Содержание к диссертации
Введение
I Анализ методов неразрушагощего контроля и диагностики железобетонных строительных конструкций 9
1.1. Современные методы неразрушающего контроля качества предварительно напряженных железобетонных конструкций 9
1.2. Особенности обработки частотно-временных сигналов при контроле качества железобетонных изделий 24
1.3. Сравнительный анализ методов измерения частоты 27
1.4. Обоснование возможности расширения областей применения виброчастотного метода контроля строительных конструкций 36 Выводы 39
II Анализ взаимосвязи частотно-временных и амплитудных параметров затухающих колебаний 41
2.1. Оценка зависимости частоты от декремента затухания колебаний 41
2.2. Разработка и анализ способов высокоточного измерения длительности периодов затухающих колебаний 46
2.3. Анализ взаимосвязи относительного коэффициента затухания с частотно-временными параметрами колебаний 50
2.4. Оценка точности амплитудно-временного преобразования сигналов (с использованием программы MathCAD) 55
Выводы 63
III Оценка прочностных параметров конструкций по длительности периода и декременту затухания резонансных колебаний 64
3.1. Особенности разделения изгибных и крутильных колебаний 64
3.2. Допусковый контроль качества железобетонных конструкций по длительностям периодов резонансных колебаний 71
3.3. Особенности реализации виброчастотного экспресс-контроля интегральных параметров сложных изделий 78
3.4. Особенности применения виброчастотного экспресс-контроля для диагностики и поиска дефектов железобетонных изделий 86
Выводы 90
IV Особенности построения микромощного цифрового виброметра 92
4.1. Обоснование использования датчиков ускорения в качестве датчиков перемещения для решения задач измерения информативных признаков 92
4.2. Особенности схемотехники аналогового блока виброметра 107
4.3. Функциональные преобразования блока обработки информации 111
4.4. Виброчастотный контроль НСД 116
Выводы 121
Заключение 122
Список использованных источников 124
- Особенности обработки частотно-временных сигналов при контроле качества железобетонных изделий
- Разработка и анализ способов высокоточного измерения длительности периодов затухающих колебаний
- Допусковый контроль качества железобетонных конструкций по длительностям периодов резонансных колебаний
- Особенности схемотехники аналогового блока виброметра
Введение к работе
Проблемы контроля качества в строительстве можно разделить на две группы: первая включает вопросы контроля качества при проведении строительно-монтажных работ, вторая - при производстве строительных материалов, изделий и конструкций. В отдельную подгруппу можно выделить вопросы, касающиеся диагностики строительных конструкций, а также зданий и сооружений в целом при их реконструкции и ремонте. Что касается первой группы проблем, то в настоящее время их методологическое обеспечение можно признать удовлетворительным. Подавляющее большинство видов строительно-монтажных работ обеспечено различного рода альбомами схем контроля качества, разработанными различными научно-исследовательскими и проектными организациями.
Для решения проблемы контроля качества строительных конструкций при их изготовлении на предприятиях стройиндустрии используются разрушающие и неразрушающие методы контроля и диагностики. Наиболее перспективными в области неразрушающего контроля прочности являются вибрационные методы контроля, которые в настоящее время практически не используются. Основными причинами такого положения являются: отсутствие общего стандарта на применение вибрационных методов для контроля физико-механических характеристик и оценки качества готовых строительных конструкций; отсутствие надежного методологического обеспечения, основанного на фундаментальных закономерностях строительной механики; отсутствие приемлемых научных разработок по применению вибрационных методов для контроля параметров качества конкретных строительных конструкций; отсутствие надежного и удобного в эксплуатации автоматизированного приборного комплекса и средств контроля для проведения динамических испытаний; низкая культура производства на предприятиях стройиндустрии; а также отсутствие у производственников мотивации в повышении качества строительных конструкций. Больше всего проблем возникает при диагностике конструкций и проведении реконструкции существующих зданий и сооружений. В первую очередь это относится к комплексу вопросов по оценке несущей способности как отдельных конструкций и их элементов, так и всего здания или сооружения в целом при дефиците информации об их состоянии. Практическая сложность измерений амплитуд резонансных колебаний с большим коэффициентом затухания при проведении экспериментальных исследований, большая трудоемкость и продолжительность обработки полученных данных, жесткие требования к условиям осуществления эксперимента приводят к необходимости перехода к измерению частотно-временных параметров сигналов, что позволит автоматизировать оценку прочности, жесткости и трещиностойкости железобетонных изделий, их несущую способность, а также величину преднапряжения арматуры по резонансной частоте и декременту затухания изгибных колебаний.
