RU1796052C

RU1796052C - Устройство дл измерени линейной плотности волокнистых материалов

Info

Publication number: RU1796052C
Application number: SU904912978A
Authority: RU
Inventors: Иван Васильевич Брякин; Салих Кадырбекович Мурзаев
Original assignee: Институт Автоматики Ан@ Республики Кыргыстан
Priority date: 1990-12-25
Filing date: 1990-12-25
Publication date: 1993-02-15

Abstract

Сущность изобретени : устройство содержит генератор высокой частоты, блок формировани квадратурных напр жений питани , блок формировани квадратурных опорных напр жений, 2 трансформаторных измерительных моста, усилитель, 2 фазочув- ствительных выпр мител , блок вычислени . 2 з.п.ф-лы, 1 ил.

Description

Изобретение относитс к области приборостроени и может быть использовано в текстильной промышленности.

Известно устройство, имеющее возможность применени дл измерени линейной плотности волокнистых материалов, состо щее из высокочастотного генератора, оконечного каскада, регистрирующего прибора . Высокочастотное напр жение, возбуждаемое генератором, поступает на делитель, одним плечом которого вл етс емкостной датчик, в рабочем зазоре которого располагаетс контролируемый волокнистый материал Измерени линейной плотности волокнистого материала привод т к изменени м емкостного сопротивлени датчика, что в свою очередь вызывает соответствующие изменени падени напр жени на нем. Напр жение, снимаемое с датчика, усиливаетс , выпр мл етс и поступает на оконечный каскад. Регистрирующий прибор будет фиксировать выходное

напр жение оконечного каскада, которое будет пропорционально изменени м контролируемого параметра. Недостатком известного устройства вл етс невысока точность измерени , котора обусловлена вли нием на параметры измерительного преобразовател таких дестабилизирующих факторов, как изменени влажности и температуры окружающей среды. Кроме того , участие в измерительном процессе такого неконтролируемого параметра, как влагосодержэние волокнистого материала также в значительной мере сказываетс на результате измерени .

Наиболее близким по технической сущности к за вл емому устройству вл етс выбранное в качестве прототипа устройство дл измерени линейной плотности волокнистых материалов, основанное на мостовом методе измерени . Указанное устройство содержит питающий генератор, измерительный трансформаторный мост,

СП

С

Ч

чэ

ON О

СЛ N)

СА

имеющий в качестве чувствительного элемента трехэлектродный конденсатор, и в измерительную диагональ которого включен усилитель, выход которого соединен с первыми входами двух фазочувствительных выпр мителей , чьи выходы в свою очередь подключены соответственно к первому и второму входу вычислительного блока. При- (ем, на вторые входы обоих фазочувствительных выпр мителей подаютс сигналы от блока формировани квадратурных опорных напр жений, состо щих в свою очередь из блока формировани опорных напр жений и блока фазовращател .

.Известное устройство построено по схеме так называемого квадратурного коррел ционного оптимального измерител , реализующего определенные алгоритмы и состо щего в основном из вычислительного блока и двух квадратурных коррел торов, работающих от двух ортогональных опорных сигналов. Указанное устройство реализует один из методов выделени полезного сигнала на фоне интенсивных шумов и помех с минимальной ошибкой. В результате обработки смеси полезного сигнала и шума вычислительной блок формирует некоторое решение, определенным образом св занное с полезной информацией. Это решение вычислительного блока, основанное на нахождении функции правдоподоби определ ет формирование выходного эффекта измерител (улучшение отношени сигнал- шум на выходе).

Недостатком этого устройства вл етс то, что при воздействии на его вход такого неконтролируемого параметра, как влагосо- держание, имеющего свойства измен тьс в широком диапазоне в реальных услови х протекани технологического процесса, точность измерени контролируемого параметра существенно снижаетс . При этом на нет сводитс вообще целесообразность применени устройства описанной структуры и указанным принципом функционировани ,.

Целью изобретени вл етс повышение точности измерени линейной плотности волокнистых материалов за счет исключени вли ни неконтролируемого параметра на результат измерени , . . Указанна цель достигаетс тем, что устройство дл измерени линейной плотности волокнистых материалов, содержащее трансформаторный измерительный мост, чувствительный элемент которого выполнен в виде трехэлектродного конденсатора и выход которого через усилитель св зан с первыми входами фазочувствительных вы- пр мителей, вторыми входами соединенных с выходами блока формировани квадратурных опорных напр жений, выходами - с соответствующими входами блока вычислени линейной плотности материала, а

вход блока формировани квадратурных опорных напр жений св зан с выходом генератора высокой частоты, снабжено дополнительным трансформаторным измерительным мостом с трехэлектродным

конденсатором, выход которого объединен с выходом первого измерительного моста, а также блоком формировани квадратурных напр жений питани , входом подключенного к выходу генератора высокой частоты, а

5 выходами.- к входам соответствующих трансформаторных измерительных мостов, при этом трехэлектродный конденсатор каждого измерительного моста выполнен из двух составных электродов и одного общего

0 дл обоих конденсаторов цельного электрода . Составные электроды каждого конденсатора выполнены в виде набора нескольких, соединенных между собой секционных элементов, которые в составных

5 электродах как измерительных плеч, так и плеч сравнени измерительных мостов пространственно совмещены в одной плоскости и расположены в чередующемс пор дке, Профили секционных элементов,

0 образующих пары составных электродов дл каждого конденсатора выполнены с воз можностью обеспечени линейной независимости функций преобразований трансформаторных измерительных мостов.

