CS211545B1

CS211545B1 - Inductive encoder connection

Info

Publication number: CS211545B1
Application number: CS627479A
Authority: CS
Inventors: Vojtech Prchlik; Zdenek Vavra; Vladimir Vurm
Original assignee: Vojtech Prchlik; Zdenek Vavra; Vladimir Vurm
Priority date: 1979-09-18
Filing date: 1979-09-18
Publication date: 1982-02-26

Abstract

Účelem vynálezu je odstranění filtrace výstupního signálu nebo sníženi filtrace jen na potlačení střídavé složky, vzniklé nesymetrií jednotlivých invertorů. Realizuje se to pomoci generátoru střídavého napětí obdélníkového průběhu se dvěma navzájem negovanými výstupy, budicího zesilovače a demodulátoru, tvořenými integrovanými číslicovými obvody. Jako budicí zesilovač a aktivní prvky demodulátoru mohou být použity invertory s otevřeným kolektorem.The purpose of the invention is to eliminate the filtering of the output signal or reduce the filtering to only suppress the alternating component, resulting from the asymmetry of individual inverters. This is achieved by using an alternating voltage generator of a rectangular waveform with two mutually negated outputs, an excitation amplifier and a demodulator, formed by integrated digital circuits. Open-collector inverters can be used as the excitation amplifier and active elements of the demodulator.

Description

. Vynález se týká zapojení induktivního snímače polohy.. The invention relates to the connection of an inductive position sensor.

Pro snímací polohy se často užívá induktivních snímačů provedených jako diferenciální transformátor.Inductive sensors designed as differential transformers are often used for sensing positions.

Diferenciální transformátor se skládá v podstatě z vinutí budicího, provedeného jako válcová cívka a vinutí snímacího, které je rozděleno a umístěno symetricky na vinutí budícím. Obě poloviny snímacího vinutí jsou spojeny tak, aby společný střídavý magnetický tok vytvářený budicí cívkou indukoval v obou polovinách snímací cívky magnetické toky opačné polarity. Magnetická vazba mezi budicí a snímací cívkou je dále ovlivněna feromagnetickým jádrem. Jeho vychýlením z nulové polohy se zvětšuje magnetická vazba mezi budicí a jednou z polovin snímací cívky. V důsledku toho se ve snímací cívce indukuje střídavé napětí, jehož amplituda je úměrná poloze jádra a fáze smyslu jeho. vychýlení.The differential transformer consists essentially of an excitation winding in the form of a cylindrical coil and a sensing winding which is distributed and positioned symmetrically on the excitation winding. The two halves of the sensor windings are coupled so that the common alternating magnetic flux generated by the excitation coil induces magnetic fluxes of opposite polarity in both halves of the sensor coil. The magnetic coupling between the excitation coil and the sensing coil is further influenced by the ferromagnetic core. Its deflection from the zero position increases the magnetic coupling between the exciter and one half of the sensing coil. As a result, an alternating voltage is induced in the sensing coil, the amplitude of which is proportional to the position of the core and the phase of its sense. bias.

Pro vyhodnocení polohy jádra je nutná elektronická, část, která musí obsahovat jednak generátor napájecí frekvence, demodulátor signálu ze snímací cívky a filtr střídavé složkyvýstupního signálu.To evaluate the core position, an electronic part is required, which must include a supply frequency generator, a signal coil demodulator and an AC output filter.

. Je známa řada zapojení elektronické části. Jejich nevýhodou je, že jednoduché obvody mívají horší statické vlastnosti, kvalitnější obvody jsou relativně složité a filtry střídavé složky podstatně zhoršují jejich dynamické vlastnosti.. A number of wiring of the electronic part is known. Their disadvantage is that simple circuits tend to have inferior static properties, higher quality circuits are relatively complicated, and AC component filters significantly impair their dynamic properties.

Mnohé z těchto nevýhod odstraňuje zapojení podle vynálezu sestávající z generátoru střídavého napětí obdélníkového průřezu se dv.ěma navzájem negovanými výstupy, budicího zesilovače a demodulátoru, jehož podstata spočívá v tom, že vstup budicího zesilovače je propojen s jedním z výstupů generátoru střídavého obdélníkového průběhu, výstup generátoru střídavého obdélníkového průběhu je propojen se vstupem prvního invertoru a se vstupem třetího invertoru s otevřenými kolektory. Druhý výstup generátoru je propojen jednak na první' vstup čtvrtého invertoru a jednak na první vstup druhého invertoru s otevřeným kolektorem.Many of these disadvantages are overcome by the circuitry of the invention consisting of an AC voltage generator of rectangular cross section with two negated outputs, an exciter amplifier and a demodulator, which is based on the exciter input being coupled to one of the AC rectangular generator outputs. the alternating rectangular waveform generator is coupled to the input of the first inverter and the input of the third inverter with open collectors. The second output of the generator is connected both to the first input of the fourth inverter and to the first input of the second open-collector inverter.

