Устройство для измерения механических параметров

(54)(57) УСТРОЙМЕХАНИЧЕСКИХ ПАРщее генератортельно соединенпреобразования ТВО ДЛЯ ИАМЕТРОВ,импульсов,ые датчиксумматор МЕРЕНИЯодержаоследоваблоко т АРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ ССС М ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЬПЪЙ ОПИСАНИ К АВТОРСКОМУ С ч а ю щ е е с я тем, что, с цельюповьппения точности, оно снабженопоследовательно соединенными источником опорного напряжения, модуля- .тором, два входа которого подключены к двум выходам генератора импульсов, а выход - к первому входу датчика и второму входу сумматора,демодулятором, два входа которогоподключены к выходам генератора импульсов, а третий - к выходу сумматора, и стробируемым фильтром, первый вход которого подключен к выходудемодулятора, второй вход - к третьему выходу генератора импульсов, авторой вход датчика соединен с первым входом сумматора.1 11057Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения различных механических параметров с помощью электрических датчиков. 5Известно устройство для измерениядеформаций и малых перемещений, содержащее емкостный датчик с преобразователем емкости в напряжение игенератор, выход которого соединен 1 Ос фазочувствительным детектором 11.Однако известное устройство имеет низкую температурную стабильность.Наиболее близким к изобретению является устройство для измерения механических параметров, содержащее генератор импульсов, последовательносоединенные датчик, блок преобразования и сумматор. 2,Однако данное устройство характериэуется наибольшим динамическим диапазоном измерений, плохой помехозащищенностью и, как следствие, невысокойточностью измерений.Цель изобретения - повьппение точности,Указанная цель достигается тем,что устройство для измерения механических параметров, содержащее генератор импульсов, последовательно соединенные датчик, блок преобразования и сумматор, снабжено последовательно соединенными источником опорного напряжения, модулятором, двавхода которого подключены к двум вы-ходам генератора импульсов, а выход -к первому входу датчика и второмувходу сумматора, демодулятором, двавхода которого подключены к выходамгенератора импульсов, а третий - квыходу сумматора, и стробируемымфильтром, первый вход которого подключен к выходу демодулятора, второйвход - к третьему выходу генератораимпульсов, а второй вход датчика соединен с первым входом сумматора.На чертеже изображена блок-схема предлагаемого устройства,Устройство для измерения механических параметров содержит генератор о 1 импульсов, последовательно соединенные датчик 2, блок 3 преобразования, сумматор 4. Устройство также содержит последовательно соединенные источник 5 опорного напряжения, мо дулятор 6, два входа которого подключены к двум выходам генератора 1 импульсов, а выход " к первому входу 52 1датчика 2 и второму входу сумматора4, демодулятор 7, два входа которогоподключены к выходам генератора 1импульсов, а третий - к выходу сумматора, 4 и стробируемый фильтр 8, первый вход которого подключен к выходудемодулятора 7, второй вход - ктретьему выходу генератора 1 импульсов, а второй вход датчика 2 соединен с первым входом сумматора 4.Модулятор 6 состоит из последовательно включенных между его входами икорпусом ключей 9 и 10, другие входыкоторых являются управляющими входами модулятора, а общая точка соединения ключей - его выходом.Датчик 2 состоит иэ последовательно соединенных конструктивных емкостей 11 и 12, несоединенные и соединенные выводы которых являются соответственно входом и выходом датчика,Блок 3 преобразования емкости внапряжение состоит из операционногоусилителя 13, инвертирующий вход которого является входом блока преобразования и соединен через Т-образныйрезистивно-емкостный фильтр 14 с выходом операционного усилителя 13,являющимся выходом преобразователя, аа неинвертирующий вход подключен ккорпусу,Сумматор 4 состоит из операционного усилителя 15, к инвертирующемувходу которого подключены две цепи16 и 17, являющиеся входами сумматора4, и резистор 18, другой вывод которого подключен к выходу операционногоусилителя 15, а неинвертирующий входсоединен с корпусом. Выход операционного усилителя является выходом сумматора 4. Демодулятор 7 состоит из операционного усилителя 19, инвертирующий вход которого подключен к резисторам 20 и 21, второй вывод резистора 20 является входом демодулятора 7, а второй вывод резистора 21 подключен к выходу операционного усилителя 19, являющемуся выходом демодулятора 7. Неинвертирующий вход операционного усилителя 19 подключен через последовательно соединенные резисторы 22 и 23 и ключ 24 ко входу демодулятора 7, причем общая точка соединения резисторов 23 и 22 соединена с последовательно соединенными резистором 25 и ключем 26, соединенным с корпусом.