RU1770732C - Displacement-to-code transducer - Google Patents
Displacement-to-code transducerInfo
- Publication number
- RU1770732C RU1770732C SU904851900A SU4851900A RU1770732C RU 1770732 C RU1770732 C RU 1770732C SU 904851900 A SU904851900 A SU 904851900A SU 4851900 A SU4851900 A SU 4851900A RU 1770732 C RU1770732 C RU 1770732C
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- frequency
- input
- output
- digital
- converter
- Prior art date
Links
Landscapes
- Transmission And Conversion Of Sensor Element Output (AREA)
- Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)
Abstract
Изобретение относитс к измерительной технике и позвол ет повысить точность измерени перемещений, зазоров и т.п. Преобразователь содержит емкостной датчик , коммутатор, измерительный автогенератор , преобразователь частоты, стабилизированный автогенератор, частотомер , блок автоподстройки частоты, два ключа, запоминающий элемент, образцовый элемент, цифровой измеритель отношени частот, опорный регистр, цифровой коммутатор, регистр пам ти, цифроаналого- вый преобразователь, перестраиваемый генератор и блок управлени . 1 ил.The invention relates to measuring technique and improves the accuracy of measuring displacements, gaps, and the like. The converter contains a capacitive sensor, a switch, a measuring oscillator, a frequency converter, a stabilized oscillator, a frequency meter, an automatic frequency block, two keys, a memory element, a reference element, a digital frequency ratio meter, a reference register, a digital switch, a memory register, a digital-to-analog converter tunable generator and control unit. 1 ill.
Description
(Л(L
СWITH
Изобретение относитс к измерительной технике и может быть использовано дл измерени перемещений, зазоров и т.п.The invention relates to measuring technique and can be used to measure displacements, clearances, and the like.
Известны преобразователи перемещений емкостного типа. Одним из них вл етс преобразователь малых приращений емкости или индуктивности, содержащий образцовый и контролируемый элементы, подключенные через ключ к измерительному генератору, смеситель, гетеродин, усилитель низкой частоты, цепь автоподстройки частоты (АПЧ). Недостатком известного преобразовател вл етс невысока точность преобразовани , обусловленна тем, что не все элементы схемы охвачены цепью П АПЧ и их вли ние не учитываетс .Known converters displacement capacitive type. One of them is a converter of small increments of capacitance or inductance, containing exemplary and controlled elements connected via a key to a measuring generator, a mixer, a local oscillator, a low-frequency amplifier, and a frequency-locked loop (AFC). A disadvantage of the known converter is the low accuracy of the conversion, due to the fact that not all elements of the circuit are covered by the P AFC circuit and their influence is not taken into account.
Известны емкостные преобразователи перемещени , в которых реализован тестовый метод повышени точности. Недостатком преобразователей перемещений, в которых реализован тестовый метод, вл етс больша сложность, обусловленна необходимостью выполнени специального тестового перемещени . Исключение мультипликативной составл ющей погрешности осуществл етс с помощью системы рычагов . Кроме сложности, система рычагов вносит дополнительную погрешность из-за люфтов в соединени х, что может свести на нет выигрыш в точности при применении тестового метода.Capacitive displacement transducers are known in which a test method for improving accuracy is implemented. A disadvantage of the displacement transducers in which the test method is implemented is the greater complexity due to the need to perform a special test displacement. The elimination of the multiplicative component of the error is carried out using a leverage system. In addition to complexity, the lever system introduces an additional error due to backlash in the joints, which can negate the gain in accuracy when applying the test method.
За прототип выбрано устройство дл измерени перемещений, содержащее последовательно соединенные емкостной датчик, первый ключ, измерительный автогенератор , преобразователь частоты, частотомер, блок автоподстройки частоты, второй ключ, запоминающий элемент, опорный генератор и генератор коммутационного напр жени .The prototype is a displacement measuring device comprising a capacitive sensor connected in series, a first key, a self-oscillating measuring device, a frequency converter, a frequency meter, an automatic frequency control unit, a second key, a memory element, a reference generator and a switching voltage generator.
Недостатком известного устройства вл етс недостаточно высока точность.A disadvantage of the known device is the lack of accuracy.
V4V4
чh
О СО N3About CO N3
обусловленна тем, что из результата измерени не исключена мультипликативна составл юща систематической погрешности.due to the fact that the multiplicative component of the systematic error is not excluded from the measurement result.
Целью насто щего предполагаемого изобретени вл етс повышение точности преобразовател .An object of the present invention is to improve the accuracy of a converter.
Поставленна цель достигаетс тем, что преобразователь перемещени в код, содержащий емкостной датчик, подключенный к первому входу коммутатора, выход которого включен в часрготозависимую цепь измерительного автогенератора, подключенного своим выходом к входу преобразовател частоты, к другому входу которого подсоединен стабилизированный автогенератор , выход преобразовател частоты соединен со входом частотомера, выходы измерительного и стабилизированного автогенераторов соединены также с соответствующими входами блока автоподстройки частоты, выход которого через последовательно соединенные первый ключ и запоми- нающий элемент включен в цепь подстройки частоты измерительного автогенератора , управл ющие входы коммутатора первого ключа и частотомера соединены с соответствующими выходами блока управлени , введены образцовый элемент, подключенный к второму входу коммутатора, перестраиваемый генератор, цифровой измеритель отношени частот, опорный регистр, цифровой компаратор, регистр пам ти, второй ключ и цифроанало- говый преобразователь, причем, выходы преобразовател частоты и перестраиваемого генератора подключены к входам цифрового измерител отношени частот, выход которого соединен с первым входом цифрового компаратора, соединенного вторым входом с опорным регистром, выход цифрового компаратора через последовательно соединенные второй ключ, регистр пам ти и цифроаналоговый преобразователь включен в цепь подстройки частоты перестраиваемого генератора, выход которого соединен также с соответствующим входом частотомера, а управл ющий вход второго ключа подключен к блоку управлени .This goal is achieved by the fact that the displacement transducer into a code containing a capacitive sensor connected to the first input of the switch, the output of which is included in the frequency-dependent circuit of the measuring oscillator, connected by its output to the input of the frequency converter, to the other input of which a stabilized oscillator is connected, the output of the frequency converter is connected with the input of the frequency meter, the outputs of the measuring and stabilized oscillators are also connected to the corresponding inputs of the auto block frequency adjustment, the output of which through the first key and the memory element is connected in series to the frequency adjustment circuit of the measuring oscillator, the control inputs of the switch of the first key and the frequency meter are connected to the corresponding outputs of the control unit, a model element connected to the second input of the switch, a tunable generator are introduced , a digital frequency ratio meter, a reference register, a digital comparator, a memory register, a second key and a digital-to-analog converter, moreover, The frequency converter and the tunable generator are connected to the inputs of the digital frequency ratio meter, the output of which is connected to the first input of the digital comparator connected to the second input with the reference register, the output of the digital comparator via the second key in series, the memory register and the digital-to-analog converter are included in the frequency adjustment circuit tunable generator, the output of which is also connected to the corresponding input of the frequency meter, and the control input of the second key is connected to the unit control.
Повышение точности достигаетс за счет исключени мультипликативной составл ющей систематической погрешности (погрешности чувствительности), а исключение погрешности чувствительности за счет введени новых элементов: образцового элемента, перестраиваемого по частоте генератора , цифрового измерител отношени частот, опорного регистра, цифрового компаратора, регистра пам ти, ЦАП и соответствующих св зей.Improving accuracy is achieved by eliminating the multiplicative component of the systematic error (sensitivity error), and eliminating the sensitivity error by introducing new elements: an exemplary element, tunable in the frequency of the generator, a digital frequency ratio meter, reference register, digital comparator, memory register, DAC and related bonds.
