RU51725U1 - MOVEMENT CONVERTER - Google Patents
MOVEMENT CONVERTER Download PDFInfo
- Publication number
- RU51725U1 RU51725U1 RU2005125242/22U RU2005125242U RU51725U1 RU 51725 U1 RU51725 U1 RU 51725U1 RU 2005125242/22 U RU2005125242/22 U RU 2005125242/22U RU 2005125242 U RU2005125242 U RU 2005125242U RU 51725 U1 RU51725 U1 RU 51725U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- output
- input
- comparator
- voltage source
- winding pair
- Prior art date
Links
Landscapes
- Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)
Abstract
Полезная модель относится к техническим средствам измерительного преобразования перемещений в электрические сигналы с применением индуктивных датчиков. Она может быть использована в системах управления подвижными объектами, в технологическом оборудовании. Технический результат ее действия характеризуется повышением точности преобразования, выражающемся в снижении динамической погрешности. Преобразователь содержит блок считывания, источник переменного напряжения, шину нулевого потенциала, компаратор, первый одновибратор, блок деления, вычитатель и источник опорного напряжения, причем блок считывания включает в себя дифференциальный индуктивный датчик с якорем и двумя последовательно включенными рабочими обмотками, образующими обмоточную пару, а также резистор, включенный последовательно с обмоточной парой, первый крайний вывод обмоточной пары подключен к первому выводу источника переменного напряжения и ко входу делителя блока деления, а ее второй крайний вывод - к первому входу компаратора и одному из выводов резистора, другой вывод которого вместе со вторым выводом источника переменного напряжения соединен с шиной нулевого потенциала и вторым входом компаратора, прямой выход компаратора подключен ко входу первого одновибратора, выход блока деления соединен со входом уменьшаемого вычитателя, а ко входу вычитаемого вычитателя подключен выход источника опорного напряжения. В преобразователь введен второй одновибратор, ко входу которого подключен инверсный выход компаратора, причем выходы первого и второго одновибраторов объединены между собой, средний вывод обмоточной пары подключен ко входу делимого, а объединенный выход первого и второго одновибраторов - к синхронизирующему входу блока деления. Импульсы, управляющие выборкой считываемого информативного сигнала и получением его отношения к считываемому компенсационному сигналу в блоке деления, синхронизируют работу данного блока в каждом полупериоде переменного напряжения. В результате вдвое уменьшается погрешность, обусловливаемая наличием отклонения координат подвижного якоря от положения, которое соответствует моменту каждой предыдущей выборки считываемых сигналов.The invention relates to the technical means of measuring the conversion of displacements into electrical signals using inductive sensors. It can be used in control systems for moving objects, in technological equipment. The technical result of its action is characterized by an increase in conversion accuracy, expressed in a decrease in dynamic error. The converter comprises a readout unit, an alternating voltage source, a zero potential bus, a comparator, a first single vibrator, a division unit, a subtractor and a reference voltage source, the readout unit including a differential inductive sensor with an armature and two series-connected operating windings forming a winding pair, and also a resistor connected in series with the winding pair, the first extreme output of the winding pair is connected to the first output of the AC voltage source and to the delhi input divider unit, and its second extreme terminal - to the first input of the comparator and one of the terminals of the resistor, the other terminal of which, together with the second terminal of the AC voltage source is connected to the zero potential bus and the second input of the comparator, the direct output of the comparator is connected to the input of the first one-shot, the output the division unit is connected to the input of the reduced subtractor, and the output of the reference voltage source is connected to the input of the subtracted subtractor. A second one-shot is introduced into the converter, to the input of which the inverted output of the comparator is connected, the outputs of the first and second one-shots being combined, the middle output of the winding pair connected to the input of the dividend, and the combined output of the first and second one-shots to the synchronizing input of the division unit. The pulses that control the selection of the readable informative signal and the receipt of its relationship to the readable compensation signal in the division unit synchronize the operation of this unit in each half-cycle of the alternating voltage. As a result, the error due to the presence of a deviation of the coordinates of the moving armature from a position that corresponds to the moment of each previous sample of read signals is halved.
Description
Полезная модель относится к техническим средствам измерительного преобразования перемещений в электрические сигналы с применением индуктивных датчиков. Она может быть использована в системах управления подвижными объектами, в технологическом оборудовании, содержащем контролируемые подвижные объекты. Известен преобразователь перемещений, содержащий блок считывания, который включает в себя дифференциальный индуктивный датчик с магнитопроводным якорем и двумя рабочими обмотками, а также две компенсационные обмотки и четыре резистора. Первая ветвь блока считывания образована последовательным соединением первой рабочей обмотки, первого резистора, второй рабочей обмотки, второго резистора; вторая ветвь блока считывания образована последовательным соединением первой компенсационной обмотки, третьего резистора, второй компенсационной обмотки, четвертого резистора. Преобразователь содержит также источник переменного напряжения с двумя выводами, один из которых соединен с первыми крайними выводами, а другой - со вторыми крайними выводами обеих ветвей блока считывания и с шиной нулевого потенциала. Кроме того, данный преобразователь включает в себя компаратор, одновибратор, два устройства выборки-хранения (УВХ) и блок деления.The invention relates to the technical means of measuring the conversion of displacements into electrical signals using inductive sensors. It can be used in control systems for moving objects, in technological equipment containing controlled moving objects. Known transducer containing a reading unit, which includes a differential inductive sensor with a magnetic armature and two working windings, as well as two compensation windings and four resistors. The first branch of the reading unit is formed by the serial connection of the first working winding, the first resistor, the second working winding, the second resistor; the second branch of the reading unit is formed by the serial connection of the first compensation winding, the third resistor, the second compensation winding, the fourth resistor. The converter also contains an alternating voltage source with two terminals, one of which is connected to the first extreme terminals, and the other to the second extreme terminals of both branches of the readout unit and to the bus of zero potential. In addition, this converter includes a comparator, a single vibrator, two sampling-storage devices (UVC) and a division unit.
