Измерения мгновенного

Кроме трех основных способов измерения силы, существуют еще-специальные способы, основанные на использовании датчиков, которые или трудно включить в данную ранее схему классификации, или они имеют значительные отличия от обычных датчиков. Такими методами являются: измерение силы с помощью суммирующих платформенных весов, с помощью многокомпонентных датчиков и устройств для измерения механического импеданса, а также измерение силы без датчика силы.

Рис. 3.123. Устройство для измерения механического импеданса.

/К— устройство для измерения механического импеданса; К А—датчик силы; 8л — акселерометр.

3.2.4.3. Устройства для измерения механического импеданса

F— полная сила в комплексном виде, приложенная в данной точке; v— скорость виброперемещения в комплексном виде. На рис. 3.123,6 показано устройство для измерения механического импеданса. Оно состоит из датчика силы /Си (например, кварцевого) и пьезокерамического акселерометра SA • Для определения ВУ следует интегрировать по времени выходное напряжение SA.

— для измерения -механического импеданса 345

3.2.4.3. Устройства измерения механического импеданса . . 345

Для измерения механического импеданса используют генератор, усилитель мощности, вибровозбудитель, датчик силы и анализаторы.

Рис. 70. Диапазоны измерения механического импеданса головки 8001

Серийно выпускаемые импедансные головки типов 8000 и 8001 (универсальная) фирмы Bruel and Kjaer предназначены для измерения механического импеданса упругих и мягких материалов. а также легких механических объектов (тип 8001).

В ряде исследований делались попытки создания механической модели тела человека-оператора при работе с пневматическим отбойным молотком. В работе Д. Дик-мана [25] на основании измерения механического импеданса предлагается механическая колебательная модель системы «кисть — рука» (рис. 6) при гармоническом возбуждении. Для определения демпфирующих и упругих свойств системы «кисть — рука» вводится упрощенная

Соотношения (3), (4), (7) позволяют обоснованно подойти к выбору полосы пропускания линии связи, .метрологических характеристик блоков схемы и доказывают ослабление погрешности yi в d/2 раз, а погрешности «узкодиапазонного» квадратора в d2 раз. По аналогии можно показать, что в каналах измерения мгновенного и среднего значений сигнала погрешность yi ослабляется в d раз.

ИЗМЕРЕНИЯ МГНОВЕННОГО СУТОЧНОГО ХОДА

.фактором, сдерживающим Широкое использование цифровых средств измерения мгновенного суточного хода в производственных условиях при проведении диагностики, является невысокая помехозащищенность. Действие импульсных помех значительно искажает картину процесса измерения и существенно снижает достоверность измерения мгновенного суточного хода и влияет, в конечном счете, па достоверность контроля состояний объекта измерения. Существующие цифровые средства измерения мгновенного суточного хода основаны на квантовании заданного промежутка времени импульсами кварцевого генератора при следующей зависимости [1]:

Как видно из (I), число Д' определяет время измерения мгновенного значения суточного хода, которое может быть определено из условия изменений текущих периодов колебаний баланса за данный интервал:

Аппаратурная реализация алгоритма измерения мгновенного суточного хода достаточно проста, один из наиболее распространенных вариантов алгоритма представлен на рисунке. Согласно его структурной схемы звуковые шумы, возникающие при функционировании анкерного спуска и следующие через временной интервал, равный полупериоду колебаний баланса, воспринимаются пьезодатчиком /, преобразуются в импульсы тока и поступают на формирователь полупериодов колебаний баланса. На выходе формирователя 86

