Устройство измерения максимальной динамической нагрузки Советский патент 1992 года по МПК G01L1/22 G01L9/04 

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к устройствам измерения максимальной энергии удара.

Устройство предназначено для измерения, запоминания и индикации энергии, одиночных импульсов давления, например( при измерении энергии удара боксера по груше за заданное время, а также для измерения давления.

Известно устройство регистрации динамической механической нагрузки. Устройст во осуществляет измерение средней механической нагрузки и индикацию пиковой перегрузки.

Недостатком устройства является невозможность измерения и запоми1 ания пиковой импульсной нагрузки.

Наиболее близким к предлагаемому является цифровой измеритель давления. Измеритель давления позволяет измерять по выбору среднее или пиковое значение давления.

Цифровой измеритель давления содержит блок первичного преобразователя, управляемыйисточниктока, дифференциальный усилитель, пиковый детектор, аналого-цифровой преобразователь, индикатор, источник опорного напряжения, коммутатор, прием выход управляемого источника тока соединен с входом первичного преобразователя, первый и второй выходы первичного преобразователя соединены соответственно с первым и вторым входами дифференциального усилию

теля, выход дифференциального усилителя соединен с первым входом коммутатора, выход пикового детектора соединен с вторым входом коммутатора, первый и второй выходы коммутатора соединены с первым входом аналого-цифрового преобразователя, выход аналого-цифрового преобразователя соединен с входом индикатора, первый выход источника опорного напряжения соединен с входом управляемого источника тока.

Достоинством устройства является наличие режима измерения амплитуды периодических импульсов давления.

Недостатком устройства является недо- статочная точность измерения одиночных импульсов давления и отсутствие возможности измерения их энергии.

Цель изобретения - повышение точности измерения и расширение функциональ- ных возможностей за счет измерения максимальной энергии импульсного воздействия нагрузки.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство измерения максимальной ди- намической нагрузки, содержащее блок первичного преобразователя, управляемый источник тока, дифференциальный усилитель, пиковый детектор, аналого-цифровой преобразователь, индикатор, источник опорного напряжения, коммутатор, причем выход управляемого источника тока соединен с входом первичного преобразователя, первый и второй выходы первичного преобразователя соединены соответственно с первым и вторым входами дифференциального усилителя, выход которого соединен с первым входом коммутатора, выход пикового детектора соединен с вторым входом коммутатора, первый и второй выходы ком- мутатора соединены с первым входом аналого-цифрового преобразователя, выход которого соединен с входом индикатора, первый выход источника опорного напряжения соединен с входом управляемого ис- точника тока, введены согласующий усилитель, линеаризирующий усилитель, компаратор, одновибратор и узел запуска, причем выход дифференциального усилителя подключен к входу согласующего усили- теля, выход которого соединен с входом линеаризирующего усилителя и с входом компаратора, выход которого через одно- вибратора соединен с входом сброса пикового детектора, первый вход которого связан с выходом линеаризирующего уси- лителя, а выход - с вторым входом узла запуска, первый вход которого соединен с выходом линеаризующего усилителя, а выход-с

третьим входом аналого-цифрового преобразователя, второй вход которого соединен с третьим и четвертым выходами коммутатора, причем второй и третий выходы источника опорного напряжения подключены соответственно к третьему и четвертому входам коммутатора.

На фиг.1 представлена блок-схема устройства измерения максимальной динамической нагрузки; на фиг,2 - временные диаграммы работы устройства; на фиг.З - фрагмент устройства, включающего согласующий и линеаризирующий усилители, компаратор, одновибратор, пиковый детектор и узел запуска; на фиг.4 - коммутатор,

Устройство измерения максимальной динамической нагрузки содержит блок первичного преобразователя 1, управляемый источник 2 тока, дифференциальный усилитель 3, пиковый детектор 4, аналого-цифровой преобразователь 5, индикатор 6, источник 7 опорного напряжения, коммутатор 8, согласующий усилитель 9, линеаризирующий усилитель 10, компаратор 11, одновибратор 11 и узел 13 запуска, причем выход управляемого источника 2 тока соединен с входом первичного преобразователя 1, первый и второй выходы первичного преобразователя 1 соединены соответственно с первым и вторым входами дифференциального усилителя 3, выход дифференциального усилителя 3 соединен с первым входом коммутатора 8 и с входом согласующего усилителя 9, выход согласующего усилителя 9 соединен с входом линеаризирующего усилителя 10 и с входом компаратора 11, выход компаратора 11 соединен с входом одновибратора 12, выход линеаризирующего усилителя 10 соединен с первым входом пикового детектора 4 и с первым входом узла 13 запуска, выход пикового детектора 4 соединен с вторым входом узла 13 запуска и с вторым входом коммутатора 8, первый и второй выходы коммутатора 8 соединены с первым входом аналого-цифрового преобразователя 5, выход аналого-цифрового преобразователя 5 соединен с входом индикатора 6, первый выход источника 7 опорного напряжения соединен с входом управляемого источника 2 тока, выход узла 13 запуска соединен с вторым входом аналого-цифрового преобразователя 5, второй и третий выходы источника 7 опорного напряжения соединены соответственно с третьим и четвертым коммутаторами 8, третий и четвертый выходы коммутатора 8 соединены с втором входом аналого-цифрового преобразовав ля 5, выход одновибратора 12 соединен с входом сброса пикового детектора 4.

