Сравнивающее устройство Советский патент 1982 года по МПК G05B1/01 

С54)СРАВНИВАЩЕЕ УСТРОЙСТВО

. Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано при построении аналого-цифровых и цифроаналоговых преобразователей и усилительно-преобразовательных устройств систем автоматического управления. Известны технические решения,использующие для измерения входногосигнала оптические регистрирующие устройства, выполненные на пьезоэлементах ll и f2j. Однако эти устройства имеют невысокую точность и чувствительность измерения. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является сравнивающее устройство, оптический тракт которого выполнен также на пьезоэлементах. Лучи источника монохраматического света/ проходя через оптический трак многократно отражаются от зеркальных поверхностей пьезоэлементов и попадают на вход фотоэлементов регистрирующего блока, связанного со сравнивающим элементом. Источник входного сигнала электрически соединен с гранями пьезоэлементов 3 J Однако данное устройство характеризуется недостаточно высокой точностью. Цель изобретения - повышение точности. Поставленная цель достигается тем, что в сравнивающем устройстве, содержащем элемент сравнения, входы которого подключены соответственно к задатчику опорного напряжения и регистрирующему блоку, установленному под углом к оптическому тракту, выполненному из двух пар параллельных. между собой пьезоэлементов, зеркальные грани которых обращены друг к другу, а однополярные токопроводящие грани электрически соединены и подключены к источнику входного напряжения, двух полупрозрачных зеркал, установленных по обе стороны от пьезоэлементов на оси, параллельной пьезоэлементам и проходящей симметрично относительно двух пар пьезоэлементов , и источника монохромати- . ческогр света, оптическая ось которого направлена под углом, соответствующим углу установки регистрирующего блока, к первому полупрозрачному зеркалу, токопроводящие грани одной пары пьезоэлементов одной полярности подключены к соответствующим объединенним токопроводящим граням другой пары пьезоэлементов противоположной полярности.

На фиг. 1 изображена структурная схема сравнивающего, устройства; на фиг. 2 - схема регистрирующего блока (вариант.

Устройство содержит в оптическом тракте две пары пьезоэлементов 1-4, расположенных между собой параллельно таким образом, что зеркальные грани об.еих пар обращены друг к другу. Токоподводящие грани .каждой пары пьезоэлементов одной полярности электрически соединены и подключены к сЬответствующим токоподводящим другой пары пьезоэлементов полярности и источнику 5 входного напряжения. Полупрозрачные зеркала б и 7 установлены по обе стороны от пьезоэлементов каждый на оси, параллельной пьезоэлементам и проходящей симметрично относительно дву пар пьезоэлементов. Источник 8 .монохроматического света, оптическая ось которого направлена под углом к первому полупрозрачному эеркалз б, регистрирующий блок 9 расположен также под углом oL к второму полупрозраччому зеркалу 7 .

Сооответствующие входы элемента 10 сравнения связаны с выходами регистрирующего блока и задатчика опорного напряжения 11, а.выход элемента сравнения соединен с выходом 12 всего устройства.

Регистрирующий блок состоит из фотоэлементов 13, формирователей 14 импульсов, дифференцирующего, устройствса 15 и элементов И 16.

В свою очередь элемент 10 сравнения может быть выполнен на основе реверсивного счетчика импульсов, суммирующий и вычитающий входы ко-„ торого подключаются к выходам элементов.И 16.

Устройство работает .следующим образок.

Луч источника 8 монохромс1тическог света делится полупрозрачным зеркалом 6 на два когерентных луча. Далее первый луч света падает на первый пьезоэлемент 1, многократно отражается от него и.от второго пьезоэлемента 2, пройдя через второе полупрозрачное зеркало 7, падает на фотоэлементы 13 регистрирующех-о блока 9. Второй луч.падает на четвертый пьезоэлемент 4, многократно отражается от него и от третьего пьезозлемента 3, отразившись от зеркала 7, падает также на вход фотоэлементов. Так как лучи когерентны, то на фотоэлементах будет наблюдаться интерференционная картина.

Если l,j mX, то удет максимум Интерференции, если I т )-А, нимум интерференции, пути, которые проходят первый и второй лучи соответственно от источника 8 света до фотоэлементов в исходном состоянии, П1- целое число, /L - длина волны света.