5 Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что за вл емое устройство отличаетс наличием новых блоков: дополнительного блока формировани квадратур- ных напр жений, дополнительного

0 трансформаторного измерительного моста и их св з ми с остальными элементами. Кроме того, отличие также состоит в том, что часть электродов конденсаторов выполнена из секционных элементов, форма и про5 странственное расположение которых определены специальным условием, а вычислительный блок выполнен с возможностью реализации определенной функциональной зависимости.

0 Таким образом, за вл емое устройство соответствует критерию Новизна.

Сравнение за вл емого решени с Другими техническими решени ми показывает, что трансформаторные измерительные мос5 ты и формирователи квадратурных напр жений широко известны.

Однако при их введении в указанной св зи с остальными элементами схемы в за вл емое устройство измерени линейной плотности волокнистых материалов вышеуказанные блоки про вл ют новые свойства , что приводит к повышению точности измерени контролируемого параметра. Это позвол ет сделать вывод о соответствии технического решени критерию Существенные отличи , ; Изобретение по сн етс чертежом, на йотором представлена блок-схема устройства дл измерени линейной плотности волокнистых материалов. Устройство дл измерени линейной плотности волокнистых материалов содержит генератор 1, блок формировани квадратурных напр жений питани 2. блок формировани квадратурных опорных напр жений 3, трансформаторные измерительные мосты 4 и 5, усилитель б, фазочувствительные выпр мители 7 и 8, вычислительное устройство 9.

Выход генератора 1 нагружен на объединенные входы блоков 2 и 3. Первый и второй выходы блока 2 подключены соответственно к входам блоков 4 и 5, общий выход которых через блок 6 соединен с объединенными первыми входами блоков 7 и 8. Выходы блоков 7 и 8 соединены соответственно с первым и вторым входами блока 9. Первый и второй выходы блока 3 соединены в с.вою очередь со вторым входом соответственно блоков 7 и 8.

i Устройство работает следующим обра- Ьом. От питающего генератора 1 гармониче- скйй сигнал поступает на входы формировател квадратурных напр жений питани 2 и формировател квадратурных опорных напр жений 3. С первого и второго выходов блока 2 ортогональные гармоническое сигналы поступают на соответствующие входы трансформаторных измерительных мостов 4 и 5, в измери- тельных плечах которых наход тс конденсаторы, состо щие их секционных элементов о и , а в плечах сравнени наход тс конденсаторы, состо щие из секционных элементов а и а1. В рабочем зазоре измерительных конденсаторов находитс исследуемый волокнистый материал. Электрод с дл обоих трехэлектродных конденсаторов вл етс общим, а сигнал с него, в состав которого входит и информаци о величине контролируемого параметра (полезна информаци ), усиливаетс блоком 6 и поступает на входы блоков 7 и 8, Блоки 7 и 8 функционально выполнены в виде синхронных детекторов, опорные напр жени которых представл ют собой ортогональные гармонические сигналы, формируемые блоком 3 из поступающего на его вход гармонического сигнала от генератора 1. Блок 3 позвол ет обеспечить также попарную коллинеарность соответствующих векторов квадратурных напр жений блоков 4 и 5. На выходе усилител 6 суммар- ный сигнал можно представить в виде:

US (t) Uislncot + Uiicosa; t + Uuj(t), (1)

где: Uisin cot - электрический сигнал определаемый информацией об исследуемом и неконтролируемом параметрах с первого трансформаторного моста (блок 4);

Uncos о) - электрический сигнал, определ емый полезной информацией об исследуемом и неконтролируемом параметрах со второго трансформаторного измерительного моста (блок 5);

Utu(t) - электрический сигнал, обусловленный наличием белого шума и случайных

помех.

На выходе блока 7 будет выдел тьс составл юща суммарного сигнала, синфазна питающему напр жению блока 4, котора определ етс изменени ми линейной плотности X и влагфсодержани Y волокнистого материала, оказывающих вли ние на измерительный конденсатор блока 4. А на выходе блока 8 будет выдел тьс составл юща суммарного сигнала, синфазна питающему

напр жению блока 5, котора определ етс изменени ми линейной плотности X и влагосодержани Y волокнистого материала, оказывающий также вли ние на измерительный конденсатор блока 5.

