DE2557429A1

DE2557429A1 - Messeinrichtung fuer schlagimpulse

Info

Publication number: DE2557429A1
Application number: DE19752557429
Authority: DE
Inventors: Dmitry Alexeewits Gretschinsky; Wiktor Alexandrowits Klotschko; Oleg Nikolaewitsch Nowikow; Wiktor Georgiewitsch Rygalin; Alexandr Sergeewitsch Yakschin
Original assignee: NII INTROSKOPII
Current assignee: NII INTROSKOPII
Priority date: 1974-12-19
Filing date: 1975-12-19
Publication date: 1976-07-08
Also published as: DE2557429B2; JPS5533013B2; FR2295428A1; JPS5276984A; DD121988A1; FR2295428B1; DE2557429C3; US4004450A; DK577375A

Description

Meßeinrichtung für Schlagimpulse

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zum Messen der Parameter von Überlastungen durch Schlag, und zwar von Schiagimpulsen, d. h. zum Erfassen der Parameter von Schlagimpulsen wie des Spitzenwerts eines Schlagimpulses, seiner Anstiegsoder Abfallfläche als Kriterien für die Geschwindigkeit des Zusammen- bzw. Zurückpralls zusammenstoßender Körper und seiner Gesamtfläche als Kriterium für die Gesamtänderung der Geschwindigkeit während der Wirkung des Sfchlagimpulses.

530-(P63745/2)-HdSl

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Die Untersuchung von Schlagprozessen ist besonders wichtig. Sie hat das Verhalten verschiedener Körper bei allen Arten der Schlagbelästung mit ihren Auswirkungen wie inneren Spannungen, Verformungen, Bindungsbrüchen und Materialverlagerungen zum Gegenstand.

Zur Untersuchung des Einflusses einer Beanspruchung durch Schlag auf den Körper muß man im Besitz der gesamten Information über Art und Verlauf der dynamischen Einwirkung sein. Diese Information sollte Parameter wie Spitzenwert der Beschleunigung, Anstiegs-, Abfallzeit und Gesamtdauer des Schlagimpulses, Form des Schlagimpulses, Geschwindigkeiten des Zusammen- und Zurückpralls, Gesamtänderung der Geschwindigkeit während der Wirkung des Schlagimpulses, Ausmaß der elastischen und plastischen Verformungen u.a. umfassen.

Diese Information ermöglicht bei ihrer Kenntnis auch die mehrmalige Wiederholung eines bestimmten Schlagimpulses im Labor.

Bis in Jüngster Zeit wurden mit Analog-Geraten die Parameter von Schlagprozessen gemessen. Diese gestatten aber nur die Messung der Spitzenwerte von Schlagimpulsen. Zur Gewinnung anderer Informationen ist man auf die Auswertung von Oszillogrammen des Schlagprozesses angewiesen, weshalb die Erfassung von Daten nur ungenügend schnell und das rechtzeitige Korrigieren der Prüfungen, insbesondere wenn neue Materialien oder Konstruktionen entwickelt werden, schwierig waren (vgl. z. B. Pelinetz W.S., Messen

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von Schlagbeschleunigungen, Verlag Normen, Moskau, 1975, S. 209 bis 210).

Es ist auch eine Meßeinrichtung für Schlagimpulse bekannt (vgl. z. B. SU-Erfinderschein 227 648, Kl. G 01 P 15/OO), bei der ein Beschleunigungsgeber die mechanischen Schwingungen eines Prüflings in elektrische Signale umformt, die über einen Verstärker einem Schlagimpulsparameter-Messer zugeführt werden, der den Spitzenwert des Schlagimpulses mißt.

Der Schlagimpulsparameter-Messer,in der bekannten Meßeinrichtung ist ein Analog-Spannungsmesser, bestehend aus einer elektrischen Meßstufe und einem Oszillographen, und der Meßvorgang besteht in einem Vergleich des auf dem Oszillographenschirm gespeicherten Impulses mit dem von einem gesonderten Impulsgenerator.

Infolgedessen zeigt die bekannte Einrichtung einen großen Meßfehler beim Messen eines Schlagimpulses und bietet nur wenige Betriebs-Möglichkeiten. Analog-Einrichtungen sind wegen des großen Meßfehlers für das Messen der Spitzenwerte von Schlagimpulsen schlecht geeignet _y,insbesondere bei Impulsen komplizierter Form.

Die bekannte Einrichtung mißt nur einen Parameter des Schlagimpulses, nämlich seinen Spitzenwert.

Mit der Weiterentwicklung der einzelnen Bausteine, insbesondere der integrierten logischen und analogen Mikroschaltungen, sind auch Digital-Schlagmesser möglich geworden, die mehr Funktionen haben, sichere

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und besser belegte Informationen abgegeben und die Kopplung mit einem Digitalrechner zur späteren Auswertung der bei der Untersuchung von Schlagprozessen gewonnenen Meßergebnisse ermöglichen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Meßeinrichtung für Schlagimpulse zu entwickeln, bei der der Schlagimpulsparameter-Messer durch Anschalten einiger besonderen Baugruppen folgende Parameter von Schlagimpulsen beliebiger Form mit hoher Genauigkeit zu messen erlaubt: Spitzenwert des Schlagimpulses, seine Anstiegs-, Abfall- und Gesamtfläche als Kriterien für die Geschwindigkeit des Zusammen- bzw. Zurückpralls oder die Gesamtänderung der Geschwindigkeit der zusammenstoßenden Körper, die die Überlastungen durch Schlag erfahren, die wichtige Parameter bei der Untersuchung von Eigenschaften der den Schlagbelastungen ausgesetzten Körper sind.

