Устройство измерения максимальной динамической нагрузки

ОЮЗ СОВЕТСКИХОЦИАЛИСТИЧЕСКИЕСПУЬЛИК 5 1/22, 9/О 5 6 ТЕН ное обьЯ МА АГРУ(57) Изобретение о ной технике, а име рения максимал Устройгтво предна давления, а также нания и индикаци тносится нно к уст ьной эн значено для изме и одиноч к изм ойств ргии ля из ения, ых им ерител ам изм удар мерени запом пульсоаамЪ ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИРИ ГКНТ СССР АНИЕ ИЗОБ АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(54) УСТРОЙСТВО ИЗМЕРЕНСИМАЛЬНОЙ ДИНАМИЧЕСКОЙКИре Изобретение относится к измерительной технике, а именна к устройствам измерения максимальной энергии удара.Устройство предназначено для измерения, запоминания и индикации энергии, одиночных импульсов давления, например; при измерении энергии удара боксера по груше за заданное время, а также для измерения давления,Известно устройство регистрации динамической механической нагрузки, Устройст. во осуществляет измерение средней механической нагрузки и индикацию пиковой перегрузки.Недостатком устройства является невозможность измерения и запомиания пиковой импульсной нагрузки. давления, например, при измерении максимальной энергии удара боксера по груше за заданное время. Цель изобретения - повышение точности измерения одиночных импульсов давления и расширение функциональных возможностей за счет измерения максимальной энергии импульсного воздействия давления из последовательности импульсов давления за заданный промежуток времени. Поставленная цель достигается тем, что в устройство измерения максимальной динамической нагрузки, содержащее блок первичного преобразователя, управляемый источник тока, дифференциальный усилитель, пиковый детектор, аналого-цифрозой преобразователь, индикатор источник опорного напряжения, коммутатор, дополнительно введены согласующий,силитель, линеаризирукш ий усилитель, компаратор. одновибратор и узел запуска. 4 ил. Наиболее близким к предлагаемому является цифровой измеритель давления, Измеритель давления позволяет измерять по выбору среднее или пиковое значение давления.Цифровой измеритель давления содержит блок первичного преобразователя, управляемый источник тока, дифференциальный усилитель, пиковый детектор, аналого-цифровой преобразователь, индикатор, источник опорного напряжения, коммутатор, прием выход управляемого источника тока соединен с входом первичного преобразователя, первый и второй выходы первичного преобразователя соединены соответственно с первым и вторым входами дифференциального усилителя, выход дифференциального усилителя соединен с первым входом коммутатора, выход пикового детектора соединен с вторым входом коммутатора, первый и второй выходы коммутатора соединены с первым входом аналого-цифрового преобразователя, выход аналого-цифрового преобразователя соединен с входом индикатора, первый выход источника опорного напряжения соединен с входом управляемого источника тока.Достоинством устройства является наличие режима измерения амплитуды периодических импульсов давления.Недостатком устройства является недостаточная точность измерения одиночных импульсов давления и отсутствие возможности измерения их энергии.Цель изобретения - повышение точности измерения и расширение функциональных возможностей за счет измерения максимальной энергии импульсного воздействия нагрузки.