Устройство работает следующим образом.

Устройство осуществляет два режима измерения: измерение постоянного давления и измерение энергии удара.

Измерение постоянного давления производится следующим образом. Блок первичного преобразования 1 запитан током генератора 2, причем величина тока определяется величиной напряжения на первом выходе источника 7 опорного напряжения. Сигнал первичного преобразователя 1 усиливается дифференциальным усилителем 3. Коммутатором 8 к выходу дифференциального усилителя подключается вход аналоге- цифрового преобразователя (АЦП) 5, на второй вход которого через тот же коммутатор 8 подается опорное напряжение с второго вывода источника 7 опорного напряжения, при этом АЦП 5 измеряет на- пряжение, соответствующее поданному на блок первичного преобразователя 1 давлению. Масштаб преобразования при измерении постоянного давления регулируется величиной опорного напряжения на втором выходе источника 7 опорного напряжения.

Измерение энергии удара осуществляется следующим образом, В исходном состоянии, в момент to (см. фиг.2, числами обозначены напряжена н выходах эле- ментов с соответствующими номерами), на выходе согласующего усилителя 9 установлено напряжение, соответствующее нулевому уровню. При этом выходы компаратора 11, одновибратора 12 и устройства 13 залу- ска находятся в состоянии логического нуля, а пиковый детектор 4 поддерживается в состоянии Сброс.

В момент ti в результате удара по груше, в которой имеется полость со сжатым воздухом, возникает импульс давления, преобразуемый первииным преобразователем 1, соединенным с полостью груши, в импульс напряжения. Дифференциальный усилитель 3 усиливает сигнал пер- винного преобразователя и преобразует его в однофазный сигнал. Согласующий усилитель 9 дополнительно усиливает импульсный сигнал. Линеаризирующий усилитель 10 осуществляет приведение зависимости величины сигнала от энергии удара к линейному виду. Компаратор 11 при появлении сигнала формирует импульс (фиг.2), который запускает одновибратор 12. Одновибратор 12 переключает пиковый детектор 4 из со- стояния Сброс в рабочий режим. Пиковый детектор 4 запоминает амплитуду сигнала. Узел 13 запуска сравнивает сигнал на входе и выходе пикового детектора 4 и в момент t2, когда сигнал на входе пикового де ектора 4 станет меньше напряжения на его выходе (т.е. сигнал начнет уменьшаться), узел 13 запуска формирует импульс, который включает АЦП 5 в режим однократного измерения. АЦП 5 измеряет напряжение на выходе пикового детектора 4. передача напряжения с выхода пикового детектора 4 на вход АЦП 5 осуществляется коммутатором 8. Одновременно второй вход АЦП 5 подключается через коммутаторы 8 к третьему выходу источника 7 опорного напряжения. Регулировкой величины опорного напряжения на третьем выходе источника 7 опорного напряжения устанавливается масштаб преобразования устройства. После окончания цикла измерения АЦП 5 результат выводится на индикатор 6 где и сохраняется до прихода нового импульса запуска.

Пусть в момент t3 приходит сигнал, амплитуда которого больше, чем уровень напряжения на выходе пикового детектора 4. При зтом на выходе пикового детектора 4 устанавливается новый уровень напряжения, соответствующий пришедшему входному сигналу. В момент t4 вновь срабатывает устройство 13 запуска, АЦП 5 произ&сдят однократное измерение нового значения напряжения на выходе пикового детектора 4 и выводит его на индикатор 6. Если прихецит входной сигнал, амплитуд, которо с меньше напряжения на выходе пикового детектора 4 (момент t4), то состоячие пикового детектора 4 не изменяется, устройство 13 запуска не срабатывает у псьса зания АЦП 5 не изменяются. Такт исуществляется измерение максч- мачьного входного воздействия з ьремя, задаваемое одновибратором 12.

В момент te через промежуток времени, задаваемый одновибратором 12 (промежуток времени ti-te), пиковый детектор 4 Переводится в состояние Сброс и удерживается в этом состоянии до следующего запуска одновибратора 12. Устройство подготовлено к дальнейшей работе. Результат измерения предыдущего воздействия сохраняется на индикаторе 6.

