Устройство для определения степени затухания измерительных магнитоэлектрических преобразователей Советский патент 1991 года по МПК G01V1/16 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для калибровки сейсмоприем- ников и вибропреобразователей.

Цель изобретения - повышение точности определения степени затухания.

На фиг. 1 представлена блок-схема устройства для определения степени затухания; на фиг. 2 - временные диаграммы, иллюстрирующие работу устройства; на фиг. 3 - схема блока управления и вычислений.

Устройство содержит блок 1 возбуждения преобразователя, усилитель 2, двухвходовый аналоговый интегратор 3, состоящий из резисторов 4 и 5, интегрирующего конденсатора 6 и операционного усилителя 7, компараторы 8 и 9, два разнополярных источника 10 и 11 пороговых напряжений, RS-триггер 12, два триггера 13 и 14 синхронизации, генератор 15 импульсов, блок 16 формирования синхроимпульсов, управляемый формирователь 17 счетных импульсов, 0 триггеры 18 и 19, импульсные ключи 20 и 21, аналоговые ключи 22 и 23, источники 24 и 25 опорного напряжения, счетчик 26 результата интегрирования и блок 27 управления и вычислений, а

также подключаемый преобразователь 28 на базе МЭП, включающий магнитную систему 29 с постоянным магнитом и катушку 30 на упругом подвесе 31. Временные диаграммы 32, 33 и 34 соответствуют сигналам на входе и выходе устройства.

Блок 27 управления и вычислений состоит из центрального процессорного устройства 35, оперативного запоминающего устройства (ОЗУ) 36, блока 37 программной памяти, таймера- счетчика 38, блока 39 ввода-вывода и восьмиразрядной внутренней шины 40 данных.

ИспытуемЪш преобразователь 28 подключается к выходу блока 1 возбуждения и входу усилителя 2, выход которого соединен с одним из входов аналогового интегратора 3. Выход интегратора 3 соединен с входами компараторов 8 и 9, вторые входы которых соединены с выходами источников 10 и 11 разнополярных пороговых напряжений. Выходы компараторов 8 и 9 соединены с входами RS-триггера 12 и информационными входами триггеров 13 и 14 синхронизации, входы записи которых соединены с выходом генератора 15 импульсов. Выходы триггеров 13 и 14 соединены с входами блока 16 формирования синхроимпульсов и информационными входами D-триггеров 18 и 19. Выход блока 16 соединен с входом управления управляемого формирователя 17 счетных импульсов, счетный вход которого соединен с выходом генератора 15. Выход формирователя 17 соединен с входами записи D-триггеров 18 и 19 и входами импульсных ключей 20 и 21, входы управления которых соединены с выходами D-триггеров 18 и 19, соединенных также с входами управления аналоговых ключей 22 и 23. Выходы ключей 20 и 21 соединены с входами счетчика 26, аналоговые входы ключей 22 и 23 - с выходами источников 24 и 25 опорного напряжения, а выходы ключей 22 и 23 - с вторым входом интегратора 3. Выходы счетчика 26 и RS-триггера 12 соединены с входами блока 27 управления и вычислений, выход которых соединен с входом блока 1 возбуждения. Вход и выходы блока 39 ввода-вывода являются входом и выходами блока управления и вычисле ний. К внутренней шине 40 данных

подключены блок 39 ввода-вывода, блок 37 программной памяти. ОЗУ 36, таймер-счетчик 38 и центральное процессорное устройство 35, выходы которого подключены к входам блока 37 программной памяти, ОЗУ 36 и таймера-счетчика 38.

Устройство работает следующим образом.

В связи с тем, что степень затухания преобразователей меньше единицы, выходной сигнал преобраэова- теля 28 после его возбуждения представляет затухающую синусоиду U(t) (фиг.2, временная диаграмма 33), описываемую выражением

U(t) A-e

sin J 1р we(1)

где А - амплитуда сигнала;

С00 - частота собственных колебаний , fb степень затуханияj

t - текущее время. В результате интегрирования на выходе интегратора формируется сигнал 34, описываемый выражением

30

и„)п

-|2.

1

( Jl -P2

СОЛ t + arc sin

infi),

(2)

где (Un)n - предельное значение напряжения на выходе интегратора.

Максимальное значение Uh(t) достигается, как следует из (1), при

t

ff

(3)

ф -|i U)0

45 Таким образом, максимальное значение сигнала на выходе интегратора достигает значения

50

(Un)n(1 + e

в момент перехода через нуль первой полуволны сигнала на выходе сейсмо- приемника. При этом (Un)n как следует из (2), соответствует установившемуся значению на выходе интегратора после завершения переходных процессов в механической системе сейсмоприемника.

Тй.едовательно, величина степени затухания Ь согласно (4) определяется как

1

Р

(5)

N

V

lnl((U,,)m/(B)n)-l +

Измерение исходных параметров (U,,) ю 3 и (Un)n обеспечивается следующим образом.

По команде Запуск блок 27 управления и вычислений с помощью блока 1 возбуждения сейсмоприемника ВВС осу- 15 ществляет возбуждение преобразователя 28 стабильным постоянным током. После успокоения механической систе- мы преобразователя 28 прекращается импульс возбуждающего тока 32 и на- 0 чинается процесс интегрирования выходного сигнала катушки 30.