Поставленная цель достигается тем, что в устройство измерения максимальной динамической нагрузки, содержащее блок первичного преобразователя, управляемый источник тока, дифференциальный усилитель, пиковый детектор, аналого-цифровой преобразователь, индикатор, источник опорного напряжения, коммутатор, причем выход управляемого источника тока соединен с входом первичного преобразователя первый и второй выходы первичного преобразователя соединены соответственно с первым и вторым входами дифференциального усилителя, выход которого соединен с первым входом коммутатора, выход пикового детектора соединен с вторым входом коммутатора, первый и второй выходы коммутатора соединены с первым входом аналого-цифрового преобразователя, выход которого соединен с входом индикатора, первый выход источника опорного напряжения соединен с входом управляемого источника тока, введены согласующий усилитель, линеаризирующий усилитель, компаратор, одновибратор и узел запуска, причем выход дифференциального усилителя подключен к входу согласующего усилителя, выход которого соединен с входом линеаризирующего усилителя и с входом компаратора, выход которого через одновибратора соединен с входом сброса пикового детектора, первый вход которого связан с выходом линеаризирующего усилителя, а выход - с вторым входом узла запуска, первый вход которого соединен с выходом линеаризующего усилителя, а выход - с5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 третьим входом аналого-цифрового преобразователя, второй вход которого соединен с третьим и четвертым выходами коммутатора, причем второй и третий выходы источника опорного напряжения подключены соответственно к третьему и четвертому входам коммутатора.На фиг.1 представлена блок-схема устройства измерения максимальной динамической нагрузки; на фиг,2 - временные диаграммы работы устройства; на фиг.З - фрагмент устройства, включающего согласующий и линеаризирующий усилители, компаратор, одновибратор, пиковый детектор и узел запуска; на фиг.4 - коммутатор,Устройство измерения максимальной динамической нагрузки содержит блок первичного преобразователя 1, управляемый источник 2 тока, дифференциальный усилитель 3, пиковый детектор 4, аналого-цифровой преобразователь 5, индикатор 6, источник 7 опорного напряжения, коммутатор 8, согласующий усилитель 9, линеаризирующий усилитель 10, компаратор 11, одновибратор 11 и узел 13 запуска, причем выход управляемого источника 2 тока соединен с входом первичного преобразователя 1, первый и второй выходы первичного и реобразавателя 1 соединен ы соответственно с первым и вторым входами дифференциального усилителя 3, выход дифференциальногоусилителя 3 соединен с первым входом коммутатора 8 и с входом согласующего усилителя 9, выход согласующего усилителя 9 соединен с входом линеаризирующего усилителя 10 и с входом компаратора 11, выход компаратора 11 соединен с входом одновибратора 12, выход линеаризирующего усилителя 10 соединен с первым входом пикового детектора 4 и с первым входом узла 13 запуска, выход пикового детектора 4 соединен с вторым входом узла 13 запуска и с вторым входом коммутатора 8, первый и второй выходы коммутатора 8 соединены с первым входом аналого-цифрового преобразователя 5, выход аналого-цифрового преобразователя 5 соединен с входом индикатора 6, первый выход источника 7 опорного напряжения соединен с входом управляемого источника 2 тока, выход узла 13 запуска соединен с вторым входом аналого-цифрового преобразователя 5, второй и третий выходы источника 7 опорного напряжения соединены соответственно с третьим и четвертым коммутаторами 8, третий и четвертый выходы коммутатора 8 соединены с вторым входом аналого-цифрового преобразова:сля 5, вы- ход одновибратора 12 соединен с входом сброса пикового детектора 4.Устройство работает следующим обраУстройство осуществляет два режима измерения: измерение постоянного давления и измерение энергии удара.