RU1775036C - Differential capacitive displacement meter - Google Patents

Differential capacitive displacement meter

Info

Publication number
RU1775036C
RU1775036C SU914942823A SU4942823A RU1775036C RU 1775036 C RU1775036 C RU 1775036C SU 914942823 A SU914942823 A SU 914942823A SU 4942823 A SU4942823 A SU 4942823A RU 1775036 C RU1775036 C RU 1775036C
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
electrode
sections
output
input
switch
Prior art date
Application number
SU914942823A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Владимир Александрович Павленко
Original Assignee
В.А.Павленко
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by В.А.Павленко filed Critical В.А.Павленко
Priority to SU914942823A priority Critical patent/RU1775036C/en
Application granted granted Critical
Publication of RU1775036C publication Critical patent/RU1775036C/en

Links

Landscapes

  • Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)

Abstract

Изобретение относитс  к измерительной технике и имеет целью расширение диапазона измерени  емкостного измерител  линейных перемещений, который содержит секционированные потенциальный и экранирующий электроды, а также выполненный в виде цельной пластины токовый электрод . Секции экранирующего электрода установлены подвижно относительно жестко соединенных между собой токового и потенциального электродов и присоединены к шине нулевого потенциала. При его перемещении измен етс  площадь перекрыти  соответствующих секций потенциального и токового электродов. Информацию о величине линейного перемещени  получают в виде количества импульсов, снимаемых с выхода блока обработки сигналов, присоединенного к токовому электроду через усилитель и коммутатор. 3 ил.The invention relates to measuring technique and is intended to expand the measuring range of a capacitive linear displacement meter that contains sectioned potential and shielding electrodes, as well as a current electrode made in the form of a single plate. The sections of the shielding electrode are mounted movably relative to the current and potential electrodes rigidly interconnected and are connected to the bus of zero potential. As it moves, the overlap area of the respective sections of the potential and current electrodes changes. Information on the magnitude of the linear displacement is obtained as the number of pulses taken from the output of the signal processing unit connected to the current electrode through an amplifier and a switch. 3 ill.

Description

слcl

сwith

Изобретение относитс  к измерительной технике и может быть использовано во всех област х народного хоз йства.The invention relates to measuring technique and can be used in all areas of the national economy.

Известен емкостной измеритель перемещений 1.Known capacitive displacement meter 1.

Его высока  конструктивна  сложность и малый диапазон измерени  ограничивают область его применени .Its high structural complexity and small measuring range limit its scope.

Наиболее близким по технической сущности и1 достигаемому эффекту  вл етс  дифференциальный емкостной измеритель перемещений, содержащий два секционированных электрода, установленных в параллельных плоскост х с возможностью относительного перемещени  в направлении изменени  площади их взаимного перекрыти  и имеющих одинаковую ширину секций, рассто ни  между которыми у первого электрода равны половине ширины одной секции, а у второго электрода равны их ширине, предназначенные дл  подключени  к электродам источник питани  переменного тока и блок обработки сигналов 2.The closest effect in terms of technical essence and 1 is a differential capacitive displacement meter containing two sectioned electrodes mounted in parallel planes with the possibility of relative movement in the direction of changing the area of their mutual overlap and having the same width of sections, the distances between which at the first electrode are equal half the width of one section, and at the second electrode equal to their width, designed to connect the electrodes to the electrodes current and signal processing unit 2.

Его недостаток-технологическа  сложность изготовлени  первого электрода при больших геометрических размерах, т.е. при необходимости измер ть большие перемещени .Its disadvantage is the technological complexity of manufacturing the first electrode with large geometric dimensions, i.e. if necessary, measure large displacements.

Цель изобретени  - увеличение диапазона измерений.The purpose of the invention is to increase the measurement range.