Výstupy prvního invertoru a druhého invertoru jsou propojeny s prvním výstupem snímací cívky diferenciálního transformátoru. Výstup budicího zesilovače je propojen přes ochranný odpor s budicí cívkou diferenciálního transformátoru, jejíž výstup je propojen se zdrojem napětí. Zdroj napětí je rovněž propojen jednak s výstupy čtvrtého invertoru a třetího invertoru a jednak s druhým výstupem snímací cívky diferenciálního transformátoru. Výstupy prvního invertoru a čtvrtého invertoru jsou propojeny na první vstup diferenciálního zesilovače a výstupy druhého invertoru a třetího invertoru jsou propojeny s druhým vstupem diferenciálního zesilovače.The outputs of the first inverter and the second inverter are coupled to the first output of the differential coil sensing coil. The output of the excitation amplifier is connected via a protective resistor to the excitation coil of the differential transformer, the output of which is connected to a voltage source. The voltage source is also coupled to the outputs of the fourth inverter and the third inverter and to the second output of the differential coil sensing coil. The outputs of the first inverter and the fourth inverter are coupled to the first input of the differential amplifier, and the outputs of the second inverter and the third inverter are coupled to the second input of the differential amplifier.

Mezi výstupem prvního invertoru a prvním vstupem diferenciálního zesilovače, mezi výstupem druhého invertoru a druhým vstupem diferenciálního zesilovače, jakož mezi výstupem třetího invertoru a druhým vstupem diferenciálního zesilovače jsou vloženy odpory.Resistors are inserted between the output of the first inverter and the first input of the differential amplifier, between the output of the second inverter and the second input of the differential amplifier, as well as between the output of the third inverter and the second input of the differential amplifier.

První výstup snímací cívky diferenciálního transformátoru je propojen s výstupy prvního invertoru a druhého invertoru přes odpory, rovněž zdroj napájecího napětí je propojen s napájecími vstupy čtvrtého invertoru a třetího invertoru přes vložené odpory.The first output of the differential transformer sensing coil is coupled to the outputs of the first inverter and the second inverter via resistors, also the power supply source is coupled to the power inputs of the fourth inverter and the third inverter through the embedded resistors.

Paralelně k ochrannému odporu s budicí cívkou diferenciálního transformátoru je připojena ochranná dioda. Další možné zapojení vznikne připojením generátoru střídavého signálu obdélníkového průběhu s jedním výstupem jednak na vstup'prvního invertoru a na vstup třetího invertoru, jakož přes pátý invertor na vstup čtvrtého invertoru a druhého invertoru, jednak na vstup budoucího zesilovače.A protective diode is connected in parallel to the protective resistor with the differential coil excitation coil. Another possible connection is to connect a rectangular AC generator with one output both to the first inverter input and the third inverter input, and through the fifth inverter to the fourth inverter input and the second inverter to the future amplifier input.

Výstup generátoru střídavého signálu obdélníkového průřezu s jedním výstupem je propojen se vstupem budicího zesilovače přes pátý invertor.The output of a rectangular AC alternating current generator with one output is coupled to the excitation amplifier input via a fifth inverter.

Výhodou zapojení podle vynálezu je, že připojením pomocných invertorů, čtvrtého a třetího, je teoreticky zcela eliminována střídavá složka výstupního signálu, takže výstupní signál může být zcela bez filtrace, nebo jen s filtrem sloužícím k potlačení střídavé složky, vzniklé nesymetrií jednotlivých invertorů·. Změna střídy signálu z generátoru se vzájemně inversními výstupy nemá vliv na drift snímače polohy a použitím diferenciálního zesilovače na výstupu je eliminován vliv saturačního napětí výstupních tranzistorů invertorů na drift snímače polohy. Déle je výhodou jednoduchost a dobré statické vlastnosti.The advantage of the connection according to the invention is that by connecting the auxiliary inverters, fourth and third, the AC component of the output signal is theoretically completely eliminated, so that the output signal can be completely without filtering or only with a filter for suppressing the AC component caused by asymmetry of individual inverters. Changing the output signal of the generator with mutually inverse outputs has no effect on the position sensor drift and by using a differential amplifier at the output, the effect of the saturation voltage of the inverter output transistors on the position sensor drift is eliminated. Longer is the advantage of simplicity and good static properties.

