RU1817243C

RU1817243C - Antenna position-to-phase converter

Info

Publication number: RU1817243C
Authority: RU
Inventors: Николай Дмитриевич Конаков; Олег Дмитриевич Глухов; Вячеслав Анатольевич Столяров; Галина Александровна Киреева
Original assignee: Научно-исследовательский институт физических измерений
Priority date: 1990-04-16
Filing date: 1990-04-16
Publication date: 1993-05-23

Abstract

Изобретение относитс к автоматике и контрольно-измерительной технике и может быть использовано дл измерени перемещени объектов. С целью повышени точности преобразовател , содержащего генератор 1 синусоидального напр жени , антенный датчик 2 вихревых токов, фазосд- вигающий блок 3, масштабирующий блок 4, сумматор, фазометр 7, в него введен согласующий блок 5, а датчик 2 выполнен содержащим конденсатор 8, катушку 3 индуктивности, резистор 10, корь 11, дополнительную катушку 12 индуктивности. За счет введени дополнительной катушки 12 выходные напр жени датчика мен ютс в разные стороны, что влечет увеличение точности измерени . 3 ил.The invention relates to automation and instrumentation and can be used to measure the movement of objects. In order to increase the accuracy of the converter containing the sinusoidal voltage generator 1, the eddy current sensor 2, the phase shifting unit 3, the scaling unit 4, the adder, phase meter 7, a matching unit 5 is inserted into it, and the sensor 2 is made containing a capacitor 8, a coil 3 inductors, resistor 10, measles 11, an additional inductor 12. By introducing an additional coil 12, the output voltages of the sensor change in different directions, which leads to an increase in measurement accuracy. 3 ill.

Description

фиг /fig /

v4 JOv4 JO

ьb

0000

Изобретение относитс к области контрольно-измерительной техники и может быть использовано дл измерени перемещений объектов.The invention relates to the field of instrumentation and can be used to measure the movements of objects.

Изобретение направлено на повыше- ние точности измерени .The invention is directed to improving measurement accuracy.

На фиг.1 приведена электрическа блок-схема антенного преобразовател перемещени в фазу; на фиг.2 - векторна диаграмма выходных сигналов антенного преобразовател перемещени в фазу; на фиг.З - зависимости, по сн ющие повышение линейности выходной характеристики преобразовател перемещени .Fig. 1 is an electrical block diagram of an antenna to phase translator; Fig. 2 is a vector diagram of the output signals of an antenna transducer of displacement into phase; Fig. 3 is a diagram illustrating an increase in the linearity of the output characteristic of the displacement transducer.

Антенный преобразователь перемеще- ни в фазу содержит генератор синусоидального напр жени 1, антенный датчик вихревых токов 2, в который вход т параллельный колебательный контур1 1-Ссдо ба- вочным сопротивлением R, втора катушка индуктивности L2 индуктивно св занна с катушкой L1 колебательного контура и рабочий корь 8 (объект контрол ), установлен- ный с возможностью перемещени , фазосдвигающий блок 3, масштабирующее звено 4, согласующее устройство 5, сумматор б, регистрирующий прибор - фазометр 1.The phase-to-phase antenna converter comprises a sinusoidal voltage generator 1, an eddy current antenna sensor 2, which includes a parallel oscillatory circuit 1 1-SSSO with a resistor R, a second inductor L2 is inductively coupled to an oscillating circuit coil L1 and a working measles 8 (control object) installed with the possibility of movement, phase shifting unit 3, scaling link 4, matching device 5, adder b, recording device - phase meter 1.

Преобразователь работает следующим образом.The converter operates as follows.