В связи с этим необходимо совершенствовать вибрационные методы контроля качества железобетонных конструкций в процессе их производства и эксплуатации, проводить изучение и уточнение взаимосвязи интегральных параметров качества конструкций с динамическими характеристиками. Поэтому разработка новых методов и средств неразрушающего контроля прочности железобетонных конструкций с автоматической обработкой информации является актуальной задачей, имеющей важное народнохозяйственное значение.
Целью диссертационной работы является повышение точности измерения параметров затухающих колебаний при контроле качества железобетонных изделий.
К основным задачам исследований относятся:
— анализ современных методов неразрушающего контроля качества предварительно напряженных железобетонных конструкций;
— теоретический анализ взаимосвязи частотно-временных и амплитудных параметров затухающих колебаний;
— оценка точности амплитудно-временного преобразования сигналов; — разработка алгоритмов высокоточного измерения периода, основной резонансной частоты и логарифмического декремента затухания резонансных колебаний;
— разработка требований к параметрам контролирующей аппаратуры, обеспечивающих требуемую точность измерения параметров затухающих колебаний при виброчастотном методе контроля качества изделий;
- разработка структурной схемы универсального, микро мощного мало габаритного цифрового устройства контроля прочностных параметров железо бетонных изделий с амплитудно-временным преобразованием затухающих колебаний, позволяющего реализовать измерения резонансной частоты и логарифмического декремента затухания колебаний при сравнительно малых аппаратурных затратах;
— обоснование возможности расширения областей применения виброчастотного метода контроля строительных конструкций по амплитудно временным параметрам затухающих колебаний.
Методы исследований. При решении задач использовались методы математического и схемотехнического моделирования с применением ПЭВМ, математический анализ, теория рядов, операционное исчисление, спектральное разложение сигналов.
Научная новизна работы заключается в следующем:
1) разработан виброчастотный метод неразрушающего контроля качества строительных конструкций, основанный на амплитудно-временном преобразовании параметров затухающих колебаний, в рамках которого:
- разработаны способы высокоточного измерения основной резонансной частоты и декремента затухания резонансных колебаний, обеспечивающие повышение точности измерения от трех до восьми раз при одновременном уменьшении продолжительности виброчастотного контроля различных параметров качества изделий;
- разработаны алгоритмы экспресс-измерения резонансной частоты и логарифмического декремента затухания колебаний; — разработаны способы экспресс-контроля качества строительных конструкций по периодам затухающих резонансных колебаний;
2) разработаны структурная схема и принципы построения универсального микромощного малогабаритного цифрового устройства контроля.
Практическая ценность работы заключается в том, что на основе проведённых исследований разработана структурная схема быстродействующих приборов виброчастотного контроля качества железобетонных изделий с амплитудно-временным преобразованием; разработан и апробирован цифровой прибор контроля качества железобетонных изделий с амплитудно-временным преобразованием; предложена методика экспресс-контроля основных интегральных параметров качества строительных конструкций, таких как прочность, жесткость и трещиностойкость.
Реализация и внедрение результатов исследований.
