Цифровой периодомер для струнных датчиков Советский патент 1993 года по МПК G01H17/00 

Устройство относится к электроизмерительной технике и может быть использовано в гидротехнике для контроля состояния сооружений струнными датчиками.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей устройства.

На фиг. 1 приведена блок-схема устройства, на фиг. 2 - эпюры, поясняющие его работу.

Цифровой периодомер для струнных датчиков содержит последовательно соединительные источник напряжения 1, зарядный резистор 2, ключ 4, ограничитель амплитуды импульсов 8 и усилитель-формирователь 9, накопительный конденсатор 3, включенный между выходом зарядного резистора 2 и общей шиной, при этом струнный датчик подключен к выходу ключа 4, первый 10 и второй 11 делители частоты, счетные входы которых соединены с выходами усилителя-формирователя 9. первую 15 и вторую 16 схемы И, первые входы которых соединены соответственно с выходами первого 10 и второго 11 делителей частоты,

первую схему ИЛИ 19, первый и второй входы которой соединены с выходами первой 15 и второй 16 схем И, последовательно соединенные с выходом первой схемы ИЛИ 19 первый счетчик 20 и индикатор 21, последовательно соединенные кварцевый генератор 17 и первое формирующее устройство 18, первый и второй выходы которого соединены со вторыми входами первой 15 и второй 16 схем И, схему ЙЛИ-НЕ 13, первый и второй входы которой соединены с выходами первого 10 и второго 11 делителей частоты, первую линию задержки 12 и триггер 14, счетный вход и выход СБРОС которого соединены соответственно с выходами схемы ИЛИ-НЕ 13 и первой линии задержки 12, а выход-с входами СБРОС первого 10 второго 11 делителей частоты, последовательно соединенные генератор тактовых импульсов 5, вторую линию задержки 6 и одновиб- ратор 7, выход которого соединен с управляющим входом ключа 4, выход генератора тактовых импульсов 5 соединен с входом СБРОС первого счетчика 20, выход второй линии задержки 6 - с входом первой

(/

XJ

ю

00 О hO

ю

линии задержки 12, а также дифференцирующую цепь 22, вход которой соединен с выходом ключа 4 и датчиком, вторым 23 и третьим 24 формирующими устройствами,. входы которых соединены с выходом дифференцирующей цепи 22, последовательно соединенные вторая схема ИЛ И 25 и второй счетчик 2В, причем входы второй схемы ИЛИ 25 соединеныГс ыходами второго 23 и третьего. 24 формирующих устройств, первый и второй выходы второго счетчика 26 - со вторым и третьим входами индикатора 21, вход СБРОС второго счетчика 26 - с генератором 5 тактовых импульсов.

Устройство работает следующим образом.

Накопительный конденсатор 3 заряжается от источника напряжения 1 через зарядный резистор 2. Импульс от генератора тактовых импульсов 5 (фиг. 2, а) сбрасывает первый 20 и второй 26 счетчики и через вторую линию задержки б запускает одно- вибратор 7 (фиг. 2, б),, который открывает ключ 4 и импульс с накопительного конденсатора 3 (фиг. 2, в) поступает на струнный датчик, возбуждая в нем затухающие гармоничные колебания, которые через ограничитель амплитуды импульсов 8 (фиг, 2, г) поступают на вход усилителя-формирователя 9. Время задержки на второй линии задержки б необходимо для подготовки второго счетчика 26 к работе до начала прохождения импульса напряжения с выхода ключа 4 на датчик и вход дифференциальной цепи 22. Длительность импульса одновиб- ратор 7 (фиг. 2, 6} выбирается таким образом, чтобы за время его действия накопительный конденсатор 3 полностью разряжается через ключ 4 и катушку возбуждения струнного датчика. Ограничитель амплитуды импульсов 8 необходим для того, чтобы не пропустить на вход усилителя-формирователя 9 высоковольтного импульса возбуждения датчика. Напряжение ограничения выбирается не более допустимого для входа усилителя-формирователя 9. Усилитель-формирователь 9 формирует две последовательности импульсов,,привязанных соответственно к положительным и отрицательным полуволнам входного сигнала (фиг. 2, д, е). Делители 10 и 11 ча стоты после сброса триггера 14 импульсом N через пер- . вую линию задержки 12 (фиг. 2, ж) и разрешения счета формируют два интервала времени NT, где Т - период колебаний входного сигнала,- N - коэффициент деления делителей 11 и 10. Эти интервалы времени (фиг. 2, а, и) поступают на входы схем И 15 и И 16, на вторые входы которых поступают

последовательности импульсов fo/2, сдви-- нутые относительно друг друга на половину периода, сформированные формирующим устройством 18 из импульсов кварцевого генератора 17 с частотой 1С. Первая линия задержки 12 задерживает сброс триггера 14 и начало счета делителей 10 и 11 частоты на время переходных процессов колебания струны датчика, вызванных высоковольтным импульсом напряжения. Импульсы с выходов схем И 15 и И 16 через схему ИЛИ 19 (фиг. 2. л) поступают на вход первого счетчика 20, в котором по окончанию счета записывается число, равное N -Т f0,

отображаемое цифровым индикатором 21. После окончания сформированных импульсов на выходах делителей частоты 10 и 11 схемы ИЛИ-НЕ 13 вырабатывает положительный перепад напряжения, который

взводит триггер 14 и сбрасывает делители частоты 10 и 11. .Процесс повторяется после следующего импульса генератора тактовых импульсов 5.

