Способ измерения шелконосности коконов тутового шелкопряда и устройство для его осуществления Советский патент 1993 года по МПК G01N33/36 D01B7/02 

Изобретение относится к области сельского хозяйства, в частности к шелководству, и может быть использовано в организациях, занимающихся разведением и выращиванием шелкопрядов и их коконов, на коконосушилках, приемных пунктах при определении действительного количества шелковой массы во время приемки живых коконов.

Цель изобретения - повышение точности измерения шелконосности коконов.

Предложенный способ характеризуется следующими операциями.

I. Операции при измерении шелконосности одного кокона:

1. Приводят в колебательное движение в вертикальной плоскости пустую кассету.

2. Измеряют полупериод (Т0) ее колебаний и фиксируют его в памяти микропроцессора.

3. Помещают в кассету исследуемый кокон.

4. Приводят в колебательное движение кассету с коконом с амплитудой, при которой куколка не отделяется от оболочки.

5. Измеряют полу период Тк кассеты с коконом и фиксируют его в памяти микропроцессора.

6. Приводят в колебательное движение кассету с коконом с амплитудой, при которой куколка после прохождения системой положения равновесия отделяется от оболочки и определенное время движется, не соприкасаясь с оболочкой кокона,

СО

Ј 1

Сл О

00

7. Измеряют полупериод Тш этих колебаний и фиксируют в памяти микропроцессора.

8. Запускают микропроцессорной по программе, записанной в его памяти рас считывает шелконосность НИ по формуле (38)) с считывают значение шелконосности Ш1.

II. Операции при измерении шелконосности образца коконов,

1. Приводят в колебательное движение в вертикальной плоскости зажим, служащий для крепления кассеты с образом коконов.

2. Измеряют полупериод его колебания и фиксируют в памяти микропроцессора/

3. Прикрепляют к зажиму кассету с образцом коконов.

4-7 совпадают с 3-7 пунктами для одного кокона.

8. Запускают микропроцессор (он по программе, записанной в его памяти, рассчитывает шелконосность Ша по формуле (43)) и считывает значения шелконосности Ш2).

На фиг. показана функциональная схема устройства, реализующего способ.

Нафиг.1 приняты обозначения: 1-струна, 2 - кассета, 3 - кокон, 4 - куколка, 5 -. постоянный магнит, жестко связанный со струной, б- катушка-датчик ЭДС, 7-линейный детектор, 8. - усилитель-ограничитель, 9 -дифференцирующая цепочка, 10-инвертирующий линейный детектор, 11 и 16 - логические ячейки И, 12 - триггер, 13 - электронный ключ, 14 - счетчик импульсов, 15 - генератор импульсов (стабильной образцовой частоты), 17 - электромагнит, который можно перемещать в вертикальном направлении.

На фиг.2 показана графическая зависимость координаты колеблющейся системы от времени.

Пример реализации способа.

I. Измерение шелконосности одного кокона.

1. Оттягивают вниз и отпускают с помощью электромагнита 17 пустую кассету 2, измеряют полупериод Т0 ее колебаний (если То отличается от заданного, то меняя натяжение струны 1, добиваются равенства То заданной величине). Значение Т0 вводят в микропроцессор (либо в программируемый микрокалькулятор ПМК);

2. Помещают в кассету 2 измеряемый кокон 3 и устанавливают электромагнит 17 на заданном расстоянии (Ь) от дна кассеты 2 это расстояние выбрано меньше наименьшего (когда масса кокона равна наименьшей возможной) провисания кассеты с коконом и отсчет по шкале положения электромагнита также вводят в микропроцессор (либр в ПМК).

3. Включают и через некоторое время выключают электромагнит 17 (при этом кассета с коконом опустится на величину b и с этой начальной амплитудой начнет совершать колебания, при которых куколка не будет отделяться от оболочки), считывают полупериод Тк колебаний и вводят его в

0 микропроцессор либо в ПМК (который вычисляет величину перемещения а по формулам (19) и (33), вычитает из нее зазор b и результат прибавляет к отсчету по шкале положения электромагнита).

