RU1827526C - Устройство дл бесконтактного измерени перемещений - Google Patents

Abstract

Использование: дл  измерени  перемещений . Цель - повышение точности преобразовани . Сущность изобретени : устройство дл  бесконтактного измерени  перемещений содержит подвижную обмотку возбуждени , неподвижную обмотку, источник переменного напр жени , первый усилитель-ограничитель, избирательный фильтр низкой частоты, фазосдвигающий блок, делитель напр жени , первый сумматор , второй усилитель-ограничитель, элемент И, блок удвоени  чувствительности преобразовани , выполненный в виде последовательно соединенных фазовращател , делител  напр жени , сумматора, усилител -ограничител , последовательно соединенные фильтр низкой частоты, усилитель напр жени , блок регистрации и шину нулевого потенциала. 2 ил.

Description

Изобретение относитс  к контрольно- измерительной технике и может быть использовано дл  измерени  перемещений.

Цель изобретени  - повышение точности измерений.

На фиг. 1 изображена блок-схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 - векторные диаграммы работы устройства.

Устройство содержит подвижную обмотку 1 возбуждени , неподвижную обмотку 2, источник 3 переменного напр жени , первый усилитель- ограничитель 4, избирательный фильтр 5 низкой частоты, фазосдвигающий блок 6. делитель 7 напр жени , первый сумматор 8, второй 9 усилитель-ограничитель , выход которого подключен к второму входу элемента И 10, блок 11 удвоени  чувствительности преобразовани , вы- полненный в виде последовательно

соединенных фазовращател  12, делител  13 напр жени , сумматора 14, усилител -ограничител  15, выход которого подключен к первому входу элемента И 10, подключен- ные к выходу элемента И последовательно соединенные фильтр 16 низкой частоты, усилитель 17 посто нного напр жени , блок 18 регистрации, шину 19 нулевого потенциала .

Устройство работает следующим образом .

По подвижной обмотке 1, подключенной к источнику 3 переменного синусоидального напр жени  , проходит переменный ток, создающий переменный магнитный поток, который проходит зазор X между подвижной 1 и неподвижной 2 обмотками , пересекает витки последней и на об00

ю

ел

hO ON

мотке 2 по вл етс  синусоидальное напр жение (сигнал)

При перемещении подвижной 1 обмотки , установленной на подвижной части издели , измен етс  величина переменного воздушного зазора X (фиг. 1), вследствие чего измен етс  коэффициент взаимоиндуктивной св зи между обмотками 1 и 2, а следовательно, и синусоидальный сигнал Up(x) на входе усилител -ограничител  4 и на вторых входах сумматоров 8 и 14.

Синусоидальное напр жение Up(x) св зано с изменением зазора (перемещением) X зависимостью близкой к экспоненциальной

Up(x) Upo ertx(1)

где Upo - синусоидальное напр жение с второго (сигнального) вывода обмотки 2 при X 0 мм;

х - текущее значение измер емого перемещени ;

а- показатель степени экспоненциальной функции.

С помощью усилител -ограничител  4 из синусоидального сигнала Up(x) формируетс  .периодическа  последовательность стабилизированных по амплитуде двухпо- л рных пр моугольных импульсов Uv с частотой следовани , равной частоте сигнала ир(х), котора  поступает на вход избирательного фильтра 5 низкой частоты. На выходе фильтра 5, из последовательности пр моугольных импульсов, формируетс  инверсный относительно сигнала Up(x) опорный синусоидальный сигнал U0 такой же частоты, что и сигнал Up(x).

С помощью фазосдвигающего блока б и фазовращател  12 блока удвоени  11 чувствительности на их выходах формируютс  сигналы Uoi и Uo2,сдвинутые по фазе относительно сигнала Uo в сторону опережени  (сигнал Uoi) и в сторону отставани  (сигнал (Uo2) соответственно на углы V;1 и № меньше 45° (фиг. 2).

Синусоидальные сигналы Uoi и Uoa с выхода фазосдвигающего блока 6 и фазовращател  12 поступают соответственно через делители напр жени  7 и ТЗ на первые входы сумматоров 8 и 14, а на вторые входы сумматоров 8 и 14 поступает сигнал Up(x) с точки соединени  сигнального вывода обмотки 2 и входа усилител -ограничител  4.

и

На сумматоре 8 происходит геометрическое сложение сигналов Uoi и Up(x) и на выходе сумматора 8 формируетс  первый суммарный (результирующий) сигнал U 1, вектор которого вращаетс  (на фиг, 2 показано стрелкой м) вследствие изменени  по

амплитуде сигнала Up(x) в функции перемещени .

