Система управления гравиметром

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 19) 111) 1) С 05 В 11/ ОСУДАРСТВЕННЫИ КОМИТЕТ СССР ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТ ЭОБРЕТЕНИЯ ЕЛЬСТВУ.Л. Кочневенное обгоразведогия виЮ(71) Южное производств ьединение по морским геоло очным работам "Вкморгеол(54)(57) СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ГРАВИМЕТРОМ, содержащая реле, нуль-орган, первый переменный резистор, первый и второй концевые выключатели, маятниковый чувствительный элемент, оптически связанный с первым и вторым фотодиодами, первые выводы которых соединены между собой, а вторые выводы соединены между собой и с общей шиной системы, первый и второй электродвигатели, первые выводы которых соединены между собой и с общей шиной системы, последовательно соединенные формирователь импуль сов по переднему фронту и первый триггер, соединенный выходом с первым входом элемента ИЛИ и управляющим входом первого коммутатора, соединенного выходом с выходом второго коммутатора и с входом первого усилителя мощности, и последоваьтельно соединенные формирователь импульсов по заднему фронту и второй триггер, соединенный выходом с вторым входом элемента ИЛИ, о т л и . етел11/ свидетель 05 В 11/О свидетель 05 В 1/О о ПИСАНИЕ ВТОРСНОМУ СВ ч а ю щ а я с я тем, что, с цельюповышения ее точности и надежности,в ней дополнительно установленывторой переменный резистор, источник постоянного напряжения, третийкоммутатор, фильтр низких частот,элемент ИЛИ-НЕ, второй усилительмощности, последовательно соединенные первый редуктор, первый преобразователь вращательного движенияв поступательное и измерительнаяпружина, последовательно соединенные второй редуктор, второй преобразователь вращательного движенияв поступательное и диапазонная пружина, выходные валы первого и второго редукторов механически соединены с валами соответственно первогои второго двигателей, а их выходные валы - с подвижными выводамисоответственно первого и второго пе.ременных резисторов, первые.неподвижные выводы которых соединенымежду собой и с первым выводом источника постоянного напряжения, аих вторые неподвижные выводы соединены между собой и с вторым выводом источника постоянного напряжения, третий вывод которого соединенс общей шиной системы, подвижныйконтакт первого переменного резистора электрически соединен с входомнуль-органа, соединенного выходомс входом формирователя импульса попереднему фронту и с сигнальнымвходом первого коммутатора, выходпервого преобразователя вращательного движения в поступательноемеханически соединен с первым и втрым концевыми выключателями, первыевыводы которых соединены между со1084728 1 ля. 10 25 ЗО бой и с вторым выводом источникапостоянного напряжения, а их вторыевыводы соединены между собой и свторым входом первого триггера,соединенного выходом с первым входом элемента ИЛИ-НЕ, подключенноговторым входом к выходу второго триггера, а выходом - к управляющемувходу второго коммутатора, первыевыводы первого и второго фотодиодов подключены к входу фильтра низ.ких частот, соединенного выходом Изобретение относится к автоматическому измерению и предназначено для измерения гравитационной постоянной на море в комплексе с демпферно-поплавковой системой,Известна система управления гравиметром, содержащая фотоэлектрический датчик положения маятника, выход которого подключен к входу предварительного усилителя, потенциометрический датчик угла поворота микрометрического винта, усилитель мощности, два двигателя, валы которых механически соединены с фотоэлектрическим датчиком положения маятника, а вал первого двигателя - с потенциометрическим датчиком угла поворота микрометрического винта и двумя концевыми выключателями, логические элементы ИЛИ, ЗАПРЕТ, два триггера, два реле, три логических элемента И, нуль-орган, к входу которого через размыкающие контакты первого реле подключена обмотка управления первого двигателя, через замыкающие контакты первого реле - обмотка управления второго двигателя и непосредственно выход усилителя мощности, к входу которого через размыкающие контакты