Diese Aufgabe wird bei einer Meßeinrichtung für Schlagimpulse, in der ein Beschleunigungsgeber die mechanischen Schwingungen des Prüflings in elektrische Signale umformt, die über einen Verstärker einem Schlagimpulsparameter-Messer zugeführt werden, erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Schlagimpulsparameter-Messer aufweist: zwei Nullorgane, deren erstes an einem seiner zwei Eingänge unmittelbar und deren zweites an einem seiner zwei Eingänge über einen an einer Bezugsspannungsquelle liegenden Spannungsteiler mit dem Verstärker elektrisch verbunden ist,

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zwei Impulsgeneratoren, die jeweils einem der zwei Nullorgane nachgeschaltet sind, ein erstes und ein zweites NAND-Gatter, die jeweils mit einem Eingang einem der beiden Impulsgeneratoren und mit dem anderen Eingang einem Impulsgenerator nachgeschaltet sind, eine Zähldekade für die niedrigere Dezimalstelle, deren Eingang am Ausgang des ersten NAND-Gatters liegt, ein drittes NAND-Gatter, dessen Eingänge am zweiten NAND-Gatter bzw. an der Zähldekade für die niedrigere Dezimalstelle liegen, eine Zähldekade für die höhere Dezimalstelle, an deren Eingang der Ausgang des dritten NAND-Gatters liegt, einen Digital-Analog-Umsetzer, der eingangsseitig mit ersten Ausgängen der Zähldekaden für die niedrigere und höhere Dezimalstelle und ausgangsseitig mit den anderen Eingängen der beiden Nullorgane verbunden ist, und eine Anzeigeeinrichtung, die eingangsseitig an zweiten Ausgängen der Zähldekaden für die niedrigere und höhere Dezimalstelle liegt.

Die Erfindung wird weitergebildet durch einen zwischen dem Verstärker und den beiden Nullorganen geschalteten Integrator, der am ersten Nullorgan unmittelbar und am zweiten Nullorgan über den Spannungsteiler liegt, wobei der Schlagimpulsparameter-Messer weiter aufweist: ein Steuerflipflop, dessen elektrisches Eingangssignal den Maximumdurchgang des Schlagimpulses angibt, und zur Messung der Anstiegs- und Abfallfläche des Schlagimpulses zwei unabhängige Einheiten mit eigenen Anzeigeeinrichtungen, die mit den Ausgängen des ersten NAND-Gatters und des dritten NAND-Gatters und dem Steuerflipflop

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so zusammengeschaltet sind, daß das Steuerflipflop bei Beaufschlagung mit dem den Maximumdurchgang des Schlagimpulses angebenden Signal die Einheit zur Messung der Anstiegsfläche des Schlagimpulses für die die Anstiegsfläche signalisierenden Zählimpulse von dem ersten NAND-Gatter und dem dritten NAND-Gatter sperrt, jedoch die Einheit zur Messung der Abfallfläche des Schlagimpulses für die die Abfallfläche signalisierenden Zählimpulse öffnet.

Die Messung der Anstiegs- und Abfallfläche des Schlagimpulses mit hoher Genaugikeit wird dadurch gesichert, daß jede der unabhängigen Einheiten zur Messung der Anstiegs- und Abfallfläche des Schlagimpulses aufweist: zwei UND-Gatter, deren einer Eingang am Steuerflipflop und deren anderer Eingang am Ausgang des dritten und des ersten NAND-Gatters angeschlossen sind, und Dekaden für die höhere und niedrigere Dezimalstelle, die eingangsseitig am Ausgang des ersten bzw. des zweiten UND-Gatters und ausgangsseitig an der eigenen Anzeigeeinrichtung der betreffenden Einheit für die Impulsflächenmessung liegen.

Die erfindungsgemäße Meßeinrichtung mißt den Spitzenwert, die Gesamtfläche und die Anstiegs- bzw. Abfallfläche eines Schlagimpulses mit hoher Genauigkeit. Darüber hinaus zeichnet sich die erfindungsgemäße Meßeinrichtung durch eine hohe Arbeitsgeschwindigkeit aus.

Im folgenden wird die Erfindung beispielhaft anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

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Pig. 1 das Blockschaltbild der Meßeinrichtung für Schlagimpulse gemäß der Erfindung;

Fig. 2 das Blockschaltbild einer Abwandlung der Meßeinrichtung für Schlagimpulse gemäß der Erfindung;

Fig. 5 ein genaues Schaltbild des Schlagimpulsparameter-Messers, der bei der Einrichtung nach Fig. 1 verwendet wird;

Fig. 4 ein genaues Schaltbild der Anzeigeeinrichtung für den Spitzenwert des Schlagimpulses, der bei der Meßeinrichtung nach Fig. 1 verwendet wird;

Fig. 5 das Steuerflipflop und ein genaues Schaltbild der unabhängigen Einheiten zur Messung der Anstiegs- und Abfallfläche des Schlagimpulses, die bei der Meßeinrichtung nach Fig. 2 verwendet werden;

Fig. 6 Impuls-Zeit-Diagramme zur Veranschaulichung der Funktion des Schlagimpulsparameter-Messers, der bei der Meßeinrichtung nach Fig. 1 verwendet wird;

Fig. 7 Impuls-Zeit-Diagramme zur Veranschaulichung der Funktion der Meßeinrichtung für Schlagimpulse bei der Messung der Anstiegs- und Abfallfläche des Schlagimpulses nach Fig.

Die Meßeinrichtung für Schlagimpulse gemäß der Erfindung dient, so wie sie hier beschrieben ist, zur

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Messung mehrerer Parameter eines Schlagimpulses wie seines Spitzenwerts, seiner Anstiegs- und Abfallfläche und seiner Gesamtfläche. So mißt die Meßeinrichtung nach Fig. 1 den Spitzenwert des Schlagimpulses, die in Fig. 2 gezeigte dessen Anstiegs-, Abfall- und Gesamtfläche.

Die Meßeinrichtung für Schlagimpulse nach Fig. weist zunächst einen Beschleunigungsgeber 1 auf, der die mechanischen Schwingungen des Prüflings in elektrische Signale umformt. Über einen Verstärker 2 ist er einem Schlagimpulsparameter-Messer 3 vorgeschaltet.

Im Schlagimpulsparameter-Messer 3 erfolgen ein Vergleich des Eingangssignals mit einem Rückführungssignal, eine logische Verarbeitung, ein Umsetzen des Analog-Signals in ein Digital-Signal und eine Messung des Eingangssignals.