Введение образцового элемента перемещени и вышеперечисленных новых элементов и св зей позвол ет сформировать высокочастотный сигнал, частота которогоThe introduction of an exemplary displacement element and the above-mentioned new elements and links allows the formation of a high-frequency signal whose frequency
пропорциональна известному образцовому перемещению, затем сформировать сигнал, пропорциональный неизвестному перемещению , и далее сформировать код отношени этих частот, из которого легкоproportional to the known model displacement, then generate a signal proportional to the unknown displacement, and then generate a code of the ratio of these frequencies, from which it is easy
нах одитс значение неизвестного перемещени , т.к. значение образцового перемещени известно, причем полученное значение кода свободно от мультипликативной составл ющей систематической погрешности .The value of unknown displacement is found. the value of the model displacement is known, and the obtained code value is free of the multiplicative component of the systematic error.
На чертеже представлена структурна The drawing shows a structural
схема преобразовател перемещени в код.motion to code converter circuit.
Преобразователь содержит емкостнойThe converter contains capacitive
датчик 1 и образцовый элемент 2, подключенные через коммутатор 3 к частотозависи- мой цепи измерительного автогенератора 4, выход которого, а также выход стабилизированного ,-енератора 5 соединены с соответствующими входами преобразовател a sensor 1 and an exemplary element 2 connected through a switch 3 to a frequency-dependent circuit of a measuring oscillator 4, the output of which, as well as the output of a stabilized generator 5, are connected to the corresponding inputs of the converter
частоты 6 и блока аетоподстройки частоты 7, соединенного своим выходом через последовательно соединенные управл емый ключ 8 и запоминающий элемент 9 с входом подстройки частоты измерительного автогенератора 4, выход преобразовател частоты 6 соединен со входом цифрового измерител 10 отношени частот, к другому входу которого подсоединен выход перестраиваемого генератора 11, выход цифрового измерител отношени частот 10 соединен со входом цифрового компаратора 12, другой вход которого соединен с опорным регистром 13, а выход цифрового компаратора 12 через последовательно соединенные второй ключ 14, регистр пам ти 15 и цифроаналоговый преобразователь 16 соединен с входом подстройки частоты перестраиваемого генератора 11, выходы преобразовател частоты 6 и перестраиваемогоfrequency 6 and the frequency adjustment unit 7, connected by its output via a serially connected control key 8 and a memory element 9 to the frequency adjustment input of the measuring oscillator 4, the output of the frequency converter 6 is connected to the input of the digital meter 10 of the frequency ratio, to the other input of which the tunable output is connected generator 11, the output of the digital frequency ratio meter 10 is connected to the input of the digital comparator 12, the other input of which is connected to the reference register 13, and the output of the digital comparator 12 through the serially connected second switch 14, a register memory 15 and a digital to analog converter 16 is connected to input tuning tunable frequency generator 11, the outputs of the frequency converter 6 and tunable
генератора 11 соединены с соответствующими входами частотомера 17, управл ющий вход которого, 8 также управл ющие входы компаратора 3 и управл емых ключей 8 и 14 соединены с соответствующими выходами блока управлени 18, функции которого может выполн ть стандартный программатор или контроллер, например, К1-20.the generator 11 is connected to the corresponding inputs of the frequency meter 17, the control input of which, 8 also the control inputs of the comparator 3 and the controlled keys 8 and 14 are connected to the corresponding outputs of the control unit 18, the functions of which can be performed by a standard programmer or controller, for example, K1- twenty.
Устройство работает следующим образом .The device operates as follows.
Дл исключени аддитивной и мультипликативной составл ющих погрешности организован 3-х кратный режим работы. В первом такте емкостной датчик 1 иTo exclude the additive and multiplicative components of the error, a 3-fold operation mode is organized. In the first cycle, the capacitive sensor 1 and
образцовый элемент 2 коммутатором 3, управл емым блоком 18, отключены от измерительного автогенератора 4, но замкнут первый ключ 6. При этом управл ющее напр жение , выработанное в блоке автоподстройки частоты 7, через замкнутый ключ 8 поступает на запоминающий элемент 9, где запоминаетс и воздействует на реактивный элемент измерительного автогенарато- ра 4, устанавлива его частоту равной частоте стабилизированного генератора 6, частота которого выбрана равной частоте измерительного автогенератора 4 при отключенном датчике, обеспечива тем самым линейность преобразовани .the exemplary element 2 by the switch 3, controlled by the block 18, is disconnected from the measuring oscillator 4, but the first key is closed 6. In this case, the control voltage generated in the automatic frequency control unit 7, through the closed key 8, enters the memory element 9, where it is stored and acts on the reactive element of the measuring oscillator 4, setting its frequency equal to the frequency of the stabilized generator 6, the frequency of which is chosen equal to the frequency of the measuring oscillator 4 with the sensor turned off, providing thereby linearity of the transformation.