Выводы второго резистора соединены со входами компаратора, прямой выход которого через одновибратор связан с управляющими входами первого и второго УВХ. Средний вывод первой ветви блока считывания подключен к информационному входу первого УВХ, а средний вывод второй ветви - к информационному входу второго УВХ. Выходы первого и второго УВХ подключены соответственно ко входам делимого и делителя блока деления [1]. Данный преобразователь обладает способностью компенсировать нерабочие изменения амплитуды и частоты переменного напряжения, питающего блок считывания.The findings of the second resistor are connected to the inputs of the comparator, the direct output of which is connected through a single-vibrator to the control inputs of the first and second UHF. The average output of the first branch of the reading unit is connected to the information input of the first I / O, and the average output of the second branch is connected to the information input of the second I / O. The outputs of the first and second UVC are connected respectively to the inputs of the dividend and divider of the division unit [1]. This converter has the ability to compensate for inoperative changes in the amplitude and frequency of the alternating voltage supplying the reading unit.
Недостатком данного преобразователя является низкая точность и наличие соответствующей динамической погрешности, обусловленной накоплением расхождений между положением якоря в момент очередной выборки (дискретизации) считываемой первичной информации и его положением к моменту следующего акта выборки, потому что в междискретизационном временном промежутке с длительностью, определяемой периодом переменного питающего напряжения, уровень выходного сигнала преобразователя не обновляется.The disadvantage of this converter is the low accuracy and the presence of a corresponding dynamic error due to the accumulation of discrepancies between the position of the armature at the time of the next sampling (discretization) of the read primary information and its position at the time of the next act of sampling, because there is an inter-sampling time period with a duration determined by the period of the alternating supply voltage, the output level of the converter is not updated.
Кроме того, данный преобразователь имеет ограниченную область применения, поскольку он не способен осуществлять измерение перемещений в разнозначных (положительном и отрицательном) In addition, this converter has a limited scope, since it is not able to measure displacements in different (positive and negative)
поддиапазонах и формировать соответствующие им выходные сигналы разной полярности.subbands and generate the corresponding output signals of different polarity.
По технической сущности наиболее близок к предлагаемому в настоящей заявке преобразователь перемещений, содержащий блок считывания, источник переменного напряжения, шину нулевого потенциала, компаратор, одновибратор, два УВХ, блок деления, вычитатель, источник опорного напряжения. Блок считывания, в свою очередь, содержит дифференциальный индуктивный датчик с магнитопроводным якорем и двумя последовательно включенными рабочими обмотками, образующими обмоточную пару, а также две последовательно включенные компенсационные обмотки и два резистора. С первым выводом источника переменного напряжения соединены первые крайние выводы соответственно обмоточной пары и пары компенсационных обмоток. Ко второму крайнему выводу обмоточной пары подключен один из выводов первого резистора и первый вход компаратора, а ко второму крайнему выводу пары компенсационных обмоток - один из выводов второго резистора. Другие выводы первого и второго резисторов связаны с шиной нулевого потенциала и вторым входом компаратора. Прямой выход компаратора через одновибратор связан с управляющими входами первого и второго УВХ. К информационному входу первого УВХ подключен средний вывод обмоточной пары датчика, а к информационному входу второго УВХ - средний вывод пары компенсационных обмоток. Выходы первого и второго УВХ связаны со входами соответственно делимого и делителя блока деления, выход которого, в свою очередь, подключен ко входу уменьшаемого вычитателя, причем со входом вычитаемого вычитателя соединен выход источника опорного напряжения [2]. Как и вышеуказанное устройство-аналог [1], данный преобразователь способен компенсировать нерабочие колебания уровней амплитуды и частоты переменного напряжения, питающего блок считывания.In terms of technical nature, the displacement transducer containing a reader, an alternating voltage source, a zero potential bus, a comparator, a single vibrator, two UVCs, a division unit, a subtracter, and a reference voltage source is closest to the one proposed in this application. The reader, in turn, contains a differential inductive sensor with a magnetic armature and two series-connected working windings forming a winding pair, as well as two series-connected compensation windings and two resistors. The first extreme terminals of the winding pair and the pair of compensation windings are connected to the first output of the AC voltage source. One of the terminals of the first resistor and the first input of the comparator are connected to the second extreme terminal of the winding pair, and one of the terminals of the second resistor is connected to the second extreme terminal of the pair of compensation windings. Other conclusions of the first and second resistors are connected to the bus of zero potential and the second input of the comparator. The direct output of the comparator through a single vibrator is connected to the control inputs of the first and second I / O. The average output of the sensor’s winding pair is connected to the information input of the first UVC, and the average output of the pair of compensation windings is connected to the information input of the second UVC. The outputs of the first and second UVC are connected to the inputs of the dividend and divider of the division unit, the output of which, in turn, is connected to the input of the reduced subtracter, and the output of the reference voltage source is connected to the input of the subtracted subtractor [2]. Like the above-mentioned analog device [1], this converter is able to compensate for inoperative fluctuations in the amplitude and frequency levels of the alternating voltage supplying the reading unit.