Der Schlagimpulsparatneter-Messer 3 umfaßt zwei Nullorgane 4 und 5, die derart geschaltet sind, daß der eine Eingang des Nullorgans 4 mit dem Verstärker 2, der eine Eingang des Nullorgans 5 mit dem gleichen Verstärker 2, jedoch über einen an einer Bezugsspannungsquelle 7 liegenden Spannungsteiler 6 elektrisch verbunden ist, ferner zwei jeweils hinter einem der Nullorgane 4 und 5 liegende Impulsgeneratoren 8 und 9 und zwei NAND-Gatter 10 und 11, eingangsseitig einmal an den Ausgang der Impulsgeneratoren 8 bzw. 9, zum anderen an einem Hochfrequenzimpulsgenerator 12 angeschlossen. Der Schlagimpulsparameter-Messer 3 schließt noch eine Zähldekade 13 für die

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höhere und eine Zähldekade 14 für die niedrigere Dezimalstelle ein, die derart geschaltet sind, daß der Eingang der Dekade 14 für die niedrigere Dezimalstelle mit dem Ausgang des NAND-Gatters 10, derjenige der Dekade 13 für die höhere Dezimalstelle mit dem Ausgang eines weiteren NAND-Gatters 15 verbunden ist, dessen zwei Eingänge der Verbindung mit dem NAND-Gatter 11 und dem Ausgang der Zähldekade für die niedrigere Dezimalstelle dienen. Schließlich enthält der Schlagimpulsparameter-Messer einen Digital-Analog-Umsetzer 16, dessen Eingänge von dem einen Ausgang der Zähldekaden 14 und 13 für die niedrigere und höhere Dezimalstelle, dessen Ausgang zu dem anderen Eingang der Nullorgane 4 und 5 führen, und eine Anzeigeeinrichtung 17» deren Eingänge an den Ausgängen der Zähldekaden 14 und 13 für die niedrigere (14) und die höhere (13) Dezimalstelle liegen. Löschimpulse für beide Zähldekaden 14 und 13 für die niedrigere und höhere Dezimalstelle laufen über eine LöschschieHe

18 ein. Abfrageimpulse kommen über eine Abfrageschiene

19 an.

Zur Messung der Anstiegs- und Abfallfläche des Schlagimpulses bzw. seiner Gesamtfläche, was bei der Einrichtung nach Fig. 2 möglich ist, werden in der Einrichtung noch ein Integrator 20 (Fig. 2} mit einer Steuerschiene 21 und speziell beim Schlagimpulsparameter-Messer 3 ein Steuerflipflop 22 eingefügt. Darüber hinaus wird die Einrichtung durch unabhängige Einheiten 23 und 24 zur unabhängigen Messung der Anstiegs- und Abfallfläche des Schlagimpulses ergänzt. Dabei liegt der Integrator 20 im Ausgang des Verstärkers 2, sein Ausgang aber ist über einen Umschalter

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mit dem Eingang des Nullorgans 4 und unter Zwischenschalten des Spannungsteilers 6 mit dem Eingang des Nullorgans 5 gekoppelt.

Der Umschalter 25 dient zum Anschließen des Ausganges des Verstärkers 2 bei der behandelten Ausführung der Meßeinrichtung für Schlagimpulse und des Integrators 20 bei der Abwandlung der Einrichtung an den Schlagimpulsparameter-Messer 3·

Bei der Abwandlung der Einrichtung nach Fig. 2 wird für die Messung der Gesamtfläche des Schlagimpulses der gleiche Schlagimpulsparameter-Messer 3 gebraucht. Da aber die Signale vom Integrator 20 am Schlagimpulsparameter-Messer 3 anliegen, wird der Gesamtflächenwert auf der Anzeigeeinrichtung 17 angezeigt.

Über seinen Eingang empfängt das Steuerflipflop 22 ein über die Eingangsschiene 26 einlaufendes Signal 26, das den Maximumdurchgang im Verlauf des Schlagimpulses markiert, an seinen Ausgängen sind die unabhängigen Einheiten 23 und 24 zur Messung der Anstiegsund Abfallfläche des Schlagimpulses angeschlossen.

Die unabhängigen Einheiten 23 und 24 zur Messung der Anstiegs- und Abfallfläche des Schlagimpulses sind mit den Ausgängen des ersten NAND-Gatters 10 und des dritten NAND-Gatters 15 und dem Steuerflipflop 22 so zusammengeschaltet, daß bei Beaufschlagung des letzteren mit dem den Maximumdurchgang im Verlauf des Schlagimpulses markierenden Signal jenes die Einheit 23 zur Messung der Anstiegsfläche des Schlagimpulses für die den Anstieg der Fläche signalisierenden Zählimpulse

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von dem ersten 10 und dritten NAND-Gatter 15 sperrt, dagegen die Einheit 24 zur Messung der Abfallfläche des Schlagimpulses für die den Abfall der Fläche signalisierenden Zählimpulse öffnet.

Jede der Einheiten 23 und 24 enthält UND-Gatter 27, 28 bzw. 29, 30, wobei die einen Eingänge jedes UND-Gatterpaars auf die Ausgänge der NAND-Gatter bzw. 15 verteilt, die anderen Eingänge der beiden UND-Gatterpaare jeweils zusammengelegt und für einen der Ausgänge des Steuerflipflops 22 bestimmt sind. Die Ausgänge der UND-Gatter 27 und 28 sind auf die Eingänge der Dekaden 31 und 32 für die höhere und niedrigere Dezimalstelle der Einheit 23 zur Messung der Anstiegsfläche des Schlagimpulses, diejenigen der UND-Gatter 29 und 30 auf die Eingänge der Dekaden 33 und 34 für die höhere und niedrigere Dezimalstelle der Einheit 24 zur Messung der Abfallfläche des Schlagimpulses jeweils in der Nennfolge geschaltet. Jede der unabhängigen Einheiten 23 und 24 hat eine Anzeigeeinrichtung 35 bzw. 36, die sich den Dekaden 31* 32 bzw. 33* 3^ für die höhere und niedrigere Dezimalstelle der jeweiligen Einheit 23 bzw. 24 zur Messung der Anstiegs- bzw. Abfallfläche des Schlagimpulses anschließt.

Bei der zuerst behandelten Ausführung der Einrichtung, nämlich beim Schlagimpulsparameter-Messer (Fig. 3)i weist die Funktionsschaltung zunächst die zwei Nullorgane 4 und 5 auf, die jeweils aus hintereinandergeschalteten Mikroschaltungen 37, 38 bzw. 39* ^O aufgebaut sind. An dem einen Eingang des Nullorgans 5 ist der Mittelpunkt des mit Wider-

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ständen 4l, 42 bestückten Spannungsteilers 6 angeschlossen, wobei mit dem einen Ende dieser am Eingang der Mikroschaltung 37 und am Ausgang des Verstärkers 2, mit dem anderen an der Bezugsspannungsquelle 7 anliegt. Die Ausgänge der Mikroschaltungen 38 und 40 führen zu Basiswiderständen 43 bzw. 44 von zu den Impulsgeneratoren 8 und 9 gehörenden Transistoren 45 und 46. Basiswiderstände 49 und 50 stellen auch die Verbindung zweier weiterer Transistoren 5I und 52 der Impulsgeneratoren 8 und 9 zu den Lastwiderständen 47 und 48 der zwei ersteren her. Im ganzen stellt jeder Impulsgenerator 8, 9 einen zweistufigen transistorisierten Schalter dar. Von den beiden anderen Lastwiderständen 53 und 54 der Impulsgeneratoren 8 und 9 gehen die Verbindungen zu den einen Eingängen der NAND-Gatter 10 und 11 ab. Die anderen Eingänge der NAND-Gatter 10 und 11 sind für den Hochfrequenzgenerator 12 bestimmt, der aus drei NAND-Gattern 55, 56, 57 und einer mit Widerstand 58 und Kondensator 59 bestückten RC-Kette, von deren Zeitkonstante die Frequenz der Impulse abhängt, aufgebaut ist. Ausgangsseitig ist das Gatter 11 mit dem einen Eingang des NAND-Gatters I5 verbunden, dessen anderer Eingang vom Ausgang der Dekade 14 für die niedrigere Dezimalstelle 14 führt. Der Ausgang des Gatters I5 beaufschlagt den Eingang der Zähldekade 13 für die höhere Dezimalstelle. Mit den anderen Eingängen der Mikroschaltungen 37 und 39 der Nullorgane 4 und 5 sind über Widerstände 60, 62 und 6l Schalter 63 des Digital-Analog-Umsetzers l6 gekoppelt. An den Eingängen des Digital-Analog-Umsetzers l6 vor den Schaltern 63 liegen Pufferstufen 64, bestückt mit

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Widerständen 65, 66, 67 und Transistoren 68.

Die Zähldekade 13 für die höhere Dezimalstelle ist aus D-Flipflops 69 und UND-Gattern 70 zusammengeschaltet. Ähnlich besteht die Zähldekade 14 für die niedrigere Dezimalstelle aus D-Plipflops 7I und UND-Gattern 72.

Die Ausgänge der Zähldekaden I3 und 14 für die höhere und niedrigere Dezimalstelle sind mit den Eingängen der Anzeigeeinrichtung 17 belegt, dessen genauere Schaltung Pig. 4 zeigt. Die Anzeigeeinrichtung 17 enthält Teile 73 und 74 für die höhere und niedrigere Dezimalstelle, die entsprechend an den D-Plipflops 69 und UND-Gattern 70 der Zähldekade 13 für die höhere Dezimalstelle und D-Flipflops 7I und UND-Gattern 72 der Zähldekade 14 für die niedrigere Dezimalstelle angeschlossen sind.

Der für die höhere Dezimalstelle bestimmte Teil der Anzeigeeinrichtung 17 umfaßt ein Speicherregister 75, einen Decodierer 76 und eine Anzeigelampe 77 mit entsprechenden Lastwiderständen 78. Das Speicherregister für die höhere Dezimalstelle, das zu den Bestandteilen der Anzeigeeinrichtung 17 gehört, ist aus D-Plipflops 79, 80, 81 und 82 aufgebaut. Der Decodierer 76 ist aus NAND-Gattern 83, 84, 85, 86, 87, 88, 89, 90, 91, 92, 93, 9^, 95, 96 und Transistoren 9-7, 98, 99, 100, 101, 102, 103, 104 zusammengeschaltet. Der eine Ausgang des D-Flipflops 79 ist mit dem ersten Eingang der Gatter 83, 84 des Decodierers 76, der andere Ausgang des D-Plipflops 79 mit dem ersten Eingang der Gatter 85, 86, 87 verbunden. Der eine Ausgang des D-Flipflops

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80 führt zum zweiten Eingang der Gatter 83 und 87 sowie zum ersten Eingang des Gatters 88. Der andere Ausgang des D-Flipflops 80 ist auf den zweiten Eingang des Gatters 85 und den ersten Eingang des Gatters 89 geschaltet. Der eine Ausgang des D-Flipflops 8l ist für die Verbindung mit dem dritten Eingang der Gatter 85, 85, 92 bestimmt. Über seinen anderen Ausgang ist es mit dem dritten Eingang des Gatters 87 und dem zweiten Eingang der Gatter 88 und 89 verbunden. Der Ausgang des D-Flipflops 82 ist an den dritten Eingang des Gatters 89 geführt. Der Ausgang des Gatters 83 ist an dem zweiten Eingang des Gatters 91, derjenige des Gatters 85 an den zweiten Eingang der Gatter 86, 91, 92, 95 angeschlossen. Der Ausgang des Gatters 87 korrespondiert mit dem Eingang des Gatters 95· Derjenige des Gatters 89 ist an den zweiten Eingang des Gatters 96 und den einzigen Eingang des Gatters 90 gelegt. Der Ausgang des letzteren führt zum zweiten Eingang des Gatters 84. Der erste Eingang der Gatter 91* 93 und 94 ist für den Ausgang des Gatters 84, der zweite Eingang des Gatters 94 ist für den Ausgang des Gatters 88 vorgesehen. Der Ausgang der Gatter 91, 95, 86/92, 93, 94 und 96 ist über die Transistoren 97, 98, 99, 101, 102, 103 und 104 mit den Anoden der Anzeigelampe 77 gekoppelt. Ein Transistor 100 und ein Widerstand 105 dienen der Investierung des vom Ausgang des Gatters 92 geführten Signals. Die Speisung des Decodierers erfolgt über eine Schiene 106. Der Teil 74 der Anzeigeeinrichtung 17, der der niedrigeren Dezimalstelle zugeordnet ist, ist mit dem Teil 73 für die höhere Dezimalstelle identisch, deshalb wird seine Beschreibung zur Vereinfachung unterlassen.