Во втором такте образцовый элемент 2 коммутатором 3 подключаетс к измерительному автогенератору 4 и замыкаетс второй ключ 14. В этом такте частота перестраиваемого генератора 11 подстраиваетс разной разностной частоте, получаемой в преобразователе 6 и умноженной на некоторый посто нный коэффициент Р, например , равный 100. Это умножение осуществл етс с помощью цифрового компаратора 12, опорного регистра 13, регист- ра пам ти 15, второго ключа 14 и цифроаналогового преобразовател 16. Подстройка осуществл етс таким образом. В опорном регистре хранитс коэффициент умножени Р, какужеупоминалось, равный, например 100. Если число, полученное в измерителе отношени частот, не равно Р, то цифровой компаратор 12 вырабатывает цифровой код ошибки, который через ключ 14 подаетс в регистр пам ти 15 и здесь запоминаетс . Этот код преобразуетс в ЦАП 15 в управл ющее напр жение, которое подаетс в цепь подстройки частоты генаратора 11, подстраива его частоту равной разностной частоте, умноженной на по- сто нный коэффициент. В момент равенства частот ключ 14 размыкаетс , а управл ющее воздействие запоминаетс в регистре пам ти 15.In the second clock, the reference element 2 is connected by the switch 3 to the measuring oscillator 4 and the second key 14 is closed. In this clock, the frequency of the tunable generator 11 is tuned to the different difference frequency obtained in the converter 6 and multiplied by some constant coefficient P, for example, equal to 100. This multiplication is carried out using a digital comparator 12, a reference register 13, a memory register 15, a second key 14 and a digital-to-analog converter 16. The adjustment is carried out in this way. In the reference register, the multiplication coefficient P is stored, as already mentioned, equal to, for example, 100. If the number received in the frequency ratio meter is not equal to P, then the digital comparator 12 generates a digital error code, which is transmitted through the key 14 to the memory register 15 and is stored here . This code is converted in the DAC 15 to a control voltage, which is supplied to the frequency control circuit of the oscillator 11, adjusting its frequency to a difference frequency multiplied by a constant coefficient. At the moment of equal frequencies, the key 14 is opened, and the control action is stored in the memory register 15.
В третьем такте образцовый элемент 2 отключаетс : а емкостной датчик 1 подключаетс коммутатором 3 к автогенератору 4, частота которого вместе с частотой генератора 5 поступает в преобразователь частоты 6, где с помощью смесител и фильтра ниж- них частот формируетс разностна частота , период которой пр мопропорционален измер емому перемещению. Разностна частота из преобразовател 6 поступает в частотомер 17, в который поступает также частота генератора 11, и который работает в режиме измерени отношени частоты генератора 11 к разностной частоте преобразовател 6.In the third step, the reference element 2 is turned off: and the capacitive sensor 1 is connected by the switch 3 to the oscillator 4, the frequency of which, together with the frequency of the generator 5, enters the frequency converter 6, where a difference frequency is formed using a mixer and a low-pass filter, the period of which is proportional measurable displacement. The difference frequency from the converter 6 enters the frequency meter 17, which also receives the frequency of the generator 11, and which operates in the mode of measuring the ratio of the frequency of the generator 11 to the difference frequency of the converter 6.
Как было сказано выше, период резонансной частоты пропорционален перемещениюAs mentioned above, the period of the resonant frequency is proportional to the displacement
Тр - К -X,(1)Tr - K -X, (1)
где К - коэффициент пропорциональности, определ ющий чувствительность преобразовател ;where K is the proportionality coefficient determining the sensitivity of the transducer;
X - перемещение.X is the movement.
