Цифровой многоточечный тензометрический мост

Союз СоветскизСоциапистичесиикРеспублик и 91701 СВИДЕТЕЛЬСТВУ К АВТО РСК 61) Дополнительное к авт, санд-ву н".69176522) Заявлено 21.0880 (21) 2976 ч 11/18-21 01 В 171 еударстеаииый комитет СССР в делам изобретений(23 тень 1 03,82. Ьюл Опубликован З 1 удК 621. 317 . 733 (088,8 открыт опубликования описания 300(72) Автор В ВБ ЦИФРОВОЙ МНОГОТОЧЕЧНЫЙ ТЕНЗОМЕТРИЧЕСКИМОСТ второму постоянную резистору, общаяточка цифровых проводимостей соединена со второй вершиной измерительной диагонали и вторым входом нульоргана, источник питания, включенныйв диагональ, нуль-орган, первый входкоторого соединен с первой вершинойизмерительной диагонали через основной переключатель, блок перезаписи,включенный между регистрами дополнительных цифровых блоков, блок управления, соединенный с выходом нульоргана и с управляющими входами переключателя, регистров и блока пере"записи 11. тенэои для Недостатквляются огр ти возможн ет изме маций, т.е. ди стности деленно ри ми амп с ярисоеднненнект заявки Изобретение относится к измери"тельной технике и может быть использовано при измерении как статических,так и динамических деформаций,По основному авт.св. н 691765 известен цифровой многоточечныйметрический мост, испольэуемы"измерения деформаций с применениемтензореэисторов в качестве первичных преобразователей. Это устройство содержит мостовую схему, одноплечо которой образовано тензорезистором, включаемым в плечо через коммутатор, а три плеча образованыпостоянными резисторами, два основных и два дополнительных цифровыхблока, каждый из которых содержитрегистр, соединенный с цифровойпроводимостью, цифровые проводимости первых основного и дополнительногоблоков подключены параллельно одномупостоянному резистору, а цифровыепроводимости вторых основного и дополнительного блоков - параллельно м известного устроиства ниченные функциональные так как оно обеспечивалишь статических дефорпрерывно изменяющихся ских деформациях, в чанакопеременных, с опреитудой и частотой, де3 9171формациях известное устройство нера-:ботоспособно.Цель изобретения - расширениефункциональных возможностей путемобеспечения измерения динамическихдеформаций. Укаэанная цель достигается тем, что цифровой многоточечный тензометрический мост, содержащий мостовую схему, одно плечо которой образовано тензорезистором, включаемым в плечо через коммутатор, а трй плеча образованы постоянными резисторами, два основных и два дополнительных цифровых блока, каждый из которых содержит регистр, соединенный с цифровой проводимостью, цифровые прово- . димости первых основного и дополнительного блоков подключены параллельно одному постоянному резистору, а цифровые проводимости вторых основного и дополнительного блоков - параллельно второму постоянному резистору, общая точка цифровых проводимостей соединена со второй вершиной измерительной диагонали и вторым входом нульоргана, источник питания, вклю" ченный в диагональ нуль-органа, первый вход которого соединен с первой вершиной измерительной диагонали через основной. переключатель, блок перезаписи, включенный между регистра- ми дополнительных цифровых блоков, блок управления, соединенный с выходом нуль-органа и с управляющими входами переключателя, регистров и блока перезаписи, снабжей усилительно-преобразовательным блоком, содержащим последовательно соединен" ные усилитель переменного напряжения,4 Е вход которого через дополнительный переключатель соединен с вершинами измерительной диагонали, преобразователь переменного напряжения в пос- тоянное, преобразователь напряжение" ф частота и реверсивный счетчик, ключом, включенным между вершиной мостовой схемы и вершиной цифровой проводимости первого основного цифрового блбка,входы регистра которого под- фф кЬючейы к выходам реверсивного счетчика, при этом управляющий вход ключа через Формирователь соединен с вершиной измерительной диагонали, смежной 8 тензорезистором, а управляющие входы реверсивного счетчика и дополнительного переключателя соединены с блоком управления. 01Кроме того, усилитель переменного напряжения выполнен частотно- избирательным, а цифровая проводимость первого основного цифрового узла выполнена в соответствии с условиемгде Й - код регистра первого основного цифрового узла,о - суммарная проводимость разрядов, включенных в соответствии с кодом,С - проводимость постоянногорезистора мостовой схемы.На чертеже изображена структурная схема устройства.Устройство содержит тензорезистор1, три постоянных резистора 2-4, образующих пассивные плечи моста, источник 5 питания, нуль-орган 6, со-единенные провода 7-9, коммутатор 10,обеспечивающий поочередный опрос всехизмерительных точек, переключатель11, изменяющий точку подключениявхода нуль"органа 6 к первой вершинемоста, два основных цифровых блока,один из которых образован цифровойпроводимостью 12 и регистром 13, авторой - цифровой проводимостью. 14и регистром 15, два дополнительныхцифровых блока, образованных цифровыми проводимостями 16 и 17 и регистрами 18 и 19, блок 20 перезаписи,включенные между регистрами 18 и 19последовательно соединенные усили"тель 21 переменного напряжения,вход которого через переключатель22 соединен с вершинами измерительной диагонали, преобразователь 23переменного напряжения в постоянное,преобразователь 24 напряжение-частота и реверсивный счетчик 25, Однавершина цифровой проводимости 12подключена к мостовой схеме черезключ 26, управляющий вход которогочерез формирователь 27,связан с первой вершиной 28 измерительной диагонали.Устройство работает следующим образом.Функцию цифроаналогового преобразователя (ЦАП) вьЬолняют цифровые блоки и резисторы 4 и 3. Выходом ЦАП является точка 29, т.е. вторая вершина измерительной диагонали.5 9171Если ключ 26 замыкать и размыкатьс определенной частотой, то, если код регистра 13 не равен нулю, в точке 29 появится переменная составляющая напряжения. Формирователь 27 обеспечивает на своем выходе знакопеременный сигнал типа меандр, частота к торого равна частоте сигнала. Приводя в соответствие положительной полуволне меандра замкнутое состояние ключа 26, а отрицательной полуволне - разомкнутое состояние ключа 26, в точке 29 получаем переменный сигналтипа меандр.Коррекция погрешностей при г = 0 осуществляется только с помощьюос.- новных цифровых блоков, а разряды цифровых проводимостей 16 и 17 отключены.Блок управления 30 с помощью нуль органа 6 уравновешивает мостовую схему по постоянному току цифровым.блоком, образованным регистром 15 и цифровой проводимостью 14. После . этого начинается работа усилительно- преобразовательного блока.: Блок .30 управления устанавливает на выходной шине 31 сигнал логической "1". Переключатель 22 устанавливается е положение 32, и переменное напряжение 30 поступает на вход усилительно"преоб" разовательного блока, где усиливается усилителем 21 переменного напряжения, преобразуется в сигнал постофянного напряжения преобразователем з 23, а на выходе преобразователя 2 В имеет частотный сигнал, номинально пропорциональный исходному сигналу. Погрешности на этих этапах преобразования приводятся к выходу преобра- о зователя 24. Импульсы с выхода преобразователя 24 в течение первого отрезка времени поступают на вход счетчика 25, входная логика 33 которого устанавливает режим суммирования импульсов. По окончании первого отрезка времени в счетчике 25 уста"навливается код, который записывается в регистр 13, а на .шине 3 Ь устанавливается сигнал логического "0", , Переключатель 22 устанавливается в, " положение 3 ч, а логика 33 устанавливает режим вычитания счетчика 25. Во втором отрезке времени квходу усилителя 21 приложено напряже"ние, пропорциональное коду регистра13, следовательно, на выходе преобра 01 6эователя 24 устанавливается частота,пропорциональная этому напряжению.К концу второго отрезка временив счетчике сформируется разностькодов, которая является поправкой,первого цикла коррекции. В моментокончания второго отрезка временико входу усилителя 2 1 вновь подключаетсянапряжение переменной составляющей в точке 28, а счетчик 25устанавливается в режим сложения,К моменту окончания третьего отрезкавремени в счетчике сформируетсяпервый скорректированный код. Есливыполнить второй цикл коррекции, тотаким же образом к моменту окончанияпятого отрезка времени сформируетсявторой скорректированный код. Послеопределенного цикла конечная погрешность измерения определяется точнос"тью изготовления ЦАП. Это означает,что на точность измерения не влияетни точность установки напряженияисточника питания, ни отклонениесопротивления тензорезистора от определенного номинала.Если сопротивлением проводов непренебрегать, то погрешность измерения пропорциональна соотношениюсопротивлений провода и тензорезистора,Для компенсации сопротивленияпроводов в устройстве используютсядополнительные цифровые блоки и осуществляются два предварительныхвспомогательных уравновешивания.Первое уравновешивание производят цифровой проводимостью 1 В, установив переключатель 11 в положение35. Затем переключатель 11 переводятв положение 36 и, не изменяя состояние цифровой проводимости 11, производят второе уравновешивание цифровойпроводимостью 17. Полученный код вмомент равновесия фиксируется в регистре 19, а также через устройство20 перезаписи заносится в регистр 18,Переключатель 11 устанавливаетсявновь в положение Я и производитсятретье уравновешивание, при этомцифровые проводимости 16 и 17 включены в соответствии с кодом регистра 19Таким образом, в предлагаемом устройстве обеспечивается высокая точность измерения динамических деформаций, которая наряду с коррекцией погрешностей усилительно-преобраэовательного тракта не зависит ни от сопротивления проводов, ни от сопротивления тензорезистора.Выбирая отрезки времени преобразования равными периоду сетевого напряжения, в устройстве обеспечиваетсяподавление помех, вызванных этим напряжением,Для повышения быстродействия устройства уравновешивания для каждойизмерительной точки можно совместитьво,времени с первым преобразовательным циклом сигнала в точке 28. Дляобеспечения необходимой точности измерения преобразователь 23 выполняютв виде амплитудного детектора, а результат измерения дает амплитудноезначение измеряемой величины. Приэтом усилитель 21 должен быть достаточно широкополостнцм, чтобы сигналв точке 36 усиливался без искажений.В случае, если усилитель не обеспечивает достаточную полосу прозрачности, сигнал точки 29 будет искажаться за счет подавления высших гармоник, Это приведет к тому, что, приравенстве амплитуд в точках 28 и 29,сотиошение амплитуд на выходе усилителя будет зависеть от степени подавления гармоник сигнала в точке 29,Очевидно, что при этом неизбежныпогрешности измерения.Для устранения погрешностей, вызванных неравномерностью частотнойхарактеристики усилительно-преобразовательного тракта, усилитель выполненчастотно-избирательным. При этомцифровая проводимость 12 выполненав соответствии с условием 7101 8тотную перестройку, например, с помощью набора фильтров,формула изобретения 1. Цифровой многоточечный тензо-,метрическим" мост по авт,св, 1 г 69176,о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, сцелью расширения Функциональных возможностей путем обеспечения измерения динамических деформаций, он снабжен усилительно-преобразовательнымблоком, содержащим последовательносоединенные усилитель переменного напряжения, вход которого через дополнительный переключатель соединен свершинами измерительнОй диагонали,преобразователь переменного напряжения в постоянное, преобразовательнапряжение-частота и реверсивный2 О счетчик, ключом, включенным междувершиной мостовой схемы и вершинойцифровой проводимости первого основного цифрового блока, входы реги=стра которого подключены к выходам.Фреверсивного счетчика, при этомуправляющий вход ключа через формирователь соединен с вершиной измерительной диагонали, смежнцй с тензорезистором,а управляющие входы реЗО версивного счетчика и дополнительногопереключателя соединены с блокомуправления,2. Устройство по и.1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что усилитель15 переменного напряжения выполненчастотно-избирательным, а цифроваяпроводимость первого основного цифро.вого узла выполнена в соответствиис условиемМ = где й - код регистра 13;д - суммарная проводимость разрядов цифровой проводимости1 ч, включенных в соответствии с кодом М,Таким образом, в определенной полосе частот устройство обеспечивает высокую точность измерения без перестройки избирательности усилителя переменного напряжения. При изменении,частотного диапазона динамических деформаций необходимо произвести часЦ 0 эгде Й - код регистра первого основного цифрового узла,45 д - суммарная проводимость разрядов, включенных в соответствии с кодом,6 - проводимость постоянного резистора мостовой схемы.50 Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССРй 691765, кп. С 01 В 17(10, 1977 (прототип),