Цель достигаетс  тем, что дифференциальный емкостной измеритель перемещений , содержащий два секционированных электрода, установленных в параллельных плоскост х с возможностью относительного перемещени  в направлении изменени  площади их взаимного перекрыти  и имеющих одинаковую ширину секций, рассто ни  между которыми у первого электрода равны половине ширины одной секции, а у второго электрода равны их ширине, предназначенный дл  подключени  к электроXIThe goal is achieved in that a differential capacitive displacement meter containing two sectioned electrodes mounted in parallel planes with the possibility of relative movement in the direction of changing the area of their mutual overlap and having the same width of the sections, the distances between which the first electrode is equal to half the width of one section, and at the second electrode they are equal in width, designed to be connected to electro

VJVj

сл оword about

со аwith a

САCA

дам источник питани  переменного тока и блок обработки сигналов дополнительно снабжен третьим электродом, выполненным в виде цельной электропроводной пластины , жестко соединенной с первым электродом, трем  коммутаторами, делителем частоты, усилителем и инвертором, усилитель и последовательно соединенный с ним первый коммутатор включены между третьим электродом и первым входом блока обработки сигналов, ко второму входу которого присоединен первый выход питающего генератора, делитель частоты присоединен входом к этому же выходу питающего генератора, а выходом - к управл ющим входам трех коммутаторов, второй коммутатор присоединен своим входом ко второму выходу питающего генератора непосредственно , а третий коммутатор - через инвертор, выходы этих коммутаторов присоединены к соответствующим секци м первого электрода, которые соединены между собой с интервалом в три секции и образуют четыре группы секций, а секции второго электрода соединены параллельно и подключены к шине нулевого потенциала.I will give an AC power source and a signal processing unit is additionally equipped with a third electrode made in the form of a solid conductive plate rigidly connected to the first electrode, three switches, a frequency divider, an amplifier and an inverter, an amplifier and a first switch connected in series with it are connected between the third electrode and the first input of the signal processing unit, to the second input of which the first output of the supply generator is connected, the frequency divider is connected by the input to the same output pi a generator, and the output to the control inputs of the three switches, the second switch is connected directly to the second output of the supply generator by its input, and the third switch is connected through the inverter to the outputs of these switches, and the outputs of these switches are connected to the corresponding sections of the first electrode, which are interconnected with an interval of three sections and form four groups of sections, and sections of the second electrode are connected in parallel and connected to the bus of zero potential.

На фиг. 1 представлена блок-схема дифференциального емкостного измерител  перемещений; на фиг, 2,3- эпюры напр жений в точках блок-схемы, указанные на фиг. 1 в зависимости от времени t и величины перемещени  х .In FIG. 1 is a block diagram of a differential capacitive displacement meter; in fig. 2,3 - voltage diagrams at points of the block diagram indicated in fig. 1 as a function of time t and magnitude of displacement.

Дифференциальный емкостной измеритель перемещений содержит три электрода, установленные в параллельных плоскост х. Первый - 1 и второй - 11 - секционированные электроды, третий - 2, выполненный в виде цельной электропроводной пластины, жестко соединенный с первым электродом.The differential capacitive displacement meter contains three electrodes mounted in parallel planes. The first - 1 and the second - 11 - sectioned electrodes, the third - 2, made in the form of a solid conductive plate, rigidly connected to the first electrode.

Усилитель 6 и последовательно соединенный с ним пзрвый коммутатор 5 включены между третьим электродом и двум  первыми входами блока обработки сигналов 8. К двум вторым входам блока обработки сигналов присоединен первый выход питающего генератора 3, к которому параллельно подсоедин етс  делитель частоты 7, св занный с управл ющими входами трех коммутаторов. Второй коммутатор 4 присоединен своим входом непосредственно к второму выходу питающего генератора. К нему, через инвертор 9 подсоедин етс  и вход третьего коммутатора 10. Выходы вто- коммутатора подсоединены к двум крайним секци м а группе первого электрода 12 и 13. Выходы третьего коммутатора подсоединены к двум средним секци м в группе первого электрода 14 и 15. Секции первого электрода соединены между собой с интервалами в три секции 12 с 16; 14с 17;An amplifier 6 and a serial switch 5 connected in series are connected between the third electrode and the two first inputs of the signal processing unit 8. The first output of the supply generator 3 is connected to the two second inputs of the signal processing unit, to which a frequency divider 7 connected in parallel is connected inputs of the three switches. The second switch 4 is connected by its input directly to the second output of the supply generator. The input of the third switch 10 is connected to it through the inverter 9. The outputs of the second switch are connected to the two extreme sections in the group of the first electrode 12 and 13. The outputs of the third switch are connected to the two middle sections in the group of the first electrode 14 and 15. Sections the first electrode is interconnected at intervals of three sections 12 with 16; 14c 17;

