SU1176075A1 - Устройство дл измерени деформаций массива горных пород - Google Patents

Abstract

УСТРОЙСТВО ИЗМЕРЕНИЯ ДЕФОРМАЦИЙ МАССИВА ГОРНЫХ ПОРОД, содержащее измерительный цилиндрический конденсатор, подвижна  обкладка которого соединена штоком с массивом горных пород, и колебательный контур автогенератора, отличающеес  тем, что, с целью повышени  точности измерений путем уменьшени  вли ни  долговременной нестабильности частоты автогенератора , оно снабжено компенсирующим конденсатором, коммутатором и блоком измерени  разности двух последовательных .во времени.частот, причем ксммутируемые входы коммутатора со-единены соответственно с обкладками измерительного и компенсирупщего конденсаторов, а выход коммута (Л тора подключен к автогенератору, выход которого соединен с блоком измерени  разности двух последовательных во времени частот.

Description

ФигЛ

Л

Од О к

I I

СЛ

9 .I 1 Изобретение относитс  к горной промьпиленности, в частности к устройствам дл  изйеренн  деформаций, и может быть использовано дл  контрол  напр женно-деформированного состо ни  массива горных пород. Целью изобретени   вл етс  повышение точности измерений путем уменьш ни  погрешности от долговременной нестабильности частоты автогенерато1ра. На фиг.1 показана функциональна  схема предлагаемого устройстваJ. на фиг.2 - временные диаграммы работы устройства на фиг.З - вариант конструктивного выполнени  измерительного и компенсирующего цилиндрических конденсаторов. Рассмотрим вариант реализации устройства с построенным на основе реверсивного счетчика блоком вычислени  разности двух последовательных во времени частот (фиг,1), Компенсирующий 1 и измерительньй 2.конденсаторы подключены к коммутируемым входам коммутатора 3. Выход коммутатора 3 подключен к потен циальной точке колебательного конту ра автогенератора 4. Выход автогенератора 4 соединен с входом формировател  5 импульсов. Выход формировател  5 импульсов соединен с вхо дом реверсивного счетчика 6, к кото рому подключен цифровой индикатор 7 В случае использовани  устройства в составе радиодатчиков сигналы с выхода реверсивного счетчика 6 по даютс  на управление модул тором передатчика (не показан), а цифрово индикатор 7 может отсутствовать. Ра ботой всего устройства управл ет блок 8 управлени . Формирователь 5 импульсов, реверсивный счетчик 6, цифровой индикатор 7 и блок 8 управ лени  представл ют собой блок 9 вычислени  разности двух последовательных во времени частот, I Работа устройства по сн етс  временными диаграммами (фиг.2), В момент времени t, с блока 8 управлени  на коммутатор 3 приходит импульс длительностью t. t „ -tu-Jtч ст изм J Врем  установлени , которое включает в себ  врем  переключени  коммутатора и врем  установлени  колебаний автогенератора , врем  изме рени  частоты автогенератора). Под действием импульса Uy, коммутатор 3 подключает потенциальную обкладку 75.2 компенсирующего конденсатора 1 к потенциальной точке контзфа автогенератора 4, При этом подключении частота генерации автогенератора 4 определ етс  величиной емкости компенсирующего конденсатора 1 и равна ( ., В момент tj, когда колебани  автогенератора 3 переход т в установившийс  режим, с блока 8 управлени  на суммирующий управл ющий вход реверсивного счетчика 6 и формирователь 5 импульсов поступает стробирующий импульс длительностью t, которьй переводит реверсивный счетчик 6 в режим суммировани  импульсов и включает формирователь 5 импульсов. R моменту окончани  стробирующего импульса (момент t) в реверсивном счетчике 6 накапливаетс  количество импульсов, равное отношению il , (1) Ч где Т, и f, - период и частота автогенератора 4, определ емые компенсирующей емкостью 1, По окончании импульса 11, (момент ti) коммутатор 3 отключает компен1 сирук ций конденсйатор 1 от контура автогенератора 4 и подключает измерительный конденсатор 2, По прошествии времени ty, в момент t с блока 8 управлени  на вычитающий управл юпщй вход реверсивного счетчика 6 и формирователь 5 импульсов поступает второй