Цифровой измеритель затухания колебательных систем

, БО 1041 СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 3(50 С 01 Б 11 16 ГОС ПО АРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СС М ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЬ ОБРЕТЕНИЯ,; ОПИСАНИЕ АВТОРСКОМУ СВИД У 21) 3400893/18-2522) 22.02,8246) 1509.83Бюл.72) ВГ. Кнорринг71) Ленинградскийитехнический инсти(53) 534,833. 6 (О (56) 1. Кремлевс чев А.А Новые а рационные вискоз 1968, с. 18-20.2, Новицкий П Гутников В.С. Ци частотными датчи 1970, с. 151 (пр дена 88.8)кий В.П., Степфвтоматические,вибиметры, Л., ЛДНТП,( ,лебаний исследуемой колебательной ( системы, средства управления комму- М 34тацией фазоадвигающих звеньев состоят из каскадно включенных формироор Ленин по- вателя импульсов, вход которого соетут им. М.И.;Ка- дннен с выходом автогенератора, счет. чика импульсов и первого и второго триггеров, включенных по схеме двоичного счетчика, а средства измерения длительностей периодов сигнала автогенератора состоят из умножителя частоты, вход которого соединен с инверсным выходом первого триггера, а выход - с первыми входами двух . логических элементов И, выходы кото;: рых связаны соответственно с входами +1 и -1 реверсивного (57) ЦИФРОВОЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ ЗАТу- счетчика импульсов с отсчетным устЖ Я КОЛЕБАТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ, содержа- ройством, третьего и четвертого автогенератор, образованный со- : : триггеров, включенных по схеме двоединенными в кольцо выходным усили-ичного счетчика, и устройства управ" телем, цепью связи выходного усили- ления,причем вход третьего триггера теля с колебательной системой, коле- соединен с инверсньм выходом первого а бательной системой, цепью связи ко- , триггера, выход четвертого триггера лебательной системы с предварительньм : связан со входом устройства управ- усилителем и двумя коммутируемыми ления и со вторыми входами двух лофаэосдвигающими звеньями, а также гических элементов И, выход устрой- средства управления коммутацией фа- ства управления связан с третьими эосдвигающих звеньев и средства из- . входами двух логических элементов мереиия разности длительностей пери- И, а четвертые входы логических элеодов автогенератора, о т л и ч а ю-.:, ментов И соединены соответственно с щ и й с я.тем, что, с целью обеспе- : :прямым и инверсным выходами второгочения прямого отсчета затухания ко-. триггера,;тельной технике и предназначено преимущественно для использования вцифровых вибрационных вискозиметрах,а также может быть использовано в устройствах для .измерения внутреннего трения материалов, в установках для измерения эквивалентныхэлектрических параметров пьезорезонаторов и других измерительных устройств, работа которых основана наизменении добротности Я или затухания д: 1/Я электрических или электро.механических колебательных систем.Известно устройство для измерения добротности колебательных систем, основанное на том, что в исследуемой системе возбуждают свободныезатухающие колебания и подсчитывают число циклов этих колебаний в течение интервала времени, необхо- димого для уменьшения амплитуды колебаний в заданное число раз (1 ).Однако применительно к исполъэованию в вискозиметрах данное устройство имеет серьезные недостатки:во-первых, оно дает прямой отсчетдобротности, в то время как измеряемой вязкости пропорционально прира.щение обратной величины - затухания; во-вторых при малых добротностях число регистрируемых импульсов очень мало (например, при счете за интервал, в течение которого амплитуда убывает вдвое, оно примерно равно 0,223)Наиболее близким техничееким решением к предлагаемому является уст.ройство для измерения добротностиструнных резонаторов, содержащееавтогенератор, образованный соеди"ненными в кольцо выходным усилите"лем, цепью связи выходного усилителя с колебательной системой, колебательной системой, цепью связи колебательной системы с предварительнымусилителем, предварительным усилителем и двумя коммутируемыми звеньями, а также средства управления коммутацией фазосдвигающих звеньев и средства измерения разности длительностей периодов сигнала автогенератора 2 3.Недостаток такого устройства заключается.в том, что оно не обеспе" чивает прямого отсчета добротности или затухания системы.Целью изобретения является обеспечение прямого отсчета затухания колебательной системы.