Измерение постоянного давления производится следующим образом. Блок первичного преобразования 1 запитан током генератора 2, причем величина тока определяется величиной напряжения на первом выходе источника 7 опорного напряжения. Сигнал первичного преобразователя 1 усиливается дифференциальным усилителем 3. Коммутатором 8 к выходу дифференциального усилителя подключается вход аналогоцифрового преобразователя (АЦП) 5, на второй вход которого через тот же коммутатор 8 подается опорное напряжение с второго вывода источника 7 опорного напряжения, при этом АЦП 5 измеряет напряжение, соответствующее поданному на блок первичного преобразователя 1 давлению. Масштаб преобразования при измерении постоянного давления регулируется величиной опорного напряжения на втором выходе источника 7 опорного напряжения.Измерение энергии удара осуществляется следующим образом, В исходном состоянии, в момент 10 (см. фиг.2, числами обозначены напряжения на выходах элементов с соответствующими номерами), на выходе согласующего усилителя 9 установлено напряжение, соответствующее нулевому уровню, При этом выходы компаратора 11, одновибратора 12 и устройства 13 запуска находятся в состоянии логического нуля, а пиковый детектор 4 поддерживается в состоянии "Сброс",В момент т 1 в результате удара по груше, в которой имеется полость со сжатым воздухом, возникает импульс давления, преобразуемый первичным преобразователем 1, соединенным с полостью груши. в импульс напряжения, Дифференциальный усилитель 3 усиливает сигнал первлчного преобразователя и преобразует его в однофазный сигнал. Согласующий усилитель 9 дополнительно усиливает импульсный сигнал, Линеаризирующий усилитель 10 осуществляет приведение зависимости величины сигнала от энергии удара к линейному виду. Компаратор 11 при появлении сигнала формирует импульс(фиг.2), который запускает одновибратор 12, Одновибратор 12 перекл чает пиковый детектор 4 из состояния "Сброс" в рабочий режим, Пиковый детектор 4 запоминает амплитуду сигнала. Узел 13 запуска сравнивает сигнал на входе и выходе пикового детектора 4 и в момент 12, когда сигнал на входе пикового детекто 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 ра 4 станет меньше напряжения на его выходе (т.е. сигнал начнет уменьшаться), узел 13 запуска формирует импульс, который включает АЦП 5 в режим однократного измерения, АЦП 5 измеряет напряжение на выходе пикового детектора 4, передача напряжения с выхода пикового детектора 4 на вход АЦП 5 осуществляется коммутатором 8. Одновременно второй вход АЦП 5 подключается через коммутаторы 8 к третьему выходу источника 7 опорного напряжения, Регулировкой величины опорного напряжения на третьем выходе источника 7 опорного напряжения устанавливается масштаб преобразования устройства. После окончания цикла измерения АЦП 5 результат выводится на индикатор 6 где и сохраняется до прихода нового импульса запуска.Пусть в момент з приходит сигнал, амплитуда которого больше, чем уровень напряжения на выходе пикового детектора 4. При этом на выходе пикового детектора 4 устанавливается новый уровень напряжения, соответствующий пришедшему входному сигналу. В момент 14 вновь срабатывает устройство 13 запуска, АЦП 5 производит однократное измерение нового значения напряжения на выходе пикового детектора 4 и выводит его на индикатор 6. Если приходит входной сигнал, амплитуд которого меньше напряжения на выходе пикового детектора 4 (момент.14), то состояние пикового детектора 4 не изменяется, устройство 13 запуска не срабатывает и поазания АЦП 5 не изменяюгся. Таки: образом. осуществляется измерение максимального входного воздействия за время, задаваемое одновибратором 12,В момент Ъ через промежуток времени, задаваемый одновибратором 12 (промежуток временл т 1 - т 6), пиковый детектор 4 переводится в состояние "Сброс" и удерживается в этом состоянии до следующего запуска одновибратора 12, Устройство подготовлено к дальнейшей работе. Результат измерения предыдущего воздействия сохраняется на индикаторе 6.