Текущие значения расстояний иPj зависят от величины деформации пьезоэлементов, которая в общем случае определяется формулой

-UL- . и

(1)

Л€ cosot ex,

где д, - абсолютная величина деформации пары пьезоэлементов;

d - пьезомодуль;

k - число отражений луч;а от обоих пьезоэлементов;

оС - угол падения луча;

и входное напряжение. В- исходном состоянии при Uo« О (или при 1 const) разность хода лучей будет постоянна и движения интерференционных полос не будет, При наличии входного напряжения, изменяющегося во времени, на входах фотоэлементов будет наблюдаться движение полос, которое преобразуется фотоэлементами, а также соответствующими элементами 14-16 регистрирующег блока 9 в короткие импульсы, которые поступают на суммирующий или вычитающий входы реверсивного счетчика элемента 10 сравнения в зависимости от знака производной входного сигнала и от его полярности.

Уровень напряжения , с которым необходимо сравнить 1), задается числом импульсов п-, которые заранее записываются в счетчик импульсов с выхода датчика сравниваемого напряжения 11, т.е.

% .

Up- входное напряжение, при

где

котором произойдет минимальное изменение разности хода, достаточное для его регистрации, т.е. порог чувствительности.

В свою очередьИ определяется из (1) при Д1 т.е.

cosct. .

(2)

и. О- d k При наличии входного сигнала в устройстве действуют описанные выше процессы и реверсивный счетчик суммирует или вычитает импульсы, но как только п п, , на выходе элемента 10 сравнения . появится импульсметка, сигнализирующая о том, что

,

где п - текущее значение импульсов,

Изменяя количество импульсов путем их перезаписи в запоминающей части элемента 10 сравнения, можно onefiaTHBHo перенастраивать сравнивающее устройство на любой уровень в широком диапазоне. Так как при наличии входного сиг нала одна пара пьезоэлементов увели чивает расстояние между собой, а другая сокращает вследствие их разнополярного подключения, то разност хода лучей определится по формуле -и -(L r Z 10+coscL Чо Г+ 2..-142о С О S сА. в прототипе длина пути одного луча не зависит от величины U-. , т.е. разность хода в нем определяет ся как Д t - г + 10 ао Сравнивая (3) и (Ц) видно, что для достижения одного и того же результата к предлагаемому устройству надо приложить входное напряже ние в два раза меньше, чем к прототипу. Соответственно и порог чувствительности (2) будет в два раза мень ше у предлагаемого устройства,т.е. Л/i-cosot Величина порога.чувствительности являющегося основой составляющей ин |струментальной погрешности, непосре ственно влияет на результирующую сяиибку процесса сравнения.Поэтому уменьшение значения порога чувствительности приводит к повышению точности сравнивающего устройства. Таким образом, достоинством пред лагаемого устройства является высокая точность сравнения входного напряжения в. широком диапазоне и быстрота его перенастройки. Формула изобретения Сравнивающее устройство, содержащее элемент сравнения, входы которого подключены соответственно к .задатчику опорного напряжения и регистрирующему блоку, установленному под углом к оптическому тракту, выполненному из двух пар параллельных меж ду собой пьезоэлементов/ зеркальные грани которых обращены друг к другуу 3 однополярные токопроводящие грани электрически соединены и подключены к источнику входного напряжения, двух полупрозрачных зеркал, установленных по обе стороны от пьезоэлементов на оси, параллельной пьезо- . элементам и проходящей симметрично относительно двух пар пьезоэлементов , и источника монохроматического света, оптическая ось которого направлена под углом, соответствующим углу установки регистрирующего блока, к первому полупрозрачному зеркалу, отличающееся тем, что, с целью повышения точности, токопроводящие ,грани одной пары пьезоэлементов одной полярности подключены к соответствующим объединенньом токопроводящим граням другой пары пьезоэлементов противоположной полярности . Источники информации, ПЕ)инятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР № 767696, кл. G 05 В 1/01, 1978. 2. Авторское свидетельство СССР 809041,. кл. G 05 В 1/01, 1979.. 3. Авторское свидетельство СССР по заявке 2798193/25 кл.С 02 F 7/00, 1979 (прототип). .i

9 Регистрирующее устройстбо . j

I

Л

I I «, J Запись