RU2326446C1 - Digital displacement transducer - Google Patents
Digital displacement transducer Download PDFInfo
- Publication number
- RU2326446C1 RU2326446C1 RU2007113996/09A RU2007113996A RU2326446C1 RU 2326446 C1 RU2326446 C1 RU 2326446C1 RU 2007113996/09 A RU2007113996/09 A RU 2007113996/09A RU 2007113996 A RU2007113996 A RU 2007113996A RU 2326446 C1 RU2326446 C1 RU 2326446C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- amplitude
- raster
- transformer
- input
- output
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)
Abstract
Description
Предлагаемое изобретение относится к области автоматики и информационно-измерительной техники и может быть использовано для измерения линейных и угловых перемещений с помощью растровых трансформаторных датчиков.The present invention relates to the field of automation and information-measuring equipment and can be used to measure linear and angular displacements using raster transformer sensors.
Известны преобразователи перемещения в код на основе растровых трансформаторных датчиков перемещения [1]. Их общим недостатком является низкая точность, ограниченная минимально достижимыми размерами и количеством зубцов магнитной системы, которые можно обеспечить при изготовлении.Known converters displacement in the code based on raster transformer displacement sensors [1]. Their common drawback is low accuracy, limited by the minimum achievable dimensions and the number of teeth of the magnetic system that can be provided during manufacture.
Из известных наиболее близким по технической сущности является преобразователь перемещения в код на основе растровых трансформаторных датчиков перемещения, реализующий амплитудно-логический метод обработки выходных сигналов датчика, описанный в монографии (Конюхов Н.Е., Медников Ф.М., Нечаевский М.Л. Электромагнитные датчики механических величин. - М.: Машиностроение, 1987, стр.173-175), реализация которого для датчика с четырьмя обмотками считывания изложена там же на стр.228-231. Схема преобразователя перемещения в код приведена на фиг.1. На фиг.2 показан общий случай сопряжения двух параллельных растровых решеток для пояснения принципа работы растрового трансформаторного датчика перемещения. На фиг.3 приведена диаграмма изменения амплитуд напряжений на обмотках считывания растрового трансформаторного датчика при перемещении подвижного элемента относительно основания.Of the known closest in technical essence is the displacement transducer to code based on raster transformer displacement sensors that implements the amplitude-logical method of processing the sensor output signals described in the monograph (Konyukhov N.E., Mednikov F.M., Nechaevsky M.L. Electromagnetic sensors of mechanical quantities. - M .: Mashinostroenie, 1987, pp. 173-175), the implementation of which for a sensor with four read windings is described in the same place on pages 228-231. A diagram of the displacement to code converter is shown in FIG. Figure 2 shows the General case of pairing two parallel raster grids to explain the principle of operation of the raster transformer displacement sensor. Figure 3 shows a diagram of changes in voltage amplitudes on the read windings of a raster transformer sensor when moving the movable element relative to the base.
Электронный блок (фиг.1) содержит устройство контроля целостности линии связи 1, четыре растровых трансформаторных датчика 2, 3, 4 и 5 обмотки считывания которых подключены, соответственно, к четырем измерительным каналам 6, 7, 8 и 9, устройство диагностики 10, выход которого соединен с входами измерительных каналов, и устройство 11 питания датчиков. В состав каждого из измерительных каналов 6, 7, 8 и 9 входят последовательно включенные амплитудно-логическое устройство 12, дешифратор позиционного кода 13, формирователь импульсов счета 14, реверсивный счетчик 15 и цифроаналоговый преобразователь 16. Устройство диагностики 10 содержит генератор таковой частоты 17 и ключ 18, соединенные через схему И 19, счетчик 20 и дешифратор 21, соединенный с управляющим входом аналогового ключа 22, коммутирующего выходные сигналы трансформатора 23. Первичная обмотка трансформатора 23 соединена с выходом устройства 11 питания датчиков 2, 3, 4 и 5. Устройство 11 питания датчиков в свою очередь состоит из генератора линейно изменяющегося напряжения 24, преобразователя напряжение-ток 25, усилителя-корректора 26, нагруженного на резистор 27, и формирователя импульсов опроса 28.The electronic unit (figure 1) contains a device for monitoring the integrity of the