В то же врем при подключенном образцовом элементеAt the same time, with the connected model element
11
Тр.обр. К-Хобр. -р ,(2)Tr.obr. K-Hobr. -r, (2)
где Р - коэффициент умножени частоты; Х0бр. - образцовое перемещение. Отношение частот равноwhere P is the frequency multiplier; X0br. - exemplary displacement. The frequency ratio is
п - F°6p Тг, Р X,„,.p - F ° 6p Tg, P X, „,.
Q - . - (3)Q -. - (3)
о р.обр лобрabout r.Bob
Как видно из (3), результат независим от коэффициента К, определ ющего чувствительность , т.е. из систематической погрешности исключена мультипликативна составл юща погрешности.As can be seen from (3), the result is independent of the coefficient K, which determines the sensitivity, i.e. the multiplicative component of the error is excluded from the systematic error.
Из (3) следуетFrom (3) it follows
Y Q YY Q Y
ЛR- ЛобрLR-Lobre
где Q - показание частотомера;where Q is the frequency meter reading;
Р - коэффициент умножени известен;P is the multiplication factor known;
Хобр. - значение образцового перемещени ,Hobr. - value of model displacement,
Использование за вл емого технического решени позвол ет исключить вли ние на результаты измерени мультипликативной составл ющей систематической погрешности (погрешности чувствительности ) и тем самым повысить точность измерени перемещений.The use of the claimed technical solution makes it possible to exclude the influence of the multiplicative component of the systematic error (sensitivity error) on the measurement results and thereby increase the accuracy of displacement measurement.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU904851900A RU1770732C (en) | 1990-07-17 | 1990-07-17 | Displacement-to-code transducer |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU904851900A RU1770732C (en) | 1990-07-17 | 1990-07-17 | Displacement-to-code transducer |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU1770732C true RU1770732C (en) | 1992-10-23 |
Family
ID=21527971
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
SU904851900A RU1770732C (en) | 1990-07-17 | 1990-07-17 | Displacement-to-code transducer |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU1770732C (en) |
-
1990
- 1990-07-17 RU SU904851900A patent/RU1770732C/en active
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Авторское свидетельство СССР № 579589,кл.G 01 R 27/26,1967. Приборы и системы управлени . 1976, № 1. Авторское свидетельство СССР № 953441, кл. G 01 В 7/00, 1978. * |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP0094834A1 (en) | Methods and apparatus for rapid and accurate frequency syntonization of an atomic clock | |
US4947130A (en) | Impedance measuring apparatus | |
US4794320A (en) | Multi-frequency capacitance sensor | |
RU1770732C (en) | Displacement-to-code transducer | |
JPS63100381A (en) | Phase detector | |
US5399984A (en) | Digital frequency generation device | |
US4860227A (en) | Circuit for measuring characteristics of a device under test | |
SU1149140A1 (en) | Phase-frequency converter of viscosity | |
RU1799474C (en) | Spectrum analyzer | |
SU1674009A1 (en) | Device for determining distortion factor from second harmonic of frequency-modulated signal generator and receiver | |
SU1075193A1 (en) | Device for measuring quality factor and resonance capacity of oscillatory circuits | |
SU824080A1 (en) | Converter of small capacitance or inductance increments to code | |
RU2041560C1 (en) | Differential frequency pickup | |
SU1095091A1 (en) | Method of measuring reception of signals | |
SU1195285A1 (en) | Resonance frequency and circuit quality meter | |
SU1647892A1 (en) | Automatic frequency control device | |
SU1555806A1 (en) | Shaper of recurrent frequency-modulated signals | |
RU1837393C (en) | Method of analog-to-digital conversion accomplished with double integration | |
SU1435968A1 (en) | Pressure transducer | |
JP2748474B2 (en) | Digital temperature compensated piezoelectric oscillator | |
SU1705755A1 (en) | Harmonic signal frequency measuring device | |
JP2561461B2 (en) | Frequency sweep signal generator | |
SU1370797A1 (en) | Device for measuring residual detuning of heterodyne frequency | |
SU1555697A1 (en) | Meter of group delay time | |
SU493915A1 (en) | Frequency converter correction device |