Способ измерения механических величин с помощью сегнетоэластичного преобразователя

ИСАНИЕ ИЗОБРЕТ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ВТОРС Т.Кондратов и тройства для реалиизмерения механищью сегнетоэластичзаключается в том, течение трех после- первом из которых ируют от действия величин, во втором икладывают нормию величину Ро, а в телю прикладывают кую величину Рх или ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТПРИ ГКНТ СССР(56) Авторское свидетельство СССР % 541094, кл,6 01 1 1/04, 1977,Авторское свидетельство СССР М 1571436,кл. 0 01 Е. 1/04, 03.03.86.(54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ МЕХАНИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН С ПОМОЩЬЮ СЕГНЕТОЭЛАСТИЧНОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ (57) Изобретение относится к измерительной технике и может бйть использовано при измерении как постоянных во времени, так и пе еменных механических величин, в часРости усилий, давлений, вибраций, крутяих моментов, деформаций и механических Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при измерении как постоянных во времени, так и переменных механических величин, в частности усилий, давлений, вибраций, крутящих моментов, деформаций и механических напряжений.Целью изобретения является повышение точности.На фиг.1 представлены эпюры напряжений; на фиг.2 - структурная схема устройства, реализующего данный способ, вариант; а на фиг.3 и 4 - структурные схемы соответственно блока управления и мультиплексонапряжений. Целью изобретения является повышение точйости. Сущность способа заключается в том, что его осуществляют в течение трех последовательных тактов, в первом из которых преобразователь изолируют от действия внешних механических величин, во втором к преобразователю прикладывают нормированную механическую величину Ро, а в третьем - измеряемую механическую величину Рх или сумму Рх+Ро. К электродам кристалла преобразователя прикладывают управляющее напряжение треугольной формы, в положительные и отрицательные полупериоды которого регистрируют его амплитудные значения, соответствующие моментам переключения поляризации кристалла, преобразователя. с учетом величин которых по определенным аналитическим выражениям рассчитывают измеряемую механическую величину Рх. 1 з,п, ф-лы,4 ил,ра, входящих в состав усэации способа.Сущность способаческих величин с помоного преобразователячто его осуществляют вдовательных тактов, впреобразователь изолвнешних механическихк преобразователю пррованную механическутретьем к преобразоваизмеряемую механичессумму Рх+Ро величин, 1661593К электродам кристалла преобразователя прикладывают управляющее напряжение треугольной формы (фиг. 1 д), вположительные или отрицательные полупериоды которого регистрируют его мгновенные значения (соответственно 01, Оз, 05и 02, 04, 06 ), соответствующие моментам1 1 1(О, 1 з, 15 и 11, тз, т 5 ) переключения направ 1 1 1ления поляризации у кристалла преобразователя. Под механическим воздействием 10а кристалл сегнетоэластичного преобразо, ателя петля гистерезиса, определяющаяпереполюсовку направления поляризациикристалла, смещается от своего нейтрального положения (фиг, 1 г). Вследствие этого 15смещения происходит разбаланс величин,мгновенных значений, зафиксированных вмомент переполюсовки кристалла при положительных и отрицательных полупериодах управляющего напряжения. 20По зарегистрированным мгновеннымзначениям О в каждом такте измерения,нормируют измерительные сигналы р .Причем в положительный полупериод управляющего напряжения в первом такте у)1 = 2501, во втором такте щ = Оз, а в третьемрз = 05, в отрицательный полупериод соот 1ветственно р 1 =Ог,ф =04, уз =06.ПРи1 1этом каждое мгновенное значение О можетопределяться как среднее за несколько периодов управляющегонапряжения в соответствующем такте,Измеряемую механическую величинуРх находят по аналитическому выражениюРх - Ро - -Щ . ф 1(1)если в третьем такте к преобразователюприкладывают только механическую величину Рх, или по аналитическому выражению40Рх = Ро -, если в третьем такте кф 2 1 о 1преобразователю прикладывают сумму механических величин Рх+РоИзмерительные сигналы у 4 могут формироваться и по другому алгоритму, еслимгновенные значения 01 регистрируют в иположительных и и отрицательных полупериодах управляющего напряжения. В этомслучае измерительные сигналы р формируются как разность усредненных мгновенных значений, зарегистрированных вположительные (01, Оз, 05 ) и отрицательные (02, 04, 06) полупериоды соответст 1 1вующих периодов управляющего 55напряжения. В этом случае р 1 = (01 - 02 );ф 2 (ОЗ -04 ); Щ 3 (05 -Об ),Устройство для реализации предложенного способа (фиг.2) содержит сегнетоэластичный преобразователь 1, генератор 2 треугольного напряжения, формирователь 3 импульсов, делитель 4 напряжения, логический элемент И - НЕ 5, аналого-цифровой преобразователь 6, кнопки 7 и 8 "Изм" (измерение) и "Уст.0". (установка нуля), нуль-орган 9, триггер 10, блок 11 управления, мультиплексор 12, микропроцессор 13, отсчетно-регистрирующее устройство 14, общую шину 15,Блок 11 управления (фиг.3) состоит из одновибратора 16, двух счетных триггеров 17 и 18 и дешифратора 19, а мультиплексор 12 (фиг,4) включает в себя первый и второй коммутаторы 20 и 21, первый, второй и третий регистры 22, 23. и 24, одновибратор 25 и три логических элемента ИЛИ 26, 27 и 28.