Обоснование выбора датчиков проектируемого прибора.

Имеется стандартная разрывная машина, приводимая в движение электродвигателем переменного тока. В этой установке имеется несколько движущихся частей, поэтому было бы целесообразно проектировать датчики на базе этих подвижных частей.

Итак, в рассматриваемой разрывной машине образец полимера помещается между зажимами, закрепляется там, и посредством двигателя через цепь создается усилие. В результате верхний зажим остается почти неподвижным, а нижний под действием всё увеличивающегося усилия, постепенно движется вниз. Верхний зажим связан со стрелкой динамометра закреплённой на оси, посредством шестерёнки. Указатель стрелки двигается по шкале, на расстоянии 360 мм от оси, показывая усилие.

Т.о., имеются следующие вращающиеся части: ведомый шкив двигателя, зажимы, шкив стрелки и сама стрелка с указателем, фиксирующим усилие.

Для внесения минимальных изменений в конструкцию разрывной машины логично произвести сопряжение проектируемых датчиков со шкивом, установленном на валу двигателя, и стрелкой динамометра.

Для измерения угла поворота вала двигателя и вала стрелки динамометра возможно использование синусно-косинусного трансформатора, либо индуктосина, т.к. они обеспечивают высокую точность. К их недостаткам следует отнести громоздкость, большое энергопотребление, и их высокую стоимость, а также сложность преобразования аналового сигнала в цифровой вид и наличие соответствующей аппаратуры для этой цели. Поэтому используем фотоэлектронный датчик, состоящий из фотоизлучающего и фотоприемного узлов, который будет генерировать электрические импульсы. Импульсы будут генерироваться на выходе с датчика при прохождении шторки между фотоизлучающим и фотоприемным узлами. Частота следования импульсов будет пропорциональна угловой скорости () шкива двигателя. Продифференцированное значение угловой скорости даст перемещение () или относительное удлинение образца.

К достоинствам фотоэлектронных датчиков следует отнести их небольшую энергоёмкость, небольшие габариты, простоту монтажа и легкость преобразования в цифровой сигнал, а также небольшую их стоимость.

В качестве датчика усилия можно использовать датчики угла поворота, как аналоговые, так и цифровые, но надо отметить, что угловое перемещение шкива вала стрелки очень небольшое, поэтому его сложно фиксировать с требуемой точностью. Поэтому разумно совместить датчик с указателем стрелки динамометра, т.к. он достаточно удален от оси вращения и его перемещение можно будет легче фиксировать. Принцип работы этого датчика аналогичен первому. На шкале динамометра надо установить шкалу с прозрачными и непрозрачными штрихами, которая будет проходить между светодиодом и фотодиодом. Надо отметить, что цена деления этой шкалы будет меньше ценны деления существующей шкалы, это позволит несколько увеличить точность.

Разработка блок-схемы проектируемого прибора.

Проектируемый прибор является, устройством, состоящим из нескольких блоков.

Имея в виду, что выбранные датчики фотоэлектронного типа, блок-схема проектируемого прибора будет иметь вид (Рис.11).

Первый датчик состоит из двух каналов сбора информации и следующих блоков. Блок генерации модулированного сигнала служит для модуляции инфракрасного излучения с высокой частотой. Для приема излучения служит фотоприемный блок, где производится демодуляция и фильтрация сигнала. Далее информация поступает на блок обработки сигналов. Второй канал полностью идентичен первому, он необходим для определения направления движения стрелки.

Второй датчик, образованный третьим каналом сбора информации, предназначен для подсчета количества импульсов и состоит из блока излучения, фотоприемного блока и блоков фильтрации.

Основным блоком является блок обработки сигналов. Его роль заключается в сборе и обработке сигналов, идущих с двух датчиков.

Блок индикации приема и передачи служит для отображения процессов приемо-передачи информации между стендом и ЭВМ.

Блок сброса необходим для инициализации работы лабораторной установки и устранения случайных сбоев, связанных с питанием устройства, в процессе работы.

Блок формирования интерфейса нужен для согласования логических уровней блока обработки информации с уровнями сигналов интерфейса RS232.