Работа растровых трансформаторных датчиков основана на сопряжении двух растровых решеток. Штрихи первой решетки (фиг.2) нанесены под углом φ1 к оси абсцисс с шагом, равным λ1, а штрихи второй - под углом φ2 и имеют шаг λ2. Точки пересечения решеток формируют комбинационные полосы, которые представляют собой семейство параллельных прямых с шагом τ. Таким образом, формируется шкала с ценой деления τ. В датчике одна из решеток образована неподвижным зубчатым ферромагнитным основанием (статором), а вторая - подвижным зубчатым ферромагнитным элементом (ротором). В пазах основания уложены секции обмоток считывания и возбуждения.The operation of raster transformer sensors is based on the coupling of two raster gratings. The strokes of the first lattice (Fig. 2) are plotted at an angle φ 1 to the abscissa axis with a step equal to λ 1 , and the strokes of the second are plotted at an angle φ 2 and have a pitch of λ 2 . The intersection points of the gratings form combination bands, which are a family of parallel lines with a step of τ. Thus, a scale is formed with the division price τ. In the sensor, one of the gratings is formed by a fixed gear ferromagnetic base (stator), and the second by a movable gear ferromagnetic element (rotor). In the grooves of the base are laid sections of the reading and field windings.
Магнитный поток, развиваемый секциями обмоток возбуждения, замыкается между статором и ротором через зубцовый зазор, пересекает обмотки считывания и наводит в них ЭДС, величина которой пропорциональна магнитной проводимости участков магнитной цепи, образованной основанием, подвижным элементом и воздушным зазором между их зубцами. Магнитная проводимость зависит от площади взаимного перекрытия зубцов. При изменении взаимного расположения зубцов основания и подвижного элемента датчика образуется комбинационное растровое сопряжение, что приводит к изменению выходных сигналов на обмотках считывания. Закон изменения амплитуд выходных сигналов на обмотках считывания при перемещении подвижного элемента относительно основания на величину х - синусоидальный, то есть появляется амплитудная модуляция выходных сигналов, частота которой зависит от скорости изменения взаимного расположения зубцов основания и подвижного элемента датчика.The magnetic flux developed by the sections of the field windings closes between the stator and the rotor through the tooth gap, crosses the read windings and induces an EMF in them, the magnitude of which is proportional to the magnetic conductivity of the sections of the magnetic circuit formed by the base, the movable element and the air gap between their teeth. Magnetic conductivity depends on the area of mutual overlapping of the teeth. When the relative position of the teeth of the base and the movable element of the sensor changes, a combination raster conjugation is formed, which leads to a change in the output signals on the read windings. The law of change in the amplitudes of the output signals on the read windings when moving the movable element relative to the base by x is sinusoidal, that is, amplitude modulation of the output signals appears, the frequency of which depends on the rate of change of the relative position of the teeth of the base and the movable sensor element.
На фиг.3 показан случай для растрового трансформаторного датчика 2 с четырьмя обмотками считывания и, соответственно, четырьмя напряжениями на них - U2.1, U2.2, U2.3 и U2.4. Период Т изменения амплитуды напряжения соответствует одному шагу зубцового сопряжения. Период Т разбивается на ряд зон (на фиг.3 их восемь - З1,...,З8) с шагом τ растрового сопряжения. Зоны отличаются друг от друга соотношением значений амплитуд напряжений на обмотках считывания. Например, в зоне З3 (на фиг.3 заштрихована) U2.2>U2.3>U2.1>U2.4.Figure 3 shows the case for a
Электронный блок работает следующим образом. В устройстве 11 питания датчиков генератор 24 вырабатывает линейно изменяющееся напряжение. С помощью преобразователя 25 и усилителя-корректора 26 оно преобразуется в ток треугольной формы для питания обмоток возбуждения датчиков 2, 3, 4 и 5. В обмотках считывания датчиков появляются напряжения прямоугольной формы за счет интегрирования в датчике треугольного тока питания. Амплитуды этих напряжений зависят от взаимного расположения в датчиках неподвижного зубчатого ферромагнитного основания и подвижного зубчатого ферромагнитного элемента, а именно от площади взаимного перекрытия зубцов. Формирователь импульсов опроса 28 формирует импульс в момент ожидаемого максимума напряжений