Устройство для измерения параметров на вращающемся валу Советский патент 1982 года по МПК G01L3/10 G01L3/24 G01B7/16 G01K13/08 

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ НА ВРАЩАЮЩЕМСЯ ВАЛУ

1

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения физических величин на вращающемся валу, например деформаций, температуры, давления и т. д.

Известно устройство, в котором от стационарного источника энергии питание передается через вращающийся трансформатор, вторичная обмотка которого связана последовательно с выпрямителем и стабилизатором. Цепи питания стабилизатора обеспечивают работу последовательно соединенных электронных блоков: генератора трансформаторной мостовой цепи, усилителя и преобразователя «напряжение-частота, причем с выхода последнего через вращающийся конденсатор передается сигнал об измеряемом параметре на неподвижную часть аппаратуры 1.

Недостатком этого устройства является Невозможность измерения нескольких параметров на вращающемся валу.

Наиболее близким к изобретению является устройство, в котором осуществляется измерение двух параметров врчщающегося вала.

Устройство содержит формирователь прямоугольных импульсов, генератор, триггер, источник питания и связанную с ним первичную обмотку трансформатора, а также установленные на вращающейся части второй генератор, два образцовых резистора, состоящие из двух последовательно соединенных преобразователей ветви мостовой цепи в каждом канале измерения, вторичную обмотку трансформатора и последовательно 10 соединенные с ней выпрямитель и стабилизатор 2.

Недостатком известного устройства является малочисленность измеряемых параметров вращающегося вала.

Цель изобретения - расщирение функциональных возможностей устройства за счет увеличения числа измеряемых параметров.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство введены второй триггер, элемент ИЛИ, светодиод и фотодиод, а в каждый измерительный канал введены резистор уравновещивания, компаратор напряжения, элемент И, ждущий мультивибратор, синхродетектор, при этом образцовые резисторы

образуют делитель, генераторы выполнены в виде генераторов линейно изменяющегося напряжения, триггеры - в виде триггеров Шмидта, первый из которых подключен входом к-первичной обмотке трансформатора, а выходом к входу первого генератора и к последовательной цепочке из ждущих мультивибраторов, выходы которых дополнительно подсоединены к первым входам элементов И из одноименных измерительных каналов, вторые входы всех элементов И подключены через формирователь прямоугольных импульсов к фотодиоду, а выходы элементов И подключены к первым входам синхродетекторов КЗ одноименных измерительных каналов, вторые входы всех синхродетекторов подключены к выходу первого генератора, второй триггер подключен входом к вторичной обмотке трансформатора, а выходом к входу второго генератора, к одному из полюсов делителя и к одноименным полюсам всех мостовых ветвей, противоположные полюса которых связаны с нулевой шиной стабилизатора, к средней точке мостовой цепи каждого измерительного канала подключен первый вход соответствующего компаратора напряжения и через соответствующий резистор уравновещивается выход второго генератора, вторые входы всех компараторов напряжения подключены к средней точке делителя, а выходы через элемент ИЛИ --- к светодиоду, при этом второй триггер, элемент ИЛИ, резисторы уравновешивания, компараторы напряжения и светодиод установлен зг на вращающейся части, а формирователь прямоугольных импульсов, фотодиод, элементы И, ждущие мультивибраторы и синхродетекторы установлены на невращающейся части.

На чертеже приведена функциональная схема предложенного устройства.

Устройство состоит из стационарного источника 1 питания, первичной 2 и вторичной 3 обмоток вращающегося трансформатора, выпрямителя 4, стабилизатора 5, второго триггера 6, делителя из двух образцовых резисторов 7, ветвей .мостовых цепей 8-1, ..., 8-i,...,8-N с измерительными преобразователями, второго генератора 9. резисторов 10-I, ..., 10-i, ..., 10-N уравновещивания, компараторов 11 - 1, ..., 11 -i, ..., 11-N напряжения, схемы ИЛИ 12 на N входов, светодиода 13, первого триггера 14, первого генератора 15, ждущих мультивибраторов 16--1, ..., 16-i, ..., 16-N, схем И 17-1; ..., 17-i, ..., 17-N, формирователя прямоугольных импульсов 18, фотодиода 19. Целое число N больше двух определяет число измеряемых параметров. В состав устройства входят синхродетекторы 20-1, ...,

20-i, ..., 20-N.