Результаты диссертационной работы внедрены в ООО СКБ «Научпри-бор» (г. Орел) и использованы в учебном процессе Академии ФАПСИ (г. Орел). Апробация и публикации результатов работы. Основное содержание диссертационных исследований изложено в докла дах на 4-й международной конференции и выставке "Цифровая обработка сиг налов и ее применение» (Москва, 2002 г.), на 4-й межведомственной конферен ции "Научно-техническое и информационное обеспечение деятельности специ альных служб" (Москва, 2002 г.), на 5-й международной конференции и вы ставке "Цифровая обработка сигналов и ее применение" (Москва, 2003 г.), на 11-й международной конференции "Информатизация и информационная безопасность правоохранительных органов" (Москва, 2002 г.), на 9-ой научно технической конференции по криптографии «Проблемы построения, развития и защиты телекоммуникационных систем» (Орел, 2003 г.), на вторых международных научных чтениях Российской академии архитектуры и строительных наук (РААСН) «Новые энергосберегающие архитектурно-конструктивные решения жилых и гражданских зданий» (Орел, 2003 г.). Основные положения работы изложены в 9 публикациях в периодической печати и оформлена заявка на изобретение. На защиту выносятся следующие положения: 1) метод виброчастотного контроля качества железобетонных конструкций с амплитудно-временным преобразованием параметров затухающих коле баний, основанный на: - алгоритмах высокоточного измерения параметров резонансных колеба ний с большим логарифмическим декрементом затухания; — способах экспресс-контроля качества строительных конструкций по амплитудно-временным параметрам затухающих резонансных колебаний; 2) универсальная структурная схема микромощного малогабаритного цифрового устройства контроля.
Особенности обработки частотно-временных сигналов при контроле качества железобетонных изделий
При проведении экспериментальных исследований в качестве устройств, регистрирующих амплитуду колебаний (перемещений), обычно используются либо пьезокристаллические датчики, либо оптопары, с выводом информации на фотопленку или самописец сейсмографа [31, 32, 40, 57...59]. При необходимости определения логарифмического декремента затухания колебаний в железобетонном изделии принудительно возбуждают колебания основной частоты с помощью импульсного электромагнитного возбудителя. Сложность проводимых экспериментов обуславливается тем, что регистрация перемещений элементов конструкций должна осуществляться в течение определенного времени. Кроме того, при проведении экспериментов существует возможность регистрации колебаний, соответствующих ложному резонансу (при настройке на гармонику колебания, частота которой кратна основной частоте колебания изделия). По полученным результатам экспериментальных исследований производят аналитический расчет основной частоты для оценки качества исследуемого изделия. Данный процесс по принятию решения с учетом целого ряда подготовительных мероприятий к эксперименту (установка изделия на испытательный стенд, его центровка, моделирование равномерно распределенной нагрузки) характеризуется большой трудоемкостью и продолжительностью во времени.
Учитывая функциональную связь между максимальным прогибом изделия и его резонансной частотой колебаний целесообразно автоматизировать процесс принятия решения о качестве изделия по основному информационному критерию - частоте колебаний при известных априорных сведениях о массе, габаритах и нагрузке изделия [25, 58, 60...62]. Погрешности и сложность измерения амплитуды механических колебаний при контроле качества изделий приводят к необходимости проведения исследований по оценке основной частоты непосредственно по частотно-временным параметрам колебаний с автоматизацией процесса контроля физико-механических параметров [57, 63].