Эта цель достигается тем, что в цифровом измерителе затухания колебательных систем, содержащем автогенератор, оЬразованнцй соединеннымив кольцо выходным усилителем, цепьюсвязи выходного усилителя с колебательной системой, колебательной системой, цепью связи колебательной системы с предварительным усилителем,предварительным усилителем и двумякоммутируемыми фазосдвигающимизвеньями, а также средства управле 4.ния коммутацией фаэосдвигающихзвеньев и средства измерения разнос-,ти длительностей периодов сигналаавтогенератора, средства управлениякоммутацией фазосдвигающих звеньевсостоят иэ каскадно включенных фор О мирователя импульсов, вход которогосоединен с выходом автогенератора,счетчика импульсов и первого и второго триггеров, включенных по схемедвоичного счетчика, а средства изме рения длительностей периодов сигнала автогенератора состоят из умножителя частоты, вход которого соединен с инверсным выходом первого триггера, а выход - с первыми входами 2 О двух логических элементов И, выходыкоторых связаны соответственно свходами +1 и -1 реверсивного счетчика импульсов с отсчетнымустройством, третьего и четвертого 2 триггеров, включенных по схеме двоичного счетчика, и устройства управления, причем вход третьего триг 1 е"ра соединен с инверсным выходом первого триггера, выход четвертого триг.гера связан со входом устройства управления и.со вторыми входами двухлогических элементов И, выход устройства управления связан с третьимивходами двух логических элементовИ, а четвертые входы логических элеЗ 5 ментов И соединены соответственнос прямым и инверсным выходами второго триггера.На фиг. 1 представлена структурная схема предлагаемого устройства;4 О на фиг. 2 в . временная диаграмма.Устройство содержит автогенераторвыходной усилитель 2, цепь 3 свя-зи выходного усилителя с колебательной системой, колебательную систе му 4, цепь 5 связи колебательнойсистемы с предварительным усилите"лем, предварительный усилитель б,фазосдвигающие звенья 7 и 8, коммутатор 9, формирователь 10 импульсов,счетчик 11 импульсов, триггеры 12-15, о умножитель частоты 16, логическиеэлементы И 17, 18, реверсивный счетчик 19 импульсов с отсчетным устрой-ством, устройство 20 управления.Автогенератор 1 образован соединенными в кольцо выходным усилителем2., цепью связи 3, колебательной сж: -темой 4, цепью связи 5, предваритель. ным усилителем б и фазосдвигающимизвеньями 7,8 (предпочтительно вно сящими равные по модулю и противоположные по знаку фазовые сдвиги),коммутируемыми коммутатором 9 Выход автогенератора (которым можетбыть как показано на фиг. 1, выход Я предварительного усилителя б) соеди15, который находится в состоянии 1 1 в течение двух периодов вход" ого сигнала умножителя частоты 16.ак видно иэ графиков Фиг. 2, в двух межных периодах входно 1.о сигналаножителя частоты 16 состояния автогенератора 1 с увеличенной и уменьенной частотой выходного сигнала ередуются в противоположном порядке; это автоматически устраняет влияние систематической неравномерности.Функция устройства управления 20 заключается в том, чтобы обеспечить заданную периодичность измерениЯ, пропуская некоторое число интерваов, в течение которых триггер 15 на ходится в состоянии ф 1.1 ф, и перед началом очередного измерения устанавливать счетчик 19 либо в состояние 0., если необходимо измерять полное затухание колебательной системы 4, либо в состояние, дополнительное к отсчету при начальном затухании, если требуется измерять приращение затухания по отношению к известному начальному затуханию колебательной системы 4.Найдем число импульсов Н, накоп- ленное реверсивным счетчиком 19 за время, равное удвоенному периоду входного сигнала умножителя частоты. Обозначим меньший период автоколебаний генератора 1, получающийся при включении того из фазосдвигающих элементов 7,8, который вносит опережающий фазовый сдвиг, Т , а больший период, получающийся при внесении отстающего Фазового сдвига обозачим Т 2. Пусть, кроме того, емкость (модуль счета)счетчика 11 будет и, а коэффициент умножения,умножителя час,тоты 16 - М.Тогда период входного :сигнала умножителя частоты 16 в соответствии с фиг. 2 составит п(Т+Т 2), а частота выходного сигнала умно- жителя частоты 16 будет равнап(3+Т)Выходной сигнал умножителя частоты 16 поступает на вход +1 реверсивного счетчика 19 через элемент И 17 в течение двух интервалов длительностью по пТ 2, и на вход фреверсивного счетчика 19 через элемент И 18 в течение двух интервалов длительностью по пТТаким образом, содержимое реверсивного счетчика 19 после окончания счета можно выразить как Переходя от периодов сигнала генератора 1 Т и Т к соответствуюнен через Формирователь импульсов10, выход которого, в свою очередь,соединен со счетным входом триггера н12. Первый (прямой) выход тригге- Кра 12 соединен -ео счетным входом . стриггера 13, вход которого соединен, 5 умс управляющим входом коммутатора 9,Второй (инверсный) выход триггера . ш12 соединен с входами умножителя ччастоты 16 и делителя частоты на 4на триггерах 14-15. Выходы элементовИ 17, 18 соединены с входами +1 фи тт реверсивного счетчика импульсов 19; первые, вторые и третьи:входы элементов И 17, 18 соединеныс выходом умножителя частоты 16,.