5 4. Включают электромагнит (кассета при этом притянется к магниту .17) и перемещают его вниз до момента, когда на шкале положения электромагнита будет цифра, соответствующая результату вычислений мик0 ропроцессора в п.З.

5. Выключают электромагнит 17 (при этом система совершит колебание, при котором скорость V0 в положении равновесия будет такой, при которой куколка отделится 5 от оболочки, полупериод колебаний при этом будет Тш). считывают значения полупериода Тш колебания и вводят его в микропроцессор либо в ПМК.

6. Запускают микропроцессор либо 0 ПМК (он по программе, записанной в его памяти, рассчитывает шелконостность UJi по формуле (38) и считывают значения шелконосности UJi.

It. Измерение шелконосности образца 5 коконов.

1. Этот пункт отличается от п.1 при измерении шелконосности одного кокона тем, что вместо пустой кассеты здесь фигурирует держатель, служащий для крепления кассе- 0 ты с образцом коконов.

2. Прикрепляют к зажиму кассету с образцом кокона, а дальше, как в п.2 для одного кокона (предполагается что величина у определена предварительно и введена в 5 микропроцессор либо в ПМК. Ее значение написано на кассете).

3-5 совпадают с 3-5 пунктами для одного кокона.

6. Запускают микропроцессор либо 0 ПМК (он по программе, записанной в его памяти, рассчитывает шелконосность Ш2 по формуле (43) и считывают значение шелконосности Шз.

Если использовать микропроцессор, а 5 не ПМК, то введение результатов измерений То, Тк, Тш и показаний шкалы положения электромагнита 17 можно автоматизировать.

Первый пункт относится к настройке ус тройства. Его можно выполнить перед началом измерений один раз. Это сократит время измерений.

Предложенный способ измерений позволяет повысить точность, так как шелко- носность измеряется по результатам 5 измерений длительности импульсов, эти длительности можно измерить с весьма высокой точностью, так как их измерения производятся путем счета количества импульсов образцовой частоты f06p. По- 10 скольку измерение шелконосности по длительности импульсов по сути сводится к счету числа импульсов, то погрешность составит всего 1 импульс (погрешность диск- 15 ретности), что при достаточно высокой частоте f06p «1-10 МГц обеспечивает очень малую погрешность, вследствие чего точность предложенного способа измерения шелконбсности значительно выше (не мень- 20 ше чем в 10 раз) по сравнению с известным способом-прототипом, по которому шелко- носность определяется по результатам измерения амплитуд, которые имеют значительно большую погрешность по срав- 25 нению с погрешностью дискретности заявляемого способа.

Дополнительным преимуществом спосо- ба является то, что он позволяет повысить точность измерения не только одного кокона, но и образца коконов (100-300 коконов), что особенно актуально и полезно на приемных пунктах коконов и коконосушилках, а также в организациях, занимающихся разведением коконов.30

Теоретическое обоснование заключается в следующем.

Прикрепим к натянутой струне 1 (фиг.1) кассету 2, в которой находятся плотно при- 35 жатые (без люфта) один либо несколько коконов 3 в горизонтальном положении. Под действием веса кассеты 2 с коконами струна провиснет на величину Х0, равную45

Для оси О X будем иметь:

Х Х +Х0, (3)

Х -§г(Х|+Хв)+в.

Подставим (1) в (4):

ш-тгхч 5

Решением уравнения (5) в общем виде будет:

X(Asln() + B,

(6)

Подставим {6) в (5): A()sin(u t-f-y) -Јв, (7)

Из условия, что уравнение (7) должно выполняться при любом времени t, найдем круговую частоту собственных колебаний кашей колебательной системы

-Ј..(8)

«-т.