на обмотках считывания датчиков. По этому импульсу устройства сравнения в составе амплитудно-логического устройства 12 производят попарно сравнение амплитуд напряжений на обмотках считывания каждого из датчиков. В результате сравнения на выходах устройств сравнения амплитудно-логического устройства 12 появляются сигналы логического нуля или единицы. Дешифратор позиционного кода 13 преобразует выходную кодовую комбинацию амплитудно-логического устройства 12 в трехразрядный двоичный код, соответствующий взаимному расположению неподвижного зубчатого ферромагнитного основания и подвижного зубчатого ферромагнитного элемента. Формирователь импульсов счета 14 выдает импульсы на реверсивный счетчик 15 при переходе от одной зоны к другой, то есть когда код в дешифраторе 13 изменяется. Реверсивный счетчик 15 осуществляет пересчет импульсов формирователя 14. Цифроаналоговый преобразователь 16 преобразует выходной код счетчика 15 в напряжение постоянного тока для обеспечения возможности работы с аналоговыми регистрирующими системами.The electronic unit operates as follows. In the sensor supply device 11, a generator 24 generates a ramp voltage. Using a converter 25 and an amplifier-corrector 26, it is converted into a triangular current to power the field windings of the
Устройство контроля целостности линии связи 1 проверяет линии связи обмоток датчиков 2, 3, 4 и 5 с измерительными каналами 6, 7, 8 и 9. В случае обрыва одной из линий выдается сигнал «Обрыв». Устройство диагностики 10 периодически подключается для проверки работоспособности измерительных каналов 6-9 при отключении датчиков или в том случае, когда отсутствует возможность задания перемещения (датчики установлены на изделии). С помощью ключа 18 на выходе устройства диагностики 10 можно получить различные комбинации амплитуд напряжений, соответствующие выходным напряжениям датчиков в различных положениях.The integrity control device of the
Недостатком известного преобразователя перемещения в код на основе растровых трансформаторных датчиков перемещения является низкая точность, ограниченная минимально достижимыми размерами и количеством зубцов магнитной системы, которые можно обеспечить при изготовлении.A disadvantage of the known displacement transducer to code based on raster transformer displacement sensors is low accuracy, limited by the minimum achievable dimensions and the number of teeth of the magnetic system that can be provided during manufacture.
Заявляемое изобретение направлено на устранение указанного недостатка.The invention is aimed at eliminating this drawback.
Это достигается тем, что в преобразователь перемещения в код, содержащий последовательно соединенные амплитудно-логическое устройство, дешифратор позиционного кода и реверсивный счетчик, а также источник тока, соединенный с обмоткой возбуждения растрового трансформаторного датчика перемещения и входом формирователя импульсов опроса, выход которого подключен к входу синхронизации амплитудно-логического устройства, дополнительно введен сумматор напряжений, входы которого подключены к двум соседним обмоткам считывания растрового трансформаторного датчика, а выход к дополнительному входу амплитудно-логического устройства.This is achieved by the fact that in the displacement transducer into a code containing an amplitude-logic device connected in series, a position code decoder and a reversible counter, as well as a current source connected to the field winding of the raster transformer displacement sensor and the input of the polling pulse shaper, the output of which is connected to the input synchronization of the amplitude-logical device, an additional voltage adder is introduced, the inputs of which are connected to two adjacent windings for reading a raster an informator sensor, and the output to the additional input of the amplitude-logic device.
На фиг.4 представлена структурная схема предлагаемого преобразователя перемещения в код на основе растровых трансформаторных датчиков перемещения. На фиг.5 приведена диаграмма изменения амплитуд напряжений на входах амплитудно-логического устройства при перемещении подвижного элемента растрового трансформаторного датчика относительно основания.Figure 4 presents the structural diagram of the proposed transducer displacement in the code based on raster transformer displacement sensors. Figure 5 shows a diagram of the change in the amplitude of the voltages at the inputs of the amplitude-logic device when moving the movable element of the raster transformer sensor relative to the base.