При подключении колебательного контура L1-C антенного.датчика 2 через последовательно соединенный с ним резистор R к генератору синусоидального напр жени 1 по катушке индуктивное™ L1 колебатель- ного контура, настроенного на частоту генератора 1, проходит переменный ток, создающий электромагнитное поле, излучаемое а пространство, под действием которого навод тс вихревые токи в электропровод щем рабочем коре (объекте контрол ) 8. Электромагнитное поле вихревых токов воздействует на катушку индуктивности L1 колебательного контура и в результате взаимодействи первоначаль- ного электромагнитного пол , создаваемого катушкой индуктивности L1 и электромагнитного пол вихревых токов измен ютс параметры колебательного контура L1-C, а, следовательно, измен ютс и выходные напр жени антенного датчика Ufli(x) и иД2(х), которые измен ютс в функции перемещени электропровод щего рабочего кор по нелинейному закону близкому к экспоненциальному.When the oscillating circuit L1-C of the antenna sensor 2 is connected through a resistor R connected in series with it to a sinusoidal voltage generator 1 through an inductive ™ L1 coil of the oscillating circuit tuned to the frequency of the generator 1, an alternating current passes, creating an electromagnetic field emitted by a the space under which eddy currents are induced in the electrically conductive working cortex (control object) 8. The electromagnetic field of eddy currents acts on the inductor L1 of the oscillating circuit and in As a result of the interaction of the initial electromagnetic field generated by the inductor L1 and the electromagnetic field of the eddy currents, the parameters of the oscillating circuit L1-C change, and, therefore, the output voltages of the antenna sensor Ufli (x) and ID2 (x) also change. are functions of moving the electrically conductive working core according to a nonlinear law close to exponential.

С помощью фазосдвигающего блока 3 фазу синусоидального напр жени 11д1(х) смещают относительно синусоидального напр жени 1)д2(х) на угол гро более 90°, ноUsing the phase-shifting unit 3, the phase of the sinusoidal voltage 11d1 (x) is shifted relative to the sinusoidal voltage 1) d2 (x) by an angle of more than 90 °, but

менее 180°. Напр жени ид2(х)с выхода согласующего устройства 5 и Ufli(x) с выхода фазосдвигающего блока 3 через масштабирующее звено 4 поступают на входы сумматора 6. На сумматоре б происходит геометрическое сложение сигналов Ufli (x) и Уд2(х). С выхода сумматора снимаетс результирующий сигнал Урез(х) с измен ющейс фазой результирующего сигнала в функции перемещени рвы f(x). Сигналы Un с выхода генератора синусоидального напр жени 1 и ирез(х) с выхода сумматора б поступают соответственно на первый и второй входы регистрирующего прибора- фазометра 7, который регистрирует разность фаз между сигналами Upes(x) и Un.less than 180 °. The voltages id2 (x) from the output of the matching device 5 and Ufli (x) from the output of the phase-shifting unit 3 through the scaling link 4 are fed to the inputs of the adder 6. At the adder b, the signals Ufli (x) and Ud2 (x) are geometrically combined. The output signal Cut (x) is taken from the output of the adder with the variable phase of the resulting signal as a function of the ditch movement f (x). The signals Un from the output of the sinusoidal voltage generator 1 and the cut (x) from the output of the adder b are respectively supplied to the first and second inputs of the recording instrument-phase meter 7, which registers the phase difference between the signals Upes (x) and Un.

При перемещении контролируемого объекта и св занного с ним электропровод щего рабочего кор 8 (в направлени х, указанных на фиг. 1 стрелками) измен етс величина измер емого перемещени X, а следовательно, измен етс и величина напр жений Ufli(x), снимаемого со свободного вывода катушки индуктивности L2 и Кд2(х), снимаемого с точки соединени резистора R с колебательным контуром L1-C.When moving the controlled object and the electrically conductive working core 8 connected with it (in the directions indicated by arrows in Fig. 1), the value of the measured displacement X changes, and therefore, the value of the voltage Ufli (x) taken from the free output of the inductor L2 and Kd2 (x) taken from the point of connection of the resistor R with the oscillating circuit L1-C.

