ИННОВАЦИИ БИЗНЕСУ

Система предназначена для обратного крутильного маятника, с помощью которого определяются динамические механические характеристики полимерных материалов. Функциональная схема системы регистрации (см. рисунок) состоит из следующих основных блоков: линейки датчиков, блока измерения периода с частотомером и блока измерения затухания.

Принцип ее работы заключается в следующем: к подвижной детали маятника прикреплен отражатель, на который направляется узкий пучок света (луч лазера). Отраженный луч попадает на линейку из четырех фотоэлектронных датчиков-формирователей Д1-Д4. Датчик Д1 расположен на линейке на расстоянии 200 мм от положения равновесия, датчик ДЗ - в положении равновесия, а датчики Д2 и Д4 - симметрично на расстоянии 20 мм от ДЗ. Для визуального контроля за правильностью установки линейки датчиков предусмотрена световая индикация логического состояния порогового элемента каждого датчика-формирователя с помощью светодиодов. Датчики регистрируют момент прохождения луча и управляют работой электронной схемы, с помощью которой определяются период и декремент затухания колебаний маятника.

Измерение логарифмического декремента затухания основано на подсчете числа полных периодов, в течение которых амплитуда колебаний убывает в 10 раз. Три датчика-формирователя ДЗ, Д2 и Д1 формируют электрические импульсы в моменты времени, соответствующие прохождению маятником положения равновесия и двух фиксированных положений, соответствующих углам закручиванияj₁иj₂= 10j₁.

Электронная схема производит подсчет числа колебаний, амплитуда которых укладывается в пределах отj₁доj₂.Происходит это следующим образом. За время одного периода отраженный от зеркала луч лазера проходит через датчики дважды, каждый раз вызывая появление на выходе соответствующего формирователя электрического импульса. Сигналы датчиков Д2 и ДЗ управляют работой rs-триггера dd1. По фронту каждого такого импульса триггер устанавливается в состояние логического "0" или логической "1". Наличие rs-триггера позволяет избавиться от "дребезга", возникающего при переключении порогового элемента датчика-формирователя и, таким образом, исключить ложные срабатывания счетчика dd3. При прохождении световым пятном датчика положения равновесия ДЗ rs-триггер dd1 переключается в нулевое состояние, а при прохождении датчика Д2 - в единичное. Это вызывает срабатывание трехдекадного (для простоты на схеме показана только одна декада) десятичного счетчика dd3, в результате чего его содержимое увеличивается на единицу. Если амплитуда колебания превыситj₂, то сигнал от датчика-формирователя Д1поступит на вход сброса dd3 и обнулит счетчик. Как только амплитуда колебаний станет меньшеj₂,обнуления происходить не будет, и на прямом ходе луча (от Д2 к ДЗ) содержимое счетчика за каждый период будет увеличиваться на единицу.

Обратным ходом луча (от Д2 к ДЗ) rs-триггер не переключается, т.к. предыдущим сигналом формирователя Д2 он уже был установлен в единичное состояние. Содержимое счетчика dd3 перестанет изменяться, когда амплитуда колебаний маятника станет меньшеj₁.Состояние счетчика, дешифрируемоеdd4,отображается в цифровом виде семисегментными индикаторами hg. Как ясно из описания логики работы устройства, в каждом новом цикле измерений сброс предыдущих показаний счетчика происходит автоматически.

Принцип измерения периода колебаний маятника заключается в том, что электронной схемой формируется электрический импульс, длительность которого равна заранее выбранному (из ряда 1,3,7) числу периодов колебаний маятника. Этот интервал заполняется счетными импульсами частотой 1 кГц от кварцевого генератораg.Число этих импульсов подсчитывается цифровым частотомером. Запуск схемы измерения периода производится от датчика положения равновесия ДЗ через элементdd5(логическое "или"). Для исключения влияния на работу устройства возможного "дребезга", обусловленного неравномерной яркостью и "дрожанием" светового пятна, управление элементом dd5 осуществляется с помощью rs-триггеров dd1 иdd2.За период положение равновесия проходится маятником дважды, в результате чего на выходе элемента dd5 появляется последовательность электрических сигналов, частота которых вдвое больше частоты колебаний маятника.

Таким образом, сигнал датчика-формирователя ДЗ, говорящий о прохождении маятником положения равновесия, поступает на один из входов схемы совпаденийdd6(логическое "и"). Однако на выходеdd6импульсы появятся только после того, как кратковременно будет нажата кнопка пуска sb1, что вызовет опрокидывание rs-триггера dd11, на прямом выходе которого установится логическая единица. После этого импульсы, частота которых равна удвоенной частоте колебаний маятника, поступают на вход триггераdd7,работающего в режиме деления частоты на два. Сформированные триггером сигналы, период следования которых соответствует периоду колебаний маятника, попадают на вход двоичного синхронного счетчика dd8. По фронту каждого импульса, поступающего на вход счетчика, его содержимое будет увеличиваться на единицу. Таким образом, на выходах dd8 в двоичном коде будет записана информация о числе полных колебаний маятника, совершенных им с момента запуска схемы (нажатия кнопки пуска). Первый с момента запуска поступивший на вход С счетчика dd8 импульс вызовет появление на его выходе 1 потенциала высокого уровня. По фронту этого сигнала дифференцирующей цепочкойc1r1будет сформирован короткий импульс , который переключит в единичное состояние rs-триггер dd9. Сигнал с прямого выхода этого триггера, попадая на один из входов схемы совпадений dd10, разрешит прохождение счетных импульсов от кварцевого генератора g на вход частотомера, работающего в режиме непрерывного счета. Прохождение счетных импульсов прекратится, как только на входrrs-триггера dd9 поступит короткий импульс, сформированный дифференцирующей цепочкойc2r2.В зависимости от положения переключателяsb2это может произойти в момент прихода на счетчикdd8второго, четвертого либо восьмого импульса. Благодаря этому счетные импульсы будут поступать на частотомер в течение 1, 3 или 7 периодов колебаний маятника. Информация о длительности выбранного числа колебаний маятника может быть считана с табло частотомера; по этому времени и определяется период. Цикл измерения периода повторится при следующем нажатии кнопки пуска, которое сбрасывает предыдущее показание частотомера и заново запускает схему измерения периода колебаний маятника. Такой метод измерения периода удобен тем, что позволяет отслеживать его возможные изменения при уменьшении амплитуды колебаний.