Переход к оценке качества изделий по частотно-временным параметрам резонансных колебаний актуален также в силу следующих обстоятельств: - использование частотных датчиков открывает принципиальную возможность достижения значительно большей точности измерения по сравнению с амплитудными датчиками [64...67]. Наличие свойства высокой помехоустойчивости, присущее частотной модуляции, обеспечивает перспективность применения частотных датчиков по сравнению с амплитудными; - с энергетической точки зрения самым тяжелым участком измерительного канала для прохождения информации является участок от выхода виброизмерительного преобразователя до входа усилительно-преобразующей аппаратуры, где информация передается самым малым потоком энергии. Возникающие на этом участке потери информации уже не могут быть восполнены никакими последующими операциями. В этой связи характерно, что погрешности, возникающие, например, при использовании реостатных, индуктивных, тензорезисторных и пьезоэлектрических амплитудных преобразователей, составляющие соответственно 0,02; 0,1; 1,0; и 10 %, располагаются в точно таком же порядке, как мощности выходных сигналов преобразователей, равные соответственно 10"2, 10 э, 10"5 и 10"7Вт. Выходные мощности частотных датчиков, как правило, оказываются значительно большими. При этом мощностью, определяющей стабильность генерируемой частоты, считают колебательную (реактивную) мощность используемого резонатора, которая возрастает с ростом его добротности. Например, мощность датчиков с вибрирующими пластинами или язычками составляет (0,1.. .0,2) ВА, у LC -датчиков — до (0,01.. .0,1) В А, и даже такие маломощных колебательные системы, как акустические резонаторы или низкодобротные RC -генераторы, имеют мощность (0,1.. .0,3) мВА; — образцовые меры частоты — термостатированные кварцевые генераторы гармонических и импульсных сигналов характеризуются более высокой стабильностью, чем образцовые меры электрического напряжения — нормальные элементы или стабилизаторы напряжения, что позволяет существенно повысить точность измерения частотно-временных параметров [68, 69]; — в информационных системах с амплитудными датчиками построение коммутаторов, не вносящих значительных погрешностей в результаты измерений, составляет сложнейшую проблему. Паразитные ЭДС, переходные сопротивления и взаимное влияние каналов в таких коммутаторах приводят к появлению больших наводок и помех, особенно при сигналах малого уровня, радикальных мер борьбы с которыми не найдено до сих пор. При использовании же датчиков частотно-модулированного сигнала, практически не чувствительного ко всем перечисленным мешающим факторам, коммутаторы реализуют по простым схемам и не вносят погрешностей в результаты измерений; — при использовании частотных датчиков исключаются потери информации на этапах дальнейшего преобразования сигнала при одновременном упрощении средств обработки данных и цифровой индикации и результатов контроля. В частности, операцию высокоточного интегрирования частотного сигнала можно реализовать на простейшем цифровом счетчике импульсов, а для функционального преобразования использовать микроконтроллеры и т. п.
Существуют два реальных пути частотного преобразования выходных сигналов вибрационных датчиков. Первый основан на сравнении амплитуды выходного сигнала датчика с некоторым пороговым значением и формировании импульсов в моменты равенства этих величин, с дальнейшей передачей полученных импульсов по каналу связи. Второй способ заключается в непосредственном преобразовании мгновенных значений выходного сигнала датчика в частотно-модулированный сигнал, который затем можно передать на блок обработки информации как по гальваническому, так и по радиоканалу.
Разработка и анализ способов высокоточного измерения длительности периодов затухающих колебаний
Для повышения достоверности и сокращения времени контроля частоты изгибных затухающих колебаний железобетонных изделий предложен новый способ измерения периодов резонансных колебаний [92, 93].
По аналогии с известным принципом виброчастотного контроля, для определения резонансной частоты изгибных колебаний изделие устанавливают на подвижную и неподвижную опоры испытательного стенда (рисунок 2.1), закрепляют вибрационный датчик и подвергают изделие ударной нагрузке. При этом основное отличие предложенного способа заключается в изменении алгоритма обработки полученных экспериментальных данных, обеспечивающего значительное повышение точности измерений при относительно больших значениях логарифмического декремента затухания колебаний 6.
Согласно полученным по программе MathCAD графикам (рисунок 2.4), уменьшение амплитуды UM. затухающих колебаний приводит к дискретному
увеличению длительности ATj+] каждого последующего импульса по сравнению с длительностью Д7} предыдущего, что соответствует и выражению (2.3). Изменение длительностей данных импульсов целесообразно использовать для коррекции результатов измерения периода Тх затухающих колебаний.