второго реле подключен выход предварительного усилителя и через замыкающие контакты второго реле выход потенциометрического датчика угла поворота микрометрического винта, выход нуль-органа соединен с первыми входами первого и второго логических элементов И, выходы через реле с входом формирователяимпульсов по заднему фронту н с сигнальными входами второго и треть, его коммутаторов, управляющий вход третьего коммутатора соединен с выходом элемента ИЛИ,а его выход через второи усилитель мощности -с вторым выводом второго электродвигателя, выход первого усилителямощности ,соединен с вторым выводом первого электродвигатекоторых подключены соответственнок первым входам первого и второготриггеров, первый выход первоготриггера соединен с первым входомлогического элемента ЗАПРЕТ и с вторыми входами первого логическогоэлемента И и второго триггера, выход которого подключен к первому входу третьего логического элементаИ и к вторым входам второго логического элемента И и логическогоэлемента ЗАПРЕТ, выход которого соединен с обмоткой второго реле, второй выход первого .,триггера подключен к второму входу третьего логического элемента И, выход которого соединен с обмоткой первого реле, а замыкающие контакты обоих концевых выключателей через логический элемент,20ИЛИ подключены к второму входуЭпервого триггера 11 .Недостаток указанной системы -низкая динамическая точность. Известна также система управления гравиметром, содержащая датчик угла поворота микрометрического винта, механически соединенного с первым двигателем и концевыми выключателями, и датчик положения маятника, контакты концевых выключателей соединены с пусковым входом первого счетчика, два выхода которого соединены с входами обмоток первого и второго реле, выход датчика положения маятника через последовательно соединенные нормально закрытый контакт первого реле, предварительный1084728 ключен соответственно через размыкающий и замыкающий контакты релек первому и второму двигателям, выход усилителя мощности соединен свходом нуль-органа, выход которогоподключен к первому входу первогоэлемента И, датчик угла поворотамикррметрического винта и фотоэлектрический датчик положения маятника,1 О которые кинематически соединены свалом первого двигателя, а вал второго двигателя кинематически соединен с фотоэлектрическим датчикомположения маятника, первый выход пер.15 вого триггера соединен с первымвходом второго элемента И, к второму входу которого подключен выход первого триггера, а выход второго элемента И соединен с обмоткой20 реле, элемент ИЛИ, формирователиимпульсов по переднему и заднемуфронтам, счетчик импульсов и двакоммутатора, первые входы которыхподключены соответственно к фото 25 электрическому датчику положениямаятника и к датчику угла поворотамикрометрического винта, вторыевходы - к первому и второму выходампервого триггера, а выходы подключе 3 О ны к Входу усилителя мощности концевые выключатели подключены к первому формирователю импульсов по переднему фронту, выход которого соединен с первым входом первого триггера,к второму входу через второй формирователь импульсов по переднему фронтуподключен первый выход счетчика импульсов, второй выход первого триггера через первый формирователь им 4 О пульсов по заднему фронту и второйвыход счетчика импульсов через третий формирователь импульсов по переднему фронту соединены соответственнос первым и вторым входами второго,9 ь45 триггера, к первому и второму входамсчетчика импульсов подключены соответственно выход первого элемента Ичерез второй формирователь импульсов по заднему фронту - выход второго триггера и первый вход элементаИЛИ, второй вход которого соединенс вторым выходом первого триггера,а выход - с вторым входом первогоэлемента И 3,55 усилитель, усилитель мощности и перекидной контакт второго реле подключен к двигателям, два пороговыхустройства, преобразователь напряжение - частота, элемент И, второйи третий счетчики, генератор импульсов, переключатель, три формирователя сигналов, четыре реле,блок отключения, ключ, причем выход датчика угла поворота микрометрического винта соединен