Недостатком данного преобразователя, принятого за прототип заявляемого технического решения, является низкая точность, обусловленная наличием значительной динамической погрешности преобразования перемещений. Эта погрешность проявляется при скоростном движении наблюдаемого объекта, к которому прикреплен якорь датчика, в каждом временном промежутке между моментами смежных выборок считываемых информативных сигналов; данный временной промежуток определяется длительностью периода переменного напряжения, питающего блок считывания. Здесь уровень выходного сигнала преобразователя привязан к моменту предыдущей выборки (дискретизации) и не учитывает изменений величины считываемых сигналов, происходящих за счет сдвигов якоря во время между смежными по времени выборками.The disadvantage of this Converter, taken as a prototype of the proposed technical solution, is the low accuracy due to the presence of a significant dynamic error in the conversion of displacements. This error is manifested when the speed of the observed object, to which the sensor armature is attached, in each time interval between the moments of adjacent samples of readable informative signals; This time period is determined by the length of the period of the alternating voltage supplying the reading unit. Here, the output signal level of the converter is tied to the moment of the previous sampling (discretization) and does not take into account changes in the magnitude of the read signals occurring due to armature shifts during time between adjacent time samples.
Так, при частоте питающего блок считывания переменного напряжения порядка (5...10)кГц (чему соответствует период Т порядка (10-4...2·10-2)с), скорости якоря υ=(5...10)см/с, диапазон преобразования ±xr=±2,5 мм приведенная динамическая погрешность, вызываемая отклонениями якоря от положения, которое соответствовало моменту предыдущей выборки считываемых информативных сигналов, характеризуется значениямиSo, at the frequency of the AC voltage reading unit, the order is (5 ... 10) kHz (which corresponds to the period T of the order (10 -4 ... 2 · 10 -2 ) s), the armature speed υ = (5 ... 10 ) cm / s, conversion range ± x r = ± 2.5 mm the reduced dynamic error caused by deviations of the armature from the position that corresponded to the time of the previous sample of readable informative signals is characterized by the values
γ∞=υT/xr=(0,2...0,8)%,γ ∞ = υT / x r = (0.2 ... 0.8)%,
что имеет самой основной погрешности преобразователя в целом.which has the most basic error of the converter as a whole.
Техническим результатом является повышение точности преобразования перемещений за счет снижения динамической погрешности (при обеспечении компенсации нерабочих изменений амплитуды и частоты переменного напряжения, питающего блок считывания).The technical result is to increase the accuracy of the conversion of displacements by reducing the dynamic error (while providing compensation for non-working changes in the amplitude and frequency of the alternating voltage supplying the reading unit).
Технический результат достигается тем, что в преобразователь перемещений, содержащий блок считывания, источник переменного напряжения, шину нулевого потенциала, компаратор, первый одновибратор, блок деления, вычитатель и источник опорного напряжения, причем блок считывания включает в себя дифференциальный индуктивный датчик с якорем и двумя последовательно соединенными рабочими обмотками, образующими обмоточную пару, а также резистор, включенный последовательно с обмоточной парой, первый крайний вывод обмоточной пары подключен к первому выводу источника переменного напряжения и ко входу делителя блока деления, а ее второй крайний вывод - к первому входу компаратора и одному из выводов резистора, другой вывод которого вместе со вторым выводом источника переменного напряжения соединен с шиной нулевого потенциала и вторым входом компаратора, прямой выход компаратора подключен ко входу первого одновибратора, выход блока деления соединен со входом уменьшаемого вычитателя, а ко входу вычитаемого вычитателя подключен выход источника опорного напряжения, введен второй одновибратор, ко входу которого подключен инверсный выход компаратора, причем выходы первого и второго одновибраторов объединены между собой, средний вывод обмоточной пары подключен ко входу делимого, а объединенный выход первого и второго одновибраторов - к синхронизирующему входу блока деления.The technical result is achieved in that a displacement transducer comprising a reading unit, an alternating voltage source, a zero potential bus, a comparator, a first one-shot, a division unit, a subtractor and a reference voltage source, wherein the reading unit includes a differential inductive sensor with an armature and two in series connected by working windings forming a winding pair, as well as a resistor connected in series with the winding pair, the first extreme terminal of the winding pair is connected to to the output terminal of the AC voltage source and to the input of the divider of the division unit, and its second extreme output to the first input of the comparator and one of the terminals of the resistor, the other output of which, together with the second output of the AC voltage source, is connected to the zero potential bus and the second input of the comparator, direct output the comparator is connected to the input of the first one-shot, the output of the division unit is connected to the input of the reduced subtracter, and the output of the reference voltage source is connected to the input of the subtracted subtractor, the second dnovibrator, which is connected to an input of the inverse output of the comparator, wherein the outputs of the first and second monostable multivibrators are connected with each other, the average output of the winding pair is connected to the input of the dividend, and the combined output of the first and second monostable multivibrators - dividing the clock input to the block.
