Устройство для контроля хода механических секундомеров Советский патент 1989 года по МПК G04D7/12 

L7h

„Старт fmon

СЛ

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и позволяет повысить точность и оперативность настройки баланса механического секундомера. Устройство содержит микрофон 1, микрофонный усилитель 2, регулятор 3 уровня, селективный усилитель 4, детектор 5 абсолютной величины, компаратор 6, формирователь 7 импульсов, формирователь 8 строба, триггер 9 управления, генератор 10 эталонной частоты, схему 11 реверса, счетчик 12 реверсивный, индикатор 13 работы секундомера. 5 ил.

Фиг.1

Изобретение относится к контроль- но-измерительной технике и может быть использовано для контроля и наладки механических секундомеров.

Цель изобретения - повышение точности и оперативности настройки баланса механических секундомеров.

На фиг.1 представлена блок-схема устройства; на фиг.2 - функциональная схема канала обработки звукового сигнала анкера; на фиг.З - функциональная схема формирователя строба; на фиг.4 - функциональная схема реверса и реверсивного счетчика; на фиг.З - циклограммы работы и формы сигналов узлов устройства.

Устройство для контроля ода механических секундомеров содержит микрофон 1, микрофонный усилитель 2, регулятор 3 уровня, селективный усилитель 4, детектор 5 абсолютной величины сигнала, компаратор 6, формирователи импульсов 7 и строба 8, триггер 9 управления, генератор 10 эталонной частоты,- схему 1.1 реверса, реверсивный счетчик 12 и индикатор 13 работц секундомера. Выход микрофона 1 соединен с входом микрофонного усилителя 2, нагрузкой которого является резистор регулятора 3 уровня, подвижный контакт которого соединен с входом селективного усилителя 4. Последний последовательно соединен с детектором 5 абсолютной величины, компаратором 6 и формирователем 7 импульсов. Выход последнего соединен с входом индикатора 13 работы секундомера и с первым входом формирователя 8 строба, второй вход которого соединен с выходом генератора 10 эталонной частоты, а третий и четвертый входы - с первым и вторым выходом триггера 9 управления, Первый и второй выходы формирователя 8 строба соединены с первым и вторым входами схемы 11 реверса, первый и второй выходы которой соединены с первым и вторым входами реверсивного счетчика 12, выход которого соединен с третьим входом схемы 11 реверса. Триггер 9 управле- -ния имеет на входе кнопку Старт и кнопку Стоп, которая соединена с четвертым входом 11 реверса.

Микрофон 1 служит для преобразования звука ударов анкера секундомера в электрический сигнал.

Микрофонный усилитель 2 (фиг.2) предназначен для усиления электричес

5

0

5

0

5

0

5

0

5

кого сигнала и представляет собой операционный усилитель с большим коэффициентом усиления, на входе которого установлен фильтр высокой частоты с частотой среза 5 кГц, включаю1дий резистор 14 и конденсатор 15.

Регулятор 3 уровня служит для получения уровня сигнала, оптимального для канала обработки звукового сигнала анкера.

Селективный усилитель 4 (фиг.2) служит для выделения и усиления сигнала в области 5 кГц и представляет собой операционный усилитель с ТТ- мостом в цепи отрицательной обратной связи.

Детектор 5 абсолютной величины сигнала (фиг.2) служит для преобразования биполярного сигнала в однопо- лярный, который имеет форму сгибающей последнего и собран на операционном усилителе.

Компаратор 6 (фиг.2) служит для получения импульса с крутым фронтом, отсечения сопутствующих импульсов в сигнал работы анкера и включает транзистор 16, конденсатор 17, резистор 18, операционный усилитель 19, под- строечный резистор 20 и стабилитрон 21.

Формирователь 7 импульсов служит для получения прямоугольных импульсов калиброванной длительности с крутым фронтом и представляет собой моновибратор на микросхеме ТТЛ.

Формирователь 8 строба (фиг.З) служит для получения строба длительностью 10с по шкале секундомера, в течение которого происходит поступление счетных импульсов на реверсивный счетчик 12 и содержит элементы И-НЕ 22 и 23, счетчики 24 и 25, инверторы 26 и 27, моновибратор 28, триггер 29 и конденсатор 30.

Триггер 9 (фиг.З) управления предназначен для выработки команд Старт и Стоп и организован на RS-тригге- ре, состояния выходов которого определяются нажатием соответствующих кнопок, подключенных ic R- и S-входам. I

Генератор 10 эталонной частоты

служит для выработки импульсовс частотой 36000 Гц. Задающая часть собрана на трех элементах И-НЕ с кварцевым резонатором в цепи положительной обратной связи. Частота 36000 Гц получается делением частоты кварца линейкой счетчиков с соответствующим коэффициентом пересчета

Схема 11 реверса (фиг.4) служит для изменения направления счета импульсов реверсивным счетчиком 12, поступающих с генератора 10 эталонной частоты, и состоит из инвертора 31, элементов И-НЕ 32 и 33 и IK- триггера 34.

