Автоматическая система измерения параметров внутреннего трения в материалах Советский патент 1981 года по МПК G01N19/02 

(54) АВТОМАТИЧЕСКАЯ СИСТЕМА ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ Изобретение относится к автоматическим системам измерения параметров внутреннего трения в металлах, пласти ческих материалах, стеклах и т.д., ис нользуемьм в металлургической и химической промьшшенности, а также в ради технической промышленности для измере ния полосы пропускания и декремента затухания электрических контуров. Известно устройство для измерения параметров внутреннего трения, содер жащее генератор, блок управления его частотой, возбудитель механических ко лебаний, датчик амплитуд, счетчик измерителя периода, фрксатор уровня измеряемых амплитуд и индикаторное табло Cd . Недостатки этого устройства - низкие точность и эффективность, так как оно имеет невысокое быстродействие из за ручного управления частотой генератора. , Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к. ВНУТРЕННЕГО ТРЕНИЯ-3 МАТЕРИАЛАХ предлагаемой является автоматическая система измерения параметров внутреннего трения в материалах, содержащая датчик амплитуд, включающий возбудитель механических колебаний образца, генератор, блок управления частотой генератора, измеритель периода, вход которого соединен с, датчиком амплиТуды, фиксатор уровня измеряемых амплитуд и индикаторное табло 12. Недостатки этой системы - низкая точность и эффективность иэ-за невысокого быстродействия блока управления частотой генератора. . о Цель изобретения - повышение точности и эффективности измерения параметров внутреннего трения в материалах. Поставленная цель достигается тем, что система снабжена блоком регистрации максимума амплитудно-час- отной характеристики, двухвходовьм элементом И, блоком формирования измерительных команд, задатчиком временных тёрвалов, выходы которого соединены с изм.ерителем периода, датчиком, блоком управления частотой, входом фиксатора уровня амплитуд и блоком формирования команд, соединенным выходами с входами измерителя периода и блока управления частотой, выход датчика соединен со вторым входом фиксатора уровня, третий, четвертый и пятый входы которого соединены с двумя выходами блока формирования команд, выходы фик сатора уровня соединены с входами блока регистрации максимума.,. с первым входом элемента И, связанного вторым .входом с выходом блока регистрации ;и двумя входами,блока формирования ко манд, третий вход .которого соединен с вьЕходом элемента И. Кроме того, фиксатор уровня выполнен в виде элемента И, включенного на входе счетчика, выходы разрядов счетчика соединены со входами двух ре гистров , трех схем сравнения, первые входы которых подключены к разрядам счетчика, вторые входы первойсхемы сравнения соединены с разрядами первого регистра, вторые входы второй и третьей схем сравнения подключены к разрядам второго регистра, а выходы разрядов первого регистра подключены через D-триггеры и дешифратор к индикаторному табло; блок формирования ко манд выполнен в виде трех 1К-триггеров с трехвходовыми элементами И на каждом I и К входе, входы всех элементов И на fC-входе .триггеров соединены с земляной шиной источника питания, первые входы элементов И на 1входах триггеров соответственно соединены с выходами двухвходового эле мента И и с двумя выходами фиксатора уровня, второй вход первого элемента И на I-входе первого триггера соединен с инверсньм выходом второго триггера, третий его вход - с инверсным выходом третьего триггера, второй и третий входы элемента И на I-входе второго триггера соединены с прямым выходом первого триггера и с инверсным выходом третьего триггера, а второй и третий вход элемента И на 1-вхо де третьего Триггера соответственно соединены с прямыми выходами первого и второго триггера; блок регистрации максимума амплитудно-частотной характеристики выполнен в виде блока начальной установки кода, триггера и схемы сравнения, первые входы которой .соединены с фиксатором уровня амплиуды, вторые входы которой соединены с блоком начальной установки кода, а ВЫХОД соединен с входом триггера. На. фиг. ) представлена схема автоматической системы; на фиг. 2 временные диаграммы ее работы. Автоматическая система содержит датчик 1 амплитуд, включающий возбудитель 2 (выполнен в виде электромагнита) механических колебаний образца 3, генератор 4, блок 5 управления его частотой, измеритель 6 периода, фиксатор 7 уровня амплитуд, индикаторное табло 8. Датчик 1 включает также осветитель 9 с линзами, светодиоды 10, катоды которых подсоединены через дифференцирующую цепь I1 к входу элемента 12 И, второй вход которого соединен с выходом формирователя 13 сигналов. Система снабжена блоком. 