Фаза суммарного синусоидального сигнала ( определ етс  выражением

15

35

р arctg

(2)

с°8 1+илЬ

где фаза суммарного сигнала с выхода первого сумматора;

Д)1 - сдвиг фаз между синусоидальными сигналами Up(x) и Uoi;

Up(x) - синусоидальный сигнал с точки соединени  сигнального вывода Обмотки 2 и входа усилител -ограничител  4, промоду- лированный в функции перемещени  X;

Uoi - синусоидальный опорный сигнал с выхода избирательного фильтра 5, сдвинутый по фазе фазосдвигающим блоком 6 и подвергнутый масштабированию делите ® лем 7 напр жени .

Одновременно на сумматоре 14 происходит геометрическое сложение гармонических сигналов Uo2 и Up(x) и на выходе сумматора 14 формируетс  второй суммар ный сигнал Цг вектор которого вращаетс  в противоположном направлении (на фиг. 2 показано стрелкой ад) относительно сигнала Ujf . Вращение вектора сигнала UЈЈ происходит вследствие изменени  по амп™ литуде сигнала Up(x) в функции перемещени .

Фаза суммарного синусоидального сигнала определ етс  выражением

№ arctg - (3)

COS 2+U7t) где - фаза суммарного сигнала Uc с выхода сумматора 14;

4QЦчх - сдвиг фаз между синусоидальными сигналами Up(x) и Uo2,

Uo2 - синусоидальный опорный сигнал с выхода избирательного фильтра 5, сдвинутый по фазе фазовращателем 12 и подеерг- .,. нутый масштабированию делителем 13 напр жени .

Суммарные синусоидальные сигналы 1/Е1и UЈ2c выходов сумматоров 8 и 14 поступают соответственно через усилители-огра- сп ничители 9 и 15 на второй и первый входы схемы И, выполн ющей функцию фазового детектора.

В результате одновременного вращени  двух суммарных векторов и U$2 в „ разных направлени х разность фаз рвых f(x) + pi между суммарными сигналами на входах фазового детектора 10 измен етс  с удвоенной скоростью и определ етс  выражением (4), которое  вл етс  функцией преобразовани  перемещений

рвых (pi

sin bi

arctg

arctg

cos Vt)i + 7-1-77

Up X; Sin TpQ2

cosi/toa+Tjf

На выходе элемента И (фазового детектора ) 10 формируетс  последовательность импульсов, площадь которых пропорциональна изменению разности р + + (pi f(x) между двум  суммарными сигналами и  и иЈ2 на его входах, а следовательно измер емому перемещению X.

С помощью фильтра 16 низкой частоты и усилител  17 площадь последовательности импульсов преобразуетс  в уровень аналогового сигнала, регистрируемого блоком 18.

К усилител м-ограничител м 9 и 15 предъ вл ютс  требовани  по стабильности уровней ограничени . Особенно жестко это требование дл  усилител -ограничител  4, так как изменение уровн  на его выходе ведет к изменению амплитудного значени  опорного напр жени  Uo, а следовательно, и напр жений Uoi и Uo2, т.е. к уменьшению точности измерени  перемещений.

Из векторной диаграммы (фиг. 2) и из выражени  (4) видно, что у предлагаемого устройства дл  бесконтактного измерени  перемещений диапазон изменени  разности фаз на входах фазового детектора 10, между суммарными сигналами Ugi и в 2 раза больше, т.е. устройство обладает повышенной в 2 раза чувствительностью преобразовани  по сравнению с известным устройством, а следовательно и повышенной точностью измерени  перемещений.

Claims (1)

1. Формула изобретени  Устройство дл  бесконтактного измерени  перемещений, содержащее подвижную обмотку возбуждени , подключенную к ис- 5 точнику переменного напр жени , неподвижную обмотку, первый вывод которой подключен к шине нулевого потенциала, последовательно соединенные первый усилитель-ограничитель , избирательный фильтр

   10 низкой частоты, фазосдвигающий блок, делитель напр жени , выход делител  напр жени  подключен к первому входу сумматора, второй вход которого объединен с входом первого усилител -ограничител  и

   15 подключен к второму выводу неподвижной обмотки, вход сумматора через второй усилитель-ограничитель подключен к второму входу элемента И, выход элемента И через последовательно соединенные фильтр низ20 кой частоты, усилитель напр жени  посто нного тока подключен к входу блока регистрации, отличающеес  тем, что, с целью повышени  точности измерени , оно снабжено блоком удвоени  чувстви-.

   25 тельности преобразовани , выполненным в виде последовательно соединенных фазовращател  и делител  напр жени , сумматора и усилител -ограничител , вход фазовращател  блока удвоени  чувстви30 тельности преобразовани  подключен к выходу избирательного фильтра низкой частоты, выход делител  напр жени  подключен х первому входу сумматора, второй вход которого подключен к точке соедине35 ни  второго вывода неподвижной обмотки с входами первого усилител -ограничител  и второго входа сумматора, выход сумматора блока удвоени  чувствительности преобразовани  через усилитель-ограничитель под40 ключей к первому входу элемента И.

   tf

   Ф)

   л

   V,

   ut

   ffr)

   «

   ч

   «г

   Фиг.2