Совокупность отличительных признаков заявляемого устройства способна обеспечить достижение технического результата, присущим настоящей полезной модели.The set of distinctive features of the claimed device is capable of achieving the technical result inherent in this utility model.
На фиг.1 приведена блок-схема заявляемого преобразователя перемещений, на фиг.2 - функциональная схема блока деления, на фиг.3 - временные диаграммы формирования импульсов управления операциями Figure 1 shows a block diagram of the inventive displacement transducer, figure 2 is a functional diagram of a division unit, figure 3 is a timing diagram of the formation of pulses of operation control
получения отношения информативного и компенсационного считываемых сигналов.obtaining the relationship of informative and compensatory read signals.
Преобразователь перемещений (фиг.1) содержит блок 7 считывания, источник 2 переменного напряжения, шину 3 нулевого потенциала, блок 4 деления, вычитатель 5, источник 6 опорного напряжения, компаратор 7, первый 8 и второй 9 одновибраторы. Блок 7 включает в себя якорь 10, первую 77 и вторую 72 рабочие обмотки, последовательное соединение которых образует обмоточную пару, а также резистор 13; якорь 10 и обмоточная пара образуют дифференциальный индуктивный датчик. Якорь 10 прикреплен к контролируемому подвижному объекту (не показан).The displacement transducer (Fig. 1) contains a reading unit 7, an alternating voltage source 2, a zero potential bus 3, a division unit 4, a subtractor 5, a reference voltage source 6, a comparator 7, the first 8 and second 9 single-vibrators. Block 7 includes an armature 10, a first 77 and a second 72 working windings, the series connection of which forms a winding pair, as well as a resistor 13; the armature 10 and the winding pair form a differential inductive sensor. Anchor 10 is attached to a controlled moving object (not shown).
Первый крайний (левый по фиг.1), средний и второй крайний (правый) выводы обмоточной пары помечены на схеме фиг.1 символами соответственно а, b, с, объединения выходов первого 8 и второго 9 одновибраторов - через d.The first extreme (left in Fig. 1), middle and second extreme (right) conclusions of the winding pair are marked in the diagram of Fig. 1 with the symbols a, b, c, respectively, combining the outputs of the first 8 and second 9 single-vibrators - through d.
Резистор 13 включен с обмоточной парой блока 7 последовательно. Средний вывод Ь обмоточной пары подключен ко входу делимого блока 4. Первый (правый по фиг.1) вывод источника 2 соединен с первым крайним выводом d обмоточной пары, а также со входом делителя блока 4.The resistor 13 is connected with a winding pair of block 7 in series. The average output b of the winding pair is connected to the input of the divisible unit 4. The first (right in FIG. 1) output of the source 2 is connected to the first extreme terminal d of the winding pair, as well as to the input of the divider of unit 4.
Выход блока 4 связан со входом уменьшаемого, а выход источника 6 - со входом вычитаемого вычитателя 5, выход которого является в то же время общим выходом преобразователя перемещений. Второй крайний вывод с обмоточной пары, подключенный к одному из выводов (правому по фиг.1) резистора 13, соединен также с первым (верхним по фиг.1) входом компаратора 7, а другой (левый по фиг.1) вывод резистора 13 соединен со вторым (правым по фиг.1) выводом источника 2, шиной 3 и вторым (нижним по фиг.1) входом компаратора 7. Прямой (верхний по фиг.1) выход компаратора 7 соединен со входом первого одновибратора 8, а инверсный (нижний) выход компаратора 7 - со входом второго одновибратора 9. Выходы одновибраторов 8, 9 соединены между собой, а также с синхронизирующим входом блока 4.The output of block 4 is connected to the input of the decremented one, and the output of source 6 is connected to the input of the subtracted subtractor 5, the output of which is at the same time the general output of the displacement transducer. The second extreme terminal from the winding pair, connected to one of the terminals (right in FIG. 1) of the resistor 13, is also connected to the first (upper in FIG. 1) input of the comparator 7, and the other (left in FIG. 1) terminal of the resistor 13 is connected with the second (right in FIG. 1) output of source 2, bus 3 and the second (lower in FIG. 1) input of comparator 7. The direct (upper in FIG. 1) output of comparator 7 is connected to the input of the first one-shot 8, and the inverse (lower ) the output of the comparator 7 - with the input of the second one-shot 9. The outputs of the one-shots 8, 9 are interconnected, as well as synchronized block input 4.
Блок 4 (фиг.2) состоит из повторителя - инвертора 14, устройства выборки-хранения (УВХ) 15, формирователя 16 отношения напряжения к коду, аналого-цифрового преобразователя (АЦП) 17 и входного усилителя 15. АЦП 17 имеет выход 19 двоичного кода уровня (абсолютной величины) его входного напряжения и выход 20 знакового разряда, отображающего знак данного входного напряжения АЦП 17.Block 4 (figure 2) consists of a repeater - inverter 14, a sampling-storage device (UVX) 15, a voltage-to-code ratio shaper 16, an analog-to-digital converter (ADC) 17 and an input amplifier 15. The ADC 17 has a binary code output 19 level (absolute value) of its input voltage and an output of 20 significant bits, displaying the sign of this input voltage of the ADC 17.