Преобразователь перемещения в код на основе растровых трансформаторных датчиков перемещения содержит источник тока питания 1 растрового трансформаторного датчика перемещения 2 с четырьмя обмотками считывания 2.1, 2.2, 2.3 и 2.4, формирователь импульсов опроса 3, сумматор напряжений 4, амплитудно-логическое устройство 5, дешифратор позиционного кода 6 и реверсивный счетчик 7. Выход источника тока питания 1 соединен с обмоткой возбуждения растрового трансформаторного датчика перемещения 2 и входом формирователя импульсов опроса 3. Выход формирователя импульсов опроса 3 соединен с входом синхронизации амплитудно-логического устройства 5. Обмотки считывания растрового трансформаторного датчика перемещения 2 подключены к входам амплитудно-логического устройства 5. Две соседних обмотки считывания растрового трансформаторного датчика перемещения 2, например 2.1 и 2.2, или 2.2 и 2.3, или 2.3 и 2.4, или 2.4 и 2.1, соединены через сумматор напряжений 4 с дополнительным входом амплитудно-логического устройства 5. Выходы амплитудно-логического устройства 5 соединены через дешифратор позиционного кода 6 с входом реверсивного счетчика 7.The displacement converter into a code based on raster transformer displacement sensors contains a
Все устройства, входящие в преобразователь перемещения в код, могут быть реализованы в виде отдельных функциональных блоков. Возможна также реализация некоторых узлов, например источника тока питания 1, генератора импульсов опроса 3, сумматора напряжений 4, амплитудно-логического устройства 5, дешифратора позиционного кода 6 и реверсивного счетчика 7, программными средствами в составе микроконтроллера, оснащенного компараторами или аналого-цифровыми преобразователями.All devices included in the displacement transducer in the code can be implemented as separate functional blocks. It is also possible to implement some nodes, for example, a
Работает преобразователь перемещения в код следующим образом. Сигнал переменного тока (возможна синусоидальная форма сигнала или иная, например в виде пилообразных или прямоугольных импульсов) источника тока питания 1 поступает в обмотку возбуждения растрового трансформаторного датчика перемещения 2. На обмотках считывания растрового трансформаторного датчика перемещения 2 появляются напряжения, амплитуды которых зависят от положения штока датчика в данный момент времени. При перемещении штока растрового трансформаторного датчика перемещения 2 амплитуды напряжений на обмотках считывания изменяются по синусоидальному закону, причем изменения огибающей амплитуд в соседних обмотках отличаются по начальной фазе на одинаковый угол. Напряжения любых двух соседних обмоток складываются в сумматоре напряжений 4. Пусть напряжение U2.1=U cosx coswt, где U - амплитуда несущего колебания частоты w, x - измеряемое перемещение, а напряжение U2.2=Ucos(x+τ)cos(wt). Тогда выходное напряжение сумматора напряжений 4 U4=U cosx coswt+U cos(x+τ) cos(wt)=2 Ucos(τ/2) cos(x+τ/2) cos(wt). Коэффициент передачи сумматора напряжений 4 выбирается равным 1/2cos(τ/2). При этом амплитуда его выходного сигнала была равна амплитуде сигналов на обмотках считывания растрового трансформаторного датчика перемещения 2. Например, при использовании растрового трансформаторного датчика перемещения с четырьмя обмотками считывания τ=π/2 и коэффициент передачи сумматора напряжений 4 выбирается равным при использовании растрового трансформаторного датчика перемещения с тремя обмотками считывания τ=π/3 и коэффициент передачи сумматора напряжений 4 выбирается равным 1 и т.д. Огибающая U4 амплитуды выходного напряжения сумматора напряжений 4 показана на фиг.5. Значение ее начальной фазы равно среднему значению начальных фаз огибающих амплитуд входных напряжений сумматора напряжений 4. В результате каждая из зон З1,...,З8 разделяется на две половины, то есть шаг растровой решетки уменьшается в два раза. Признаком вновь образованных зон также является соотношение значений огибающих амплитуд: внутри зоны З1 в первой половине U2.1>U4, а во второй - U2.1<U4; внутри зоны З2 в первой половине U2.2<U4, а во второй - U2.2>U4; внутри зоны З3 в первой половине U2.3<U4, а во второй - U2.3>U4; внутри зоны З4 в первой половине U2.4<U4, а во второй - U2.4>U4; внутри зоны З5 в первой половине U2.1<U4, а во второй - U2.1>U4; внутри зоны З6 в первой половине U2.2>U4, а во второй - U2.2<U4; внутри зоны З7 в первой половине U2.3>U4, а во второй - U2.2<U4; внутри зоны З8 в первой половине U2.4>U4, а во второй - U2.4<U4.The translate to code converter works as follows. An AC signal (a sinusoidal waveform or another, for example, in the form of sawtooth or rectangular pulses), the
