Устройство для измерения усилий

(50 СО ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ МЬВЬЛд,8 У К АВТОРСКОМ 10 мати ки ко А.М вуковыхт напряразвуко968,Ультраиспытанияототип). ЕРЕНИЯр ультранный с изовленным ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(56) 1. Рублев Ю.В., ДъяченЗависимость скорости ультрапродольньм волн в алюминиижения.: Сб. "Акустика и улвая техника". Вып.4, Киев,с. 46-50.2. Джонс Р., Гэтфнлд Е.звуковой импульсный способбетона. М., 1957, с. 55 (п(54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗ УСИЛИЙ, содержащее генерат звуковых колебаний, соедин лучателем-приемником, уста на одном из торцов силовоспринимающего элемента и усилитель колебаний, соединенный с излучателем-приемником, о т л и ч а .ю щ е е с я тем, что, с целью повышения чувствительности, точности измерения и возможности автоматизации процесса измерения, оно снабжено преобразователем, счетчиком импульсов, таймером и вычислительным блоком, а усилитель выполнен с автоматической регулировкой усиления и соединен своим выходом с входом преобразователя, выход которого соединен с входом запуска таймера и входом счет" чика импульсов, который в свою очередь соединен с входом останова тай-мера, а выход таймера соединен с входои обнуления счетчика импульсов и вычислительным блоком, который каналом синхронизации связан с входом генератора.Изобретение относится к измерительной технике и может быть использованодля измерения усилия, веса, натяжения и т.п. в системах автоматизации технологических процессов, преимуществен но в тяжелой промышленности.Известно устройство для измерения напряжения (усилия) в образце из алю. миния в форме параллелепипеда, содержащие два пьезокварца, прикрепленных 1 О к образцу, один из которых работает в режиме источника ультразвуковых ко. лебаний и соединен с генератором ненрерывных ультразвуковых колебаний, а другой - в режиме приемника и сое динен с входом осциллографа 1 .. Недостатками известного устройства являются неудобство съема информации с осциллографа и необходимость в дополнительной математической обработке, а также невысокая чувствительность и точность измерения, так как разность скоростей распространения ультразвуковых колебаний в образце под нагрузкой и без нее невелика. гНаиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство для измерения скорости расиространения ультразвука в бетоне, содержащее генератор ультразвуковых колебаний, узел задержки пуска зонди рующих импульсов, генератор зондирующих импульсов, излучатель и приемник ультразвуковых колебаний, усилитель и осциллограф с генератором разверток и меток времениПоскольку скорость распространения ультразвука зависит от напряжений в материале, такое устройство может быть использовано и для измерения на 4 О пряжений (усилий) в бетоне. Недостатками известного устройства являются низкая чувствительностьи точность измерения и невозможность45автоматизации процесса измерения,поскольку информация визуальная, ане в форме сигнала, и разность скоростей распространения ультразвуковыхколебаний под нагрузкой и без нее невелика,Целью изобретения является повьппение чувствительности, точности измерения и возможность автоматизациипроцесса измерения.Указанная цель достигается тем,что устройство для измерения усилий,содержащее генератор ультразвуковыхколебаний, соединенный с излучателемприемником, установленным на одномиз торцов силовоспринимающего элемента и усилитель колебаний, соединенный с излучателем-приемником,снабжено преобразователем, счетчикомимпульсов, таймером и вычислительнымблоком, а усилитель выполнен с авто.матической регулировкой усиления исоединен своим выходом с входом преобразователя, выход которого соединен с входом запуска таймера и входомсчетчика импульсов, который в своюочередь соединен с входом остановатаймера, а выход таймера соединен свходом обнуления счетчика импульсови вычислительным блоком, который каналом синхронизации связан с входомгенератора,На чертеже представлена структурная схема устройства.Устройство содержит силовоспринимающий металлический элемент (датчик)1 в форме бруса длиной 7, на одномторце которого укреплен источникприемник ультразвука 2. Выход генератора пачек импульсов ультразвуковыхколебаний 3 соединен с источникомприемником и входом усилителя 4, имею.щим автоматическую регулировку усиле- .ния АРУ), Выход усилителя соединенс входом преобразователя 5, выходкоторого соединен с входом счетчикаимпульсов 6 и входом запуска таймера7, Выход счетчика импульсов 6 соединен с входом останова таймера 7, акодированный выход таймера соединен свычислительным блоком 8. Выход таймера "Ответ" связан с входом счетчика"Обнуление". Вычислительный блок связан каналом синхронизации с генератором 3.Силовоспринимающий элемент 1 ввиде бруса выполняется из металла,например алюминия, прямоугольного иликруглого сечения,Для получения многократного отражения необходимо, чтобы ультразвуковойпучок был параллелен оси стержня, длячего необходимо выполнить условие 3 )эх,где . 1 - диаметр мембраны источника-.приемника;Ъ - длина волны ультразвука.Источник-приемник 2 может быть пьезоэлектрическим или магнитострикционным.Форма элемента может быть различной, при этом должно выполняться ус11030 ловие многократного отражения ультразвука при совпадении траекторий падающей и отраженной волны.Генератор 3 представляет собойждущий генератор импульсов, моделирующий ультразвуковой генератор непрерывных синусоидальных колебаний. При .запуске генератора оператором припомощи кнопки запуска на входе егоформируется единичная пачка ультразвуковых колебаний,Усилитель должен иметь автомати-.ческую регулировку усилителя для работы в широком динамическом диапазоне входных сигналов. Чем выше чувстви 5. тельность усилителя, тем большее количество отражений он может зафиксировать, тем большая точность измерения.Преобразователь 5 представляет 20собой детектор и выпрямитель для преобразования пачек ультразвуковых колебаний в униполярные импульсы.Счетчик импульсов 6 должен бытьвыполнен с фиксированным коэффициен. том пересчета П. При приходе пос"леднего и -го импульса счетчик выра- .батывает импульс, подаваемый на входостанова работы таймера. Число Ощ,и,определяется точностью измерения и ЗОбыстродействием устройства измерения.Таймер 7 представляет собой уст-"ройство измерения времени и имеетвход запуска отсчета времени и вход, останова отсчета времени.Вычислительный блок 8 можетбыть любого типа, состоит из вычислителя и памяти и должен выполнятьоперации приема информации от таймера, вычисления разности, умноженияна постоянный коэффициент и индикациюрезультата вычислений на табло.Устройство работает следующим образом.Измеряют время 1 многократно .(П) 45отраженной пачки ультразвуковых колебаний без нагрузки и время (и) от-.важенной пачки под нагрузкой 96 4Разность :-12 прямо пропорциональ-.на нагрузке Р. Время распространенияультразвука прад нагрузкой являетсяфункцией напряженияРВД где 1, 3 - длина и ширина силовоспринимающего элемента.Генератор 3 генерирует пачки импульсов, которые подаются на приемник излучатель 2 и на вход усилителя 4. Преобразователь 5 детектирует и выпрямляет сигнал генератора и выдает импульсный сигнал на счетчик и таймер, запуская его. Пачка ультразвуко вых колебаний, распространяясь в элементе 1, испытывает многократные отражения от торцов элемента. Число отражений .измеряется счетчиком 6.При числе отражений (П) равном наперед заданному фиксированному значению и щ,д счетчик вырабатывает сигнал, превращающий работу таймера , Информация с таймера 7 считывается в вычислительный блок 8, который выполняет операции вычитания (1, - 1), умножения на масштабный коэффициент, выдавая на цифровой индикаторрезультат в единицах измерения усилия. Интервал между посыпками пачек импульсовген, должен быть больше 1 и времени 1 = д , где 1 ор - частооор, фта опроса таймера вычислительным устройством.Выходная характеристика устройства есть линейная функция= 1 (ЬЦ .Нор. мирование номинального выходного сигнала можно осуществить подгонкой длины силовоспринимающего элемента. Такое выполнение схемы измерения, позволяющей измерить время распространения многократно отраженного упьт" развукового сигнала в силовоспринимающем металлическом элементе, позволяет повысить чувствительность и точность измерения и возможность автоматизировать процесс измерения./30 Тираж 823 НИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий3035, Москва, Ж, Раушская наб , д. е акая 494 В жгород, ул.Проектная, 4 1 "Патен Филиал