2 образуется последовательность прямоугольных импульсов, период следования которых соответствует текущему периоду колебаний баланса контролируемых часов, а длительность одного прямоугольного импульса равна полупериоду, т. е. в случае, если отсутствует погрешность регулировки статического равновесия системы баланс—спираль, на выходе формирователя образуется последовательность прямоугольных импульсов со скважностью, равной двум (меандр). Если эта погрешность есть, то длительность прямоугольных импульсов и пауз, составляющих период, не равна полупериоду колебаний баланса и длительность их может изменяться по случайному закону. С выхода формирователя 2 последовательность прямугольных импульсов через логическую схему «И» поступает па блок формирования времени измерения, который разрешает прохождение импульсов кварцевого генератора 5 через логическую схему «И» на реверсивный счетчик 10 за время, определяемое соотношением (2). На реверсивный счетчик 10 предварительно заводится уставка /? = 86400, считывающаяся импульсами кварцевого генератора за время, определяемое блоком 6. Оставшееся после считывания число в реверсивном счетчике будет определять мгновенный суточный ход. Таким образом, блок 6 подсчитывает К периодов колебаний баланса и определяет длительность измерения мгновенного суточного хода. Подсчет числа импульсов в блоке 6 обычно производится счетчиком и внешние импульсные помехи в первую очередь оказывают влияние на него, вследствие чего вместо заданного интервала измерения формируется интервал меньшей длительности и пропорциональный

Уменьшая время измерения мгновенного суточного хода, т. е. уменьшая К, (минимальное Л'=1), можно повысить помехозащищенность блока 6, поскольку уменьшается вероятность попадания k импульсов за данный интервал, по при этом результат измерения основывается на анализе меньшего числа периодов колебаний баланса и достоверность измерения реального суточного хода уменьшается. Последнее легко доказать, если преобразовать соотношение (1):

Из соотношения (5) видно, что с увеличением интервала измерения повышается возможность получения наилучшей оценки для ATi, но помехозащищенность измерения падает. Так, если предположить, что время измерения мгновенного суточного хода 30с при Т„ — 0,4с. Л' = 75 и Я (среднее число импульсов в единицу времени) соответственно равно 1, 3, 5..., то результат измерения мгновенного значения суточного хода завышается соответственно в 30, 100, 200 и более раз, т. е. результаты измерений будут восприниматься как грубые ошибки и информация о мгновенном значении суточного хода за данный интервал измерения будет утрачена. Появление таких грубых ошибок объясняется тем, что под воздействием импульсных помех изменяется интервал измерения (изменяется число К) , поскольку в блоке 6 счетчик выдает сигнал об окончании измерения после подсчета им К импульсов, при этом в эти К импульсов будут входить и импульсы помехи, что приводит к уменьшению времени измерения (уменьшению /). на величину, пропорциональную среднему числу импульсов помехи Я в единицу времени. Для сохранения достоверности

измерения мгновенного суточого хода при изменении К необходимо изменить и частоту / кварцевого генератора, что при использовании известного алгоритма измерения трудно осуществимо. Один из вариантов повышения помехозащищенности измерения мгновенного суточного хода заключается в статистической обработке периодической последовательности импульсов, входящих в измерительный интервал. Из выражения (4) видно, что мгновенный суточный ход пропорционален сумме К отклонений A7V, умноженной на масштабный коэффициент. Наличие импульсных помех приводит к значительному изменению AT;, которое необходимо исключить из рассмотрения, т. е. возникает проблема, известная в статистике как проблема отбрасывания данных. Сведения из работы [2] и проведенные автором эксперименты показали, что АЛ за интервал измерения изменяются случайным образом и представляют собой случайный стационарный процесс, распределенный по нормальному закону с математическим ожиданием т м- и среднеквадрэтическим отклонением олу-

где NI — число импульсов эталонной частоты f3, поступивших за время А7\- на счетное устройство, которое записывается в ячейки запоминающего устройства (ОЗУ) канала измерения мгновенного суточного хода.

Полученное значение л необходимо сравнить с некоторым выбираемым порогом. Если использовать критерий Шовене [33], то при /г<1/2 ДГтах отбрасывается, т. е. остается К, — 1 значений ДГ,. Далее выбирается из ОЗУ следующее значение А'Л- и алгоритм повторяется. Таким образом, после анализа значений ДГ,- остается К — h отклонений периодов колебаний баланса от своего номинального значения, где h — число отброшенных периодов, которые подвергались действию помех. Окончательное выражение для измерения мгновенного суточного хода получим в следующем виде: