Тензометрическое устройство Советский патент 1989 года по МПК G01B7/16 

1

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения неэлектрических величин, например деформаций и усилий.

Целью изобретения является расши - рение динамического диапазона за счет устранения амплитудных ограничений и повьшение точнос1и измерения за счет устранения нестабильности амплитуды генератора несущей частоты и коэффициента усиления усилителя.

На фиг. 1 представлена блок-схема тензометрического устройства; на

фиг. 2 - схема блока обработки информации.

Тензометрическое устройство содержит генератор 1 несущей частоты (ГНЧ), выход которого соединен с последовательно соединенными управ- ляемым коммутатором 2, тензомостом 3,, усилителем 4, фазовращателем 5, аналого-цифровым преобразователем 6 (А1Д11), блоком 7 обработки информации (БОИ) и регистратором 8, последовательно соединенные схему 9 сравнения, генератор 10 опорного напряжения (гон), второй вход схемы 9 сравне

СЛ О

( К1

ния соединен со вторым выходом управляемого коммутатора 2, третий выход управляемого коммутатора 2 соединен .со вторым входом усилителя 4, а выход схемы 9 сравнения соединен с третьим входом усилителя 4, а выход усилителя 4 соединен также со вторым входом АЦП 6, а выход БОИ 7 соединен также со вторым входом управляемого коммутатора 2. Блок 7 обработки информации содержит двй умножителя 1) и 12, выходы которых соединены со входами сумматора 13, последовательно с коточениям сигналов UgCt) и Uj(t) в фиксированные моменты времени пТ

и (nT)KV fl+Mcos(ns,T+i)3 sinnwT; (2) Uj (aT)KVe П+Мсо8(плТ+ /)со8пыТ, (3)

20

формируется кодовая последовательность

и/пТ)К V П +MCOS (плТ+У) (sin ntJU+COS nwT)K Vo ri+Mcos(nJ2T+if)

(4)

где Т - шаг дискретизации;

п-1,2,3,...

10 С выхода АЦП 6 кодовые последовательности Ug(пТ) и Uj(пТ) поступают на БОИ 7, где осуществляется вьщеле- ние огибающей модулированного сигнала, Сигналы (пТ) и Uj (пТ) поступают на рьпч соединен преобразователь 14 кода, 15 входы умножителей 11 и 12 и далее первьй выход преобразователя 14 кода на сумматор 13, на выходе которого соединен с блоком 15 запоминания, а второй выход - со сдвиговым регист 1 ром 16. Выходы блока 15 запоминания и сдвигового регистра 16 объединены и являются выходом блока 7 обработки информации.

Устройство работает следующим образом.

ГНЧ 1 формирует йысокочастотное напряжение питания тензомоста 3, которое поступает на вход управляемого коммутатора 2 работающего в двух режимах - измерения и калибровки,

В режиме измерения напряжения несущей частоты модулируется-по амплитуде информационным сигналом и на выходе тензомоста 3 формируется напряжение

Uy (t)V fl+McosUt+i/)J sinut,(l) где Vo -: амплитуда напряжения несущей частоты; W - угловая частота напряжения

несущей частоты; М - коэффициент модуляции; Л. - угловая частота модулирующего сигнала; Ч - - начальная фаза модулирующе30

представляющая собой дискретные значения огибающей информационного сигУ нала, возведенные в квадрат. Сигнал и(пТ) nocTjmaeT на вход преобразователя 14 кода, осуществляющего преобразование чисел кодовой последовательности в последовательность чисел с плавающей запятой U.-(пТ) . Мантисса чисел последовательности U5-(пТ), значения которой заключены в интерва- .ле 0,, с выхода преобразователя 14 кода поступает на вход блока 15 запоминания, в котором хранится таб35 лица значений квадратного корня чисел, лежащих в интервале 0,1+ГО. Опрос таблицы осуществляется с помощью адреса, определяемого значением мантиссы чисел кодовой последовательнос ти Uj-CnT). Порядок (характеристика) чисел U5-(nT) поступает на вход сдвигового регистра 16, осуществляющего деление порядка на два. Таким обраНапряжение U, (t) поступает на вход ., -° ° формируется по- пит.пя л. я ,пп« .0 д,пп- следовательно С ть значений иб(пТ)

JlJ7TnT)KVofl+Mcos(n2T+H ) , пропорциональных амплитуде информационного сигнала, то есть осуществляется демо- 4 сигнал иг (t)Ky«ri+Mcos (At+T)j8inwt g дуляция сигнала U (t) .

го сигнала.