Формирователь импульсов опроса 3 в момент времени, соответствующий максимальному значению напряжений на обмотках считывания растрового трансформаторного датчика 2, вырабатывает импульс, по которому в амплитудно-логическом устройстве 5 производится попарно сравнение амплитуд входных напряжений. В результате сравнения на выходах амплитудно-логического устройства 5 появляются сигналы логического нуля или единицы. Дешифратор позиционного кода 6 анализирует выходные сигналы амплитудно-логического устройства 5, производит опознание зон внутри шага растра (фиг.5) и вырабатывает код номера зоны. Реверсивный счетчик 7 фиксирует код номера зоны и в дальнейшем нарастающим итогом увеличивает или уменьшает его на единицу при каждом изменении кода номера зоны.The
Введение сумматора напряжений 4 с соответствующими связями позволяет повысить точность измерения перемещения с помощью растровых трансформаторных датчиков в два раза.The introduction of a
Источники информацииInformation sources
1. Конюхов Н.Е., Медников Ф.М., Нечаевский М.Л. Электромагнитные датчики механических величин. - М.: Машиностроение, 1987.1. Konyukhov N.E., Mednikov F.M., Nechaevsky M.L. Electromagnetic sensors of mechanical quantities. - M.: Mechanical Engineering, 1987.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2007113996/09A RU2326446C1 (en) | 2007-04-13 | 2007-04-13 | Digital displacement transducer |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2007113996/09A RU2326446C1 (en) | 2007-04-13 | 2007-04-13 | Digital displacement transducer |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2326446C1 true RU2326446C1 (en) | 2008-06-10 |
Family
ID=39581498
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2007113996/09A RU2326446C1 (en) | 2007-04-13 | 2007-04-13 | Digital displacement transducer |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2326446C1 (en) |
-
2007
- 2007-04-13 RU RU2007113996/09A patent/RU2326446C1/en not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
КОНЮХОВ Н.Е. Электромагнитные датчики механических величин, Москва, Машиностроение, 1987, с.228-231. * |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US5412317A (en) | Position detector utilizing absolute and incremental position sensors in combination | |
US4757244A (en) | Method and apparatus for detecting absolute position | |
CA1286385C (en) | Variable reluctance position transducer | |
JP2008503749A (en) | Device with magnetic field sensor | |
CN103557782A (en) | Linear motor positioning method based on switch Hall sensor sequential coding | |
JPH0674917U (en) | Evaluation device for digital incremental encoder | |
RU2326446C1 (en) | Digital displacement transducer | |
WO1990004754A1 (en) | System for processing position signals | |
RU2334948C1 (en) | Raster transformer displacement transducer into code | |
RU63143U1 (en) | RAST TRANSFORMER TRANSFORMER TO MOVE TO CODE | |
JPH0374326B2 (en) | ||
JPH0143243B2 (en) | ||
SU1739185A1 (en) | Digital pickup of linear translations | |
JPH0141925B2 (en) | ||
JPH04110727A (en) | Encoder | |
RU2386923C1 (en) | Device for measurement of angular displacements | |
SU881802A1 (en) | Shaft angular position-to-code converter | |
RU2397440C1 (en) | Device for measuring angular displacements | |
JP3098580B2 (en) | Drive circuit for cross-coil instrument | |
RU1796882C (en) | Digital transducer of linear displacements | |
SU881804A2 (en) | Displacement-to-code converter | |
RU2254672C2 (en) | Shaft angle-of-turn-to-code converter | |
SU932201A1 (en) | Device for converting displacement to time interval | |
RU2193794C2 (en) | Parameter-to-code converter | |
KR20230065138A (en) | Angle measurement system based on magnetic method and measurement method therefor |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20120414 |