Нуль-индикатор Советский патент 1981 года по МПК G05B1/01 

(54) НУЛЬ-ИНДИКАТОР

Изобретение относится к автоматике, электроизмерительной и вычислительной технике и может использоваться при построении высокоточных аналого-цифровых преобразователей и в системах автоматического контроля.

Существует три основных типа нуль-индикаторов: регенеративные, прямого усиления и импульсные.

Известен нуль-индикатор регенеративного типа, состоящий из широкополосного неинвертирующего усилителя с общей глубокой отрицательной обратной связью и цепью положительной обратной связи, резистивно-емкостных полосовых фильтров, усилителя-ограничителя, низкочастотного фильтра, высокочастотного фильтра и модулятора 1.

Однако это устройство имеет низкую стабильность и чувствительность фиксации нулевого значения входного напряжения.

Известен нуль-индикатор с усилителем постоянного тока, состоящий из операционного усилителя, формирователя, источника порогового напряжения, коммутатора, порогового элемента и фильтра 2.

Недостаток таких нуль индикаторов - значительный дрейф нуля усилителей.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является нуль-индикатор, содержащий модулятор, выполненный на пьезоэлементе с одной зеркальной гранью, напротив которой расположено регистрирующее устройство, между модулятором и регистрирующим устройством укреплено полупрозрачное зеркало под углом

45° и зеркальной поверхности пьезоэлемента, источник монохроматического света, расположенный напротив полупрозрачного зеркала так, что направление светового пучка параллельно зеркальной поверхности пьезоэлемента, две противоположные грани которого подсоединены ко входным клеммам нуль-индикатора. Известный нуль-индикатор обладает высоким входным сопротивлением, стабильностью, щироким диапазоном изменения входного сигнала 3.

Однако этот нуль-индикатор имеет большое значение порога чувствительности.