Реверсивньй счетчик 12 (фиг. 4) служит для подсчета импульсов, приходящих на его вход за время строба 10с и состоит из шести двоично-десятичных реверсивных счетчиков с памятью. Индикация времени осуществляется газоразрядными цифровыми и знаковыми индикаторами.

Индикатор 13 работы секундомера служит для визуального и слухового контроля работы тракта преобразования звука анкера в электрический импульс. Световой индикатор (не показан) может быть выполнен в виде ГУ- триггера, работающего в режиме деления на два, и подключенного к его выходу светодиода, Звуковой индикатор состоит, например, из управляемого звукового генератора на четырех элементах И-НЕ и телефонной капсулы. Генератор включается на время действия импульса с формирователя 7 импульсов и этот же импульс управляет работой D-триггера.

Устройство работает следующим образом.

Секундомер помещается на раструб звукоприемника или циферблатом вниз (в случае настройки) или вверх (в случае поверки). Микрофон 1 размещен в нижней части воронки звукоприемника. Звук работы анкера преобразуется в электрический сигнал усилителем 2. Частоты до 5 кГц срезаются фильтром высокой частоты (R 14, ,С 15). Далее сигнал с выхода микрофонного усилителя 2 через регулятор 3 уровня поступает на вход селективного усилителя 4, который усиливает составляющую 5 кГц (фиГоЗа). Такая высокая усиливаемая частота выбрана из-за фильтрации низкочастотных шумов, размывающих звук удара анкера, и большой крутизны нарастания сигнала, которая способствует дальнейшему формированию фронта импульса.

Форма огибающей сигнала удара анкера в полосе 1-10 кГц имеет определенную структуру (фиг.За): имеются

предварительные импульсы (1 и 2) малой амплитуды, основной импуль ; (3) и импульс послезвучания (4), причем самым большим по амплитуде является импульс (3), а все другие импульсы являются лишними, поэтому задача канала обработки звукового сигнала анкера (фиг,2) сводится к выделению

Q этого импульса (3) и подавлению других импульсов (1, 2 и 4).

Сигнал с селективного усилителя 4 поступает далее на двухполупериод- ный детектор 3 абсолютной величины

5 сигнала и после выпрямления в сигнал отрицательной полярности (фиг.Зб) поступает на вход компаратора 6.

Компаратор 6 представляет собой триггер Шмитта с малым гистерезисом

0 на операционном усилителе 19. На его инверсивный вход сигнал поступает через антилогарифмическое звено (транзистор 16 в диодном включении) и фильтр (R 18, С 17), Форма сигнала

5 на конденсаторе 17 представлена на фиг.Зво На прямой вход операционного усилителя 19 подается отрицательное напряжение смещения -Есм с резистора 20, которое определяет порог ера0 батывания триггера и отсекает два первых импульса в звуковом сигнале (фиГоЗв). Сочетание триггера Шмитта с антилогарифмическим звеном и ф.ильт- ром на входе позволяет четко сформи

ровать импульс, фронт которого соответствует третьему импульсу звукового сигнала (фиг.Зг)о Выходной сигнал нормируется по амплитуде стабилитроном 11 для согласования с входом ТТЛ- моновибратора формирователя 7 импульсов, который формирует прямоугольные импульсы длительностью около 30 мс, Эти импульсы являются исходным сигналом для работы индикатора 13, работы секундомера и схемы формирователя 8 строба, который формирует сигнал длительностью 10 с, в течение которого на вход реверсивного счетчика 12 поступают импульсы 36000 Гц с генерато- pa 10 эталонной частоты

Формирователь 8 строба работает следующим образом.

При нажатии кнопки Старт триггер 9 управления меняет свое состояние и логическая 1 с прямого выхода триггера 9 управления поступает на второй вход формирователя 8 строба (элемент И-НЕ 22). На первый вход этого элемента поступают импульсы с

11

формирователя 7. При наличии 1 на втором входе на выходе элемента 22 присутствуют импульсы с активным низким уровнем. Эти импульсы посту- пают на вход счетчика до 50, состоящего из двух интегральных счетчиков 23 и 24.Подготовка счётчиков 23 и 24 к приему информации производится подачей 1 на RIJ-ВХОДЫ с инверсного вы- хода триггера 9 управления. Одновременно эти же импульсы инвертируются элементом НЕ 25 и поступают на запускающий вход моновибратора 26 с перезапуском. Таким образом запуска- ется моновибратор 26 и одновременно происходит заполнение счетчиков 23 и 24. Постоянная времени моновибратора 26 выбрана несколько больше 200 мс, которые являются периодом следования сигнала с секундомера, поэтому логическая 1 с прямого выхода моновибратора 26 присутствует на первом вхо де элемента И-НЕ 27, на второй вход которого все время поступают импуль- сы 36000 Гц с генератора 10 эталонной частоты. Эти импульсы проходят через элемент И-НЕ 27 и поступают на второй вход схемы 11 реверса.