Информационный вход повторителя - инвертора 14 и вход усилителя 18 являются в то же время входами соответственно делимого и делителя блока 4 в целом, а соединенные между собой управляющий вход УВХ 15 и вход синхронизации АЦП 17 представляют собой общий вход синхронизации блока 4. Выход повторителя - инвертора 14 соединен с информационным входом УВХ 15, выход которого подключен к The information input of the repeater - inverter 14 and the input of the amplifier 18 are at the same time the inputs of the divisible and divisor of block 4 as a whole, and the interconnected control input of the UVX 15 and the synchronization input of the ADC 17 represent the common synchronization input of block 4. The output of the repeater - inverter 14 is connected to the information input of the UVX 15, the output of which is connected to
аналоговому входу формирователя 16. Выход 20 АЦП 17 связан с управляющим входом повторителя - инвертора 14, а выход 19 АЦП 17 подключен к кодовому входу формирователя 16.the analog input of the shaper 16. The output 20 of the ADC 17 is connected to the control input of the repeater - inverter 14, and the output 19 of the ADC 17 is connected to the code input of the shaper 16.
Выполнение повторителя - инвертора 14 представлено в описании известного преобразователя перемещений в код [3] (позиция 16, фиг.2) Формирователь 16 представляет собой известную схему включения цифроаналогового преобразователя в цепь обратной связи операционного усилителя [4, с.234-235, рис.9.4, б]; указанная схема реализует режим деления (с известным коэффициентом пропорциональности) величины напряжения, подаваемого на ее аналоговый вход, на значение кода, поступающего по ее кодовому входу. Выполнение АЦП 17 с выходным параллельным двоичным кодом также достаточно хорошо известно [4, с.239-251]; очередной рабочий акт АЦП 17 запускается синхроимпульсом, поступающим по соответствующему входу синхронизации блока 4. Усилитель 18 предназначен для нормализации уровней переменных напряжений, поступающих на вход делителя блока 4. Ниже для определенности представлено использование АЦП 17 с двузначным входным диапазоном преобразуемых напряжений (имеет поддиапазоны отрицательных и положительных значений), а также использование усилителя 18, работающего в режиме инвертора (с отрицательным коэффициентом преобразования).The implementation of the repeater-inverter 14 is presented in the description of the known transducer to the code [3] (item 16, figure 2). The driver 16 is a known circuit for incorporating a digital-to-analog converter into the feedback circuit of an operational amplifier [4, p.234-235, Fig. 9.4, b]; the indicated circuit implements a division mode (with a known proportionality coefficient) of the voltage supplied to its analog input by the value of the code supplied through its code input. The implementation of the ADC 17 with the output parallel binary code is also quite well known [4, p.239-251]; the next working act of the ADC 17 is triggered by a synchronizing pulse received at the corresponding synchronization input of block 4. The amplifier 18 is designed to normalize the levels of variable voltages supplied to the input of the divider of block 4. Below, for definiteness, the use of ADC 17 with a two-digit input voltage range of converted voltages (has subranges of negative and positive values), as well as the use of an amplifier 18 operating in inverter mode (with a negative conversion coefficient).
Заявляемый преобразователь работает следующим образом.The inventive Converter operates as follows.
Электрическая ветвь блока 7, состоящая из обмоточной пары дифференциального индуктивного датчика и резистора 13, залитывается от источника 2 переменным напряжением uП с амплитудой Um периодом Т:The electrical branch of block 7, consisting of a winding pair of a differential inductive sensor and resistor 13, is flooded from source 2 with an alternating voltage u P with an amplitude U m of period T:
uП=Umsinωt,u P = U m sinωt,
где ω=2π/Т - круговая частота; Т- время.where ω = 2π / T is the circular frequency; T-time.
Изменения координаты Х якоря 10 дифференциального индуктивного датчика, отсчитываемой вдоль оси измеряемых перемещений х, вызывают разнозначные приращения индуктивностей L1, L2 соответственно первой 11 и второй 12 рабочих обмоток. В пределах ±xr диапазона преобразователя перемещений такие разнозначные приращения следующим образом влияют на величины данных индуктивностей:Changes in the coordinate X of the armature 10 of the differential inductive sensor, counted along the axis of the measured displacements x, cause different increments of the inductances L 1 , L 2, respectively, of the first 11 and second 12 working windings. Within the ± x r range of the displacement transducer, such diverse increments as follows affect the values of these inductances:
L1=-λX+Lδ, L2=λX+Lδ,L 1 = -λX + L δ , L 2 = λX + L δ ,
где λ - крутизна изменения индуктивности рабочей обмотки, вызываемого изменением положения якоря 10 на оси х; Lδ - балансная индуктивность рабочей обмотки, соответствующая нулевому значению координаты Х. При движении якоря 10 со скоростью υ от начального положения Х0 координата Х определяется суммой (Х0+υt).where λ is the steepness of the change in the inductance of the working winding caused by a change in the position of the armature 10 on the x axis; L δ is the balanced inductance of the working winding, corresponding to the zero value of the coordinate X. When the armature 10 moves at a speed υ from the initial position X 0 , the X coordinate is determined by the sum (X 0 + υt).