Подставив (9) в (7), получим:

.(10)

Использование: в шелководстве, в частности в способах разведения и выращивания шелкопрядов и их коконов. Сущность изобретения: способ предусматривает силовое воздействие на кокон путем сообщения ему колебаний в вертикальной плоскости с амплитудой, обеспечивающей отделение куколки от кокона, измерение полупериода этих колебаний Тш, затем с амплитудой, при которой куколка не отделяется от оболочки кокона, измерение полупериода колебаний Т, после чего измеряется полупериод колебаний системы без кокона Т0, и вычисление шелконосности кокона поф-ле: LLH (Тш/То)2- -1/(Тк/ТоГ 1. Для измерения средней шелконосности образца кокона заранее определяют величину, характеризующую относительную массу кассеты: у (М0+ Мкс)/М0. а шелконосность образца коконов вычисляют по ф-ле: Ш2-П ш/Т0|)2-Г/(Тк/То)2- у, где М0 - масса держателя кассеты; Мкс - масса кассеты, в которую помещен образец коконов; Т о - полупериод колебаний системы без кассеты с образцом коконов. 2 ил. (Л

,(1)

К

где М - суммарная масса кассеты 2 и коко- нов;

g - ускорение свободного падения;

К - эквивалентный коэффициент упругости струны в направлении оси ОХ.

Если теперь кассету 2 оттянуть вниз и отпустить, то она начнет колебаться. Уравнение этого колебательного движения будет иметь следующий вид

Х

k М

Х+ g

(2)

Следовательно, решением уравнения (5) будет:

(). (11)

Оттянем кассету 2 с коконами вниз на величину а и отпустим. Тогда начальные условия будут следующие: при координата X а, а скорость X -Ю. Использовав эти начальные условия, получим систему уравнений:

(12)

О A tfCOSf0 , j(13)

решив которую, получим:

(t2) -а (ОXn

sin (тг-arccos- -) -aw a

Y

sin (arccos )

-acyVi ( XQ s2 1 -I a T

Отсюда

.V5

U/

(18

Использовав формулы (1) и (9),получим

а VT-z , v VQ АО г АО -:г

В момент времени т 1 (см. фиг.2) скорость 45 кассеты равна нулю, поэтому, решив уравнение

, 50 найдем:

(26)

(17)

r,-(f-arctg-), (27)

55

тг -ri

2 Я/Й

:Т

(28.)

Отсюда

(19)

Рационально найти наименьшее значение частоты Q при которой будет выполняться условие (30). Расчетным путем определяют

Ј МММ

наименьшую частоту F Мин - и скорость Vo. Рассмотрим сначала измерение шелконосности одного кокона.

Из формул (31), (32), (34) найдем:

55

т - К Т2 m о о

(35)

- к т

2 Т2 к -х- 1о ,

ЯГ

(36)

отсутствием напряжения на выходе дифференцирующей цепочки 9 (с выхода которой нулевой сигнал и проходит через линейный детектор 10 на вход 2 ячейки И 11).

Измерение происходит следующим образом.

От датчика 6 (катушки) поступает сигнал на вход линейного детектора 7, пропускающего только его положительную полуволну. Эти полуволны поступают на усилитель-ограничитель 8, на выходе которого формируется прямоугольный импульс положительной полярности с длительностью, равной длительности „положительной полуволны сигнал датчика 6, Этот импульс поступает на вход логической ячейки И 16. Вследствие этого на выходе логической ячейки /Г 16 формируется высокое напряжение (логическая 1), открывающее ключ 13 в момент, соответствующий переднему фронту импульса, т.е. в момент начала положительной полуволны сигнала датчика 6. Через открытый ключ 13 импульсы генератора 15 образцовой частоты поступают на счетчик 14,

Ключ 13 открыт только во время прохождения первой положительной полуволны сигнала датчика, поэтому число импульсов, индицируемое счетчиком, пропорциональ- .но длительности первой положительной полуволны сигнала датчика.

