RU1813198C - Дифференциальный емкостной измеритель перемещений - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к измерительной технике и имеет целью повышение точности дифференциального емкостного измерител  перемещений, потенциальный электрод которого выполнен в виде расположенных на общей диэлектрической пластине секций, объединенных в четыре группы и подсоединенных к двум коммутаторам , управл емым через делитель частоты от питающего генератора. Токовый электрод измерител  выполнен в виде параллельно соединенных секций, которые подключены через усилитель и третий коммутатор ко входу блока обработки Сигналов. По количеству импульсов на выходе этого блока определ етс  величина перемещени . 3 ил.

Description

Изобретение относитс  к измерительной технике и может быть использовано во всех област х народного хоз йства.

Цель изобретени : увеличение диапазона измерений.

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.

Дифференциальный емкостной измеритель перемещений содержит секционированный потенциальный 1 и токовый 2 электроды, образующие два дифференциальных конденсатора. Питающий генератор 3 предназначен дл  подключени  к секци м потенциального электрода. Усилитель 6 и последовательно соединенный с ним первый коммутатор 5 включены между секци ми токового.электрода и двум  первыми входами блока обработки сигналов 8.

К двум вторым входам блока обработки сигналов присоединен первый выход питающего генератора, к которому параллельно подсоедин етс  делитель частоты 7, св занный с управл ющими входами трех коммутаторов . Второй коммутатор 4 присоединен своим входом непосредственна к второму выходу питающего генератора. К нему, через инвертор 9 подсоедин етс  и вход третьего коммутатора 10. Выходы второго коммутатора подсоединены к двум крайним секци м в группе потенциального электрода 11 и 12. Выходы третьего коммутатора подсоединены к двум средним секци м в группе потенциального электрода 13 и 14. Секции потенциального электрода соединены между собой с интервалами в три секции 11 с 15; 13 с 16; 14 с 17 и 12 с 18, образу  четыре группы секций, при зтом все секции расположены с интервалом, равном половине ширины секции. Токовый электрод выполнен в виде параллельно соединенных секций 19, расположенных на рассто нии

ел

с

со

00

чэ

00

со

друг от друга, равном ширине секции. Ширина секций токового и потенциального электрода одинаковы. Минимальное количество секций потенциального электрода равно четырем, а минимальное количество секций токового электрода равно трем.

В угловых датчиках длины потенциального и токового электрода одинаковы. В линейных - длина токового электрода значительно превышает длину потенциального электрода и определ ет заданный диапазон перемещений.

Блок обработки сигналов содержит фа- зочувствительные демодул торы 20 и 21, образующие два канала прохождени  сигнала. Выход первого из них подключен ко входу блока формировани  импульсов 22, а выход второго - ко входу блока формировани  импульсов 23. Выходы этих блоков соединены со входом блока определени  направлени  перемещени  24.

Дифференциальный емкостной измеритель перемещений работает следующим образом .

С первого выхода питающего генератора 3 сигнал треугольной формы U25 поступает ко входу второго коммутатора 4, этот же сигнал через инвертор 9 поступает на вход третьего коммутатора 10 (эпюра U26, фиг. 2). Со второго выхода питающего генератора 3 сигнал пр моугольной формы поступает на оба канала блока обработки сигнала 8 и делитель частоты 7 (U27). Таким образом генератор одновременно вырабатывает синхронизированные сигналы треугольной и пр моугольной формы. Делитель частоты осуществл ет деление частоты сигнала генератора 3 в четное число раз 2т, где т - целое  исло. На эпюре фиг, 2 представлен сигнал U28 дл  простейшего случа  - делени  на 2 (), который определ ет состо ние всех трех коммутаторов 4,5 и 10.

В течение времени 0-tt, выход второго коммутатора 4 будет св зан с секцией 11 потенциального электрода. В это же врем  выход третьего коммутатора 10 окажетс  соединенным с секцией 14 потенциального электрода..

