Нуль-индикатор Советский патент 1978 года по МПК G05B1/00 

Изобретение относится к области авто.матики, электроизмерительной и вычислительной техники и может использоваться при построении высокоточных аналого-цифровых преобразователей и в системах автоматического контроля.

Известен нуль-индикатор с усилителем постоянного тока, состоящий из операционного усилителя, формирователя, источника порогового напряжения, коммутатора, nopo гового элемента и фильтра Г11. Недостатком такого нуль-индцкатора является значительный дре.йф нуля усилителя.

Известен также нуль-индикатор с модуляцией входного сигнала, который сое- тоит из модулятора, усилителя переменного тока, амплитудного детектора, линии задержки и схемы формирования импульсов 2, Такое устройство не имеет дрейфа нуля, а следовательно, обладает более высокой точностью, однако оно имеет .меньшее быстродействие, зависящее, в частности, от частоты модуляции.

Наиболее близким техническим решением к предложенному является нуль-инди-т

катор, содержащий модулятор, выполненный на пьезоэлементе, две противоположные грани которого являются входными клеммами нуль-индикатора, и регистрирующий блок, состоящий из фотоэлемента, выходы которого через две цепочки из последовательно соединенных формирователя импульсов, дифференцирующего блока и элемента И подключены к соответствующим входам реверсивного счетчика| з. Недостатком такого нуль-индикатора является низкая точность фиксации нулевого значения напряжения.

Целью изобретения является повышени точности фиксации нулевого значения напряжения.

Для этого в устройство введены полупрозрачное зеркало, неподвижное зеркало и источник монохроматического света, на пути светового пучка которого последовательно установлены полупрозрачное зеркало под углом 45 и неподвижное зеркало, причем полупррзрачное зеркало размещено между зеркальной гранью пьезоэлемента, которая расположена параллельно световому пучку источника монохрома тического света и фотоэлементом регистт рирующего блока. На чертеже изображена структурная схема предлагаемого нуль-индикатора. Входные клеммы 1 связаны с двумя тротввополохшыми гранями пьезоэлемента 2, зеркальная грань которого располоЬ жена на одной оптической оси с фотоэлементом 3 регистрирующего блока 4. Неподвижное зеркало 5 расположено на одной оптической оси с источником мо нохроматического света 6, причем оси расположены во взаимноперпендикулярных плоскостях. На пересечении оптических Осей установлено полупрозрачное зеркало 7, расположенное под углом 45 к осям. Выходы фотоэлемента 3 соединены с сум мирующим и вычитающим входами реверсивного двоичного счетчика 8. через соот ветствующие формирователь импульсов 9 дифференцирующий блок 10 и элемент И 11. Выход реверсивного счетчика 8 соединен с выходом 12 нуль-индикатора. Нуль-индикатор работает следующим образом. Монохроматический луч света от источника 6 делится на два когерентных луча полупрозрачным sepitanoM 7. Далее первый луч падает на неподвижное зеркало 5, отражается от него, от полупрозра ного зеркала 7 и попадает на вход регис трирующего блока 4. Одновременно вюрой когерентный луч падает на подвиж Вую зеркальную грань пьезозлемента 2, отражается от нее и, пройдя через полу;прозрачное зеркало 7, попадает также на 1ВХОД регистрирующего блока 4. Так как лучи когерентны, то на входе регистрирующего блока 4 будет наблюдаться интерференционная картина. Путь jf и пути, 1соторые проходят первый и второй лучи соответственно от источника света 6 до входа регистрирующего блока 4. Тогда если fi-t stttто будет максимум интерференции, если минимум интелферендии где Н1- целое число, Л - длина волны монохроматического света. Путь Ил зависит от величины деформации пьезоэлемента, которая в общем случае определяется по формуле Л fi-и, У где ДУ - абсолютная величина деформации о - коэффициент, характеризующий обратный пьезоэффект, материала 1Гу- входное контролируемое напряже ние. Таким образом, только при наличии на входе 1 изменяющегося во времени контролируемого напряжения, на входе регистрирующего блока 4 будет движение интерференционных полос, а при нулевом значениинапряжения на входе 1 движе- , ния полос не будет. Движение интерференционных полос преобразуется фотоэлементами 3, формирователями импульсов 9, дифференцирующими блоками 1О, логическими элементами И 11 в импульсы, котот рые поступают на суммирущий или вычитающий входы реверсивного счетчика 8 в. зависимости от возрастания или убывания входного контролируемого напряжения, а также и от его полярности. Нуль-индикатор настраивается так, чт в исходном нулевом состоянии в реверсивном счетчике записано, например, V импуг льсов. При наличии входного изменяющегося напряжения на входе 1 в нуль-тздикаторе действуют описанные выше процессы и реверсивный счетчик суммирует или вычитает импульсы, получаемые в регистрирующем блоке 4 при движении интерференционных полос. Но как только входное напряжение станет равным нулю, в ревер сивном счетчике опять будет импульсов, что определенным образом фиксируется на выходе 12. Предлагаемый нуль-индикатор обеспечивает высокую точность измерения нулевого значения напряжения. Сдвиг интерференционных полос, достаточный для регистрации, будет наблюдаться при изменении разности расстояния t j и K/j на величину, равную половине длияы волны света К/2. Точность можно еще более повысить, применив пьезоматериалы с большим значением коэффициента cl. Кроме того, предлагаемый нуль-индикатор имеет малую инерционность, отсутствие гистерезиса, достаточно простую конструкцию. Формула изобретения Нуль-индикатор, содержащий модулятор, выполненный на пьезоэлементй, две противоположные грани которого являются входными клеммами нуль-индикатора, и регистрирующий блок, состоящий из фотоэлемента, выходы которого через две цепочки из последовательно соединенных формирователя импульсов, дифференцирующего блока и элемента И подключены к соответствующим входам реверсивного счетчика, отличающийся тем, что, с целью повышения точности фиксации нулевого значения напряжения, в него введены полупрозрачное зеркало, неподвижное зеркало и источник монохроматического света, на пути светового пучка которого последовательно установлены полупрозрачное зеркало под углом 45 и неподвижное зеркало, причем полупрозрачное зеркало размещено между зеркальной гранью пьезоэлемента, которая расположена параллельно световому пучку источника монохроматического света и фотоэлементом регистрирующего блока.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:

1.Авторское свидете.1ьство СССР № 504176, Kh. Q 05 В 1/О1, 1974.

2.Авторское свидетельство СССР 3 243282, кл. ( 06 3 З/ОО, 1957.

3.Авторское свидетельство СССР № 374574, кл. Q 05 В 1/О1, 1963.