Прекращение счета импульсов осуществляется в момент окончания первого положительного импульса датчика, так как в этот момент формируется на выходе дифференцирующий .цепочки 9 короткий отрицательный импульс, который подается на инвертирующий линейный детектор 10, выполняющий две операции

1) детектирование, т.е. пропускание только отрицательного импульса;

2) инвертирование детектированного импульса.

На выходе линейного детектора 10 образуется положительный импульс в момент окончания первой положительной полувол- ны.сигнала датчика 6. Этот положительный импульс поступает на вход логической ячейки И 11 и поэтому на ее выходе формируется высокое напряжение (логическая 1), по переднему фронту которого триггер опрокидывается и на его выходе формируется низкий уровень напряжения (логический О), прикладываемый к входу логической ячейки И 16. Вследствие этого на выходе ячейки И Сформируется напряжение (логический О), близкое к нулю, которое закрывает ключ 13.

После закрытия ключа 13 прекращается поступление импульсов генератора на счет 14-импульсов, а на индикаторе счетчика остается число импульсов, пропорциональное длительности первой положительной полуволны сигнала датчика 6.

Другие положительные полуволны сиг- 5 нала датчика 6 (вторая, третья и следующие) не изменяют последующего состояния счетчика, так как импульсы от генератора 15 не поступают на счетчик 14, так как ключ 13 закрыт из-за того, что на выходе триггера

0 близкое к нулю напряжение (логический О), вследствие чего на выходе ячейки И 16 также близкое к нулю напряжение, которое оставляет ключ 13 закрытым,

Для проведения следующего измере5 ния необходимо привести схему в исходное состояние, т.е. выставить триггер в первоначальное исходное состояние, которому соответствует высокое напряжение на выходе Триггера (логическая 1й).

0 Формула изобретения

5 регистрируют возникающие колебания и определяют их параметры, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерений, осуществляют силовое воздействие на кокон путем сообщения кассете

0 колебаний в вертикальной плоскости Q амплитудой, обеспечивающей отделение куколки от кокона, и измеряют полупериод этих колебаний, затем сообщают кокону колебания в вертикальной плоскости с амплиту5 дои, при которой куколка не отделяется от оболочки кокона, и измеряют полупериод этих колебаний, в заключение измеряют полуперирд колебаний системы без коконов, а шелконосность кокона вычисляют по

0 формуле

Ш1

(У)2 1

Тр

(ft)2- о

где Тш - полупериод колебаний, амплитуда которых обеспечивает отделение куколки от кокона;

Т - полупериод колебаний, при которых куколка не отделяется от кокона;

Т0 - полупериод колебаний системы без коконов.

y«

Mo + M Mo

КС

в среднюю шелконосность образца коконов вычисляют по формуле

IQ

&t-r

о

где Мо - масса держателя кассеты;

Мкс - масса кассеты. в которую помещают образец коконов;

Т о полупериод колебаний системы без кассеты с образцом коконов.

янным магнитом, при этом электромагнит установлен на корпусе под кассетой с возможностью перемещения в вертикальной плоскости посредством регулировочного

винта с лимбом, а датчик колебаний закреплен над постоянным магнитом, при этом система регистрации колебаний снабжена линейным детектором, усилителем-ограничителем, дифференцирующей цепочкой, инвертирующим линейным детектором, двумя элементами И, триггером, электронным ключом, счетчиком и генератором импуль- ,сов, причем выход датчика колебаний связан с первым входом первого элемента И

через последовательно соединенные линейный детектор и усилитель-ограничитель, выход которого подключен к второму входу второго элемента И через последовательно включенные дифференцирующую цепочку и

инвертирующий линейный детектор, кроме того, выход второго элемента И посредст- BOUI триггера связан с его первым входом и вторым входом первого элемента И, выход которого соединен с первым входом электронного ключа, причем второй вход электронного ключа подключен к выходу генератора импульсов, а его выход связан с входом счетчика импульсов.

Ц

1JK 1Ш Lk I L

Фиг.2