через параллельно включенные пороговыеустройства с входом обмотки третьего реле, через преобразователь напряжение - частота - с первым входом элемента И и через нормальнооткрытый контакт первого реле с входом предварительного усилителя, выход элемента И подключен к входувторого счетчика, а второй входэлемента И соединен с входом третьего счетчика непосредственно и через нормально закрытый контакт четвертого реле и нормально открытыйконтакт шестого реле с выходом генератора импульсов, выходы третьегосчетчика через переключатель и нормально закрытый контакт третьегореле подключены к входу блока отключения и через нормально открытыйконтакт третьего реле к входу первого формирователя сигналов, выходкоторого подключен к пусковомувходу первого счетчика, к третьемувыходу которого подключен вход обмотки пятого реле, вход обмоткишестого реле через ключ соединен свыходом второго формирователя сигналов, вход которого подключен к выходу предварительного усилителя и квходу третьего формирователя сигналов, выход которого соединен со сбросовым и счетным входами первогосчетчика, выходы обмоток, первого,второго, пятого и четвертого релеобъединены и через нормально закрытый контакт пятого реле, параллельно включенные нормально открытыеконтакты первого и второго реле подключены к входу обмотки четвертогоРеле 121,Недостаток указанной системы - низкая динамическая точность,Наиболее близкой к предлагаемой по технической сущности является система управления гравиметром, содержащая концевые выключатели, усилитель мощности, выход которого подИзвестная система построена на основе метода полной компенсации отклонений маятника. При морских измерениях с гравиметром в условияхнежесткой опоры для удержания маятника в нулевом положении требуетсянепрерывная работа приводов гравиметра. Это приводит к преждевременному износу механических узлов приводов, появлению люфтов, следовательно, к значительным систематическим погрешностям измерения, атакже к повышенному расходу энергоресурсов автономного гравиметрического комплекса. Таким образом,недостатками известной системы являются также ее низкие точность и 10 надежность,Поэтому оптимальным алгоритмом 15 работы поплавкового гравиметра является свободная регистрация переме. щения маятника гравиметра в зоне ли. нейного измерения, определяемая люкс-амперной характеристикой фото электрического датчика положения маятника гравиметра и его программный вывод в середину линейной зоны при превышении порога линейности в зависимости от состояния конечных 25 положений преобразователя вращения в линейное перемещение точного привода и.величины амплитуды информационного сигнала.30Цель изобретения - повышение точности и надежности системы.Указанная цель достигается тем, что в систему управления гравиметром, содержащую реле, нуль-орган, первый переменный резистор, первый и второй концевые выключатели, маятниковый чувствительный элемент,опти. чески связанный с первым и вторым фотодиодами, первые выводы которых соединены между собой, а вторые выводы соединены между собой и с общей шиной системы, первый и второй электродвигатели, первые выводы которых соединены между собой и с общей шиной системы, последовательно соединенные формирователь импульсов по переднему фронту и первый триггер, соединенный выходом с первым входом элемента ИЛИ к управляющим входом первого ко 4 у 50 татора, соединенного выходом с выходом второго коммутатора и с входом первого усилителя мощности, и последовательно соединенные формирователь импульсов по заднему фронту и второй триггер, соединенный выходом с вторым входом элемента ИЛИ, дополнительно введены второй переменный резистор, источник постоянного напряжения, третий Коммутатор, фильтр низких частот, элемент ИЛИ-НЕ, второй усилитель мощности, последователь но соединенные первый редуктор, первый преобразователь вращательного движения в поступательное и измерительная пружина, последовательно соединенные второй редуктор, второй преобразователь вращательного движения в поступательное и диапазонная пружина, выходные валы первого и второго редукторов механически соединены