с ."15 лвыходом триггера 15 и с выходом. устройства управления 20; четвертыевходы соединены соответственно с прямым и инверсным выходами триггера 13.Цифровой измеритель затухания ра- .20ботает следующим образом.В,автогенераторе 1 возникают автоколебания. Формирователь 10 форми-,рует по.одному импульсу на каждый. цикл автоколебаний. Эти импульсы . 25считаются счетчиком 11, триггерами .12.и 13. Выходной сигнал триггера 13коммутирует фазосдвигающие звенья 7 .и 8 в автогенераторе 1. На графиках -.фйг. 2 принято, что в состоянии т 1 "триггера 13 включено звено отстающего фазового сдвига, и.частота сиг-нала автогенератора 1 уменьшается,в состоянии О триггера 13 вклю- .чено звено опережающего сдвига ичастота сигнала автогенератора 1возрастает. Как видно из графиковфиг. 2, несмотря на изменения частоты автогенератора 1, положитель-. . нные фронты выходного сигнала триггера 12 расположены во времени равномерно. Этими равномерно следующимифронтами запускается умножитель частоты 16 с большим коэффициентом ум- ,ножения (например, основанный напринципе фазовой автоподстройки уп- . 45.равляемого генератора). Соединениелогических элементов И 17, 18 с другими узлами прибора таково, что ре",версивный счетчик 19 имеет импульсы умножителя частоты 16 на входе"+1 ф в те моменты, когда в автоге:нераторе 1 включено звено отстающего фазового сдвига, и частота еиг- .нала автогенератора уменьшена, а иавходе -1 - в те моменты, когдав автогенераторе включено звеноопережающего сдвига и частота уве-."личена. Благодаря этому число импульсов, поступающих на вход ф+1 ф,:токазывается.больше числа импульсов,поступивших на всод тт, и в".;ре-.: 60версивном счетчике 19 накапливается.некоторый отсчет. Для того, чтобыисключить влияние систематическойнеравномерности выходных импульсов,умиожителя частоты, добавлен триггер( А 51041912ч щ 2 а 1 Оа 2 Подставив эти для Ю, получа Ф,М гю, - "ельг в кол О щим частотам Е 17 Т и Е 2 1/Т получим Теперь можно связать частоты и Ю с фазовыми сдвигами и затухани,ем колебательной системы Ы 1/й.Как известно, Фаэо-частотная х рактеристика колебательной систе содержащей три однородных элемент (две реактивных и одну активную 1 проводимости,. соединенные параллельно, или два реактивных и одно активное сопротивления, соединенные по следовательно), может быть записана в виде ной системе;Ео - собственная частота систе-мы с учетом присоединенных реактивностей.При включении такой колебательной системы в автогенератор, работающий в квазилинейном режиме, таким образом, чтобы выходной величиной цепи связи 3 и входной величиной цепи свя". эи 5 были соответственно напряжение и ток: или сила и скорость (или иные аналогичные величины в .эависИмости от вида колебательной системы), час тота автоколебаний совпадает с собственной частотой. Если же в кольцо автогенератора ввести звено, вносящее Фазовый сдвиг Ч, частота авто- колебаний изменится так, чтобы было, ,Ч +Ч= О. Следовательно, в этом случае справедливо уравнение для частоты автоколебаний тсюдач ч- 1+ - + -гдПусть теперь фазовые сдвиги, вносимые звеньями 7 и 8, будут 9 и У , причем для определенности Ч)О,Ч Г 2 и /У/=/2/.Тогда,Выбирая соответствующим образомЧ всегда можно обеспечить требуемую степень близости второго сомно.жителя к единнце, а выбором М - получить достаточно большое число импульсов в реверсивном счетчике 19.Модуль счета п.счетчика 16 не входитФв окончательное выражение для Я; еговыбор производится исходя иэ того,чтобы частота выходных импульсовумножителя частоты б, равнаям мкне была слишком больи ь- я)шой,. и,.чтобы переходные процессы,возникающие в автогенераторе послекоммутации фазосдвигающих звеньев,не влияли существенно на результатсчета. При указанных условиях Я прямо пропорционально затуханию д=1/6.В описываемом приборе время, необходимое для получения отсчета, непревосходит нескольких секунд. Еслиучесть время, необходимое на погружение колебательной системы приборависследуемую среду, .то вискозиметрна базе описываемого цифрового измерителя затухания в 2-3 раза произв тельней известного базовогоо кта,с тиг,2НИИПИ Заказ 7118/44 Тираж 87 исное лиал ППП фПатент", г., УЖгород,оектная,