15 с 18 и 13 с 19, образу  четыре группы секций, при этом все секции расположены с интервалом равном половине ширины секции . Второй электрод, состо щий из параллельносоединенныхсекций ,15 s 18 and 13 s 19, forming four groups of sections, while all sections are spaced at half the width of the section. The second electrode, consisting of parallel-connected sections,

расположенных друг от друга на рассто нии , равном ширине секции подключены к шине нулевого потенциала 20. Минимальное количество секций первого электродаspaced from each other at a distance equal to the width of the section connected to the bus zero potential 20. The minimum number of sections of the first electrode

0 равно четырем, а минимальное количество секций второго электрода равно трем. В угловых датчиках длина всех трех электродов одинакова. В линейных - длина экранирующего электрода значительно превышает0 is four, and the minimum number of sections of the second electrode is three. In angle sensors, the length of all three electrodes is the same. In linear - the length of the shielding electrode significantly exceeds

5 длину двух других электродов и определ ет заданный диапазон перемещений. Блок обработки сигналов содержит фазочувстви- тельные демодул торы 21 и 22, образующие два канала прохождени  сигнала. Выход5 shows the length of two other electrodes and determines a predetermined range of displacements. The signal processing unit comprises phase-sensitive demodulators 21 and 22, which form two signal transmission channels. Output

0 первого из них подключен ко входу блока формировани  импульсов 23, а выход второго - ко входу блока формировани  импульсов 24. Выходы этих блоков соединены со входом блока определени  направлени  пе5 ремещени  25.0 of the first one is connected to the input of the pulse forming unit 23, and the output of the second is connected to the input of the pulse forming unit 24. The outputs of these blocks are connected to the input of the block for determining the direction of movement 5 of 25.

Дифференциальный емкостной измеритель перемещений работает следующим образом . С первого выхода питающего генератора 3 сигнал треугольной формы U26Differential capacitive displacement meter works as follows. From the first output of the supply generator 3, a triangular signal U26

0 поступает ко входу второго коммутатора 4, этот же сигнал через инвертор 9 поступает на вход третьего коммутатора 10 (эпюра U27, фиг. 2). Со второго выхода питающего генератора 3 сигнал пр моугольной формы по5 ступает на оба канала вычислительного блока 8 и делитель частоты 7 (IJ28). Таким образом, генератор одновременно вырабатывает синхронизированные сигналы треугольной и пр моугольной форм. Делитель0 goes to the input of the second switch 4, the same signal through the inverter 9 goes to the input of the third switch 10 (plot U27, Fig. 2). From the second output of the supply generator 3, the rectangular signal 5 is transmitted to both channels of the computing unit 8 and the frequency divider 7 (IJ28). Thus, the generator simultaneously generates synchronized signals of triangular and rectangular shapes. Divider

0 частоты 7 осуществл ет деление частоты сигнала генератора 3 в четное число раз 2т, где т,- целое число. На эпюре фиг. 2 представлен сигнал U29 дл  простейшего случа  - делени  на 2 (т 1), который определ ет0 of frequency 7 divides the frequency of the signal of generator 3 by an even number of times 2m, where m is an integer. In the diagram of FIG. Figure 2 shows the signal U29 for the simplest case, dividing by 2 (t 1), which determines

5 состо ние всех трех коммутаторов 4, 5 и 10. В течение времени 0 - ti, выход второго коммутатора 4 будет св зан с секцией 12 первого электрода 1. В это же врем  выход третьего коммутатора 10 окажетс  соеди0 ненным с секцией 15 первого электрода.5, the state of all three switches 4, 5, and 10. During the time 0 - ti, the output of the second switch 4 will be connected to section 12 of the first electrode 1. At the same time, the output of the third switch 10 will be connected to section 15 of the first electrode.

