Дифференциальный струнный датчик, например, для измерения ускорений Советский патент 1977 года по МПК G01P15/10 

(54) ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫЙ СТРУННЫЙ ДАТЧИК , НАНРИМЕР, ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ УСКОРЕНИЙ Дифференциальный датчик состоит из собственно датчика, частотно-импульсной следящей системы, блока расишрения диапазона и суммирующего счетчика. Датчик образован двумя автогенераторами со струнами 1,2 и уси/штелями 3,4 обратной связи. Одни концы струн прикреплены к корпусу, а другие - к инерционной массе 5. Выходы усилителей 3 и 4 соединены с формирователем 6 разностной частотыЧастотно-импульсная следящая система образована реверсивным счетчиком 7 и управляемым делителем частоты, включающим генератор эталоннсй частоты 8, счетчиковый делитель частоты 9, импульсно-потешшальные вентили 10 и 11 и элементы ИЛИ 12 и 13. Выход элемента И1Ш 13 соединен со входом суммирующего счетчика 14, а выход элемента ИЛИ 12 является выходом управляемого делителя частоты (УДЧ), Потенщ(:альные входы вентилей 10 и 11 подключаются к выходам разрядов счетчика 7 в направлении возрастания номера разряда, а импульсные входы - к разрядам делителя 9 в направлении уменьшения номера разряда (т.е. первый вентиль - к 1-му II п - му разрядам,второй вентиль - ко 2-ому и (п-1) разрядам и т.д). Число разрядов счетчика 7, связанных с вентилями 10, рассчитывается по заданной чувствительности и допустиMoii иел1.леГпюсти, которые определяют девиацию частоты на выходе фор шрователя 6. Полное число разрядов счетщжа 7, делителя 9 и число иентилей 10 и 11 оп(: еделяется, исходя из чувствительности датчика и диапазона изменения измеряемой величины. Выходы вентилей 11, связанных со старшими разрядами счетчика 7, подключаются ко входам элемента ИЛИ 13. Ко входу этого же элемента i 3 подключен выход элемента ИЛИ 12 (выход УДЧ). Блок расп 11реш1я диапазона включает преопразователь код-аналог (1ТКА) 15, сумматор 16 и магнитоэлектрический ис 1ол1штельный механизм, состояидай из магпитопровода с постоянным магнитом 17 и обмотки 18, закрепленной на массе 5. Для уменьшения виброчувствительности использован вибродатчик 19. Вибродатчик 19 крегаггся на корпусе прибора таким образом, чтобы ось его чувствительности бьша параллельна струнам, а его выход подключен к сумматору J6 так, чтобы обеспечить приложение к массе 5 силы, направленной встречно инерционной силе, вызванной виброускорением. Устройство работает следующим образом. Пусть максимальное и минимальное значение (квант) разностной частоты на выходе формирователя 6 связаны соотнощением: Wc.()Af И удовлетворяют требуемой чувствительности и допустимой нелинейности, а диапазон изменения измеряемой величины равен Н„„„ Число разрядов счетчиков 7 и 9 равно (ni+na), ричем HI разрядов связаны с вентилями 10, а п разрядов - с вентацямн 11 и преобразователем 15. Частота генератора 8 . Если Измеряемая величина (ускорение) X изеняется в диапазоне 2 -1 о на выходе формирователя 6 частота f fivrnKC на выходе схем}2и13- частоты fj2 fi3 f6Если значение измеряемой величины станет таким, что частота на выходе формирователя равна то в счетчике 7 разряды HI перейдут в состояние О, а младщий из разрядов п--, (связанный с вентилями 11 и ПКА 15) - в состояние 1. При этом на выходе ПКА 15 появится ток, нротекание которого по обмотке 18 приведут к тому, что к массе 5 окажется приложенной сила, равная по величине и направленная встречно измеряемой силе (ускоре1шю). Это приведет к тому, что частоты струн станут равны . частота , а частота f, AfПри давльнейпкм увеличении измеряемой Bejm4ii ны на выходе формирователя 6 и УДЧ (схема 12) появится частота f6 )дf, на выходе элемента 13 частота равна f,5-f,. Если частота на выходе формирователя 6 вновь станет равной e , в разрядах nj счетчика 7 запишется число 2 и сигнал на выходе ПКА 15 удвоится. Это приведет к тому, что измеряемая сила уравновесится силой магнитоэлектрического механизма 17 и 18, частоты струн crairyT равны, а частоты f(,fi2 0. На выходе схемы 13 частота f, з . Таким образом, расширение диапазона измерения достигается за счет того, что часть измеряемой силы уравновешивается магнитоэлектрическим механизмом и только часть воздействует на резонаторы, вызывая появление разностной частоты. В то же время выходная частота элемента 13 связана с максимальной частотой на выходе формирователя 6 соотнощением. f,3(2.i)f Коэффициент при бмакс характеризует увеличение диапазона измерения. Код N измеряемой величины снимается со счетчика 7, а частота, пропорциональная измеряемой величине,-с выхода элемента 13. Так как в данном приборе имеется линейная зависимость между измеряемой величиной и частотой на выходе элемента 13. то интеграл функции

изменения измеряемой величины во времени пропорционален набегу фазы сигнала на выходе элеменГа 13. Этот набег фазы может быть определен подсчетом числа периодов частоты на выходе элемента 13, что и осуще(;твляется счетчиком 14.

Нсли на прибордействуютвибршлии вдоль ;шнии А, то они одновременно действуют и на вибродатчяк 19. На выходе этого датчика появляется сигнал, который поступает через сумматор 16 в магнито лекгрнческий меха1жзм 17 и 18 и заставляет массу 5 двигаться однов)емен)1о с корпусом прибора. Эю исключает воздействие вибрационных ускорений (ш струны 1 и 2. При этом полоса частот измеряемой величины должна лежать вне полосы частот вибраций, воспринимаемых вибродатчиком 19.

Формула изобретения

1. Jblффepoнциa lьнl lй струнный датчик, например, д;1я измерения ускорений, соде)жа1ций чувстнигсльпьгй элеменг, ;ша анюгенератора, 1х;зонаторы

которых coejWHeHbi с чувстьигельным .1лемсн)ч)м, формирователь разности частот aBioieHejjaiopoH, вибродатчик, магнитоэлект)ическин механизм, olмотка которого размещена на чувствительном .«leмеяте и подключена к выходу вибродатчика, и частотно-импульсную следящую систему, жхчклк)ченную к фop шpoвaтeлю разности частот и иьлюлненную в виде управляемого делителя частоты с вентилями, элемента ш ИЛИ и реверсивным счегчиком, отличающийся гем, что, с целью pacnjMрепия диапазона измерения, он С1 абже11 Н)еибразователем код-аналог, выход которого подключен к обмогке маг)1итоэлекгричоско1Ч) механизма, а входы сск щнены с выходами триперов старших разрядов |х:нерсивного счетчика.

2. Дагчик но п. 1, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что, с целыо получения частогпо-нмнульсшчч) выхидно го сигнала, он снаожен Д1)По.1П1И11,,м э.чслкпюм

ИЛИ, входы KOTopoio подключопп к )1.1ходу о новного элемент ИЛИ и к ш.гчолам HOIUIUK-II, соединенных с упранлянлдими П1Хиб)а:1ова1елсм код-аналог rpniiepaMii (Хне)сиьн1.го счо)чи.ка.

fNdi