с валами соответственно первого и второго двигателей, а их выходные валы - с подвижными выводами соответственно первого и второго переменных резисторов, первые неподвижные выводы которых соединены между собой и с первым выводом источника постоянного напряжения, а их вторые неподвижные выводы соединены между собой и с вторым выводом источника постоянного напряжения, третий вывод которого соединен с общей шиной системы, подвижный контакт первого переменного резистора электрически соединен с входом нуль- органа, соединенного выходом с входом формирователя импульса по переднему фронту и с сигнальным входом первого коммутатора, выход первого преобразователя вращательного движения в поступательное механически соединен с первым и вторым концевыми выключателями, первые выводы которых соединены между собой и с вторым выводом источника постоянного напряжения, а их вторые выводы соединены между собой и с вторым входом первого триггера,соединенного выходом с первым входом элемента ИЛИ-НЕ, подключенного вторым входом к выходу второго триггера, а выходом - к управляющему входу второго коммутатора, первые выводы первого и второго фотодиодов подключены к входу фильтра низких частот, соединенного выходом через реле.с входом формирователя импульсов по заднему фронту и с сигнальными входами второго и третьего коммутаторов, управляющий вход третьего коммутатора соединен с выходом элемента ИЛИ, а его выход через второй усилитель мощности - с вторым выводом второго электродвигателя, выход первого усилителя мощности соединен с вторым выводом первого электродвигателя.1084728 30 40 На фиг.приведена структурная схема системы; на фиг. 2 - статическая характеристика реле; на фиг. 3 - статическая характеристика нуль-органа; на фиг. 4 - таблица истинности логики системы.Система содержит маятник 1, первый фотодиод 2, фильтр 3 низких частот, регистратор 4, реле 5, первый и второй переменные резисторы 6 и 7, 10 первый коммутатор 8, первый усилитель 9 мощности, первый двигатель 10, первый редуктор 11, первый преобразователь 12 вращательного движения в поступательное, измерительная 15 пружина 1 Э, первый концевой выключатель 14, первый и второй триггеры 15 и 16, элемент ИЛИ-НЕ 17, нуль- орган 18, формирователь 19 импульсов по переднему фронту, элемент ИЛИ 20 20, второй усилитель 21 мощности, второй двигатель 22, второй редуктор 23, второй преобразователь 24 вращательного движения в поступательное, диапазонная пружина 25,фор мирователь 26 импульсов по заднему фронту, второй фотодиод 27, общая шина 28 системы, источник 29 постоянного напряжения, второй и третий коммутаторы 30 и 31, маятниковый чувствительный элемент 32, источник 33 света, зеркало 34, гравитометр 35, устройство 36 управления, фотоэлектрический датчик 37 положения, второй концевой выключатель 38 (11 - сигнал на выходе -го блокасистемы). Система работает следующим образом.Исходное нормальное состояние системы соответствует такому положению маятника 1 маятникового чувствительного элемента 32, при котором его вариации перемещения под воздействием изменения приращения силы тяжести не выходят эа пределы участка линейности измерения. Линейный участок измерения определяется люкс-амперной характеристикой фотодиодов 2 и 2 фотоэлектрического датчика 37 положения маятника 1 маятникового чувствительного ,элемента 32.В режиме линейного измерения информационный сигнал с фотоэлектри ческого датчика 37 положения маятникамаятникового чувствительного . элемента 32 гравиметра 35 поступает на фил ьтр 3 нижних час тот, частота среза которого равна частоте сигнала внешних возмущений, После фильтрации выходной сигнал фильтра 3 одновременно с регистрацией на третьем канале самопишущего регистратора 4 подается на вход реле 5, имеющего релейную характеристику с тремя устойЧивыми состояниями с запаздыванием и находящегося в исходном нулевом положении (фиг. 2). Два других состояния +У реле 5 имеют место при подаче на вход реле сигнала /11, // /, где У - порог срабатывания реле 5, который соответствует диапазону линейного участка измерения, На первый и второй канал регистратора 4 поступает постоянный сигнал с переменных резисторов 6 и 7, с помощью которых определяют величину перемещейия измерительной 13 и диапазонной 25 пружин соответственно.