Цифровой интегратор работает следующим образом.

Один из входов интегратора 3 (со- 25 противление 5) всегда подключен к источнику преобразуемого напряжения. По достижении выходным напряжением интегратора 3 определенного значения, определяемого блоком 10 30 или 11, срабатывает компаратор 8 или 9 в зависимости от полярности измеряемого напряжения. Далее преобразование осуществляется в одном из двух идентичных направлений. С помощью D-триггера 13 или 14 осуществляется временная привязка момента срабатывания одного из компараторов 8 и 9 с тактовой частотой генератора 15 импульсов. Одновременно управляемый генератор 17 импульсов формирует импульсы стабильной длительности с помощью формирователя 16 синхроимпульсов при каждом срабатывании одного из D-триггеров 13 и 14. В результате на выходе D-триггера 18 или 19 появляются импульсы стабильной длительности, которые управляют ключом 22 или 23, подключающим на второй: вход интегратора 3 опорное напряжение, полярность которого противоположна полярности преобразуемого напряжения и которое разряжает интегрирующую емкость 6.

Работа преобразователя напряжение - частоте описывается соотношением

но по то но об же ся оп

8 де пр в

35

40

во ва 1пр

не ни уп хо во сл ет

дс пу пр по вы фо

5о ва ра во одн

рой нос зат нос

KU,tn

(ких - и

on

)tc О,

де U и U

on

3

(6(

и

К

следует, f 1

-соответственно преобразуемое И опорное напряжения;

-соответственно время интегрирования

UX и х - иоп ,

-коэффициент усиления усилителя 2.

что

+ t.

(7)

5 0

5 0

Таким образом, на выходе импульсного ключа 20 или 21 формируется последовательность импульсов, частота которых пропорциональна входному напряжению Ux. Коэффициент преобразования преобразователя напряжение - частота К/и„п- t, ся, определения степени затухания.

Уровни срабатывания компараторов 8 и 9 задаются напряжениями на выходе источников 10 и 11 пороговых напряжений, величина которых задается в пределах (0,6-1 )Uon t л. Это позJOP- uc выбирает- исходя из необходимой точности

5

0

on 1 с

воляет свести погрешность интегрирования первой полуволны к величине 12 квантов (импульсов) и учесть ее при вычислении по формуле (5).

Триггер 12 срабатывает при изменении полярности входного напряжения и сигнализирует об этом блоку 27 управления и вычислении, что необходимо для измерения первого пикового значения интеграла отклика после возбуждения преобразователя 28. Реверсивный счетчик осуществляет алгебраическое суммирование имс пульсов, поступающих в него через прямой и инверсный входы. Результат подсчета поступает в блок 27, где вычисляется степень затухания по формуле (5).

о Блок 1 возбуждения преобразова- вателя 28 представляет собой генератор стабильного тока, позволяющий возбужать сейсмоприемник током как одного, таки другого направления.

Использование предлагаемого устройства обеспечивает повышение точности определения значения степени затухания путем исключения погрешностей, присущих аналоговым интеграторам при длительном времени интегрирования. Кроме того, решейа задача аналого-частотно преобразования переменного сигнала и выделения экстремальных значений результата интегрирования.

Формула изобретены

Устройство для определения степени затухания измерительных магнитол электрических преобразователей, содержащее последовательно соединенные блок возбуждения, усилитель, цифровой интегратор на базе преобразователя напряжение - частота и счетчики, а также блок управления и вычислений, при этом преобразователь напряжение - частота содержит двухвходовый аналоговый интегратор, компаратор, D-триггер, генератор счетных импульсов, импульсный ключ, аналоговый ключ соединенный с источником опорного напряжения и интегратором, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения, в него введены второй компаратор, два разно- полярных источника пороговых напряжений. RS-триггер, первый и второй триггеры синхронизации, блок формирования синхроимпульсов, второй счетчик, второй D-триггер, второй импульс ный ключ, второй аналоговый ключ, второй источник опорного напряжения,

при этом выход аналогового интегратора соединен с одним из двух входов каж- дого компаратора,другие входы которых раздельно соединены с выходами источников пороговых напряжений, а выход каждого из компараторов соединен с входами установки RS-триггера и информационным входом одного из тригIQ геров синхронизации, входы записи

i которых соединены с выходом генератора импульсов, а выходы триггеров синхронизации соединены с входами блока формирования синхроимпульсов, а также

5 раздельно соединены с D-входами обоих D-триггеров, выход блока формирования синхроимпульсов соединен с входом сброса второго счетчика, счетный вход которого соединен с выходом гене0 ратора импульсов, а выход - с входами записи D-триггеров и входами импульсных ключей, входы управления последних, а также аналоговых ключей соединены раздельно с выходами

25 D-триггеров, выходы импульсных ключей соединены с соответствующим счетным входом счетчика, выход второго источника опорного напряжения соединен с аналоговым входом второго ана30 логового ключа, выход которого соединен с выходом первого аналогового ключа, при этом выход RS-триггера, как и выходы счетчика и вход блока возбуждения преобразователей, соеди35 нен с блоком управления и вычислений.