14 |регистрации максимума амплитудно-частотной характеристики, двухвходовым элементом 15 И, блоком 16 формирования измерительных команд, задатчиком 17 временных интервалов. Фиксатор 7 уровня выполнен в виде элемента 18 И, включенного на вход счетчика 19, выходы разрядов счетчика 19 соединены со входами двух регистров 20 и 21, трех схем 22-24 сравнения, первые входы которых подключены к разрядам счетчика 19, вторые входы первой 22 схемы сравнения соединены с разрядами первого 20 регистра,.вторые входы второй 23 и третьей 24 схем сравнения подключены к разрядам второго регистра 21, а выходы разрядов первого регистра 20 подключены чере з D -триггеры 25 и дешифратор 26 к индикаторному табло 27. . Блок 16 формирования команд выполнен в виде трех ЗК-триггеров 28-30. Блок 14 регистрации максимума амплитудно-частотной характеристики выполнен в виде блока 31 начальной установки кода, триггера 32 и схемы 33 сравнения. В состав измерителя 6 входят элемент 34 И, счетчик 35, регистры 36-38, дешифраторы 39-41 и инди1&аторные табло 8, 42 и 43. Автоматическая система работает следующим образом. При механических колебаниях испытуемого образца 3, возбуждаемого электромагнитом 2 от генератора Л, направенный световой поток от осветителя 9 с системой оптических линз создает тень, которая спроектирована на неподвижно закрепленные светодиоды 10. всех параллельно включенных св тодиодов подключены к источнику питания +Е, а их катоды - к дифференци рующей цепи II, поэтому при колебаниях образца 3 осуществляется последонательное погасание и включение свето диодов 10. В результате количество импульсов, поступающих на первый вход элемента I2 И за один полупериод коле баний образца 3 пропорционально ампли туде его колебаний (размаху). На второй вход элемента 12 И синхронно с на пряжением генератора 4 поступают видеоимпульсы с выхода формирователя 13 длительность которых равна половине периода колебаний образца 3, а период их задай длительностью задатчика 17 в менных интервалов и в зависимости от типа образца 3 (времени его успокоения) может регулироваться. Работа автоматизированного измерителя при каждом измерении амплитуды на всех частотах генератора 4 осущест вляется за четыре цикла. В первом цикле по сигналу задатчика 17 временных интервалов осуществляется обнуление всех логических запоминающих элементов связи задатчика 17 временных интервалов с шинами установки в ноль запоминающих устройств (на фиг. I не пока заны) . Во втором цикле с вькода дискретного датчика I амплитуды выход логического элемента 12 И на вход счетчика 19 приходит радиоимпульс, количество импульсов в котором пропорционально амплитуде колебаний образца 3 и которые просчитываются счетчиком 19. При этом на выходе схемы 22 сравнения кодов образуется сигнал логического нуля, поскольку число А, записанное в счетчике 19 всегда больше числа В, равного нулю, которое содержится в регистре 20. В третьем цикле с выхода задатчика 17 временных интервалов поступает сигнал Разрешение записи в регистр который через элемент 18 И осуществля ет запись содержимого счетчика 19 в регистр 20. При этом на втором входе элемента 18 И присутствует сигнал ло гической единицы с инверсного выхода триггера 28. На выходе схемы 22 сравнения в это время по-прежнему присутствует сигнал логического нуля, поскольку число А в счетчике I9 равно числу В в регистре 20. В четвертом цикле с выхода задатчика временных интервалов i 7 поступает сигнал Синхронизация на синхронизирукщие входы ЛК триггеров 28-30, Соединение вторых итретьих входов логических элементов И на входах и триггеров 28-30 ,Каково, что /эти TPHIV геры могут изменять свое состояние только последовательно: в начале триггер 28, затем триггер 29 и триггер 30. Однако триггер 28 не может опрокинуться в единичное состояние, поскольку на выходе-элемента 15 И, включенного на выходе схемы 22 сравнения присутствует сигнал логического нуля. На начальном участке амплитудночастотной характеристики участок(Orl на фиг. 2), когда частота генератора 4 меньше резонансной частоты исследуемого образца 3, а также при частоте генератора большей резонансной частоты (участок 4-5 на фиг. 2) на втором входе элемента 15 И все время присутствует логический уровень нуля. Этот уровень создается на выходе триггера 32 блока 14 регистрации, максимума амплитудно-частотной характеристики. С помощью блока 31 начальной установки кода вручную или автоматически задается числовой код, соответствующий определенной величине амплитуды колебаний А.. (фиг. 2) . Сигнал логиVCT л ческой единицы на выходе схемы 33 сравнения и, следовательно, на, выходе триггера 32 возникает только в том случае, если числовой код, соответствующий измеряемой амплитуде А, записанный в счетчике 19, больще числово го кода блока 31 начальной установг. ки 31, т.