Цель изобретения - уменьшение порога чувствительности нуль-индикатора. Поставленная цель достигается тем, что в нуль-индикатор, содержащий модулятор, выполненный на пьезоэлементе, две противоположные грани которого подключены к входным выводам нуль-индикатора, полупрозрачное зеркало, установленное, между зеркальной гранью пьезоэлемента и оптическим входом преобразователя светового сигнала в импульсный под углом 45° к световому пучку, и источник монохроматического света, установленный на оси, параллельной зеркальной грани пьезоэлемента, введен дополнительный модулятор, выполненный на пьезоэлементе, зеркальная грань которого установлена на одной оси с источником монохроматического света по другую сторону полупрозрачного зеркала, а две другие грани пьезоэлемента дополнительного модулятора подключены к входным выво дам нуль-индикатора. На чертеже представлена функциональная схема предлагаемого нуль-индикатора. Устройство содержит входные шины 1, связанные с взаимопротивоположными гранями пьезоэлементов модуляторов 2 и 3, зеркальная грань пьезоэлемента Первого модулятора 2 расположена напрот ив входа фотоэлемента 4 преобразователя 5 светового сигнала в импульсный. Зеркальная грайь пьезоэлемента дополнительного модулятора 3 находится напротив выхода источника б монохроматического света, а на пересечении осей, на которых установлены элементы 2 и 4 и 3 и 6 размещено полупрозрачное зеркало 7 под углом 45° к данным осям. первый выход фотоэлемента 4 через формирователь 8 импульсов, дифференцирующий блок Э, элемент И 10 связан с суммирующим входом реверсивного двоичного Двустороннего счетчика 11. Второй выход фотоэлемента через аналогичные элементы связан с вычитающим входом счетчика И, выход которого подключен к выходу нульиндикатора 12. Преедлагаемый нуль-индикатор работает следующим образом. Монохроматический луч света от источника 6 делится на два когерентных луча полупрозрачным зеркалом 7, первый луч падает на зеркальную грань пьезоэлемента дополнительного модулятора 3, отражается сначала от нее, затем от полупрозрачного зеркала 7 и попадает на вход регистрирующего блока. Одновременно второй когерентныи луч падает на зеркальную грань пьезоэлемента модулятора 2, отражается от нее и, пройдя через полупрозрачное зеркало 7, попадает также на вход регистрирующего блока 5. Так как лучи когерентны, то на его входе наблюдается интерференционная картина. а. Пусть г I и Г2 - пути, которые проходят первый и второй лучи соответственно от источника 6 света до входа преобразователя 5. Тогда, если Г|-rf m-J(., то бу;1ет максимум интерференции, если J минимум интерференции, где ш - целое число, Л - длина волны монохроматического света. Пути Г), гJ зависят от величины деформации пьезоэлементов, которая в общей случае определяется по формуле Ar d,Ux, где ДГ -абсолютная величина деформации; d - коэффициент, характеризующий обратный пьезоэффект материала; Ux-входное контролируемое напряжение. Таким образом, только при наличии на входе 1 изменяющегося во времени контролируемого напряжения, на входе преобразователя 5 будет движение интерференционных полос, а при нулевом или установивщемся значениях напряжения на входе 1 движения полос не будет. Движение интерференционных полос преобразуется фотоэлементами 4, формирователями 8, дифференцирующим устройством 9 и элементами И 10 в короткие импульсы, которые поступают на суммирующий или вычитающий входы реверсивного счетчика И в зависимости от возрастания или убывания входного контролируемого напряжения, а также и от его полярности. Нуль-индикатор настраивается так, что в исходном нулевом состоянии в реверсивном счетчике записано N импульсов. При наличии входного изменяющегося напряжения на входе 1 в нуль-индикаторе действуют описанные выще процессы и реверсивный счетчик суммирует или вычитает импульсы, получаемые в преобразователе 5 при движении интерференционных полос. Как только входное напряжение равно нулю в реверсивном счетчике опять будет N импульсов, что определенным образом фиксируется на выходе 12. Применяя в нуль-индикаторе один пьезоэлемент, сдвиг интерференционных полос, достаточный для регистрации, наблюдается при изменении разности расстояний Г| и r.j на Л Л (при этом зеркальная грань пьезоэлемента должна сместиться на Вводя в состав предлагаемого нуль-индикатора второй пьезоэлемент, включенный в схему так, что при определенной полярности входного сигнала один пьезоэлемент увеличивает, а второй уменьщает свои геометрические размеры (или наоборот), зеркальные грани каждого пьезоэлемента смещаются не на / , а на . Действительно, в этом случае путь г | увеличивается (уменьщается) путь Гд ; 1 }еньи ается (увеличивается) такуменьщаеже на /76 - - //6 2 результирующая разность хода лучей изменяется на требуемую величину Д. (так как k Vp % Таким образом, порог чувствительности ли предлагаемого нуль-индикатора уменьшается по сравнению с известным в 2 раза., , Я/Вс1 р диЛ/16{1 что приводит к повышению чувствительности предлагаемого нуль-индикатора. Формула изобретения Нуль-индикатор, содержащий модулятор, выполненный на пьезоэлементе, две противоположные грани которого подключены к входным выводам нуль-индикатора, полупрозрачное зеркало, установленное между зеркальной гранью пьезоэлемента и оптическим входом преобразователя светового сигнала в импульсный под углом 45° к световому пучку и источник монохроматического света, установленный на оси, параллельной зеркальной грани пьезоэлемента, отличающийся тем, что, с целью уменьшения порога чувствительности, в него введен дополнительный модулятор, выполненный на пьезоэлементе, зеркальная грань которого установлена соосно с источником монохроматического света по другую сторону полупрозрачного зеркала, а две другие грани пьезоэлемента дополнительного модулятора подключены к входным выводам нуль-индикатора. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР № 447674, кл. G 05 В 1/01, 1972. 2.Авторское свидетельство СССР № 504176, кл. G 05 В 1/01, 1974. 3. Авторское свидетельство СССР № 619896, кл. G 05 В 1/01, 1977 (прототип). I