Фрагмент устройства, пример реализации которого приведен на фиг.З, выполняет функции линеаризации и запоминания сигнала, а также формирования импульса запуска АЦП, Согласующий усилитель 9 выполнен на операционном усилителе (ОУ) ОА 9,1, резисторы К 9.1 и В 9.2 задают требуемый коэффициент усиления, Линеариэирующил усилитель 11 выполнен на ОУ ОА 10,1, диод ЧО 10,1 и резисторы й 10.1-10,3 обеспечивают требуемыйвид передаточной характеристики. Компаратор 11 выполнен на О, ОА 11.1, пороговое срабатываниекомпаратора устанаВлиВается резистсром Я11.1. Одновибратор 12 выполнен на триггере ОО 12, цепь Р 12,1 С 12.1 задает длительность формируемого импульса. Пиковыйдетектор реализован на ОУ ОА 4.1, ОА 4.2,д 1 Одах сО 4 1 / и 4 2 емкоси О 4 1 тран3 ИСТОр Л 4.1 ОСущеСс ВляеТ СброС ПИКОВОГОдетектора, Узел запуска реализован на ОУОА 13.1, Для исключения ложных срабатываний сигнал на неинвертирующий Вход ОУьА 13.1 подан через делитель В 13,1 - 13,2,обеспечивающий снижение уровня сигналана нескслько милливольт,Дифференциальный усилитель, генераТОР ТОКВ ИСс"ОЧНИК ОПОРгОГО НВГ 1 РЯЖЕНИЯ МО,.У 1. Оылгь реалу 30 ваны го известным схемам,Хгс;гссс.1 гс ;сгИмегссс. сйй валсс.,ОЧНЫХ ИМП"ЛЬСОЬ В ВгБе ЦИФРОВОГО КОДа Виз; Оения провол;.тся соа у же после того,г 1-3 1;,Г УЛ С-. ВафиксироваНа В ПК:ОМ Детек 008 4 с И за ВРВМЯ ИзмеР 8 НИУс,;ЦП 5 напряжение на Выходе пикового Деектора ч практически не иЗменяеГся, гп.;П 03 ВЮЛ Я ет ПОВЫСИТЬ Точ НОСЬ ИзсЛ 8 Р 81 Чссс;г,ОДНОЧНЫ:( ИМПУГсЬСОВ,(1 О 0 м , а и 3 О", 8 г е . и яУстоойствб иЗмерениЯ максимал ьь 1 сДинамической .Вгрузки, содержащее блокервичнОГО п)800 разователя, уп равляемь ЙИСТО-г ИК 1 Ока, ДИфф 808 НЦИВЛЬНЫЙ УСИЛИ"гель, пиковый детектор. аналого-цифровойПрвобраЗОВВТЕЛЬ, ИНДИКатОр, ИСтОЧНсиКЭпосНОГО НВ ПРЯХ(8 НИЯ, КОММУТВТОГ ППИЧемвыход управляемогс источника тока соедин 8 н с ВхОдОм п 8 рВичнОГО преобоаЗОват 8 ля,первый и второй выходы первичного преобразователя соединены соответственно с первым и вторым входами дифференциаль- НОГО уСИЛИеля, Выход КОТОРОО Соединен С 5 первым входом коммутатора, выход пиковоГО д 8 т 8 ктора соединен с Вторым Входом комМУГатОРа, ПЕРВЫЙ И ВТОРОЙ ВЫХОДЬс коммутатора соединены с первым входом аналого-цифрового преобразователя, выход 1", которого связан с входом индикатора, перВьЙ ВыхОд исгочника ОпорноО напряжения соединен с входом управляемого источника гока, 0 Г л и ч а Од 8 8 с я Гем, что, с ц 8 лью 1 сосВЫ 8 НИЯ ТОЧНОС И ИЗМ 808 НИЯ И РВСШИР 8- 15 ния функциональных возмо 1 кносгесй за сче3 с,. 1 г. Н И я, и и С и са Л с. Н -, й = и д О Г И ,и И ис П у Л Ь гВОЗДей ТВИЯ НВГОУЗКИ, В Несо Ьс 38 ДЕ 1 ЫСОГЛВСУЮЩИй УСИЛИТЕЛЬ, ЛИНЕВРИЗУЮЩИИ 21 Узел Запуска, при 3 сОм ВЫКОД Дифференци.,ОГО УСИЛИТеля ПОДКЛЮчен К 3(ОДУ СОГЛЗ,- ус" Чс, с. О с,г Ил сл"ел Я:;, Х Р В Кот сс 3 с; О сОсв 1(1 Ос",ен К ВХОДУ ЛсНеасос 3 сДОВ 18 ГО УСИДИгеля К ВЫХОДУ КОМПВРВТОРсс ВЫХОД КОТОРОГО:;ЬОса ГИКОЬО 0 гетектООс, П 80 ВЫй ВХОД КОГ(; О Г ".; - ;Я; ;-: с ВЬссховоис Лингвао/сзсд(,щеГО УсссЛИтегйс а ВьХОД С ЗТОРЬМ ВХОДОМ УЗЛВ 38 ГУска. ПЕРВЫЙ ВХОД с(ОГОРО;О СОЕДИН 8 Н С "р сВЬ,ОДОМ ЛИНЕЭРИЗУЮЩЕГО уСИЛИ 8 ЛЯ. 3 ГсЫ ход - с третьим Входом аналсго-цифрового Г 1 реобоаЗоват 8 ля. ВторОй Вход которОГО соЕЛИ 18 снс С ТРВТЬИМ И ЧеВеги ЫМ ВЫХОДВМИсР,с.мс,Та ОРа ПРИЧВМ итог Ой гс Т 1 тис ВцхоДЫ ХссОЧНИКа 000 РНОГО Напояжени гс 1- Кл Ючен Ы Соотвегстввн НО К ТР 8 ТЬВМУ И ЧВТРООТОМУ ВХОДВМ 1(ОсМс с ВТООВ.1742651 12 30 40 50 Составитель С. ЛебедевРедактор М, Янкович Техред М.Моргентал Корректор В. Гирняк Производственно-издательский комаин.;т "Патент", г. Ужгород, ул.:"агарин, 101 Заказ 2278 Тираж ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открьгсиям при ГК:"г СССР113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5