е. А А,Таким образом, блок 14 регистрации максимума АЧХ обеспечивает измерение амплитуд только в зоне вблизи резонансной хар.акте ристики, а вне ее - блокирует работу измерителя, подавая запрещакяций сигнал нулевого уровня на второй вход логического элемента 15 И. Генератор 4 с помощью блока 5 управления частотой при поступлении очередного импульса от задатчика 17 временных интервалов дискретно за счет изменения коэффициента деления делителя частоты (на фиг. 1 не показан) увеличивает частоту гармонических колебаний последовательно, проходя все участки АЧХ. На вовходйзцей ветви АЧХ (учасок 1-2) число В, записанное в регистре 20, соответствующее значению измеряемой амплитуды в предьщущем цикле, меньше числа А, записанного в счетчике 19, соответствующего значению измеряемой амплитуды в последующем цикле (А 7В). При этом на выходе схемы 22 сравнения все время имеется логический уровень нуля и, следовательно, триггер 28 не срабатьшает. На вто ром входе элемента 18 И присутствует напряжение логического уровня единицы Сс выхода триггера 28), поэтому по сигналу Разрешение записи в регистр 20 последовательно осуществляется запись цифрового -кода из счетчика 19 в регистр 20 и последующие обнуление счетчика 19. Сигнал логической единицы на выходе элемента I5 И Появляется в точке 2 максимума ампли тудно-частотной характеристики (фиг. когда число В, записанное в регистре 20 в предьщущем измерении, больше числа А, полученного в счетчике в по :следующем измерении (А В). При этом на выходе схемы 22 сравнения появляется логический уровень единица, который, проходя через элемент 15 И поступает на первый вход логического элемента И DK -триггера 28. На двух других входах этого элемента также присутствуют уровни логической единицы с выходов триггеров 29 и 30, поэтому в конце четвертого цикла пос ле поступления сигнала Синхронизация на входы триггеров, триггер 28 опрокидывается в единичное состояние закрьшается по второму входу элемент 18 И, прекращая дальнейшую запись в регистр 20 и хранящийся в нем цифровой код максимальной амплитуды D-триггеры 25, дешифратор 26 индицируется на индикаторном табло 27. Одновременно с инверсного выхода триггера 28 поступает разрешающий сигнал на запись в регистр 21 и в ре гистр 36. Цифровой код из счетчика 1 переписывается со сдвигом в сторону младших разрядов в регистр 21, где оказывается записанным цифровой код, соответствующий половине максимально значения амплитуды (точки з и 3 на фиг. 2), а цифровой код периода генератора 4 из счетчика 35 через ре гистр 36, дешифратор 39 индицируется на индикаторном табло 8. После измерения, максимальной ампли туды Ацд,и периода Т генератора 4, со ответствующего резонансной частоте образца 3, генератор 4 начинает работать на нисходящей ветви АЧХ (участок 2-3,фиг. 2) и частота его продолает дискретно увеличиваться. В каждом цикле измерения цифровой код текущего значения амплитуди А в счетчике 19 сравнивается с кояом- -, хранящимся в регистре 21 двумя схемами 23 и 24 сравнения. На участке 2-3 АЧХ {.фиг. 2) А -m«r , поэтому при сравнении цифровых кодов на выходе схемы 23 сравнения присутствует уровень логического нуля, а на выходе схемы 24 сравнения наоборот, - уровень логической единицы. Однако он не может опрокинуть триггер 30 с приходом сигнала Синхронизация до тех пор, пока триггер 29 не изменит своего состояния. Поэтому на всем участке нисходящей ветви ВЧХ (участок 2-4) изменение выходного сигнала схемы 24 сравнения не влияет на работу устройства. На частоте генератора 4, соответствующей точке 3 АЧХ цифровой код счетчика 19 (.А) меньше кода, записанного 21.(А Амакс В регистре 2{ .(f поэтому появляется сигнал логической единицы на выходе схемы 23 сравнения и с приходом сигнала Синхронизация триггер 20 переходит в состояние единица, подготавливая к переключению триггер 30. С выхода 29 подается сигнал Разрешение на запись в регистр 37 и значения периода Т генератора, соответствующие амплитуде . , из счетчика 35 через дешифратор 40 индицируется на индикаторном табло 42. Одновременно триггер 29 через блок 5 управления частотой возвращает частоту генератора 4 на начальный участок 0-1.