Так как на этих выходах существуют одинаковые по амплитуде и противофазные сигналы треугольной формы U26 и U27, в обоих секци х 12 и 15 по в тс  токи, зави5 с щие от емкости этих секций относительно пластины третьего электрода 2. В течение времени к выходу второго коммутатора 4 окажетс  подключенной секци  13. Коммутатор 10 подсоединит секцию 14. Входна  цепь усилител  6 выполнена резистивной иSince the triangles U26 and U27 have the same amplitude and antiphase signals, the currents in both sections 12 and 15 are dependent on the capacitance of these sections relative to the plate of the third electrode 2. Over time, to the output of the second switch 4, section 13 will be connected. A switch 10 will connect section 14. The input circuit of amplifier 6 is made resistive and

низкоомной, и поэтому конденсаторы, образованные секци ми первого электрода относительно третьего электрода, выполн ют роль генераторов тока, и напр жение на входе усилител  6 имеет форму, близкую к пр моугольной. Амплитуда и пол рность этого напр жени  определ етс  расположением секций первого электрода 1 относительно секций второго электрода 11. Дл  представленного на фиг. 1 конкретного расположени  электродов в течение времени , сигнал на выходе усилител  6 будет максимальным и иметь форму, соответствующую эпюре УЗО. а в течение времени ti-t2 - минимальным - достаточно близким к нулю .low resistance, and therefore, capacitors formed by sections of the first electrode relative to the third electrode act as current generators, and the voltage at the input of amplifier 6 has a shape close to rectangular. The amplitude and polarity of this voltage is determined by the location of the sections of the first electrode 1 relative to the sections of the second electrode 11. For the one shown in FIG. 1 of the specific arrangement of the electrodes over time, the signal at the output of amplifier 6 will be maximum and have a shape corresponding to the RCD diagram. and during the time ti-t2 - minimal - close enough to zero.

При перемещении второго электрода на половину ширины секции на выходе усилител  6 сигнал в течение времени О-ti будет минимальным, а в течение времени - максимальным (эпюра Uai). С помощью второго коммутатора 5, управл емого тем же делителем частоты 7, сигнал в течение времени О-ti, поступает на первый канал блока обработки сигнала 8 {т.е. черезфазочувстви- тельный демодул тор 21, блок формировани  23), а в течение времени ti-t2 на второй канал этого же блока (фазочувствительный демодул тор 22 и блок формировани  24). Сигналы с выхода фазочувствительных демодул торов 21 и 22 (фиг. 3), представленные на эпюрах U32 и Кзз. поступают на входы блоков формировани  23. 24. С выхода блоков формировани  поступают сигналы U34, U35 (фиг. 3), представл ющие напр жение пр моугольной формы, сдвинутые относительно друг друга-в пространстве на 90°, причем каждый импульс соответствует перемещению, равному ширине секции на чувствительном элементе. Така  форма необходима дл  построени  известных преобразователей дл  измерени  пере- мещений накапливающего типа устройства, которое осуществл ет измерение перемещени  по подсчету количества импульсов, сформированных измерительной схемой в процессе перемещени  чувствительного элемента (Домрачев В.Г. и др. Схемотехника цифровых преобразователей перемещени , М.: Энергатомиздат, 1987, с. 15-16).When moving the second electrode half the width of the section at the output of amplifier 6, the signal during the O-ti time will be minimum, and during the time - maximum (plot Uai). Using the second switch 5, controlled by the same frequency divider 7, the signal during the time O-ti, is fed to the first channel of the signal processing unit 8 {i.e. phase-sensitive demodulator 21, forming unit 23), and during the time ti-t2 to the second channel of the same unit (phase-sensitive demodulator 22 and forming unit 24). The signals from the output of the phase-sensitive demodulators 21 and 22 (Fig. 3) presented on the diagrams U32 and KZ3. arrive at the inputs of the forming blocks 23. 24. From the output of the forming blocks, signals U34, U35 (Fig. 3), representing the rectangular voltage, shifted relative to each other in space by 90 °, each pulse corresponds to a displacement equal to section width on the sensor. This form is necessary for constructing known transducers for measuring the displacements of an accumulating type of device, which measures displacement by counting the number of pulses generated by the measuring circuit during the movement of the sensor (Domrachev V.G. et al. Circuitry of digital displacement transducers, M. : Energatomizdat, 1987, p. 15-16).