Напр жени UAi(x) и иД2(х) св заны с перемещением X зависимостью близкой к экспоненциальной, т.е. обеспечиваетс модул ци по амплитуде напр жений в функции перемещени X.The voltages UAi (x) and ID2 (x) are related to the displacement of X by a close exponential dependence, i.e. modulation in terms of the amplitude of the stresses in the displacement function X

Функци преобразовани антенного преобразовател перемещени в фазу определ етс выражением:The conversion function of the antenna transducer to phase is determined by the expression:

рвых i Pi tear i Pi

slrn/faslrn / fa

cos Vo +cos Vo +

Ukl 4Ukl 4

0)0)

где рвых - фаза результирующего суммарного сигнала 11рез(х) относительно вектора напр жени Un,where rout is the phase of the resulting total signal 11res (x) relative to the voltage vector Un,

гр0 угол сдвига фаз между векторами напр жений ид2{х) и ид1 (х).gr0 is the phase angle between the stress vectors id2 (x) and id1 (x).

Изменение по амплитуде сигнала идт(х) в функции перемещени , например, по возрастающему закону приводит к изменению сигнала ид2(х) по убывающему закону.A change in the amplitude of the signal idm (x) as a function of movement, for example, according to an increasing law, leads to a change in the signal id2 (x) according to a decreasing law.

Из выражени (1) видно, что в результате одновременного изменени по амплитуде сигналов иД1 (х) и иД2(х) в разных направлени х приращение фазы результирующего сигнала (pi на единицу пе- рем ещени увеличиваетс , что приводит к увеличению чувствительности и точности измерени .It can be seen from expression (1) that as a result of a simultaneous change in the amplitude of the signals ID1 (x) and ID2 (x) in different directions, the increment of the phase of the resulting signal (pi per unit of motion increases, which leads to an increase in the sensitivity and accuracy of measurement .

Повышение точности измерени за (Лет повышени линейности выходной характеристики преобразовател перемещени достигаетс следующим образом.Improving the measurement accuracy over (years of increasing the linearity of the output characteristic of the displacement transducer is achieved as follows.

Путем подбора элементов фазовращаю- щего блока 3 (представл ющего собой фа- зовращатель типа или L-R) устанавливаетс необходимый угол $ между напр жени ми 11д1 (х) и 11д2(х), а равенство этих напр жений обеспечиваетс путем подбора элементов масштабирующего звена 4 (представл ющего собой делитель напр жени или масштабирующий усилитель) в точке Хе диапазона измерени , где крутизна зависимости А -е f(x) минимальА2 S х на, при этом добиваютс максимальнойBy selecting the elements of the phase shifting unit 3 (which is a type phase shifter or LR), the necessary angle $ is established between the voltages 11d1 (x) and 11d2 (x), and the equality of these voltages is ensured by selecting the elements of the scaling link 4 ( representing a voltage divider or a scaling amplifier) at the point Xe of the measuring range, where the steepness of the dependence A-e f (x) is minimum A2 S x on, while achieving maximum

линейности выходной характеристики рвых х)(фиг.3в), котора в 2-3 раза больше по сравнению с известным устройством,linearity of the output characteristic of the trench x) (Fig. 3c), which is 2-3 times greater in comparison with the known device,

.Повышение точности измерени , вследствие уменьшени температурной погрешности в предлагаемом антенном преобразователе перемещени в фазу достигаетс за счет исключени вли ни изменени величины напр жени генератора 1 (питающего преобразователь перемещени ) при воздействии температуры или вследствие временной нестабильности его выходного напр жени . Это объ сн етс следующим образом.. Improving the measurement accuracy due to a decrease in temperature error in the proposed antenna transducer to the phase is achieved by eliminating the influence of the voltage value of the generator 1 (supplying the transducer) when exposed to temperature or due to temporary instability of its output voltage. This is explained as follows.