Bei der hier angeführten Abwandlung der Einrichtung, die dem Fall der Messung der Schlagimpuls-Gesamtfläche

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gilt, wird der Schlagimpulsparameter-Messer 3 ähnlich dem bei der Ausführung der Einrichtung nach Fig. 1 verwendeten ausgeführt, doch die Anzeigeeinrichtung 17, die ähnlich der in Fig. 4 dargestellten ausgeführt wird, zeigt hier die Gesamtflächenwerte des Schlagimpulses an. Bei der Messung der Anstiegs- und Abfallfläche des Schlagimpulses gebraucht man die entsprechenden Einheiten 23 und 24 zur Messung der Anstiegsund der Abfallfläche des Schlagimpulses. Die beiden Einheiten 23 und 24 sind einander identisch. Die Einheit 23 (Fig. 5) wie die Einheit 24 (die eingeklammterten Bezugszahlen beziehen sich auf diese Einheit 24) enthalten UND-Gatter 27 (29) und 28 (30) sowie eine Dekade 31 (33) für die höhere und eine Dekade 32 (34) für die niedrigere Dezimalstelle. Die Dekaden 31 (33) und 32 (3²O für die höhere und niedrigere Dezimalstelle haben den gleichen Aufbau wie die entsprechenden Dekaden 13 und l4 im Falle des schon behandelten Schlagimpulsparameter-Messers 3· Ausgangsseitig sind die Dekaden 31 (33) und 32 (3²J-) für die höhers und niedrigeres Dezimalstelle, an die entsprechenden Anzeigeeinrichtungen 35 (36) für die Anstiegs- und Abfallfläche des Schlagimpulses geführt. Die Anzeigeeinrichtungen 35 und 36 entsprechen den Anzeigeeinrichtungen 17 nach Fig. 4, und daher wird ihre Beschreibung hier der Einfachheit halber ausgelassen. Auf den Anzeigelampen der Anzeigeeinrichtungen 35 und 36 werden die Anstiegs- bzw. Abfallflächenwerte des Schlagimpulses angezeigt.

Die Arbeitsweise der Meßeinrichtung für Schlagimpulse nach Fig. 1 veranschaulichen die Zeit-Impuls-Diagramme in Fig. 6.

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In Pig. 6 sind die Form eines den Eingangsschlagimpuls abbildenden normalisierten oder Einheitsspannungssignals 107, Löschimpulse 108, Zählimpulse 109 für die Zähldekade 13 (Fig. 1) für die höhere Dezimalstelle, Zählimpulse 110 für die Zähldekade 14 für die niedrigere Dezimalstelle und eine Spannung 111 am Ausgang des Digital-Analog-Umsetzers l6, der zum Schlagimpulsparameter-Messer 3 gehört, gezeigt.

Die Meßeinrichtung für Schlagimpulse in Ausführung nach Fig. 1 arbeitet folgendermaßen:

Bei Arbeitsbeginn werden die Zähldekaden 13 und für die höhere und niedrigere Dezimalstelle durch einen über die Löschschiene l8 (Fig. 1) einlaufenden Impuls auf Null gestellt. Dabei ist auch die Spannung am Ausgang des Digital-Analog-Umsetzers 16 gleich Null.

Das elektrische Signal, das vom Ausgang des am Prüfling (in der Zeichnung weggelassen) angebrachten Baschleunigungsgebers 1 abgegeben wird, gelangt zum Verstärker 2. Am Ausgang des Verstärkers 2 entsteht das normalisierte oder Einheitssignal, dessen Form die des Schlagimpulses (Kurve 107 in Fig. 6) wiedergibt. Die weitere Verarbeitung des Signals übernimmt nur den Schlagimpulsparameter-Messer 3, wo eigentlich das Messen von Schlagimpulsparametern erfolgt. Hier steht das Signal an den ersten Eingängen der beiden Nullorgane 4 und 5 ^an* deren zweitem Eingang die Ausgangsspannung 111 des Digital-Analog-Umsetzers 16 zugeführt wird. Somit wird auf den Nullorganen 4 und

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die Spannung 107 (Pig. 6) des Eingangssignals mit der Ausgangsspannung 111 des Digital-Analog-Umsetzers l6 verglichen. Beim ersten Eingang des Nullorgans 4 (Fig· I) liegt das Einheitssignal vom Ausgang des Verstärkers 2 direkt, bei demjenigen des Nullorgans 5 über die zu dem Spannungsteiler 6 zusammengeschalteten Widerstände 41, 42 (Fig. 3) an.

Mit seinem anderen Eingang, über den Widerstand 42, liegt der Spannungsteiler 6 an der Bezugsspannungsquelle Wegen der Zwischenschaltung des Spannungsteilers bleibt die Spannung am Eingang des Nullorgans 5 stets 10 bis 15 % unterhalb derjenigen am Eingang des Nullorgans 4, wo sie maximal ist. Sobald die von den Eingängen geführte Spannung des vom Verstärker 2 abgegebenen Einheitssignals den Nullpegel überschreitet, bildet sich an den Ausgängen der Nullorgane 4 und 5 ein positiver Spannungsabfall aus. Diese positiven Spannungsabfälle werden den Reihenschaltungen von je zwei Transistorstufen, bestückt mit Transistoren 45, 51 und 46, 52, aus welchen die hinter jedem der beiden Nullorgane 4 und 5 liegenden Impulsgeneratoren 8 und 9 bestehen, zugeführt. In den Transistorenstufen erfolgt die Verstärkung der Eingangssignale und ihre Umformung in positive Impulse, die, an den Lastwiderständen 55 und 54 der Transistoren 51 und 52 abgenommen, an einem bestimmten Eingang der NAND-Gatter 10 und 11 wirksam werden. Über den anderen Eingang der NAND-Gatter 10 und 11 werden die vom Hochfrequenzimpulsgenerator 12 erzeugten Impulse eingespeist. Die NAND-Gatter 55, 56, 57 des Generators 12 sind durch Rückkopplungen zusammengefaßt. Am Ein- und Ausgang des Gatters 57 ist die die Frequenz der Impulse bestimmende RC-Kette des Generators

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aus dem Widerstand 58 und dem Kondensator 59 angeschlossen. Diese Einschaltung von Bauelementen sichert die stabile Funktion des Hochfrequenzimpulsgenerators 12.