Příklad zapojení induktivního snímače polohy podle vynálezu je znázorněn na přiložených obrázcích, kde obr. 1 znázorňuje blokové schéma zapojení a obr. 2 znázorňuje průběh napětí v jednotlivých bodech zapojení;An example of a wiring of an inductive position sensor according to the invention is shown in the accompanying figures, in which Fig. 1 shows a block diagram of the wiring and Fig. 2 shows the voltage waveform at the individual wiring points;

První výstup generátoru X střídavého obdélníkového průběhu se dvěma vzájemně inversními výstupy je propojen se vstupem 31 prvního invertoru χ a se vstupem 61 třetího inveťtoru 6 s otevřenými kolektory. Druhý výstup generátoru X je propojen jednak na první vstup XX čtvrtého invertoru £ a jednak na první vstup 51 druhého invertoru 3 ⁸ otevřeným kolektorem, přičemž výstupy 31 a 51 prvního invertoru χ a druhého invertoru 3 jsou propojeny přes odpory s prvním výstupem snímací cívky 2 diferenciálního transformátoru 3· Vstup 21 budicího zesilovače 2 je propojen s jedním z výstupů generátorů X střídavého obdélníkového průběhu.The first AC rectangular generator output X with two mutually inverse outputs is coupled to input 31 of first inverter χ and input 61 of third inverter 6 with open collectors. The second output of generator X is connected both to the first input XX of the fourth inverter 6 and to the first input 51 of the second inverter ^{38 through} an open collector, the outputs 31 and 51 of the first inverter χ and the second inverter 3 are connected via resistors The input 21 of the excitation amplifier 2 is coupled to one of the outputs of the alternating rectangular waveform X generators.

Výstup budicího zesilovače 2 je propojen přes ochranný odpor 11 s budicí cívkou 15 diferenciálního transformátoru 2, jejíž výstup je propojen se zdrojem napájécího napětí, přiěemž k ochrannému odporu 11 s budicí cívkou 15 diferenciálního transformátoru 3 j® paralelně připojena ochranná dioda χχ. Tím je kolektor výstupního tranzistoru budicího zesilovače 2 připojen přes ochrannou diodu 14 na zdroj napětí. Zdroj u napětí je rovněž připojen jednak přes vložené odpory k výstupu 42. 62 čtvrtého invertoru X a třetího invertoru 6 a jednak k druhému výstupu 72 snímací cívky 2 diferenciálního transformátoru 3·The output of the excitation amplifier 2 is connected via a protective resistor 11 to the excitation coil 15 of the differential transformer 2, the output of which is coupled to a supply voltage source, while a protective diode χχ is connected in parallel to the protective resistor 11 with the excitation coil 15. Thus, the collector of the output transistor of the excitation amplifier 2 is connected via a protective diode 14 to a voltage source. The voltage source is also connected to the output 42 of the fourth inverter X and the third inverter 6 via the inserted resistors 62 and second to the output 72 of the differential coil 2 of the transformer 3.

Pak jsou kolektory výstupních tranzistorů prvního invertoru χ a druhého invertoru 3 a kolektory třetího invertoru 6 a čtvrtého invertoru χ propojeny se zdrojem u napájecího napětí. Výstupy 32. 42 prvního invertoru X a čtvrtého invertoru X jsou propojeny přes vazební odpory na první vstup 81 diferenciálního zesilovače 8 a výstupy 52. 62 druhého invertoru 3 a třetího invertoru 6 jsou propojeny přes vazební odpory s druhým vstupem 82 diferenciálního zesilovače 8. Výstup generátoru 13 střídavého signálu obdélníkového průběhu s jedním výstupem je propojen jednak na vstupy χχ, 61 prvního invertoru χ a třetího invertoru 6 a přes pátý invertor 12 na vstupy XX, 51 čtvrtého invertoru χ a druhého invertoru 3> jednak na vstup 21 budicího zesilovače 2. Výstup generátoru 13 střídavého obdélníkového průběhu s jedním výstupem je propojen se vstupem 21 budicího zesilovače 2 přes pátý invertor 12.Then, the collectors of the output transistors of the first inverter χ and the second inverter 3 and the collectors of the third inverter 6 and the fourth inverter χ are coupled to the supply at the supply voltage. The outputs 32, 42 of the first inverter X and the fourth inverter X are coupled via coupling resistors to the first input 81 of the differential amplifier 8 and the outputs 52, 62 of the second inverter 3 and the third inverter 6 are coupled via the coupling resistors to the second input 82 of the differential amplifier. 13 of the rectangular AC signal with one output is connected both to inputs χχ, 61 of the first inverter χ and third inverter 6 and through the fifth inverter 12 to inputs XX, 51 of the fourth inverter χ and the second inverter 3> to the input 21 of the excitation amplifier. A single-output alternating rectangular waveform generator 13 is coupled to the input 21 of the excitation amplifier 2 via a fifth inverter 12.