стробирующий импульс иj,-длительностью t ., который переводит реверсивньй счетчик 6 в режим вычитани  импульсов и включает формирователь 5 импульсов, К моменту окончани  второго стробирующего импульса Up- (момент tj) в реверсивном счетчике 6 остаетс  ,M(f,-f2) ; (2) где 2 частота автогенератора, определ ема  величиной емкости измерительного конденсатора 2. Таким образом, в реверсиегюм счетчике 6 остаетс  число импульсов Ng, пропорциональное времени измерени  t у и разности двух частот i, и 1. По окончании второго стробирующе го импульса U в момент t (когда цикл измерени  закончен) блок 8 управлени  .подает импульс схему 7 цифровой индикации. По окон чании импульса индикации цикл измерений может быть повторен многократ но. Емкость контура автогенератора при измерении частоты i можно пред ставить в виде ,, (3) где С - начальна  емкость контура, включающа  в себ  подстроечные и паразитные емкости С, - емкость компенсирующего конденсатора 1, 2 В виде (4) а при измерении частоты 1, Согде Cj - посто нна  составл юща  емкости измерительного кон денсатора 21 5 - крутизна преобразовани  пе ремещени  в емкость измери тельным конденсатором 2J ) - измер емое перемещение. Если С С2 и компенсирующий конденсатор 1 аналогичен. измерительном конденсатору 2 (как показано, например , на фиг.З), то изменение емкостей С, и С2, св занное с изменением внешних условий и старением, приблизительно одинаково. Зто позвол ет записать Ч,с, , и q Со-ь5-у, (5) где +с,с;+С2. Измерительный конденсатор 2 (фиг.З) состоит из подвижной обклад ки со штоком 10, котора  через на- правл ющую втулку 11 электрически св зана с корпусом 12 и выполн ет роль непотенциального электрода измерительного конденсатора 2, и неподвижной обкладки 13, котора  имеет вывод на зажим 14 и -выполн е роль потенциальной обкладки. Подвижна  обкладка со штоком 10 имеет скольз щую посадку в направл ющей втулке 11., Компенсирующий конденсатор 1 кон структивно выполнен аналогично измерительному и состоит из непотенциальной обкладки 15, котора  за сч резьбового соединени  со втулкой 16 имеет возможность перемещатьс  отно сительно потенциальной обкладки 17, имеющей иызод на зажим 1.8. Гайка 19 служит дл  фиксации пп-ока непотенциальной обкладки 1.5 в таком положении, когда емкость С( компенсирудащего конденсатора 1 равна посто нной составл ющей С емкости измерительного конденсатора 2. Емкость С( компенсирующего конденсатора 1 измер етс  между зажимами 18 и 20, а емкость S-y измерительного конденсатора 2 измер етс  между зажимами 14 и 20. Зажим 20 электрически св зан с корпусом 12 устройства, т.е. с землей. При подключении конденсаторов 1 и 2 в измерительную схему зажимы 14 и 18 подключаютс  к коммутируемым выходам коммутатора 3. При этом генераци  частот i и „ автогенератором 4 происходит практически при одних и тех же значени х параметров контура, крутизны активного -элемента и других элементов схемь автогенератора . Поэтому разница между частотами ,-f,.if пропорциональна изменени м величины измерительной емкости 2, равным S-y, т.е. измер емому параметру - перемещению у, и практически не зависит от долговременной нестабш1ьн.ости частоты автогенератора 4, поскольку все накапливаемые уходы частоты вход т в равной степени как в частотуi так и в частоту ij и при определении разности uf вьпштаютс . Это справедливо в том случае, если врем  измерени  t и врем  установлени  t достаточно малы, т.е. если за врем  между измерением частот i, и 2 не накапливаетс  замет;ных уходов частоты, автогенератора |4 в результате изменени  внешних ус ловий и напр жени  источника питани  1и не успевают постареть элементы ;Схемь автогенератора 4. Поэтому сумма t.+t должна быть как можно меньше. Однако учет технической ширины спектральйой линии генератора пойвол ет ограничить величину t, величиной JL «iw/ii p где iF - техническа  ширина спектральной линии автогенератора . Согласно экспериментальным данны величина ДР(Ю--10-8). где ig - начальна  частота автогенератора 4, соответствующа емкости Сц(. 