные последовательности импульсов с выхода компараторов 11, 12 поступают на управляемые входы коммутатора 3. Аналоговый коммутатор 3 формирует выборки измерительного сигнала (кривые 22, 19 на фиг. 2), которые затем суммируются с помощью сумматора 4. Далее сигнал поступает на фильтр 5 низких частот, который осуществляет формирование среднего арифметического значения, регистрируемого регистратором 6 В предлагаемом устройстве угол отсечки (угол замкнутого состояния двухканального коммутатора 3) «i. 0. Для случая детерминированных помех, воздействующих на входной контур дифференциального усилителя 2 и контур тензомоста 1, а также искажений сигнала при аддитивном воздействии разложение вектора коммутации управляющего опорного сигнала, поступающего с выхода регулируемых компараторов И, 12 (кривые 20, 22 на фиг.2) в ряд Фурье имеет вид:

V.

Y(t) JE cosk.sinki, (1)

где оС - угол отсечки;

- частота опорного сигнала; Y(t) - амплитуда опорного сигнала.

Выходная величина (зависимость 22, фиг,2) пропорциональна произведению входного измеряемого сигнала U(t) и вектора коммутации Y(t), следовательно, свойства предпоженного устройства определяются вектором комму

тации, В заявляемом устройствеЛс- пользуется преобразование в оба полупериода входного измеряемого сигнала. Представим входной сигнал U(t) в виде ряда Фурье:

U(t) V.,sin(iu.t+ /J, . (2)

Выходной сигнал сумматора 4 имеет вид:

Изобретение относится к измерительной технике и может быть исполь- зоваио для измерения деформаций в J « машиностроительных конструкциях. Цель изобретения - повышение точности за счет увеличения отношения сигнал/шум на выходе тензометрического преобразователя. Устройство обеспечивает оптимальный угол °L отсечки (угол замкнутого состояния двухканального коммутатора 3), при котором отношение сигнал/шум на выходе устройства имеет максимальное значение.. Значение этого угла совпадает со значением о,„, t для случая детерминированных помех с заданной точностью. Регулируя порог срабатывания компараторов 1I, 12, можно точно установить оптимальный угол отсечки ,мощность помехи при этом снижается в 3-5 раз. 4 ил. (Л

оо

V(t)Y(t)U(t) I Y cosk sinkWt/ V + i: V,sin(ia;t+y). (3)

Постоянная составляющая выходного сигнала,

, выделяемая фильтром 5, имеет вид:

V- W Y S,,,. Отношение сигнал/шум на выходе устройства определяется выражением:

(I .cosk)

(Y ) f:

-« к-,

Графическая зависимость отношения сигнал/шум от угла отсечки представлена на фиг. 3, Из графика фиг.З видно, что существует оптимальный угол отсечки, при котором отношение сигнал/шум на выходе устройства имеет максимальное значение. Регистрация сигналов при наличии помехи типа Белый шум обусловлена тепловыми шумами тензорезисторов тензомоста 1

|- (

(W гм

.

f- соз Ц2И-1М

-И . (21+1)

где V(. - амплитуда входного сигнала,

Анализ выражения С8 ) показьшает существование оптимального угла отсечки «i о t при котором отношение сигнал/шум на выходе устройства имеет максимальное значение, Значение этого угла совпадает со зЬачением о(, t для случая детерминированных помех с заданной точностью. Регулируя порог срабатывания компараторов 11 , 12, можно точно устанавливать оптимальный угол отсечки F, На фиг,4 представлены выходные спектральные характеристики устройств с углом от- сечкис( (зависимость 24 на фиг,4) и oi. et|jbt (зависимость 25 на фиг,4). Из фиг,4 видно, что в предложенном

V(t)F(D)uJt)Y(t), V.

Uc«.(t)

(6)

где F(D)

-передаточная характеристика фильтра 5;

-выходной сигнал в виде шума со спектральной плотностью.

Спектральная плотность выходного сигнала S(w) при наличии на входе широкополосного стационарного шума с плотностью Sy(j- ) определяется выражением :

S(t;)

4Ym

1

х

г.-,

(21+1

(21ТГУг

(21+l)wJ.

Отношение сигнал/шум на выходе устройства будет иметь вид:

S«,f +j(21+lH

(8)

устройстве при использовании оп ти- мального угла отсечки мощность помехи снижается в 3-5 раз (сплошные кри,f

вые 25) по сравнению с углом е( Л (пунктирные кривые 24), Полезный сигнал 25 при этом практически не ослабляется ,

Формула изобретения

Тензометрический преобразователь, содержащий тензомост, генератор синусоидальных колебаний, соединенный С диагональю питания тензомоста, дифференциальный усилитель, вход которого соединен с измерительной диа5 ,4/,

гоиалью тензомостл, я также последовательно соединенные фш1ьтр нижних частот и регистратор, отличающийся тем, что, с целью повьпие- ния точности за счет увеличения отно- шения сигнал/шум, он снабжен последовательно соединенными двухканаль- ным аналоговым коммутатором и сумматором, последовательно соединенными ю фазовращателем и формирователем опорных импульсов, двумя каналами управления, каждый из которых выполнен в виде последовательно соединенных ин1846

тегратора и регулируемого компаратора, выходы регулируемых компараторов соединены с управляющими входами двухканального аналогового коммутатора, а его информационные входы соединены с выходом дифференциального усилителя, выход сумматора соединен с входом фильтра низких частот, вход фазовращателя соединен с выходом генератора синусоидальных колебаний, а вход каждого интегратора соединен с соответствующим выходом формирователя опорных импульсов,

/РШ

X

10 20 50 W 30 60 70 SO 90 Фие.З

di

0)

игс с 5( Физ.

X

иг