Die Zählimpulse 110 (Fig. 6) vom Ausgang des NAND-Gatters 10 (Fig. 1) kommen am Eingang der Dekade l4 für die niedrigere Dezimalstelle, die vom Ausgang des NAND-Gatters 11 an dem einen Eingang des NAND-Gatters 15 an, an dessen anderem Eingang die Impulse vom invertierten Ausgang der Dekade 14 für die niedrigere Dezimalstelle anstehen, die das NAND-Gatter 15 die Zählimpulse 109 vom Ausgang des NAND-Gatters 11 für die Dekade 1J> für die höhere Dezimalstelle zu ihrem Eingang hin durchschalten lassen. Die D-Flipflops 69 (Fig. 3) und die UND-Gatter 70 bilden die Zähldekade 13 für die höhere Dezimalstelle, die D-Flipflops 71 und die UND-Gatter 72 die Zähldekade l4 für die niedrigere Dezimalstelle.

Die steuernden Potentiale von den Ausgängen der Flipflops 69 und 71 der Dekaden IJ und 14 für die höhere und niedrigere Dezimalstelle werden den Eingängen der Pufferstufen 64 des Digital-Analog-Umsetzers 16 zugeleitet. Von den Kollektoren der Transistoren 68 der Pufferstufen 64 wird das verstärkte Signal auf die Schalter 63 gegeben. Gleichzeitig liegt das Signal von den Flipflops 69 und 71 über die Widerstände 65 an den anderen Eingängen der Schalter 63 an. Nachher treten an den Widerständen 60 und 62 des Digital-Analog-Umsetzers 16 Signale auf, die aufsummiert und den zweiten Eingängen der Nullorgane 4 und 5 zugeführt werden. Der Widerstand 6l ist der Summationswiderstand des Addierers.

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Die Spannung 111 (Fig. 6) am Ausgang des Digital-Analog-Umsetzers l6 (Fig. 1) steigt solange an, bis sie auf dem Pegel der Meßspannung liegt. Dann führen die Nullorgane k und 5, also die Impulsgeneratoren 8 und 9 an ihren Ausgängen negative, der logischen Null entsprechende Potentiale, so daß die NAND-Gatter 10 und 11 sperren und keine Zählimpulse vom Hochfrequenzimpulsgenerator 12 zu den Eingängen der Dekaden 14 und Ij5 für die niedrigere und höhere Dezimalstelle durchlassen.

Steigt die zu messende Eingangsspannung weiter, so werden in die Zähldekaden 14 und 13 wieder Impulse eingezählt, bis die Spannung 111 am Ausgang des Digital-Analog-Umsetzers 16 sich der Meßspannung angleicht.

Bei fallender Meßspannung werden an die Zähldekaden Ik und 13 für die niedrigere und höhere Dezimalstelle keine Zählimpulse vom Hochfrequenzimpulsgenerator 12 mehr geliefert, und die Spannung am Ausgang des Digital-Analog-Umsetzers 16 bleibt auf dem gleichen Pegel, bis ein Impuls 108 über die Löschschiene 18 ankommt oder die anliegende Eingangsspannung, die gemessen wird, wieder anzusteigen beginnt und den schon gemessenen Spannungspegel überschreitet. Für eine höhere Arbeitsgeschwindigkeit der Einrichtung ist bei ihr das Prinzip der parallelen Einspeisung von Zählimpulsen in die Eingänge der Zähldekaden 14 und 13 für die niedrigere und höhere Dezimalstelle angewandt.

Da der Spannungsteiler 6 am Eingang des Nullorgans 5 liegt, spricht zunächst das Nullorgan 5

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bei Näherung der am Ausgang des Digital-Analog-Umsetzers l6 anwachsenden Spannung 111 an den Spitzenwert der Spannung des normalisierten Eingangs-Schlagimpulses 107 an, und vom Ausgang des Gatters 11 kommen keine Zählimpulse am Eingang des Gatters 15 an. Am Eingang der Dekade 13 für die höhere Dezimalstelle kann nur noch ein Zählimpuls IO9 eintreffen, der direkt vom ■ Ausgang der Dekade l4 für die niedrigere Dezimalstelle kommt und vom immer noch leitenden NAND-Gatter 15 durchgelassen wird.

Die Widerstände 4l, 42 (Fig. 5) des Spannungsteilers 6 sind so dimensioniert, daß noch 10 bis 15 Zählimpulse, nachdem die Zählimpulse 109 (Fig· 6) für die Zähldekade Ij5 für die höhere Dezimalstelle ausgeblieben sind, vor dem Spannungsabgleich am Eingang der Zähldekade 14 für die niedrigere Dezimalstelle eintreffen können.

Die Ausgabe des gemessenen Spitzenwertes des Schlagimpulses erfolgt unter Zuhilfenahme der Anzeigeeinrichtung 17 (Fig. 4). Die an den Ausgängen der D-Plipflops 69 der Zähldekade I^ für die höhere Dezimalstelle vorhandenen Signale stehen vor den D-Eingängen der Flipflops 79, 80, 8l und 82 des Speicherregisters 75. Der Abfrageimpuls wird über die Abfrageschiene 19 auf den Setz- bzw. C-Eingang der gleichen Flipflops gegeben, wonach die in den Flipflops 69 der Zähldekade 13 für die höhere Dezimalstelle eingeschriebene Information in das Speicherregister 75 des der höheren Dezimalstelle zugeordneten Teils 73 der Anzeigeeinrichtung gelesen wird. Der Ausgang der Flipflops 79, 80, 8l, des Registers 75 des der höheren Dezimalstelle zuge-

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ordneten Teils 73 der Anzeigeeinrichtung 17 und also die Eingänge des Decodierers 76 führen nun Potentiale, die gegenüber den nachgeschalteten Bausteinen als Steuerpotentiale auftreten und mit denen die in das Speicherregister 75 geschriebene Information codiert ist (vgl. z. B. L. M. Holdenbfirg, Impuls- und Digital-Geräte, Verlag Swjas, Moskau, 1973, S. 462).