Согласно графикам рисунка 2.4, начало и конец измеряемого периода Тх соответствуют середине длительности первого ATi и третьего А7з импульсов в рассматриваемом интервале измерения Тизм- Следовательно, если цикл измерения начинать по фронту любого у-го импульса и заканчивать по срезу (/ + 3)-го импульса, то для вычисления периода можно использовать выражение вида TX=TA + AT2 + ДГв + 0,5(ЛГ, + АГз), (2.4) где 7д и 7в — длительности двух пауз между импульсами (рисунок 2.4).
В простейшем случае цифрового измерения периода посредством его заполнения импульсами высокой опорной частоты, суммируемыми в счетчике, можно использовать менее точное выражение, основанное на линейной аппроксимации длительностей импульсов АТ2 « (ДГ! + ДГ3) / 2. При таком допущении не требуется выполнять операцию умножения на дробный коэффициент, и для расчета периода Тх затухающих колебаний можно использовать формулу вида Гх Л +Тд+Гв+ДГз. (2.5)
Фактически при реализации формулы (2.5) нужно суммировать результаты измерений двух полупериодов колебаний, первый из которых начинается по фронту первого (/-го) импульса и заканчивается по фронту второго (j + 1), а второй полупериод начинается по срезу второго (/ + 1)-го и оканчивается по срезу третьего (J -н 2)-го импульса в цикле измерения Тх (рисунок 2.4).
Вычисления длительности периода колебаний Тх по формулам (2.4), (2.5) можно реализовать в цифровой форме не только с помощью микропроцессора, но и на реверсивном счетчике, и выполнять умножение на коэффициент 0,5 посредством двукратного снижения частоты /о счетных импульсов [97].
Формирование импульсов, длительность А7} каждого из которых обратно пропорциональна мгновенной амплитуде UM . каждой полуволны сигнала, позволяет реализовать не только точное измерение периодов, но и упростить вычисление относительного декремента затухающих колебаний 8. Данное утверждение можно пояснить по графику затухающих колебаний, показанному на рисунке 2.6, если по оси абсцисс вместо координаты времени t откладывать значения текущей фазы ф = Ш, выраженные в радианах.
Согласно (2.12), при расчете коэффициента затухания колебаний нужно выполнить операцию деления разности измеряемых величин на их сумму. При данной операции исключается размерность измеряемых величин, т. е. результат вычисления коэффициента затухания колебаний в принципе не зависит от применяемой единицы измерения (в градусах, в радианах или в секундах). Следовательно, при реализации такого алгоритма для оценки коэффициента затухания требуется просто измерять цифровым способом длительность импульсов, формируемых схемой совпадения D3 (рисунок 2.5), и выполнять простейшие арифметические операции вычитания, сложения и деления (с учетом числа я).
Допусковый контроль качества железобетонных конструкций по длительностям периодов резонансных колебаний
Неразрушающий допусковый контроль качества железобетонных изделий необходим при производстве железобетонных балочных плит и изделий. Известные способы виброчастотного контроля основаны на измерении частоты и коэффициента затухания резонансных колебаний испытуемого образца, которые сравнивают с аналогичными параметрами эталонной конструкции или ее эквивалентной модели [22, 24]. При контроле динамических параметров испытуемое изделие устанавливают на двух опорах и предварительно нагружают в соответствии с предполагаемыми условиями эксплуатации. Затем возбуждают резонансные колебания либо электромагнитным вибратором, либо импульсом электромагнитной пушки, после чего измеряют резонансную частоту.и, при необходимости, амплитуду затухающих колебаний, по изменению которой вычисляют логарифмический декремент затухания. Для оценки прочностных характеристик используют эмпирические соотношения между динамическими и интегральными параметрами качества изделия [93, 94].
Несмотря на различие контролируемых параметров, к которым, в первую очередь, относятся интегральная оценка несущей способности, прочность, жесткость и трещиностойкость железобетонных изделий, допусковый контроль качества, в условиях производства реализуют по отношению частоты и декремента затухания испытуемого изделия к аналогичным параметрам эталонной конструкции. При этом требуется вычислять только отношения измеренных и контрольных величин и сравнивать полученные результаты с допустимыми границами, и делать выводы о прочностных параметрах испытуемого изделия по относительному отклонению резонансной частоты и декремента затухания.