Budicí zesilovač 2 je buzen z prvního nebo druhého výstupu generátoru X střídavého signálu obdélníkového průřezu se zároveň inversními výstupy. Ve snímací cívce 2 diferenciálního transformátoru 9 se indukuje střídavé napětí, jehož amplituda je úměrná vychýlení jádra 10 ze střední polohy a fázový posuv vzhledem k budicímu signálu je nulový nebo 180° v závislosti na smyslu vychýlení jádra 1 0. Napětí, indukované ve snímací cívce 2» je superponováno na napájecí napětí, nebol druhý výstup 72 snímací cívky 2 j® připojen na zdroj u napájeoíhd napětí. Na kolektoru výstupního tranzistoru prvního invertoru X je střídavý obdélníkový signál, který má střední hodnotu skládající se ze stálé složky a složky úměrné výchylce jádra 10 ze střední polohy.The excitation amplifier 2 is excited from the first or second output of the rectangular cross-section AC generator X with inverse outputs. An alternating voltage is induced in the sensing coil 2 of the differential transformer 9, the amplitude of which is proportional to the deflection of the core 10 from the center position and the phase shift relative to the excitation signal is zero or 180 ° depending on the sense of the deflection of the core 10. »Is superimposed on the supply voltage, since the second output 72 of the sensor coil 2 is connected to the power supply at the supply voltage. On the output transistor of the first inverter X, there is an alternating rectangular signal having a mean value consisting of a fixed component and a component proportional to the displacement of the core 10 from the intermediate position.

Na kolektoru výstupního tranzistoru druhého invertoru 3 3® rovněž střídavý obdélníkový sighél, který má střední hodnotu skládající se ze stálé složky a složky úměrné výchylce jádra 10 ze střední polohy, přičemž složka úměrná výchylce má opačné znaménko než u prvního invertoru χ. Na kolektorech výstupních tranzistorů třetího a čtvrtého invertoru 6 a χ je střídavé napětí vzájemně v protifázi. Sečtením napětí na kolektorech invertorů v diferenciálním zesilovači 8 vznikne na výstupu 83 diferenciálního zesilovače 8 stejnoměrné na3Also, on the collector of the output transistor of the second inverter 33, there is also an alternating rectangular light having a mean value consisting of a fixed component and a component proportional to the displacement of the core 10 from a central position, the proportional displacement component having an opposite sign to the first inverter χ. On the collectors of the output transistors of the third and fourth inverters 6 and χ, the alternating voltage is opposite to each other. Adding the voltage to the collector inverters in the differential amplifier 8 results in a uniform amplitude 8 at the output 83 of the differential amplifier 8.

2,1545 pěti úměrné výchylce jádra 10 ze střední polohy. Průběhy napětí v jednotlivých místech zapojení jsou nakresleny na obr. 2.2.1545 of five proportional displacements of the core 10 from the center position. The voltage waveforms at each connection point are shown in Fig. 2.

Zapojení může být s úspěchem použito zejména pro účely regulační techniky, kde se plně uplatní jednoduchost, malé rozměry a dobré dynamické vlastnosti, které jsou důsledkem odpadnutí filtrace střídavého signálu.The wiring can be successfully used, in particular, for the purposes of control technology, where simplicity, small size and good dynamic properties resulting from the absence of AC filtering are fully applied.

Claims

1. An inductive position sensor equipped with a mutually inverse output generator, characterized in that the input (21) of the excitation amplifier (2) is connected to one of the outputs of the alternating rectangular waveform generator (I), the first output of the alternating rectangular waveform generator (1). is connected to the input (31) of the first inverter (3) and the input (61) of the third inverter (6) with open collectors, the second output of the generator (1) is connected to the first input (41) of the fourth inverter (4) and a first input (51) of the second open collector (5) with open collectors, the outputs (32, 52) of the first inverter (3) and the second inverter (5) being connected via resistors to the first output of the differential coil (7) sensing coil the output of the excitation amplifier (2) is connected via a protective resistor (11) in series with the excitation coil (15) of the differential transformer (9), the output of which is connected to the sources a protective diode (14) is connected in parallel to the protective resistor (11) with the excitation coil (15) of the differential transformer (9), the voltage source (s) is also connected via the resistors to the output (42) , 62) a fourth inverter (4) and a third inverter (6) and second with a second output (72) of the sensing coil (7) of the differential transformer (9), outputs (32, 42) of the first inverter (3) and the fourth inverter (4) are coupled via coupling resistors to one input (81) of the differential amplifier (8) and the outputs (52, 62) of the second inverter (5) and the third inverter (6) are coupled via coupling resistors to the second input (82) of the amplifier (8).

Connection according to Claim 1, characterized in that the output of the rectangular AC signal generator (13) with one output is connected both to the input (31, 61) of the first inverter (3) and the third inverter (6) and through the fifth inverter (12). ) to the input (41, 51) of the fourth inverter (4) and the second inverter (5), with the input of the excitation amplifier (2).

3. The circuit according to claim 1, characterized in that the output of the rectangular AC signal generator (13) with one output is connected to the input (21) of the excitation amplifier (2) via a fifth inverter (12).