Так как на этих выхрдах существуют одинаковые по амплитуде и противофазные сигналы треугольной формы U25, U26, в обоих секци х 11 и 14 по в тс  токи, завис щие от емкости этих секций относительно секции 19 токового, электрода. В течение времени ti-t2 к выходу второго коммутатора 4 окажетс  подключенной соответствующа  секци  12. Коммутатор 10 подсоединит секцию 13. Входна  цепь усилител  6 выполнена резистивной и низкоомной, и поэтому конденсаторы, образованные секци ми потенциального и токового электродов, 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 потенциального электрода относительно секций 19 токового электрода 2. Дл  представленного на фиг. 1 конкретного расположени  потенциального электрода

1 относительно токового в течение времени 0-ti, сигнал на выходе усилител  6 будет максимальным и иметь форму, соответствующую эпюре U29, а в течение времени . - минимальным -- достаточно близким к ну5 лю.

При перемещении потенциального электрода на половину ширины секции на выходе усилител  6 сигнал в течение времени 0-ti будет минимальным, а в течение

0 времени ti-t2 - максимальным (Ugo). С помощью первого коммутатора 5, управл емо- то тем же делителем частоты 7, сигнал в течение времени О-ti, поступает на первый канал блока обработки сигнала (т.е. через

5 фазочувствительный демодул тор 20, блок формировани  22), а в течение времени ti-ts на второй канал блока 8 (фазочувствительный демодул тор 21 и блок формировани  .23) сигналы с выхода фазочувствительных

0 демодул торов 20 и 21 (фиг, 3), представленные на эпюрах Uai и U32., поступают на входы блоков формировани  22, 23. С выхода блоков формировани  поступают сигналы 11зз, U34 (фиг. 3), представл ющие н.апр же5 ние пр моугольной формы, сдвинутые отно- сительно друг друга в пространстве на 90°, причем каждый импульс соответствует перемещению , равному ширине секции на чув- ствительном элементе. Така  форма

0 необходима дл  построени  известных преобразователей дл  измерени  перемещений накапливающего типа - устройства, которое осуществл ет измерение перемещени  по подсчету количества импульсов,

5 сформированных измерительной схемой в процессе перемещени  чувствительного элемента.

В простейшем случае блок определени  направлени  движени  24 состоит из после0 довательно включенных. 1К-тригге.ра, одно- вибратора, реверсивного счетчика и логического элемента НЕ, включенного между К-входом триггера и входом реверсивного счетчика.

5 Блок работает следующим образом. Сигнал с блока 22 (11зз) фиг. 3 поступает на установочный вход триггера I, сигнал с блока 23 (1Ы) поступает на вход сброса триггера К. При движении чувствительного элемента в одном направлении сигналы с

блоков 22 и 23 поступают поочередно и реверсивный счетчик осуществл ют подсчет количества импульсов, поступивших с блока 22.

Если направление перемещени  изме- нйетс , 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, то теперь на выходе логического элемента устанавливаетс  О сигнал и реверсивный счетчик осуществл ет операцию вычитани .

Таким образом на выходе реверсивного счетчика по вл етс  сигнал, однозначно определ ющий величину перемещени  чувствительного элемента.

Диапазон измер емого перемещени  пропорционален nd, где п - количество секций на неподвижном электроде, ad- ширина одной секции, поэтому, выбира  ширину и количество секций, можно варьировать диапазон и точность рассматриваемого устройства в весьма широких пределах.

Ф о р м у л а и з о б р е те н и   Дифференциальный емкостной измеритель перемещений, содержащий секционированные потенциальный и токовый электроды, установленные в параллельных плоскост х с возможностью относительного перемещени  в направлении изменени 

площади их взаимного перекрыти  и имеющие одинаковую ширину секций, рассто ни  между которыми у одного из электродов равны ширине одной секции, а у другого электрода равны половине ширины одной секции, и предназначенные дл  подключени  к секци м потенциального электрода источник питани  переменного тока, а к секци м токового электрода - блок обра0 ботки сигналов, отличающийс  тем, что с целью увеличени  диапазона измерений , он снабжен трем  коммутаторами, делителем частоты, усилителем и инвертором, усилитель и последовательно соединенный

5 с ним первый коммутатор включены между секци ми токового электрода, которые соединены параллельно, и первым входом блока обработки сигналов, к второму входу которого присоединен первый выход пита0 ющего 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

5 второму выходу питающего генератора непосредственно , а третий коммутатор присоединен к нему же через инвертор, выходы этих коммутаторов присоединены к соответствующим секци м потенциального элект0 рода, которые соединены между собой с интервалами в три секции и образуют четыре группы секций.

Фиг. 2

31

A

v v

7,

и эг

А А

и

33

U

39

ФигЗ