Большинство известных способов допусков ого контроля качества железобетонных конструкций основано только на сравнении резонансной частоты испытуемого и эталонного изделий. Как правило, для определения основной частоты изгибных колебаний устанавливают на стенде элемент конструкции, к которому прикладывают равномерно распределенную нагрузку, и после возбуждения колебаний измеряют резонансную частоту первой гармоники [103...105].
При сравнительной простоте методики допускового контроля механических параметров его достоверность практически ограничивается точностью измерения резонансной частоты в низкочастотном и инфранизкочастотном (ниже 20 Гц) диапазонах. Как правило, измерение частоты в указанных диапазонах выполняется с относительной погрешностью не менее 1 %, что обусловлено влиянием методической погрешности дискретности (при длительности цикла цифрового измерения частоты в пределах от одной до десяти секунд) [20, 24].
Для повышения точности измерения резонансной частоты при допуско-вом контроле железобетонных балок обычно используют два способа - либо измеряют высшие гармоники резонансных колебаний, например, третью, пятую или седьмую гармонические составляющие, либо под контролируемым изделием устанавливают дополнительные промежуточные опоры, чтобы повысить эквивалентную частоту первой гармоники колебаний, которая обратно пропорциональна расстоянию между опорами [38]. В итоге, практическое использование данных способов связано с повышением трудоемкости и длительности цикла до пускового контроля, ограничивающими их широкое применение в производственных условиях. Вследствие этого, более перспективным способом является использование амплитудно-импульсного преобразования и реализация допускового контроля прочностных параметров путем- сравнения длительностей периодов резонансных колебаний испытуемого и эталонного изделий.
Для интегральной оценки качества предварительно изгибаемых железобетонных элементов при допусковом контроле используют критерий, представляющий из себя произведение веса элемента Р и квадрата основной частоты его изгибных колебаний ff, которую определяют в контролируемом элементе и сравнивают с аналогичным критерием эталонного элемента той же марки [33]. Обычно при реализации данного способа контроля используют двухканальное устройство, содержащее кроме двух вибрационных датчиков и активных низкочастотных фильтров аналоговый переключатель, аналого-цифровой преобразователь и микропроцессорный блок обработки информации. При этом для повышения достоверности результатов допускового контроля нужно реализовать автоматическую регулировку коэффициента усиления одного измерительного канала, чтобы уровнять амплитуды колебаний сравниваемых изделий [33]. Использование предварительного амплитудно-импульсного преобразования выходных сигналов вибрационных датчиков, установленных на боковых поверхностях контролируемого изделия, позволяет повысить точность преобразования, исключить влияние крутильных колебаний на результат измерения и одновременно упростить конструкцию устройства контроля в целом.
Для проведения допускового контроля используют два вибрационных датчика, которые устанавливают непосредственно на боковых поверхностях объекта контроля и на прямой, перпендикулярной его продольной оси. К выходам датчиков подключают активные низкочастотные фильтры, служащие для усиления полезных сигналов и одновременного подавления спектральных составляющих выше диапазона колебаний контролируемого элемента. После ударного возбуждения резонансных колебаний в контролируемом изделии с помощью электромагнитной пушки (импульсного ударника) выходные сигналы активных фильтров сравниваются компараторами с разнополярными пороговыми уровнями напряжения ±6тгор. В результате сравнения на выходах компараторов формируется последовательность прямоугольных импульсов, которые подаются на вход микропроцессора для выделения и цифрового измерения длительности периода Тр= \//р колебаний резонансной частоты . При этом схема построения устройства допускового контроля аналогична рисунку 3.3.