Если соединительная линия находится

в справном рабочем состоянии, то накопительный конденсатор 3 полностью разряжается через катушку возбуждения струнного .датчика (фиг. 2в 1) за время действия импульса одновибратора 7 (фиг. 2, б). При этом

на выходе дифференцирующей цепи 22 появится положительный импульс, соответствующий фронту импульса фиг. 2, в, из которого второе формирующее устройство 23 сформирует импульс, поступающий через вторую схему ИЛИ 25 на счетный вход второго счетчика 26. Счетчик 26 представляет собой двоичный счетчик с модулем счета и с дешифрацией выходного состояния (см. Ланцев А.Д. и др. Цифровые устройства

на комплементарных МДП интегральных схемах. - М.: Радио и связь, 1983. - с. 57), при этом сигнал на выходе О (фиг. 2Н, первый выход) устанавливается при поступлении на вход СБРОС фронта тактового импульса (фиг. 2, а). При поступлении на счетный вход второго счетчика 26 первого счетного импульса с выхода схемы ИЛИ 25 (фиг. 2, м) появляется сигнал на выходе 1, а после второго счетного импульса - на выходе 2 (второй выход счетчика 26). Таким образом, при нормальном состоянии соединительной линии на счетный вход счетчика 26 проходит один импульс и сигнал устанавливается на выходе 1й, а на первом (О) и

втором (2) выходах сигнал отсутствует.

При коротком замыкании соединительной линии вход дифференцирующей цепи закорочен, поэтому на первом выходе второго счетчика 26 останется сигнал, установленный на сбросе, а на индикаторе 21 отобразится наличие короткого замыкания линии,

При обрыве соединительной линии накопительный конденсатор 3 за время деист- вия импульса одновибратора 7 разрядится лишь частично через большое входное сопротивление ограничителя импульсов напряжения 8. После окончания импульса на входе дифференцирующей цепи 22 образу- ется резкий спад напряжения (фиг. 2 и 3), в результате чего на выходе дифференцирующей цепи 22 появляется положительный импульс, соответствующий фронту и отрицательный импульс, соответствующий спаду импульса. Формирующие устройства 23 и 24 формируют два счетных импульса, соответствующих положительному и отрицательному импульсам на выходе дифференцирующей цепи 22. После первого счетного импульса, поступаю- щего на счетный вход второго счетчика 26 через схему ИЛИ 25, исчезает сигнал на первом выходе счетчика 26, а после второго счетного импульса сигнал появляется на втором выходе счетчика 26, в результате чего на индикаторе 21 отображается наличие обрыва соединительной линии.

Из вышеизложенного следует, что предлагаемое устройство позволяет анализировать состояние линии, соединяющей струнные датчики с устройством, и отображать этосостояние на индикаторе, в результате чего расширяются функциональные возможности. При построении автоматизированных систем сбора информации предла- гаемоё устройство позволяет зафиксировать прохождение на запоминающие устройства системы ложной информации/ связанной с нарушениями линии связи струнных датчиков с периодомером, что повышает достовер- ность информации.

Ф о р м у л а и з о б р е т е н и я Цифровой периодомер для струнных датчиков, содержащий источник напряже- ния, первый формирователь, первый и второй делители, входы которых соединены с выходом первого формирователя, первую и вторую схемы И, первые входы которых со

единены соответственно с выходами первого и второго делителей, последовательно соединенные генератор импульсов и второй формирователь, выходы которого соединены с вторыми .входами первой и второй схем И, последовательно соединенные первую схему ИЛИ и первый счетчик, первый и второй входы схемы ИЛИ соединены соответственно с выходами первой и второй схемы И, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей путем обеспечения наряду с измерением периодов колебаний и определения состояния линий соединения струнного датчика, оно снабжено последовательно соединенными зарядным резистором, ключом и ограничителем амплитуды импульсов, вход зарядного резистора соединен с выходом источника напряжения, выход ограничителя амплитуды импульсов соединен с входом первого формирователя, накопительным конденсатором, включенным между выходом зарядного резистора и общей шиной последовательно соединенными генератором тактовых импульсов, первой линией задержки и одновибрзтором, выход которого соединен с вторым входом ключа, последовательно соединенными второй линией задержки и триггером, схемой ИЛИ-НЕ, выход которой соединен с вторым входом триггера, а первый и второй входы - с выходами первого и второго делителей, вход второй линии задержки соединен с выходом первой линии задержки, выход триггера соединен с общим входом первого и второго делителей, последовательно соединенными дифференцирующей цепью, третьим формирователем, второй схемой И, вторым счетчиком и индикатором, четвертым формирователем, вход которого соединен с-вы- ходом дифференцирующей цепи, а выход - с вторым входом второй схемы И, выход генератора тактовых импульсов соединен с вторыми входами первого и второго счетчиков, индикатор соединен с выходом первого счетчика для соединения с выходом струнного датчика, вход дифференцирующей цепи предназначен для соединения с выходом струнного датчика.

Использование: устройство анализирует состояние линии, соединяющей струнный датчик с периодомером, и индицирует замыкание и обрыв линии. Сущность: в зависимости от состояния соединительной линии изменяется форма импульса напряжения, возбуждающего струнный датчик. Изменение формы импульса напряжения анализируется с помощью дифференциатора, двух формирующих устройств, второй схемы ИЛИ и второго счетчика. Результаты анализа отображаются на индикаторе. 2 ил.