Устройство работает следуюплим образом.

Стационарный источник 1 питания передает напряжение питания синусоидальной

формы через первичную 2 и вторичную 3 обмотки трансформатора, которое выпрямляется в выпрямителе 4, фильтруется и стабилизируется на выходе стабилизатора 5, предназначенного для питания электронных

блоков. Второй триггер 6 nyTeivf срабатывания при нулевом входном сигнале фор.мирует из сигнала гармонической формы прямоугольные импульсы, частота следования которых равна частоте напряжения питания, а длительность - половине периода напряжения питания. При этом в мостовых цепях, образованных образцовым делителем 7 и ветвями мостовых цепей с измерительными преобразователями 8-1, ..., 8-i, ..., 8-N, образуются, напряжения разбаланса, пропорциональные или функционально связанные с измеряемыми физическими величинами. Эти напряжения разбаланса, действуя на входы компараторов 11 - 1, ..., 11-i, ..., 11-N напряжения, удерживают их в одинаковых состояниях, например в нулевом. Во время действия импульса с выхода второго триггера 6 во втором генераторе 9 происходит формирование линейно изменяющегося напряжения, которое через резисторы 10-1, ..., 10-J, ..., 10-N уравновещи5 вания поступает в ветви мостовых цепей 8-1, ..., 8-i,8-N, выравнивая при этом выходные напряжения ветвей мостовых цепей с выходным напр.яжение.м делителя из двух образцовых резисторов 7. Значения сопротивлений резисторов 10-1, ..., 10-i,

10-N уравновешивания различны и обеспечивают уравновещивание во время импульса сначала первой мостовой цепи, состоящей из делителя 7 и ветви мостовой цепи 8-1, затем второй мостовой цепи: состоящей из делителя 7 и ветви мостовой цепи 8-2. В момент уравновешивания каждой из мостовых цепей происходит срабатывание соответствующего компаратора напряжения, формирующего короткий по времени импульс, что приводит к срабатыванию

0 схемы ИЛИ 12 и кратковременной вспышке светодиода 13. В рассматриваемом случае снача га срабатывает первая схема 11-1 сравнения, затем вторая - 11-2 и т. д. Порядок срабатывания схем 11 - 1, ..., 11-i, ..., 11-N сравнения неизменен, момент срабатывания определяется значением измеряемой величины, к которой чувствителен измерительный преобразователь каждой из ветвей мостовой цепи. Таким образом, временные интервалы между началом импульса

0 с выхода второго триггера 6 и каждой вспыщкой светодиода 13 функционально связаны с измеряемыми величинами на вращающемся валу, а очередность вспыщек определяется номером ветви мостовой цепи с измерительным преобразователем.

На стационарной части аппаратуры первый триггер 14 из синусоидального сигнала формирует прямоугольные импульсы, синхронные и синфазные с импульсами второго триггера 6. Эти импульсы запускают первый генератор 15 и первый ждущий мультивибратор 16-1. Выходной импульс ждущего мультивибратора 16-1 имеет длительность, соответствующую максимальному времени уравновешивания мостовой цепи из делителя 7 и ветви мостовой цепи 8-1. В момент появления вспыщки светодиода 13 фотодиод 19, находящийся в зоне излучения светодиода 13, формирует электрический сигнал, который на выходе формирователя 18 прямоугольных импульсов создает короткий импульс, приводящий к появлению импульса на выходе первой схемы И 17-1. Под действием этого импульса происходит срабатывание ключей синхродетектора 20-1 и на его выходе фиксируется напряжение, связанное с первым измеряемым параметром. После окончания импульса первого ждущего мультивибратора 16-1, на выходе второго ждущего мультивибратора возникает импульс, подготавливающий срабатывание второй схемы И - 17-2. Длительность импульса второго ждущего мультивибратора 16-2 соответствует изменению временного интервала времени уравновешивания мостовой цепи, образованной делителем 7 и ветвью мостовой цепи 8-2, а его появление соответствует моменту появления второй вспышки светодиода 13. При этом фотодиод 19 формирует кратковременный электрический сигнал, по которому формирователь прямоугольных импульсов 18 своим выходным импульсом переводит вторую схему И 17-2 из одного состояния в другое, а выходной импульс второй схемы И 17-2 открывает ключи синхродетектора 20-2, на выходе которого фиксируется напряжение второго генератора 15, функционально связанное со вторым измеряемым параметром вращающейся детали.

