Нуль-индикатор

САНИЕ

ОП И ((() 809041

Союз Советских

Социалистических

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 07.05.79 (21) 2762233/18-24 с присоединением заявки ¹вЂ” (23) Приоритет— (51) М. Кл.з

G 05 В 1/01

Государственный комитет

Опубликовано 28.02.81. Бюллетень № 8

Дата опубликования описания 10.03.81 (53) УДК 621.374 (088.8) по делам изобретений и открытий (72) Авторы изобретения

В. Ф. Вербов и А. Г. Сукиязов (71) Заявитель (54) НУЛЬ-ИНДИКАТОР

Изобретение относится к автоматике, электроизмерительной и вычислительной технике и может использоваться при построении высокоточных аналого-цифровых преобразователей и в системах автоматического контроля.

Существует три основных типа нуль-индикаторов: регенеративные, прямого усиления и импульсные.

Известен нуль-индикатор регенеративного типа, состоящий из широкополосного неинвертирующего усилителя с обшей глубокой отрицательной обратной связью и цепью положительной обратной связи, резистивно-емкостных полосовых фильтров, усилителя-ограничителя, низкочастотного фильтра, высокочастотного фильтра и модулятора (1).

Однако это устройство имеет низкую стабильность и чувствительность фиксации нулевого значения входного напряжения.

Известен нуль-индикатор с усилителем постоянного тока, состоящий из операционного усилителя, формирователя, источника порогового напряжения, коммутатора, порогового элемента и фильтра (2).

Недостаток таких нуль=индикаторов— значительный дрейф нуля усилителей.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является нуль-индикатор, содержащий модулятор, выполненный на пьезоэлементе с одной зеркальной гранью, напротив которой расположено регистрирующее устройство, между модулятором и регистрирующим устройством укреплено полупрозрачное зеркало под углом то 45 и зеркальной поверхности пьезоэлемента, источник монохроматического света, расположенный напротив полупрозрачного зеркала так, что направление светового пучка параллельно зеркальной поверхности пьезоэлемента, две противоположные грани ко торого подсоединены ко входным клеммам нуль-индикатора. Известный нуль-индикатор обладает высоким входным сопротивлением, стабильностью, широким диапазоном изменения входного сигнала (3).

Однако этот нуль-индикатор имеет большое значение порога чувствительности.

Цель изобретения — уменьшение порога чувств и тел ь ности нул ь-и иди ка тор а.

809041

Поставленная цель достигается тем, что в нуль-индикатор, содержащий модулятор, выполненный на пьезоэлементе, две противоположные грани которого подключены к входным выводам нуль-индикатора, полупрозрачное зеркало, установленное между 5 зеркальной гранью пьезоэлемента и оптическим входом преобразователя светового сигнала в импульсный под углом 45 к световому пучку, и источник монохроматического света, установленный на оси, параллельной зеркальной грани пьезоэлемента, введен дополнительный модулятор, выполненный на пьезоэлементе, зеркальная грань которого установлена на одной оси с источником монохроматического света по другую сто15

50 рону полупрозрачного зеркала, а две другие грани пьезоэлемента дополнительного модулятора подключены к входным выводам нуль-индикатора.

На чертеже представлена функциональная схема предлагаемого нуль-индикатора.

Устройство содержит входные шины 1, связанные с взаимопротивоположными гранями пьезоэлементов модуляторов 2 и 3, зеркальная грань пьезоэлемента первого модулятора 2 расположена напротив входа фотоэлемента 4 преобразователя 5 светового сигнала в импульсный. Зеркальная грань пьезоэлемента дополнительного модулятора 3 находится напротив выхода источника

6 монохроматического света, а на пересечении осей, на которьп установлены элементы 2 и 4 и 3 и 6 размещено полупрозрачное зеркало 7 под углом 45 к данным осям, первый выход фотоэлемента 4 через формирователь 8 импульсов, дифференцирующий блок 9, элемент И 10 связан с суммирующим входом реверсивного двоичного )двустороннего счетчика 11. Второй выход фотоэлемента через аналогичные элементы связан с вычитающим входом счетчика 11, выход которого подключен к выходу нульиндикатора 12.

Преедлагаемый нуль-индикатор работает следующим образом.