Стробируемый фильтр 8 состоит из ключа 27, вход и выход которого соответственно является входом и выходом стробируемого фильтра 8, выход которого через конденсатор 28 соединен 5 с корпусом. Управляющий вход ключа 27 подключен к соответствующему . выходу генератора 1 импульсов.Генератор 1 импульсов состоит из задающего генератора 29, выход которого соединен со счетным входом триггера 30 и входом формирователя 31, выход которого является одним из выходов генератора 1 импульсов и формирователей 32 и 33. 15Устройство для измерения деформации и малых перемещений работает следующим образом.Постоянное напряжение источника 5 эталонного напряжения преобразуется О модулятором 6 в сигнал стабильной амплитуды и скважности (типа "меандр"), что достигается путем поочередной работы ключей 9 и 10, сигналы управления которыми поступают с формирователей 32 и 33 и находится в противофазе, причем скважность управляющих импульсов постоянна, так как они управляются сигналами, поступающими с прямого и инверсного выходов триггера 30 30, на вход которого поступают импульсы двойной частоты модуляции с задающего генератора 29 генератора 1 импульсов. Сигнал прямоугольной формы с выхода модулятора 6 поступа- З 5 ет на емкость 11 датчика 2 и через разделительную емкость 12 на вход сумматора 4, на другой вход которого через разделительный конденсатор цепи 16 поступает также прямоугольный сиг налб фаза которого перевернута на 180 , а амплитуда зависит от соотношения емкостей 11 и 12, где значения емкости 11 датчика 2 могут принимать значениЯ СоС 3 С. В,зависимости 45 от соотношения емкостей 11 и 12 датчика 2 фаза импульсов на выходе сумматора 4 изменяется на 180 . Эти импульсы преобразуются демодулятором 7 в постоянное напряжение, причем по О лярность его зависит от фазы сигналов с выхода сумматора 4 по отношению к импульсам, управляющим ключами 26 и 24, которые работают синхронно с ключами 9 и 10 модулятора 6. Любая помеха, поступающая на вход - демодулятора 7. преобразуется им в симметричный сигнал и отфильтровывается стробируемым фильтром 8, образованным сопротивлением открытого ключа 27 и конденсатором 28. В момент возникновения импульсов напряжения на выходе сумматора 4, соответствующих фронтам импульсов, поступающих на его вход с выхода блока 3 преобразования емкости в напряжение, вследствие огриниченной полосы пропускания операционного усилителя 13 и паразитных емкостей кабелей датчика 2, ключ 27 стробируемого фильтра 8 закрывается, на конденсаторе 28 запоминается величина напряжения до начала импульса и тем самым предотвращается проникновение указанных импульсов на выход устройства. Импульс запирания ключа 27 вырабатывается формирорателем 31 из импульсов, поступающих на его вход с выхода генератора 1 импульсов.Выходное напряжение стробируемого фильтра 8 пропорционально величине емкости 11 по отношению к емкости 12 датчика 2,Предлагаемое устройство позволяет преобразовать сигналы емкостных датчиков в постоянное напряжение. Обеспечивается высокая точность преобразования при изменении температуры окружающей среды от (-60) до (+80)С за счет устранения влияния указанных помех и применения фазовой демодуляции, При этом устройство обладает малым током потребления, что дает воз-. можность применять источники питания небольшой мощности и позволяет уменьшить габариты и вес.Кроме того, достигнутые точностные характеристики, широкий температурный диапазон при небольшом весе и габаритах позволяет использовать данное устройство в бортовых системах контроля конструкции объекта, обладающих высокой экономической эффективностью эа счет предоставляемой этими системами возможностью оценивать расход ресурса конструкции по усталостной нагруженности и оптимально расходовать ресурс путем обслуживания по состоянию.,ул.Проектная,4 аказ 5584/31 Тираж 587 ВНИИПИ Государственного по делам изобретений 113035, Москва, Ж"35, Ра