Аналогичным образом происходит формирование выходных напряжений по оставшимся измеряемым параметрам.

После окончания импульса с выходов триггеров 6 и 14 происходит снятие напряжения питания мостовых цепей и установка начальных напряжений на выходе генераторов 9 и 15. При повторном появлении импульсов с выходов триггеров 14 и 6 процессы уравновешивания и демодуляции повторяются, с той лищь разницей, что моменты появления вспышек светодиода определены новыми значениями измеряемых величин.

Число измеряемых величин, по сравнению с известным техническим рещением, может быть суш.ественно увеличено.

Формула изобретения

Устройство для измерения параметров на вращающемся валу, содержащее формирователь прямоугольных импульсов, генератор, триггер, источник питания и связанную с ним первичную обмотку трансформатора, а также установленные на вращающейся части второй генератор, два образцовых резистора, состоящие из двух последовательно соединенных преобразователей ветви мостовой цепи в каждом канале измерения, вторичную обмотку трансформатора и последовательно соединенные с ней выпрямитель и стабилизатор, отличающееся

О тем, что, с целью расширения функциональных возможностей устройства за счет увеличения числа измеряемых параметров, в него введены второй триггер, элемент ИЛИ, светодиод и фотодиод, а в каждый измерительный канал введены резистор уравновешивания, компаратор напряжения, элемент И, ждущий мультивибратор, синхродетектор, при этом образцовые резисторы образуют делитель, генераторы выполнены в виде генераторов линейно изменяющегося

0 напряжения, триггеры - в виде триггеров Шмидта, первый из которых подключен входом к первичной обмотке трансформатора, а выходом к входу первого генератора и к последовательной цепочке из ждущих мультивибраторов, выходы которых дополнитель5но подсоединены к первым входам элементов И из одноименных измерительных каналов, вторые входы всех элементов И подключены через формирователь прямоугольных импульсов к фотодиоду, а выходы элементов И

Q подключены к первым входам синхродетекторов из одноименных измерительных каналов, вторые входы всех синхродетекторов подключены к выходу первого генератора, второй триггер подключен входом к вторичной обмотке трансформатора, а выходом

5 к входу второго генератора, к одному из полюсов делителя и к одноименным полюсам всех мостовых ветвей, противоположные полюса которых связаны с нулевой шиной стабилизатора, к средней точке мостовой цепи каждого измерительного канала под0ключен первый вход срответствующего компаратора напряжения и через соответствующий резистор уравновешивания выход второго генератора, вторые входы всех компараторов напряжения подключены к средней

5 точке делителя, а выходы через элемент ИЛИ - к светодиоду, при этом в1:|с)ой триггер, элемент ИЛИ, резисторы равновешивания, компараторы напряжения и светодиод установлены на вращающейся части, а формирователь прямоугольных импульсов,

фотодиод, элементы И, ждущие мультивибраторы и синхродетекторы установлены на невращающейся части.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

5 1. Авторское свидетельство СССР № 673873, кл. G 01 L 3/24, 1977.

2. Авторское свидетельство СССР № 717576, кл. G 01 L 3/24, 1978 (прототип). T-t i.