Монохроматический луч света от источника 6 делится на два когерентных луча полупрозрачным зеркалом 7, первый луч падает на зеркальную грань пьезоэлемента дополнительного модулятора 3, отражается сначала от нее, затем от полупрозрачного зеркала 7 и попадает на вход регистрирующего блока. Одновременно второй когерентный луч падает на зеркальную грань пьезоэлемента модулятора 2, отражается от нее и, пройдя через полупрозрачное зеркало 7, попадает также на вход регистрирующего блока 5. Так как лучи когерентны, то на его входе наблюдается интерференционная картина.

Пусть r 1 и г2 — пути, которые проходят первый и второй лучи соответственно от источника 6 света до входа преобразователя

5. Тогда, если r 1 — r = mg, то бу ет максимум интерференции, если r — г =

+/ минимум интерференции, где m — целое число,,Я. — длина волны монохроматического света.

Пути r 1, г зависят от величины деформации пьезоэлементов, которая в общей случае определяется по формуле

Ьг = diUX, где bl — абсолютная величина деформации;

d — коэффициент, характеризующий обратный пьезоэффект материала;

Ц, -входное контролируемое напряжение.

Таким образом, только при наличии на входе 1 изменяющегося во времени контролируемого напряжения, на входе преобразователя 5 будет движение интерференционных полос, а при нулевом или установившемся значениях напряжения на входе 1 движения полос не будет. Движение интерференционных полос преобразуется фотоэлементами 4, формирователями 8, дифференцирующим устройством 9 и элементами

И 10 в короткие импульсы, которые поступают на суммирующий или вычитающий входы реверсивного счетчика 11 в зависимости от возрастания или убывания входного контролируемого напряжения, а также и от его полярности.

Яуль-индикатор настраивается так, что в исходном нулевом состоянии в реверсивном счетчике записано N импульсов. При наличии входного изменяющегося напряжения на входе 1 в нуль-индикаторе действуют описанные выше процессы и реверсивный счетчик суммирует или вычитает импульсы, получаемые в преобразователе 5 при движении интерференционных полос. Как только входное напряжение равно нулю в реверсивном счетчике опять будет N импульсов, что определенным образом фиксируется на выходе 12.

Применяя в нуль-индикаторе один пьезоэлемент, сдвиг интерференционных полос, достаточный для регистрации, наблюдается при изменении разности расстояний r и г на / (при этом зеркальная грань пьезоэлемента должна сместиться на Xgg)

Вводя в состав предлагаемого нуль-индикатора второй пьезоэлемент, включенный в схему так, что при определенной полярности входного сигнала один пьезоэлемент увеличивает, а второй уменьшает свои геометрические размеры (или наоборот), зеркальные грани каждого пьезоэлемента смещаются не на 7/, а на /аа

Действительно, в этом случае путь r, увеличивается (уменьшается) íà j> gj<< / путь r уеньщаетс (увеличивается) также на Щ +7 с I8, а результирующая разность хода лучей изменяется на тр1;буемую величину.Я. (так как Я +$ = / )

Таким образом, порог чувствительйостй

4U предлагаемого нуль-индикатора умень80904

5 шается по сравнению с известным в 2 раза. что приводит к повышению чувствительности предлагаемого нуль-индикатора. 5

Формула изобретения

Нуль-индикатор, содержаший модулятор, выполненный на пьезоэлементе, две противоположные грани которого подключены к входным выводам нуль-индикатора, полупрозрачное зеркало, установленное между зеркальной гранью пьезоэлемента и оптическим входом преобразователя светового сигнала в импульсный под углом 45 к световому пучку и источник монохроматического света, установленный на оси, параллельной зеркальной грани пьезоэлемента, отличающийся тем, что, с целью уменьшения порога чувствительности, в него введен дополнительный модулятор, выполненный на пьезоэлементе, зеркальная грань которого установлена соосно с источником монохроматического света по другую сторону полупрозрачного зеркала, а две другие грани пьезоэлемента дополнительного модулятора подключены к входным выводам нуль-индикатора.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР № 447674, кл. G 05 В 1/01, 1972.

2. Авторское свидетельство СССР № 504176, кл. G 05 В 1/01, 1974.

8. Авторское свидетельство СССР № 619896, кл. G 05 В 1/01, 1977 (прототип).

Составитель С. Белан

Редактор И. Ковальчук Техред А. Бойкас Корректор В. Бутяга

Заказ 10877/52 Тираж 940 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП «Патент», г. Ужгород, ул. Проектная, 4