Электрический вход сегнетоэластичного преобразователя 1 соединен с парафазными выходами генератора 2 треугольного напряжения, первый выход которого подключен также через делитель 4 нрапряжения, к входу аналого-цифрового преобразователя 6. Управляющий вход последнего соединен с выходом логического элемента И-НЕ 5, чей первый вход подключен к выходу формирователя 3 импульсов. Второй вход логического элемента И - НЕ 5 соединен с выходом триггера 10, вход установки единицы которого подключен через кнопку 7 "Изм." к выходу нуль-органа 9. Вход нуль-органа соединен с выходом делителя. 4 напряжения. Вход установки нуля триггера 10 соединен с выходом логического элемента И - НЕ 5, к которому подключен и первый вход блока 11 управления, чей второй вход соединен через кнопку 8 "Уст,0" с выходом нуль-органа 9. Выходы блока 11 управления, соединены с одноименными входами мультиплексора 12, входы которого подключены к выходам аналого-цифрового преобразователя 6, Выходы мультиплексора 12 подключены к общей шине 15, с которой соединены микропроцессор 13 и отсчетно-регистрирующее устройство 14,Первый вход блока 11 управления соединен через одновибратор 16 со счетным входом первого триггера 17, вход установки нуля которого. соединен с вторым входом блока 11 управления и с входом установки нуля второго триггера 18. Счетный вход триггера 18 соединен с вторым входом дешифратора 19 и подключен к выходу первого триггера 17. Первый вход дешифратора 19 соединен с выходом второго триггера 18, а выходы дешифратора 19 являются выходами блока 11 управления,Информационные входы мультиплексора 12 (фиг,4) являются первыми входами первого коммутатора 20, вторые входы которого подключены к земляной шине, Выходыпечивает запись кода числа (3) в этот регистр,Во втором такте на сегнетоэластичныйпреобразователь 1 воздействуют нормированной механической величиной Ро, а затемнажимают кнопку 7 "Изм", В момент времени т 2(фиг, 1 б) появляется короткий импульс,разрешающий измерение мгновенного значения управляющего сигнала с помощьюаналого-цифрового преобразователя 6.Затем результат измеренияйз= р Кдиз(1+ у)+ ЛИ= Из(1+ у)+ ЛИ,(4)1 де Из = р КдОз - истинное мгновенноеЗначение управляющего сигнала в моментбремени тз,записывается во второй регистр23 мультиплексора, поскольку выходной имПульс логического элемента И - НЕ 5 устанавливает первый триггер 1 в состояниелогического "О" на его выходе, э второйтриггер 18 - в состояние логической "1". Этоедет к тому, что на третьем выходе дешифатора 19 появляется сигнал, разрешающийзапись кода числа в регистр 23.В третьем такте процесс измерения ужеИсследуемой механической величины Рханалогично повторяется. В третьем тактеИзмерения в регистр 24 записывается кодчислаМ 5 = Р КдО 5 (1+ ) Л Й = И 5 (1+ )+ Л М, (5)где И 5 - р Кд 05 - истинное мгновенноезначение управляющего сигнала в моментВРЕМЕНИ т 5.Разрешающий сигнал на управляющийвход регистра 24 поступает через логический элемент ИЛИ 28 с четвертого выходадешифратора 19, формируемого при состояниях логической "1" на выходах триггеров1 и 18,С выходов регистров 22, 23 и 24 кодычисел (3), (4), (5) поступают соответственнонэ первые, вторые и третьи входы второгокОммутатора. 21, . Последний управляетсямикропроцессором 13, с помощью которогоосуществляется обработка результатов промежуточных измерений в соответствии с вцрэжением Й 5 М 1Йх= Мозгдето=(Ро),т,е. число йо равно значению нормированной механической величины при приложении к сегнетоэластичному преобразователю 1 в третьем такте измерения только исследуемой механической величины Рх, или в соответствии с выражениемК 5 - Мз1 х - чод5 - при приложении как исследуемой Рх, так инормированной Р, механических величин,т,е. суммы Рх+РФормула изобретения1. Способ измерения механических ве 10 личин с помощью сегнетоэластичного преобразователя., заключающийся в том, чтоего осуществляют в течение трех последовательных тактов, в первом из которых преобразователь изоллруют от действия внешних15 механических величин, во втором к преобразователю прикладывают нормализованную механическую величину Ро, а в третьемк преобразователю прикладывают измеряемую механическую величину Рх или суммуРх+Ро величин, при этом к электродам сегнетоэластичного преобразователя прикладывают управляющее нап ряжениетреугольной формы, а измеряемую механическую величину Рхвычисляют по определен 25 ному аналитическому выражению, о т л и ч аю щ и й с я тем, что, с целью повышенияточности, в положительных или отрицательных полупериодах управляющего напряжения регистрируют его мгновенные значения,3 О соответствующие моментам переключениянаправления поляризации кристалла сегнетоэлектрическою преобразователя, по величине которых в каждый такт измеренияфоомируют измерительныеслгналы р за 35 тем определяют измеряемую механическуювеличину Рпо аналитическому выражениюЮ Рили4 ОР Р-Р- Р 1в случае прикладывания к преобразователю в третьем такте соответственно 1 еханичеСКОЙ ВЕЛИЧИНЫ Рх ИЛИ СУММЫ МЕХЭНИЧЕСКИХ величин Рх+ Ро, где р 1, р 2, р - измерительные сигналы. сформированные соответственно в первом, втором и третьем тактах,2. Способ по п,1, о т л и ч а ю щ и й с ятем, что измерительные сигналы р формируют как разность мгновенных значений, зарегистрированных в положительные и отрицательнце полупериоды соответствующих периодов управляющею напряжения.1661593 и.З Редактор Т, Юрчикова Ко ор О. Кравцов роизводственно-издательс Заказ 2116 ВНИИПИ Гос Рог.доставитель .А. Амаханоехред М.Моргентал Тираж 355 . Подписноественного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 мбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 10