При заполнении емкости счетчиков 23 и 24 сигнал со счетчика 24 через инвертор 28 низким уровнем прекращает работу моновибратора 26, переводит триггер 29 по R-входу в нулевое состояние. При этом логическая 1 с прямого выхода триггера 29 поступает на запрещающий К.-вход счетчиков 23 и 24 и останавливает счет. С прямого выхода моновибратора 26 сиг- нал логического О приходит на первый вход элемента И-НЕ 27 и прерывае поступление импульсов на вход cxei« i 11 реверса. Таким образом формируется строб (фиг.5д), начало и конец которого соответствует фронтам 1-го и 30-го импульсов, поступивших на вход формирователя 8 строба, что соответствует 10 с по шкапе секундомера.

Импульсы заполнения строба с ге- .нератора 10 эталонной частоты (фиг.5 поступают на первый вход схемы 11 реверса и через согласующий инвертор 31 поступают на первые входы элемен- тов И-НЕ 32 и 33, Вторые входы этих элементов подключены к прямому и инверсному выходам 1К-триггера 34. Выход элемента И-НЕ 32 подключен к сум

8

мирующему входу реверсивного счетчика 12, а выход элемента И-НЕ 33 - к его вычитающему входу.

При наличии логической 1 на инверсном выходе триггера 34 схемы 11 реверса и логического О на прямом его выходе происходит вычитание из содержимого счетчика 12 и наоборот о Переключение триггера 34 схемы 11 реверса производится перепадом с выхода to заема, поступающего со счетчика пятого разряда по синхронизирующему входу. Предварительная установка триггера 34 осуществляется кратковременным импульсом низкого уровня, подаваемым через конденсатор 30 развязки с инверсного выхода моновибратора 26. Этот импульс появляется в момент включения питания устройства.

Для приведения хода секундомера к 1 ч в счетчике 12 предварительно записывается число 360000 и начальный отсчет ведется на вычитание, В случае отставания хода секундомера длительность строба, обусловленного фронтами 1-го и 50-го импульсов, больше Юс и с генератора 10 эталонной частоты проходят не 360000 импульсов, а больше, на величину времени фактического отставания за 1 ч„ При этом счетчик 12 переходит через .ноль, режим вычитания сменяется режимом сложения, на цифровых индикаторах устанавливается число, соответствующее отставанию секундомера в секундах за 1 ч, и загорается знак -.

При длительности строба меньше фактических 1 Ос счет прекращается еще до обнуления счетчика 12 и на индикаторах устанавливается число, соответствующее забеганию секундомера за 1 ч и загорается знак

Стирание показаний счетчика 12 и перезапись в него числа 360000 осуществляются при нажатии кнопки Стоп триггера 9 управления, при этом на синхронизирующий вход всех разрядов счетчика 12 приходит уровень логического О с прямого выхода триггера 9 управления и триггер 28 возвращается в нулевое состояние.

Цикл счета возобновляется при нажатии кнопки Старт триггера 9 управления . На индикацию выведены только второй, третий и четвертый разряды счетчика 12, поэтому индицируется число до 999 с ценой единицы счета

0,01 с, Тово с емкостью приведенного к 1 ч времени, равной 10 с. Такая емкость и цена единицы счета полностью удовлетворяет условиям настройки и поверки секундомера.

Формула изобретения I

Устройство для контроля хода механических секундомеров, содержащее микрофой, формирователь импульсов, триггер управления, генератор эта- лониой частоты и реверсивный счетчик отличающееся тем, что, с целью ПОВЫШ61НИЯ точности и оперативности настройки баланса механических секундомеров, оно снабжено микрофонным усилителем, переменным резистором, селективным усилителем, детектором абсолютной величины, компаратором, формирователем строба, схемой реверса, индикатором и двумя кнопками, при этом выход микрофона соединен с входом микрофонного усиI

I

I

Г

Owf

0

5

лителя, выход которого через соединенные последовательно переменный резистор, селективный усилитель, детектор абсолютной величины, компаратор и формирователь импульсов соединен с входом индикатора и с первым входом формирователя строба, второй вход которого соединен с выходом генератора эталонной частоты, а третий и четвертый входы - с первым и вторым выходом триггера управления, первый и второй выходы формирователя строба соединены с первым и вторым входами схемы реверса, первый и второй выходы которой соединены с первым и вторым входами реверсивного счетчика, выход которого соединен с третьим входом схемы реверса, первая и вторая кнопки соединены с соответствующими входами триггера управления, причем вторая кнопка подсоединена также к четвертому входу схемы реверса.

Фт.З

muf.t

/n

/

/ -M

fr

и t

Фиг.5