усилителя 4, на выходе которого фор мируется напряжение U(t)K(U(t), где К - регулируемый козффициент усиления усилителя. С выхода усилителя

поступает на вход двухканального АЦП 6 и на вход фазовращателя 5, где осуществляется сдвиг фазы сигнала

на 90 t С выхода фазовращателя 5 сигнал Us (t)KV fl- - Icos(ct+ / ) поступает на второй вход двухканаль- рого АЦП 6. АЦП 6 преобразует анало говые сигналы U(t) и Uj(t) в цифровые коды, пропорциональные зна-1

Последовательность значений U(пТ) поступает на цифровой регистратор 8. В режиме калибровки осуществляется калибровка измерительного тракта. 5g При этом напряжение с ГНЧ 1 , минуя тензомост 3, подается на усилитель 4, а сигнал U(пТ) с выхода БОИ 7 - на вход схемы 9 сравнения. Одновременно на другой вход схемы 9 сравнения с

чениям сигналов UgCt) и Uj(t) в фиксированные моменты времени пТ

и (nT)KV fl+Mcos(ns,T+i)3 sinnwT; (2) Uj (aT)KVe П+Мсо8(плТ+ /)со8пыТ, (3)

формируется кодовая последовательность

и/пТ)К V П +MCOS (плТ+У) (sin ntJU+COS nwT)K Vo ri+Mcos(nJ2T+if)

(4)

С выхода АЦП 6 кодовые последовательности Ug(пТ) и Uj(пТ) поступают на БОИ 7, где осуществляется вьщеле- ние огибающей модулированного сигнала Сигналы (пТ) и Uj (пТ) поступают на входы умножителей 11 и 12 и далее на сумматор 13, на выходе которого

Последовательность значений U(пТ) поступает на цифровой регистратор 8. В режиме калибровки осуществляется калибровка измерительного тракта. 5g При этом напряжение с ГНЧ 1 , минуя тензомост 3, подается на усилитель 4, а сигнал U(пТ) с выхода БОИ 7 - на вход схемы 9 сравнения. Одновременно на другой вход схемы 9 сравнения с

выхода ГОН 10 поступает опорное напряжение U(j, равное номинальному значению амплитуды напряжения несуще частоты Vo, умноженному на номинальное значение коэффициента усиления усилителя 4 К,, . Схема 9 сравнения производит сравнение амплитуды напряжения Ug генератора 1 несущей частоты, измеренное измерительным трактом, с опорньм напряжением U и в случае их отличия вырабатывает разностный сигнал Uo;, , поступающий на третий вход усилителя 4, регулирующий коэффициент усиления усилителя 4 таким образом, чтобы амплитуда напряжения в измерительном тракте стала равной значению опорного напряжения,

е т е н и я

20

i - о р м у л а и 3 о б р

Тензометрическое устройство.содержащее тензомост, генератор несущей час то ты, усилитель,фа зов ращатель, аналого-цифровой преобразователь,25

управляемый коммутатор и регистратор, отличающееся тем, что ,

1456767

0

5

0

5

с целью расширения динамического диапазона за счет устранения амплитудных ограничений и повышения точности измерения за счет устранения нестабильности амплитуды генератора несущей частоты и коэффициента усиления усилителя, оно снабжено блоком обработки информации и последовательно соединенными генератором опорного напряжения и схемой сравнения, выход генератора несущей частоты соединен с последовательно соединенными управляемым коммутатором, тензомостом, усилителем, фазовращателем, аналого- цифрсгвым преобразователем, блоком обработки информации и регистратором, вьгхол усилителя соединен также с вторым входом аналого-цифрового преобразователя, выход блока обработки информации соединен с вторым входом коммутатора, второй выход коммутатора соединен с вторым входом схемы сравнения, третий выход коммутатора соединен с вторым входом усш1ителя, а выход схемы сравнения соединен с третьим входом усилителя.

Изобретение относится к измерительной технике.и может быть использовано для измерения неэлектрических величин, например деформаций и усилий. Целью изобретения являются рас- пшрение динамического диапазона за счет устранения амплитудных ограничений, и повышение точности измерения за счет устранения нестабильности амплитуды генератора несущей частоты и коэффициента, усиления усилителя. Тензометр} ческое устройство работает в двух режимах - изменения и калибровки. В режиме измерения напряжение несущей частоты модулируется по амплитуде информационным сигналом, усиливается и разветвляется по двум ка- нэлдм в одном из которых производит- ся едвиг по фазе на 90. Составляющие сигнала преобразуются к цифровому виду, затем осуществляется .-их цифровая обработка, в результате которой выделяется информацион} ый сигнал, поступающий далее на регистратор. В режиме калибровки немодулированное напряжение несущей частоты проходит через измерительный тракт, и сравнивается затем по амплитуде с опорным напряжением. В случае их отличия вырабатывается разностный сигнал, подст раивающий коэффициент усиления усилителя. 2 ил. 10 (Л

8

Физ.1

i1

13

11

15

1Н

16

Фие.2