Суммарная индуктивность обмоточной парыThe total inductance of the winding pair
L1+L2=2Lδ, L 1 + L 2 = 2L δ ,
в отличие от ее составляющих L1, L2, функцией координаты Х и скорости υ не является.unlike its components L 1 , L 2 , the function of the X coordinate and velocity υ is not.
В электрической ветви блока 1 протекает переменный токAn alternating current flows in the electrical branch of block 1
i=Imsin(ωt-φ)i = I m sin (ωt-φ)
с амплитудой Im и фазовым сдвигом относительно переменного напряжения uП, составляющим φ=arctgQ;with an amplitude of I m and a phase shift relative to an alternating voltage u P of φ = arctgQ;
Q=ω(L1+L2)/(r1+r2+R),Q = ω (L 1 + L 2 ) / (r 1 + r 2 + R),
где r1, r2 - активные сопротивления соответственно первой 11 и второй 12 рабочих обмоток; R - активное сопротивление резистора 13,where r 1 , r 2 are the active resistances of the first 11 and second 12 working windings, respectively; R is the active resistance of the resistor 13,
Im=Um/((r1+r2+R)(Q2+1)1/2)I m = U m / ((r 1 + r 2 + R) (Q 2 +1) 1/2 )
Величины выходных переменных напряжений блока 1 - считываемых сигналов, снимаемых с выводов а, b, с отсчитываются относительно нулевого потенциала шины 3.The values of the output alternating voltages of block 1 — the read signals taken from the conclusions a, b, c are counted relative to the zero potential of the bus 3.
С первого крайнего вывода а обмоточной пары снимается компенсационный считываемый сигнал - напряжениеThe compensation read-out signal - voltage is removed from the first extreme terminal of a winding pair
ua=(L1+L2)i'+(L1+L2)'i+(r1+r2+R)i,u a = (L 1 + L 2 ) i '+ (L 1 + L 2 )' i + (r 1 + r 2 + R) i,
где i'=di/dt=ωImcos(ωt-φ);where i '= di / dt = ωI m cos (ωt-φ);
(L1+L2)'=d(L1+L2)/dt=d(2Lδ)/dt=0,(L 1 + L 2 ) '= d (L 1 + L 2 ) / dt = d (2L δ ) / dt = 0,
то естьi.e
ua=2Lδi'+(r1+r2+R)i.u a = 2L δ i '+ (r 1 + r 2 + R) i.
Co среднего вывода b обмоточной пары снимается информативный считываемый сигнал - напряжениеCo the middle output b of the winding pair is taken informative read signal - voltage
uв=L2i'+L2'i+(r2+ R)i,u in = L 2 i '+ L 2 ' i + (r 2 + R) i,
где L2=dL2/dt=d(λ(X0+υt)+Lб/dt=λυ,where L 2 = dL 2 / dt = d (λ (X 0 + υt) + L b / dt = λυ,
то естьi.e
uв=(λХ+Lδ)i'+(λυ+r2+R)i.u in = (λX + L δ ) i '+ (λυ + r 2 + R) i.
Co второго крайнего вывода с обмоточной пары снимается управляющий считываемый сигнал - напряжение uc=Ri.Co the second extreme output from the winding pair is removed control read signal - voltage u c = Ri.
Состояние выходов компаратора 7 определяется уровнем сигнала uc, поступающего на его первый вход; на втором входе компаратора 7 постоянно поддерживается нулевой потенциал шины 3. Если напряжение и, положительно, то на прямом выходе компаратора 7 выделяется сигнал u7 высокого уровня U, соответствующего логической единице; в противном случае (отрицательного или нулевого значения иc) на прямом выходе компаратора 7 выделяется сигнал u7 нулевого уровня, соответствующего логическому нулю (фиг.3). Для тех же полярностей сигнала uc на инверсном выходе компаратора 7 выделяются: при The state of the outputs of the comparator 7 is determined by the level of the signal u c supplied to its first input; at the second input of the comparator 7, the zero potential of the bus 3 is constantly maintained. If the voltage is and, positively, then at the direct output of the comparator 7 a signal u 7 of a high level U corresponding to a logical unit is allocated; otherwise (negative or zero value and c ) at the direct output of the comparator 7, a signal u 7 of a zero level corresponding to a logical zero is extracted (Fig. 3). For the same polarities of the signal u c on the inverse output of the comparator 7 are allocated: when
положительных значениях uc - нулевой уровень выходного сигнала , соответствующий логическому нулю; при отрицательных или нулевом значениях uc - высокий уровень U выходного сигнала u7, соответствующий логической единице.positive values u c - zero output signal level corresponding to logical zero; at negative or zero values u c - high level U of the output signal u 7 corresponding to a logical unit.
Любой из одновибраторов 8-9 генерирует выходной импульс малой длительности Δτ≪T [2] при воздействии на вход данного одновибратора положительного перепада (от нулевого к высокому уровню) его входного сигнала: для первого 8 одновибратора - напряжения u7; для второго 9 одновибратора - напряжения . Такие перепады имеют место на выходах компаратора 7 при прохождении напряжения uc - и, соответственно, тока i=uc/R - через нулевое значение.Any of the one-shots 8-9 generates an output pulse of short duration Δτ≪T [2] when a positive difference (from zero to a high level) of its input signal is exposed to the input of this one-shot: for voltage 8, the voltage is 7 ; for the second 9 one-shot - voltage . Such differences occur at the outputs of the comparator 7 with the passage of voltage u c - and, accordingly, current i = u c / R - through a zero value.