Особенности схемотехники аналогового блока виброметра
Основные технические характеристики и, главное, чувствительность и точность цифрового прибора экспресс-контроля качества железобетонных изделий существенно зависят от стабильности параметров аналогового блока, служащего для преобразования выходного сигнала датчика в импульсную форму. Поэтому при создании экспериментального образца виброметра особое внимание уделено применению современных схемотехнических приемов, позволяющих не только скомпенсировать или ослабить влияние внешних факторов на точность амплитудно-временного преобразования резонансных колебаний, но и обеспечить надежное функционирование прибора при минимальном энергопотреблении от автономного источника питания (гальванического элемента 9 В).
При реализации аналогового блока учитывались три основных фактора, влияющих на стабильность результатов измерений: 1) выходной сигнал акселерометра ADXL105, применяемого для преобразования резонансных механических колебаний в электрические, содержит высокочастотные составляющие, для снижения которых необходимо применять низкочастотную фильтрацию в узком частотном диапазоне; 2) для исключения влияния температурного дрейфа выходного сигнала акселерометра на точность формирования импульсов требуется использовать способы аддитивной коррекции в аналоговой или цифровой форме; 3) нужно исключить возможность насыщения усилителя, питаемого от автономного источника с напряжением t/пит = 9 В при ударном возбуждении контролируемой конструкции и высоком коэффициенте усиления фильтра.
Для повышения времени непрерывной работы прибора без смены гальванического элемента питания необходимо ограничение мощности, потребляемой аналоговой схемой от источника автономного питания.
С учетом данных требований в виброметре применен активный фильтр на усилителе, входящем в состав акселерометра ADXL105 (рисунок 4.7, а).
Анализ параметров данного фильтра выполнен на ПЭВМ с применением программы схемотехнического моделирования Electronics Workbench. Согласно результатам моделирования, фильтр обеспечивает максимальный коэффициент усиления Кф& 65 в частотном диапазоне от 2 до 48 Гц (рисунок 4.7, б).
Для упрощения аналоговой части малогабаритного виброметра в качест ве компараторов целесообразно использовать триггеры Шмитта. Триггеры Шмитта - это устройства с положительной обратной связью, предназначенные для помехоустойчивого формирования импульсов из аналогового сигнала. Положительная обратная связь увеличивает коэффициент усиления и расширяет зону нечувствительности или зону гистерезиса. Это приводит к скачкообразному изменению выходного напряжения триггера Шмитта даже при медленном увеличении или уменьшении входного зашумленного сигнала.
Триггеры Шмитта характеризуются тремя параметрами: порогом срабатывания UCPAB, порогом отпускания С/отп и гистерезисом AUr= t/cPAE - t/отп В отличие от других логических элементов, срабатывающих при входном напряжении ЇУВх = &ПОР триггеры Шмитта при увеличении t/Bx переключаются на уровне С/СРАБ Uuov, и при уменьшении UBx - на уровне U0Tu %ОР И имеют релейную или гистерезисную амплитудную характеристику.
Триггеры Шмитта с заданным гистерезисом реализуют на логических элементах с резисторами jRlt R2 в цепи положительной обратной связи, изменением которых можно установить требуемую зону гистерезиса (рисунок. 4.8). При реализации компараторов на простых логических элементах исключается необходимость согласования уровней сигналов при подключении аналоговой части прибора к цифровому блоку обработки и обеспечивается возможность применения одно полярного источника питания напряжением + 5 В. Типовые микросхемы триггеров Шмитта на ТТЛ логических элементах (типов К1533ТЛ2 или К555ТЛЗ) имеют уровень срабатывания /СРАБ да 1,7 В, порог отпускания Сотп и 0,9 В и зону гистерезиса АС/Г й 0,8 В, симметричную относительно среднего напряжения срабатывания С/ПОР 1,3 В. Аналогичные параметры КМОП микросхем триггеров Шмитта (типов К561ТЛ1, КР1554ТЛ1) зависят от напряжения питания: /СРАБ Ю чтит, /отп и А С/г да 0,33 С/пит