В случае превышения выходным сигналом фильтра Э предела линейности срабатывает реле 5 и его выходной сигнал +Б соответствующей полярности через открытый второй коммутатор 30 поступает на вход первого усилителя 9 мощности, нагрузкой которой является первый двигатель 1 О точного привода, вращение которого через редуктор 11 и преобразователь 12 вращательного движения в поступательное воздействуют на измерительную пружину 13,стремясь вернуть маятник 1 в положение плоскости горизонта. При движении маятника 1 к плоскости горизонта уменьшается величина амплитуды выходного сигнала фильтра 3 и при достижении его на входе реле 5 11, = +0, где Бр - порог отпускания реле 5; последний возвращается в исходное нулевое положение, т.е. система приведена в режим линейного измерения. При значительном перепаде приращения силы тяжести между двумя точками измерения или в случае достижения измерительной пружины 13 своих крайних положений на растяжение или сжатие срабатывает один из концевых выключателей 14 (или 38), механически связанных с первым преобразователем 12 вращательного движения в поступательное, после чего напряжение источника 29 постоянного напряжения через нормально разомкнутый контакт первого концевого выключа10кая сигнал с реле 5 на вход второгоусилителя 21 мощности, нагрузкойкоторого является второй двигатель22, вращение которого через второй 5 Редуктор 23 и второй преобразователь 24 вращательного движения впоступательное воздействует на диаФпазонную пружину 25, стремясьвернуть маятник 1 в положение плос кости горизонта. При достижении выходным сигналом фильтра 3 значения+00 реле 5 возвращается в исходноенулевое состояние и перепад напряжения фиксируется формирователем 26 1% импульсов по заднему фронту с выдачей импульса сброса, поступающегона К-вход второго триггера 16, возвращая его в исходное положениен 020 Согласно таблице истинности логики (фиг. 4) в случае, если к данному моменту первый триггер 15 находится еще в положении "1-0", 25 т,е, первый переменный резистор 6не выведен в точку нулевого потенциалр, то третий коммутатор 31 остается открытым, что позволяет в случае превывеиия порога линейности выходньае сигналом фильтра 3, вызванного воздействием измерительной пружины 13 в сторону увеличения амппитуды выходного сигнала фильтра 3, вновь при срабатывании реле 5 вывести маятник 1 в"свредину линейного участка измерения. 9 1084728теля 14 поступает на 3 -входы первого и второго триггеров 15 и 16,переводят их в состояние "1-0",Согласно таблице истинности логики (фиг. 4) происходят. следующиеизменения в сочетании управляющихсигналов коммутаторов 8, 30 и 3 1,а именно: отсутствие сигнала навыходе элемента ИЛИ-БЕ 17 закрываетвторой коммутатор 30; напряжениекода "1" прямого выхода триггера 15открывает первый коммутатор 8 и сигнал с первого переменного резистора6, определяющий положение измерительной пружины 13, одновременно срегистрацией на первом входе регистратора 4 поступает через нуль-орган18 и открытый первый коммутатор 8.на вход первого усилителя мощности9, и как следствие вращение первого:двигателя 10 в направлении выводапервого переменного резистора 6 вточку нулевого потенциала, что соответствует середине перемещения измерительной пружины 13, При переходечерез точку нулевого потенциалакуль-орган 18 осуществляет перебросполярности напряжения. При этомФормирователь 1.9 импульсов по переднему фронту выдает импульс сброса, поступающий на К-вход первоготриггера 15, возвращая последнийв исходное положение "0-1". Такимобразом, измерительная пружина 13и переменный резистор 6 выведены всередину своего рабочего положения.Одновременно, напряжение кода "1", прямых выходов триггеров 15 и 16 поступает на вход элемента ИЛИ120 и его выходное напряжение открывает третий коммутатор 31, пропусИзобретение позволяет повыситьдинамическую точность системы40 примерно в три с половиной разаи повысизь ее надежность примерно надвадцать процентов.