Положительные перепады напряжения u7 на прямом выходе компаратора 7 возникают в моменты времени t2k-1, (к - целочисленный индекс наблюдаемого периода напряжения uП), соответствующие нулевому значению тока i и положительному значению его временной производной i', а положительные перепады напряжения на инверсном выходе компаратора 7 возникают в моменты времени t2к, соответствующие нулевому значению тока i и отрицательному значению его временной производной i'.Positive voltage drops u 7 at the direct output of comparator 7 occur at time t 2k-1 , (k is the integer index of the observed voltage period u П ), corresponding to zero current value i and a positive value of its time derivative i ', and positive voltage drops on the inverted output of the comparator 7 occur at time t 2k , corresponding to the zero value of current i and the negative value of its time derivative i '.
В моменты t2k-1, t2к инициируется формирование выходных импульсов соответственно первого 8 и второго 9 одновибраторов:At moments t 2k-1 , t 2k, the formation of output pulses of the first 8 and second 9 single vibrators, respectively, is initiated:
С объединенного в точке d выхода первого 8 и второго 9 одновибраторов на синхронизирующий вход блока 4 поступают импульсные сигналыPulse signals are received from the output of the first 8 and second 9 single-vibrators combined at point d to the synchronizing input of block 4
они следуют друг за другом с интервалами длительностью Т/2 - вдвое чаще, чем сигналы отдельно берущихся последовательностей u8, u9, то естьthey follow each other at intervals of T / 2 duration - twice as often as the signals of separately taken sequences u 8 , u 9 , i.e.
где (l - целочисленный индекс наблюдаемого полупериода напряжения uП; l=1,...,2к-1, 2к,....where (l is the integer index of the observed half-cycle of the voltage u П ; l = 1, ..., 2к-1, 2к, ....
Моменты tl определяются, исходя из равенства нулю величины тока i, по условиюThe moments t l are determined on the basis of the fact that the value of current i is zero, by the condition
i=0, sin(ωt1-φ)=0,i = 0, sin (ωt 1 -φ) = 0,
откуда следует, чтоwhence it follows that
tl=(π(l-1)+φ)/ω)=π(l-1)/ω+tСМ,t l = (π (l-1) + φ) / ω) = π (l-1) / ω + t CM ,
где tСМ=φ/ω) - временное смещение между прохождениями тока i и напряжения uП через нулевое значение при одинаковости знаков их временных производных. В частности, при l=1 имеет место равенство tСМ=t1 (фиг.3). Кроме того, равенствоwhere t СМ = φ / ω) is the temporary displacement between the passage of current i and voltage u П through a zero value with the same signs of their time derivatives. In particular, with l = 1, the equality t CM = t 1 holds (Fig. 3). In addition, equality
ωtl-φ=π(l-1)=0ωt l -φ = π (l-1) = 0
при l=1 предполагает положительность временной производной тока i'(t1)=ωImcos(ωt1-φ)=ωImcos0>0.for l = 1, it implies the positivity of the time derivative of the current i '(t 1 ) = ωI m cos (ωt 1 -φ) = ωI m cos0> 0.
Во время действия импульсов ud информативный uв и компенсационный ua считываемые сигналы имеют следующие значения:During the action of pulses u d informative u in and compensation u a read signals have the following meanings:
uв(tl)=L2i'(tl)+(λυ+r2+R)i(tl)=ωImL2cos(ωtl-φ)=ωIm(λХ+Lδ)cosπ(l-1);u in (t l ) = L 2 i '(t l ) + (λυ + r 2 + R) i (t l ) = ωI m L 2 cos (ωt l -φ) = ωI m (λХ + L δ ) cosπ (l-1);
ua(tl)=2Lδi'(tl)+(r1+r2+R)i(tl)=2ωImLδcos(ωtl-φ)=2ωImLδcosπ(l-1), причемu a (t l ) = 2L δ i '(t l ) + (r 1 + r 2 + R) i (t l ) = 2ωI m L δ cos (ωt l -φ) = 2ωI m L δ cosπ (l -1), moreover
ua>0, uв>0 при cosπ(l-1)=1,u a > 0, u in > 0 for cosπ (l-1) = 1,
ua<0, uв<0 при cosπ(l-1)=-1.u a <0, u at <0 for cosπ (l-1) = - 1.
Переменное напряжение ua инвертируется и, с целью введения в границы входного диапазона АЦП 17, изменяется по уровню усилителем 18, на выходе которого вырабатывается сигнал The alternating voltage u a is inverted and, with the aim of introducing the ADC 17 into the boundaries of the input range, it changes in level with the amplifier 18, at the output of which a signal is generated
u18=k18ua,u 18 = k 18 u a ,
где к18<0 - коэффициент преобразования усилителя 18.where k 18 <0 is the conversion coefficient of the amplifier 18.