.Синхронное детектирование составл ющих суммарного сигнала позвол ет значительно увеличить отношение сигнал-помеха (в дес тки раз), и тем самым снизить вли - ние интенсивных шумов и случайных помех на результат измерени до минимума. В общем виде результаты измерени составл ющих суммарного сигнала на выходе

соответственно блоков 4 и 5 можно предста-

вить в виде:

50

N 3iX +biY, М Э2Х + b2Y

(2)

где: X - величина исследуемого параметра (линейна плотность контролируемого волокнистого материала);

Y - величина неконтролируемого пара- метра (влагосодержание контролируемого волокнистого материала);

ai.bi и 32,Ьа - коэффициенты статических функций преобразовани измерительных каналов, составленных соответственно

на базе первого и второго трансформаторных измерительных мостов. . Коэффициенты статических функций преобразовани измерительных каналов определ ютс предварительно на стадии начальной калибровки устройства, путем воздействи на измерительные конденсаторы определенного набора образцовых мер. Значение вышеуказанных коэффициентов, полученных таким способом, занос тс в вычислительный блок 9 и используютс им в дальнейшем дл реализации вычислительных процедур,

Компоновка и форма профилей секционных элементов, составл ющих электроды измерительных конденсаторов двух трансформаторных измерительных мостов, выполнены таким образом, чтобы обеспечить линейную независимость статических функций преобразовани данных трансформаторных мостов и тем рамым обеспечить необходимую асимметрию в соответствующих измерительных каналах, построенных на их базе. Поэтому систему уравнений (2) можно разрешить относительно исследуемого параметра X:

х biM-baJl

3201 - 3102

; Как видно из уравнени (3) функционирование предлагаемого устройства позвол ет определ ть исследуемый параметр по результатам измерений независимо от неконтролируемого параметра Y.

За базовый объект был прин т прибор Устер швейцарской фирмы Цельвегер- Устер, который примен етс на камвольно- пр дильной фабрике т.Токмака дл контрол линейной плотности волокнистых

материалов. Данный прибор состоит из двух емкостных датчиков, которые вход т в состав колебательных контуров соответствующих двух генераторов, вырабатывающих

переменное напр жение и подобранных так, что первоначальные частоты их колебательных контуров одинаковы, т.е. разностна частота равна 0. Волокнистый материал вводитс в рабочий зазор одного из емкостных датчиков. При движении волокнистого материала изменени линейной плотности создают переменную разность частот генераторов , котора регистрируетс частотомером .

Предлагаемое устройство по сравнению с базовым объектом имеет следующие преимущества:

1. Структурное построение предлагаемого устройства обеспечивает независи- мость результатов измерени линейной плотности волокнистого материала от вли ни р да дестабилизирующих факторов,

2. Позвол ет реализовать эффективное выделение полезного сигнала на фоне ин- тенсивных шумов и случайных помех.

3. Обеспечивает независимость результатов измерени от вли ни неконтролируемого параметра (влагосодержание)..

Экспериментальные исследовани за вл емого устройства дл измерений линей- ной плотности волокнистых материалов показывают, что по сравнению с устройством аналогичного назначени (прототипа) предлагаемое устройство позвол ет повысить точность измерени линейной плотности волокнистого материала на 100-150%, открыва при этом возможность эффективной реализации известных методов выделени полезной информации на фоне

интенсивных шумов и случайных помех.

Claims

Формула изобретени 1. Устройство дл измерени линейной плотности волокнистых материалов, содержащее трансформаторный измерительный мост, чувствительный элемент которого выполнен в виде трехэлектродного конденсатора и выход которого через усилитель св зан с первыми входами фазочувстви- тельных выпр мителей; вторыми входами соединенных с выходами блока формировани квадратурных опорных напр жений, выходами - с соответствующими входами блока вычислени линейной плотности материала , а вход блока формировани квадратурных опорных напр жений св зан с

выходом генератора высокой частоты, о т - л и ч а ю щёее тем, что, с целью повышени точности измерени , оно снабжено дополнительным трансформаторным измерительным мостом с трехэлектродным конденсатором , выход которого объединен с выходом первого измерительного моста, а также блоком формировани квадратурных напр жений питани , входом подключенного к выходу генератора высокой частоты, а выходами - к входам соответствующих трансформаторных измерительных мостов, при этом трехэлектродный конденсатор каждого измерительного моста выполнен из двух составных электродов и одного общего

дл обоих конденсаторов цельного электрода .
2. Устройство по п.1, о т л и ч а ю щ е - е с тем, что составные электроды каждого конденсатора выполнены в виде набора нескольких , соединенных между собой секционных элементов, которые в составных электродах как измерительных плеч, так и плеч сравнени измерительных мостов пространственно совмещены в одной плоскости и расположены в чередующемс пор дке; .
3. Устройство по пп.1 и 2, о т л и ч а ю - щ е е с тем, что профили секционных элементов , образующих пары составных электродов дл каждого, конденсатора, выполнены с возможностью обеспечени линейной независимости функций преобразований трансформаторных измерительных мостов.