Фрагмент устройства, пример реализации которого приведен на фиг.З, выполняет функции линеаризации и запоминания сигнала, г также формирования импульса запуска АЦП. Согласующий усилитель 9 выполнен на операционном усилителе (Oi) DA 9.1, резисторы R 9.1 и R 9.2 задают требуемый коэффициент усиления. Линейр 1/- рующий усилитель 11 выполнен на ОУ DA 10.1, диод VD 10.1 и резисторы R 10.1-10 3 обеспечивают требуемый вид передаточной характеристики. Компаратор 11 выполнен на О, ОА 1.1, пороговое срабатывание

омгараюра устанавливается резистором R 11 л Одновибрагор 12 выполнен Не, триггере DD 12, цепь R 12 1 С 12 1 задает длительность формируемого импульса Пиковьй детектор реализован на ОУ DA U, DA 4 2, диодах VD 4 1 VD 4 2 емкости С 4 1 Транзистор VI 4 1 осуществляет сброс пикового детектора Узел запуска реализован на ОУ DA 13 1 Для исключения ножных срабатывании сигнал на не инвертирующий вход ОУ DA 13 1 подан через делитель R 13 1-13 7 обеспечивающий слижеh не уровня сигнс г на иес сльчп милливольт

Д кЬференциальныи усилитель генера тор тока исгэчник опорного г о

, 11, , рз т г . run iv. L-wCrvoi 1 с чгьтз з измерении г ъ--

I им||л f ьсеь в и г а ц |Фрэво о кода з ; . v с f) ьо-инб. /

НЬ i ЗМ i ЧИ JOTJ ТС|.Ј 4 i3 K4K.

rp -ROT iC Dd-3,, ке ослетзю

1 I/эсС | G--JH3 В

дс е top 1 л 3j врвг- v змерсни jf1 I .рчхенле ь ь/о«пе ппгсасго л - -1 н° (пэменясл 1 ч)

ГОЗВОЛ 18Т ПОЗо СИТЬ ITHhQCib ИЗМврСпИ Ь J М 1 yj bl СВ

ft о р t у I а ч з о Ь h е г е . i v s УСЮОЙЧ.ТВС i-svtepeHHp максималоп i lafmec он с руоки содержащее о срЕ 1Чп гс прробрэзо1за еля правпяз о1 II TOJH к i io дифферс-щиалььыи yci/г.и гегь дететоо чнзлого-цифровой пре Ьоазсвз ель индикатор источник опорного апряхения, омму(атпр с код управляемого источника тока нег L Б/ОДОМ первичного греобоззов ели

пррво й и второй выходы первичного преоб- о ователя соединены соответственно с первым и вторым входами дифференциально, о усилителя, выход которого соединен с

первым входом коммутатора, выход пиково- io ректора соединен с вторым в кодом ком- f v aTOpa, первый и второй выходу сммутатора соединены с первым входом аьалого-цифрово о преобразоватепя зиход

отооого связан с входом индикатора, пер оый -ы/ад источника опорно о напряжения соединен с входом ynpae aevorc источника JKd о f n и ч а ю uie е с ч :ем что, с целио 11 3ышйнич точное i и измерения v , - ун циог аль -1г у. возможное ей зг счел з рсчий i d c Maj 1 ной е л ni и./п/льс

л ч, ВОЗДеК). В О ЬЗеДв1|Ы

01ласующми угилитепь минезрит/ющи 1

ft

Ь

- эмрс а-оо

о з

а оо i

у1 г i П

fc; jaiycK при о fi i уф оере 1

тиусия r-гл тоцк/пэ и к j о/:у согло- ; о т с i f j о/1 о и ( од ri c он ч пьеаош, шего

ГР;ToIXO y KOMIdpa Dj SilXOf OlOpQ.O

дновиЬрат о 4.c -o ineii с nt-kuBOio дзтек)оп псовый вход ко r n э г s г- ц vonoi i у j o т-1/1 ег,д tj вь ход с зюрцм ьходом узпа г I/KS врвь ч в оц ксторо т соединен с г- OiiOM J ii/ Heooyiov«nero или сля з РЫ , - с фетьим РУ одог/i зн лсго-цифрового эеобоазова1еля вюро и cri которого со

1 в С Tf-fefoi/iv) И Чн|П--р1 LiK Во1ХОЈ,

KCi MvraiOpa причом етооо;/ л TieTi/ii ду i сючника спорно г. rori rustJHbi стьснно к ipeibevi/ и

fP JCTO|Vjy ВХОДАМ ЧОМ УГаПО1

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к устройствам измерения максимальной энергии удара. Устройство предназначено для измерения давления, а также для измерения, запоминания и индикации одиночных импульсов давления, например, при измерении максимальной энергии ударз боксера по груше за заданное время. Цель изобретения - повышение точности измерения одиночных импульсов давления и расширение функциональных возможностей за счет измерения максимальной энергии импульсного воздействия давления из последовательности импульсов давления за заданный промежуток времени. Поставленная цель достигается тем, что в устройство измерения максимальной динамической нагрузки, содержащее блок первичного преобразователя, управляемый источник тока, дифференциальный усилитель, пиковый детектор, аналого-цифрозой преобразователь, индик&юр источник опорного напряжения коммутатор, дополнительно введены согласующий усилитель, линеаризирующий усилитель, компаратор одновиб- ратор и узел запуска. 4 ил.

1.-

lUrltV C /

/Ъь.

to

tf

/2

fu.2

К выходу Г,{ дифсререн ци аль на го усилителя

t t

I i

1-i

Выход на /аннутатор 8

Фиг 4