В простейшем случае блок определени  направлени  движени  25 состоит из последовательно включенных IK-триггера, одно- вибратора, реверсивного счетчика и логического элемента НЕ, включенного между К-входом триггера и входом реверсивного счетчика.In the simplest case, the direction determination unit 25 consists of an IK trigger, a single vibrator, a reversible counter, and a logic element NOT connected between the trigger K input and the counter input.

Блок работает следующим образом. Сигнал с блока 23 (эпюра Usi) фиг. 3 поступает на установочный вход триггера I, сигнал с блока 24 (эпюра Ibs) поступает на вход сброса триггера К. При движении чувствительного элемента в одном направлении сигналы с блоков 23 и 24 поступают поочередно и реверсивный счетчик осуществл ет подсчет количества импульсов, поступивших с блока 23.The block works as follows. The signal from block 23 (Usi plot) of FIG. 3 arrives at the trigger input of trigger I, the signal from block 24 (Ibs plot) is fed to the reset input of trigger K. When the sensor moves in one direction, the signals from blocks 23 and 24 arrive alternately and the reversible counter calculates the number of pulses received from the block 23.

Если направление перемещени  изме0 н етс , то измен етс  пор док поступлени  импульсов и если в первом случае на выходе логического элемента была 1 и реверсивный счетчик суммировал входной импульсный сигнал, jo теперь на выходеIf the direction of movement changes, the order of arrival of the pulses changes, and if in the first case there was 1 at the output of the logic element and the reversible counter summed the input pulse signal, jo is now at the output

5 логического элемента устанавливаетс  О сигнал и реверсивный счетчик осуществл ет операцию вычитани .5 of the logic element, the O signal is set and the reverse counter performs a subtraction operation.

Таким образом, на выходе реверсивного счетчика по вл етс  сигнал, однозначноThus, a signal appears unambiguously at the output of the reversible counter

0 определ ющий величину перемещени  чувствительного элемента.0 determining the amount of movement of the sensing element.

Таким образом, в данном измерителе диапазон измер емого перемещени  пропорционален red, где п - количество секцийThus, in this meter, the range of measured displacement is proportional to red, where n is the number of sections

5 на втором электроде, ad- ширина одной секции, поэтому, выбира  ширину и количество секций, можно варьировать диапазон и точность рассматриваемого устройства в весьма широких пределах.5 on the second electrode, ad is the width of one section, therefore, by choosing the width and number of sections, it is possible to vary the range and accuracy of the device in question over very wide limits.

Claims (1)