1,) . (ijj равно 10-10 Гц; с учетом этого , равно 10 - 10 с). Величина tM,. даже при испольэова -НИИ самых медленных коммутаторов (например, реле с магнитоуправл емыми контактами) много меньше t..,,.,, Поэтому в дальнейшем при определении времени измерени  частот i и i учитываетс  только врем  t . Проведенные теоретические и эксп риментальные исследовани  показали что в данном устройстве в результа те резкого уменьшени  вли ни  долг временной нестабильности частоты автогенератора удаетс  уменьшить погрешность измерени  перемещений не менее чем в 20 раз. Текуща  отн сительна  погрешность измерени  Ум предлагаемым устройством выражаетс следующим образом i 2 -3 2 l О о- t-т: 4UN,.(iN|7y где i - начальна  частота автогенератора 4, соответствующ емкости контура С, У(.ц - относительна  нестабильно емкости GO (У(.д« ); Уд - относительна  нестабильность крутизны преобразовани  S (У 10 -10), У. - относительна  нестабильнос длительности стробимпульса tH,AA(ytH,, У - долговременна  относительна  нестабильность частоты автогенератора (); абсолютна  погрешность показаний реверсивного счетчика 6, обусловленна  коле бани ми начальной емкости измерительного преобразова тел  (дл  частоты Г и t,,0,1 с дМе,-5); ANg. - абсолютна  погрешность показаний реверсивного счетчика , вызванна  уходами частоты автогенератора, обусловливающими, техническую ширину линии автогенератора (дл  f 10 Гц и ., tH, с ), i абсолютна  погрешность показаний реверсивного счетчика, вызванна  погрешностью единицы счета (дл  Гц и t,,,1 c,4Nt-.). В выражении (7) первый член под орнем выражает величину мультипликативной составл ющей погрешности У/, а второй член - величину аддитивной составл ющей погрешности У . Количественна  оценка по формуле (7) дает дл  приведенных значений этих погрешностей У,, (1-3) УА(1-1,5)- 10Ч В известном устройстве величина мультипликативной составл ющей погрешности измерени  очень отличаетс  от величины У данного устройства, однако величина аддитивной составл ющей значительно больше. Действительно, при i 10 Гц щирина рабочей полосы частот известного устройства, Si 10 Гц. С учетом того, что У/ Ч-тг- - -. т.е. в устройстве-прототипе величина аддитивной составл ющей погрешности Уд ввиду сильного вли ни  долговременной нестабильности У почти на два пор дка больше, чем в предлагаемом . Предлагаемое устройство может быть реализовано на доступных и дешевых полупроводниковых приборах и интегральных микросхемах. В частности , в качестве автогенератора может быть использована схема генератора Клаппа на бипол рном кремневом транзисторе или схема автогенератора, построенного на аналоге . -диода с использованием полевых транзисторов. Коммутатор может быть выполнен на кремневых диодах либо на реле с магнитоуправл емыми контактами типа РЭС-64 или РЭВ-20. Блок управлени  8, реализующий алгоритм, представленный на временной диаграмме (фиг„2), может быть выполнен на базовых элементах И-НЕ, ИЛИ-НЕ и триггерах типа .0, вход щих в состав интегральньк микросхем серий 155 или 561. Формирователь импульсов 5 также реализуетс  на базовых элементах этой серии, реверсивный счетчик 6 и индикатор 7 - на специализированных схемах этих серий.

us. 2

П 18 20 Jt). 12

/ . /

10 11

/J

Claims (1)

1. УСТРОЙСТВО ИЗМЕРЕНИЯ ДЕФОРМАЦИЙ МАССИВА ГОРНЫХ ПОРОД, содержащее измерительный цилиндрический конденсатор, подвижная обкладка которого соединена штоком с массивом горных пород, и колебательный контур автогенератора, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерений путем уменьшения влияния долговременной нестабильности частоты автогенератора, оно снабжено компенсирующим конденсатором, коммутатором и блоком измерения разности двух последовательных во времени частот, причем коммутируемые входы коммутатора соединены соответственно с обкладками измерительного и компенсирующего конденсаторов, а выход коммутатора подключен к автогенератору, выход которого соединен с блоком измерения разности двух последовательных во времени частот.

   Фиг. 1