Die an den Kollektoren der Transistoren 97, 98, 99, 101, 102, 103 und 104 des Docodierers 76 abgenommenen Steuerspannungen werden auf die Anoden der Anzeigelampe 77 gegeben, mit deren Segmenten die auf dem Speicherregister 75 des Teils 73 der Anzeigeeinrichtung 17 für die höhere Dezimalstelle stehende, diese Dezimalstelle belegende Dezimalziffer ausgeleuchtet wird.

Der Teil Jk der Anzeigeeinrichtung 17* welcher der niedrigeren Dezimalstelle zugeordnet ist, arbeitet ähnlich. Die Anzeigelampen der Anzeigeeinrichtung I7 geben in Form von Lichtzeichen den Spitzenwert des Schlagimpulses aus.

Die Arbeitsweise der Einrichtung nach Fig. 2 veranschaulichen die Impuls-Zeit-Diagramme in Fig. J.

Dort sind im einzelnen gezeigt: die Form e'ines Schlagimpulses 112, ein den Integrator 20 (Fig. 2) aussteuernder Impuls 113* eine Spannung 114 am Ausgang des Integrators 20, eine Spannung II5 am Ausgang des Digital-Analog-Umsetzers l6, Impulse II6, welche in die Zähldekade l4 für die niedrigere Dezimalstelle eingezählt werden, Impulse 117* welche in die Zähldekade I3 für die höhere Dezimalstelle eingezählt werden, ein Impuls II8 vom Ausgang des Steuer-

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flipflops 22, Impulse 119, welche in die Dekade 32 für die niedrigere Dezimalstelle eingezahlt werden, Impulse 120, welche in die Dekade 31 für die höhere Dezimalstelle eingezählt werden, ein Impuls 121 von der Eingangsschiene 26 des Steuerflipflops 22, ein Ausgangsimpuls 122 des durch den Impuls 121 gekippten Steuerflipflops 22, Zählimpuls 123, welche auf der Dekade 34 für die niedrigere Dezimalstelle nach Eintreffen des Impulses 121 ausgezählt werden und Impulse 124, welche auf der Dekade 33 für die höhere Dezimalstelle nach Eintreffen des Impulses 121 ausgezählt werden.

Für den Fall der Messung der Schlagimpuls-Gesamtfläche, der Anstiegsfläche des Schlagimpulses und seiner Abfallfläche wird dem Verstärker 2 (Fig. 2) der Integrator 20 zugeschaltet, für den die Verbindung zu dem Schlagimpulsparameter-Messer 3 eier Umschalter herstellt.

Die zu messende Spannung des den Schlagimpuls abbildenden Einheitssignals 112 (Fig. 7) gelangt vom Ausgang des Verstärkers 2 (Fig. 2) zum Eingang des Integrators 20. Über die Steuerschiene 21 des Integrators liegt gleichzeitig der Rechteckimpuls 113 (Fig. 7) an, dessen Dauer gleich der des zu messenden Impulses auf dem Nullpegel sein soll. Am Ausgang des Integrators 20 (Fig. 2) erscheint die der Gesamtfläche des Schlagimpulses proportionale Spannung 114 (Fig. 7). Vom Ausgang des Integrators 20 (Fig. 2) wird das Signal in die Meßeinrichtung selbst mit seinem Schlagimpulsparameter-Messer 3 eingespeist. Bei seiner Verarbeitung in der Meßeinrichtung wächst das vom Digital-Analog-Umsetzer 16 gelieferte Potential (Fig. 7)

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an. Hier, bei der in Rede stehenden Abwandlung ist die auf den Zähldekaden 14 und 13 für die niedrigere und höhere Dezimalstelle gezählte und dort mit den eingespeicherten Zählimpulsen 116 bzw. 117 eingeschriebene Impulszahl proportional der Gesamtfläche des Schlagimpulses.

Die Anzeigeeinrichtung I7 zeigt in diesem Fall den Gesamtflächenwert des Schlagimpulses an.

Bis zum Durchgang des Maximums des zu messenden Einheitssignals 112 (Fig. 7) unterhält das Steuerflipflop 22 (Fig. 2 und 5) den Ausgangszustand, bei welchem von einem der gegenseitig komplementären Ausgänge des Steuerflipflops 22 der Impuls II8 an den einen Eingängen der ODER-Gatter 27 und 28 anliegt, deren andere Eingänge die Zählimpulse von den Ausgängen der NAND-Gatter 10 und 15 empfangen. Die an den Ausgängen der UND-Gatter 27 und 28 abgenommenen Impulse II9 und 120, die die Anstiegsfläche des Schlagimpulses in Form von zwei parallel einlaufenden Impulsfolgen bzw. Impulszahlen hier für zwei benachbarte Dezimalstellen melden, liegen an den Dekaden 32 und 31 für die niedrigere und höhere Dezimalstelle an. Nach Durchgang des Abfrageimpulses durch die Schiene 19 zeigt die Anzeigeeinrichtung 35 den Flächenwert des Schlagimpulses an.

Bei Durchgang des Maximums des zu messenden Einheitssignals 112 (Fig. 7) wird auf den S-Eingang des Steuerflipflops 22 über die Schiene 26 (Fig. 5) der Impuls 121 gegeben, der das Steuerflipflop 22 umkippt.

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Nun führen die entsprechenden Eingänge der UND-Gatter 29, 30 das vom Steuerflipflop 22 geschickte L-Signal, hingegen liegen jetzt die Eingänge der UND-Gatter 27, 28 anstelle auf L- auf O-Pegel. Infolgedessen werden die an den Ausgängen der Gatter 10 und 15 und also den der Gatter 29 und 30 anstehenden Zählimpulsfolgen auf die Eingänge der Dekaden 34 und 33 für die niedrigere und höhere Dezimalstelle, die zur selbständigen Einheit 24 zur Messung der Abfallflache des Schlagimpulses gehören, umgeschaltet. Nach Durchgang des Abfrageimpulses durch die Schiene 19 zeigt die Anzeigeeinrichtung 36 den Abfallflächenwert des Schlagimpulses an.