0Формула изобретени Formula of the invention Дифференциальный емкостной измеритель перемещений, содержащий два секционированных электрода, установленных в параллельных плоскост х с возможностьюA differential capacitive displacement meter containing two sectioned electrodes mounted in parallel planes with the possibility of 5 относительного перемещени  в направлении изменени  площади их взаимного перекрыти  и имеющих одинаковую ширину секций, рассто ни  между которыми у первого электрода равны половине ширины од0 ной секции, а у второго электрода равны их ширине, а также предназначенные дл  подключени  к электродам источник питани  переменного тока и блок обработки сигналов , отличающийс  тем, что, с целью5 relative displacements in the direction of changing the area of their mutual overlap and sections having the same width, the distances between which at the first electrode are equal to half the width of one section, and at the second electrode are equal to their width, as well as an AC power source for connecting to the electrodes and a signal processing unit, characterized in that, for the purpose of 5 увеличени  диапазона измерени , он снабжен третьим электродом, выполненным в виде цельной электропроводной пластины, жестко соединенной с первым электродом, трем  коммутаторами, делителем частоты,5 to increase the measuring range, it is equipped with a third electrode made in the form of a solid conductive plate rigidly connected to the first electrode, three switches, a frequency divider, 0 усилителем и инвертором, усилитель и последовательно соединенный с ним первый коммутатор включены между третьим электродом и первым входом блока обработки сигналов, к второму входу которого присое5 динен первый выход питающего генератора , делитель частоты присоединен входом к этому же выходу питающего генератора, а выходом - к управл ющим входам трех коммутаторов , второй коммутатор присоединен своим входом к второму выходу питающего0 by an amplifier and an inverter, an amplifier and a first switch connected in series with it are connected between the third electrode and the first input of the signal processing unit, to the second input of which is connected the first output of the supply generator, the frequency divider is connected to the input of the same output of the supply generator, and the output to control inputs of the three switches, the second switch is connected by its input to the second output of the supply генератора непосредственно, а третий коммутатор - через инвертор, выходыэтихкоммутаторов присоединены к соответствующим секци м первого электрода, которыеgenerator directly, and the third switch through the inverter, the outputs of these switches are connected to the corresponding sections of the first electrode, which е& i .e & i. соединены между собой с интервалом в три секции и образуют четыре группы секций, а секции второго электрода соединены параллельно и подключены к шине нулевого потенциала .interconnected with an interval of three sections and form four groups of sections, and sections of the second electrode are connected in parallel and connected to the bus of zero potential. иand 2121 оabout U 27 U 27 Л 29L 29 oiU 29oiU 29 иand ,, / / tt Фиг. 2FIG. 2 ww / / //// V VV v U ЗЪU W Фиг.зFig.z 7,7, 7,7,
SU914942823A 1991-04-11 1991-04-11 Differential capacitive displacement meter RU1775036C (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU914942823A RU1775036C (en) 1991-04-11 1991-04-11 Differential capacitive displacement meter

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU914942823A RU1775036C (en) 1991-04-11 1991-04-11 Differential capacitive displacement meter

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU1775036C true RU1775036C (en) 1992-11-07

Family

ID=21577946

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SU914942823A RU1775036C (en) 1991-04-11 1991-04-11 Differential capacitive displacement meter

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU1775036C (en)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6700391B2 (en) Capacitive displacement sensor
US4420754A (en) Measuring device for capacitive determination of the relative position of two with respect to one another moveable parts
JPH0376687B2 (en)
US3857092A (en) Electrical length measuring system
JPH0467882B2 (en)
JPH0535801B2 (en)
Mochizuki et al. A relaxation-oscillator-based interface for high-accuracy ratiometric signal processing of differential-capacitance transducers
JP2530252B2 (en) Method and device for simultaneous detection of angular position and axial position
RU1775036C (en) Differential capacitive displacement meter
JPS62130301A (en) Capacitive device for measuring length and angle
RU1813198C (en) Differential capacitive displacement meter
JPS62239019A (en) Capacity type position measuring transducer
EP0241913A2 (en) Method and circuitry for detecting signals of capacitance type transducers for measuring positions
JPH0467881B2 (en)
SU1218410A1 (en) Device for counting moving objects
JPH0358447B2 (en)
SU1696846A1 (en) Displacement capacitive pickup
JPH0435688B2 (en)
JPH0435690B2 (en)
SU918879A1 (en) Wide-limit phase meter
JPS6182112A (en) Length measuring machine
SU667799A1 (en) Capacitance-type differential angle-of-rotation sensor
SU1037293A1 (en) Device for reading and measuring lengthy object geometrical parameters
SU1516750A1 (en) Converter of displacement to pulse duration
SU1012292A1 (en) Moving object accounting device