При изменении от воздействи температуры или вследствие временной нестабильности , например, напр жени Un с выхода генератора 1 синусоидального напр жени в сторону увеличени .возрастают пропорционально и напр жени ид2(х) и Од1 (х) с выходов согласующего устройства 5 и масштабирующего звена 4 соответственно,When changing from the influence of temperature or due to temporary instability, for example, the voltage Un from the output of the generator 1 of the sinusoidal voltage increases upward. The voltages id2 (x) and Au1 (x) from the outputs of the matching device 5 and the scaling link 4 increase accordingly ,

UAI (х)UAI (x)

а отношение сигналов TIT-г. вход щееand the signal ratio is TIT-g. incoming

Цд2(.х;CD2 (.x;

в выражение (1) остаетс неизменным и фаза рвы f(x) результирующего сигнала наin expression (1) remains unchanged and the ditch phase f (x) of the resulting signal at

выходе сумматора б остаетс также неизменной , т.е. повышаетс точность измерени перемещений.the output of adder b also remains unchanged, i.e. the accuracy of displacement measurements is improved.

Использование предлагаемого антенного преобразовател перемещени в фазу позволит в 2-3 раза повысить линейность выходной характеристики и исключить вли ние на точность измерени перемещений изменени величины напр жени питающего генератора, а также увеличить чувствительность преобразовани , т.е. повысить точность измерени перемещений.The use of the proposed antenna transducer of displacement into phase will make it possible to increase the linearity of the output characteristic by a factor of 2–3 and exclude the influence on the measurement accuracy of the displacements of the voltage of the supply generator, as well as increase the conversion sensitivity, i.e. improve accuracy of displacement measurements.

15fifteen

Ф-,о рмула изобретени F-, o rum invention

Антенный преобразователь перемещени в фазу, содержащий генератор синусоидального напр жени , выход которого соединен с входом антенного датчика вихревых токов, фазосдвигающий блок, сумматор , выход которого соединен с одним входом фазометра, выход которого вл етс выходом преобразовател , один вход сумматора через масштабирующий блок соединен с выходом фазосдвигающего блока, о т- л и ч а ю щ и и с тем, что, с целью повышени точности преобразовател , в него введены согласующий блок и дополнительна катушка индуктивности, антенный датчикA phase-to-phase antenna converter comprising a sinusoidal voltage generator, the output of which is connected to an input of an eddy current sensor, a phase-shifting unit, an adder, the output of which is connected to one input of a phase meter, the output of which is the output of the converter, and one input of the adder through a scaling unit is connected to the output of the phase-shifting unit, so that in order to increase the accuracy of the converter, a matching unit and an additional inductor, antenna antenna onchik

вихревых токов содержит параллельно соединенные конденсатор и катушку индуктивности , одна точка их соединени вл етс входом датчика, а друга - его выходом и через резистор соединена с общей шиной,eddy currents contains a capacitor and an inductor connected in parallel, one point of their connection is the input of the sensor, and the other is its output and is connected to a common bus through a resistor.

дополнительна катушка индуктивности включена параллельно катушке индуктивности датчика, один вывод которой соединен с общей шиной, а другой - с входом фазосдвигающего блока, выход антенного датчика вихревых токов через согласующий блок соединен с другим входом сумматора, выход генератора синусоидального напр жени - с другим входом фазометра.an additional inductor is connected in parallel with the sensor inductance coil, one output of which is connected to the common busbar and the other to the input of the phase-shifting unit, the output of the eddy current antenna sensor through the matching unit is connected to another input of the adder, the output of the sinusoidal voltage generator is connected to the other input of the phase meter.

ОдЫ «Ody "

Редактор О.СтенинаEditor O. Stenina

............. .W...V............. .W ... V

Составитель А.Акимов Техред М.МоргенталCompiled by A. Akimov Tehred M. Morgenthal

и х ft; ий(Гand x ft; y (G

ЛЮBj

« °3 VvWaw"° 3 VvWaw

0303

.Фог.3.Fog. 3

Корректор А.ОбручарProofreader A. Obruchar