Nach Verschwinden des Schlagimpulses wird die Steuerschiene 21 des Integrators 20 (Fig. 2) auf Nullpotential gelegt, der Integratorausgang führt auch Null.

Nach Ablauf des MeßzyM-us im Falle der soeben behandelten Abwandlung der Einrichtung nach Fig. 2 liegt in den Zähldekaden 14, 32, 34 (Fig. 2) und 13, 31, 33 für die niedrigere und höhere Dezimalstelle Information über die Gesamt-, Anstiegs- und Abfallfläche des Schlagimpulses vor. Diese Information wird unter Zuhilfenahme der jeweiligen Anzeigeeinrichtung 17, 35 oder 36 ausgelesen.

Eine Verwendung der erfindungsgemäßen Einrichtung nach der ersten und zweiten Ausführungsform bringt einen geringeren meßgerätetechnischen Aufwand bei der Durchführung von mechanischen Prüfungen, insbesondere zur Entwicklung von schlagfesten Erzeugnissen mit

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sich, weshalb ähnliche Untersuchungen auch kostenmäßig günstiger liegen. Darüber hinaus ergibt die
erfindungsgemaße Meßeinrichtung eine höhere Meßgenauigkeit bzw. gewährleistet eine bessere Verwendbarkeit der Meßergebnisse.

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Claims

Patentansprüche

l.\ Meßeinrichtung für Schlagimpulse, in der ein Beschleunigungsgeber die mechanischen Schwingungen des Prüflings in elektrische Signale umformt, die über einen Verstärker einem Schlagimpulsparameter-Messer zugeführt werden,

dadurch gekennzeichnet, daß der Schlagimpulsparameter-Messer (3) aufweist:

zwei Nullorgane (4, 5), deren erstes (4) an einem seiner zwei Eingänge unmittelbar und deren zweites (5) an einem seiner zwei Eingänge über einen an einer Bezugsspannungsquelle (7) liegenden Spannungsteiler (6) mit dem Verstärker (2) elektrisch verbunden ist,

zwei Impulsgeneratoren (8, 9), die jeweils einem der zwei Nullorgane (4, 5) nachgeschaltet sind,

ein erstes und ein zweites NAND-Gatter (10, 11), die jeweils mit einem Eingang einem der beiden Impulsgeneratoren (8, 9) und mit dem anderen Eingang einem Impulsgenerator (12) nachgeschaltet sind,

eine Zähldekade (14) für die niedrigere Dezimalstelle, deren Eingang am Ausgang des ersten NAND-Gatters (10) liegt, '

ein drittes NAND-Gatter (15)> dessen Eingänge am zweiten NAND-Gatter (11) bzw. an der Zähldekade (14) für die niedrigere Dezimalstelle liegen,

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eine Zähldekade (Γ5) für die höhere Dezimalstelle, an deren Eingang der Ausgang des dritten NAND-Gatters (15) liegt,

einen Digital-Analog-Umsetzer (16), der eingangsseitig mit ersten Ausgängen der Zähldekaden (14, IJ) für die niedrigere und höhere Dezimalstelle und ausgangsseitig mit den anderen Eingängen der beiden Nullorgane (4, 5) verbunden ist, und

eine Anzeigeeinrichtung (17)j die eingangsseitig an zweiten Ausgängen der Zähldekaden (14, IJ) für die niedrigere und höhere Dezimalstelle liegt (Fig. 1).
2. Einrichtung nach Anspruch 1,
gekennzeichne t

durch einen zwischen dem Verstärker (2) und den beiden Nullorganen (4, 5) geschalteten Integrator (20), der am ersten Nullorgan (4) unmittelbar und am zweiten Nullorgan (5) über den Spannungsteiler (6) liegt, wobei der Schlagimpulsparameter-Messer (3) weiter aufweist:

ein Steuerflipflop (22), dessen elektrisches Eingangssignal den Maximumdurchgang des Schlagimpulses angibt, und zur Messung der Anstiegs- und Abfallfläche des Schlagimpulses zwei unabhängige Einheiten (23» 24) mit eigenen Anzeigeeinrichtungen, die mit den Ausgängen des ersten NAND-Gatters (10) und des dritten

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NAND-Gatters (15) und dem Steuerflipflop (22) so zusammengeschaltet sind, daß das Steuerflipflop (22) bei Beaufschlagung mit dem den Maximumdurchgang des Schlagimpulses angebenden Signal die Einheit (23) zur Messung der Anstiegsfläche des Schlagimpulses für die die Anstiegsfläche signalisierenden Zählimpulse von dem ersten NAND-Gatter (10) und dem dritten NAND-Gatter (15) sperrt, jedoch die Einheit (24) zur Messung der Abfallfläche des Schlagimpulses für die die Abfallfläche signalisierenden Zählimpulse öffnet (Fig. 2).
3. Einrichtung nach Anspruch 2,

dadurch gekennzeichnet,

daß jede der unabhängigen Einheiten (23, 24) zur Messung der Anstiegs- und Abfallfläche des Schlagimpulses aufweist:

zwei UND-Gatter (27, 28; 29, 30), deren einer Eingang am Steuerflipflop (22) und deren anderer Eingang am Ausgang des dritten (15) und des ersten NAND-Gatters (10) angeschlossen sind, und Dekaden (31, 33; 32, 34) für die höhere und niedrigere Dezimalstelle, die eingangsseitig am Ausgang des ersten (27; 29) bzw. des zweiten UND-Gatters (28; 30) und ausgangsseitig an der eigenen Anzeigeeinrichtung (35; 36) der betreffenden Einheit (23; 24) für die Impulsflächenmessung liegen.

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4. Einrichtung nach Anspruch 2 oder J5, gekennzeichnet durch einen Umschalter (25), der mit dem Verstärker (2)^:> dem Integrator (20) und dem Schlagimpulsparameter-Messer (3) verbunden ist.

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