АЧХ, после чего с приходом каждого импульса от задатчика 17 временных интервалов частота генератора вновь начинает последовательно дискретно увеличиваться. При повторном прохождении частотой генератора восходящей ветви АЧХ (участок 1-3) цифровой код А в счетчике 19 сравниваете с кодом -, хранящимся в регистре 21 с помощью схемы 24 сравнения. Поскольку на участке 1-3 А то уровень на выходе схемы 24 сравнения равен уровню логического нуля. Когда частота генератора- соответствует точке 3 АЧХ (.период Т) на выходе схемы 24 сравнения появляется логический уровень единица, триггер 30 опрокидьшается в единичное состояние. разрешая запись в регистр 38 со счетчика 35 кода периода генератора 4 и индикацию его через дешифратор 41 на индикаторном табло 43. После последующего обнуления всех запоминаивдих элё ментов повторяются циклы изменения на частотах второго резонанса и т.д. Положительный эффект заключается в повьшении точности и эффективности измерения параметров внутреннего тренИя в материалах. Формула изобретения 1.Автоматическая система измерения параметров внутреннего трения в материалах, содержащая датчик ампЛитуд, включающий возбудитель механических колебаний образца, генератор, блок управления частотой генератора, измеритель периода, вход которого соединен с датчиком .амплитуды, фиксатор уровня измеряемых амплитуд и индикат торное табло, отличающаяс я тем, что, с целью повышения точности и эффективности, она снабжена блоком регистрации максимума амплитудно- частотной характеристики, двухвходовым элементом И, блоком формирования измерительных команд, задатчиком временных интервалов, выходы ко,торого соединены с измерителем перио.да, датчиком,, блоком управления частотой, входом фиксатора уровня амплитуд и блоком формирования команд,- соединенным выходами с входами измерите ля периода и блока управления частотой, выход датчика соединен со вторым входом фиксатора уровня, третий, четвертый и пятый входы которого соединены с двумя выходами блока формирова ния команд, выходы фиксатора уровня соединены с входами блока регистрации максимума, с первым входом элемента И связанного вторым входом с выхоДоА блока регистрации и двумя входами enq ка формирования команд, третий вход которого соединен с выходом элемента И. 2,Система по п. 1, о т л и ч а ющ а я с я тем, что фиксатор уровня выполнен в виде элемента И, включенного на входе счетчика, выходы |разрядов счетчика соединены со входами. 1- двух регистров, трех схем сравнения, первые входы которых подключены к разрядам счетчика, вторые входы первой схемы сравнения соединеш с разрядами первого регистра, вторые входы второй и третьей схем сравнения подключены к разрядам второго регистра, а выходы разрядов первого регистра подключены через)-триггеры и дешифратор к индикаторному табло. 3.Система поп.1,отличаю щ а я с я тем, что блок формирования команд выполнен в виде трехЗК- триггеров с трехвходовыми элемента-, ми И на каждом U и k входе, входы всех элементов И на Vt-входе триггеров соединены с земляной шиной источника питания, первые входы элементов И на 3-входах триггеров соответственно соединены с выходами двухвходового элемента И и с двумя выходами фиксатора уровня, второй вход первого элемента И на 3-входе первого триггера соединен с инверсным выходом второго триггера, третий его вход - с инверсным выходом третьего триггера, второй и третий входы элемента И наЗ входе второго триггера соединены с прямым выходом первого триггера и с инр.ерсным выходом третьего триггера, второй и третий вход элемента И на 3-входе третьего триггера соединены с прямыми выходами первого и второго триггера. 4.Система поп. ,oтличaю щ а я с я Тем, что блок регистрации максимума амплитудно-частотной характеристики выполнен в виде блока начальной установки кода, триггера и схемы сравнения, первые входы которой соединены с фиксатором уровня амплитуды, вторые входы которой соединены с блоком начальной установки кода, а выход соединен с входом триггера. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Патент Франции № 2.175.952, кл. Q 01R 29/00, 1973. 2.Абрамов С.К. и др. Прибор для исследования динамических механических свойств полимеров методом резо- ; нансных колебаний. В сб.: Механика полимеров, 1971, № 6 (прототип) .