Абсолютная величина сигнала u18 на выходе 19 представляется в виде параллельно двоичного кода N19, формируемого в темпе поступления импульсов ud на синхронизирующий вход блока 4. С точностью до малого значения Ли цены младшего кодового разрядаThe absolute value of the signal u 18 at the output 19 is represented in parallel as a binary code N 19 , formed at the rate of pulses u d to the synchronizing input of block 4. Up to a small Lee value, the prices of the lowest code bit
Состояние выхода 20 определяется состоянием знакового разряда АЦП 17, которое, в свою очередь, соответствует знаку напряжения, преобразуемого усилителем 18:The state of the output 20 is determined by the state of the sign discharge of the ADC 17, which, in turn, corresponds to the sign of the voltage converted by the amplifier 18:
Знак коэффициента преобразования к14 повторителя-инвертора 14 определяется в зависимости от уровня выхода 20 (аналогично известному условию [3]):The sign of the conversion coefficient to 14 of the repeater-inverter 14 is determined depending on the output level 20 (similar to the well-known condition [3]):
что с учетомthat given
ua(tl)=2ωImLδcosπ(l-1), 2ωImLδ>0u a (t l ) = 2ωI m L δ cosπ (l-1), 2ωI m L δ > 0
эквивалентно соотношениюis equivalent to
k14=-cosπ(l-1).k 14 = -cosπ (l-1).
Выходное напряжение повторителя - инвертора 14 имеет вид:The output voltage of the repeater - inverter 14 has the form:
u14=k14uв=-cosπ(l-1)(ωL2Imcos(ωt-φ)+(λυ+r2+R)sin(ωt-φ)).u 14 = k 14 u in = -cosπ (l-1) (ωL 2 I m cos (ωt-φ) + (λυ + r 2 + R) sin (ωt-φ)).
На выходе УВХ 15 в пределах длительности каждого полупериода напряжения uП с привязкой к моментам tl формируется сигналAt the output of the UVX 15, within the duration of each half-cycle of the voltage u П with reference to the moments t l , a signal is formed
u15=u14(tl)=K14uв(tl)=-cos2π(l-1)ωImL2=-ωIm(λX+Lδ).u 15 = u 14 (t l ) = K 14 u in (t l ) = - cos 2 π (l-1) ωI m L 2 = -ωI m (λX + L δ ).
Формирователь 16 реализует функцию получения отношения аналогового делителя u15 к двоичному коду N19 и выделяет на своем выходе (он же - выход блока 4 в целом) напряжениеShaper 16 implements the function of obtaining the ratio of the analog divider u 15 to the binary code N 19 and allocates voltage (at the same time, the output of block 4 as a whole) at its output
u16=u4=-Nmu15/N19=UГωImL2/(2|k18|ωLδIm)=UM(λX+Lδ)/Lδ u 16 = u 4 = -N m u 15 / N 19 = U Г ωI m L 2 / (2 | k 18 | ωL δ I m ) = U M (λX + L δ ) / L δ
где Nm - максимальное значение выходного кода АЦП 17, которому соответствует соответствующий уровень выходного сигнала усилителя 18 Ur=NmΔu;where N m - the maximum value of the output code of the ADC 17, which corresponds to the corresponding level of the output signal of the amplifier 18 U r = N m Δu;
UM=0,5UГ/|k18| - масштабный коэффициент операции деления.U M = 0.5U G / | k 18 | - the scale factor of the division operation.
В результате периодического изменения знака у коэффициента k14 сигнал u18, вырабатываемый УВХ 15 в каждом полупериоде напряжения uП, не изменяет своей полярности и не создает соответствующих значительных перепадов напряжения на аналоговом входе формируется 16, что устраняет возможную неопределенность на его выходе во время действия импульсов, которые управляют дискретизацией, производимой УВХ 15.As a result of a periodic change in the sign of the coefficient k 14, the signal u 18 generated by the UVX 15 in each half-cycle of the voltage u P does not change its polarity and does not create corresponding significant voltage drops at the analog input, 16 is formed, which eliminates the possible uncertainty at its output during operation pulses that control the sampling produced by the UVX 15.
Источник 6 вырабатывает постоянное напряжение, установленное равным значению u6=UM, и на выходе вычитателя 5, представляющим собой и общий выход заявляемого устройства формируется сигналSource 6 generates a constant voltage, set equal to the value u 6 = U M , and at the output of the subtractor 5, which is the overall output of the claimed device, a signal is generated
u5=uВЫХ=k5(u4-u6)=k5UM(l/Lδ)Х=КПРХ,u 5 = u OUT = k 5 (u 4 -u 6 ) = k 5 U M (l / L δ ) X = K PR X,
где к5 - масштабный (весовой) коэффициент операции вычитания; данный коэффициент является параметром вычитателя 6 [4, с.27-30, рис.1.9, а, 1.10, а];where k 5 is the scale (weight) coefficient of the subtraction operation; this coefficient is a parameter of the subtractor 6 [4, p.27-30, Fig. 1.9, a, 1.10, a];
KПР=k5UM(λ/Lδ) - общий коэффициент преобразования перемещений, реализуемого предлагаемым устройством.K PR = k 5 U M (λ / L δ ) is the total conversion coefficient of displacements implemented by the proposed device.
Сигнал uВЫХ пропорционален измеряемой координате якоря 10 и, вместе с ним, координате подвижного контролируемого объекта, причем его уровень не зависит от нерабочих колебаний амплитуды и частоты переменного напряжения uП, питающего блок 4, то есть предлагаемое The signal u OUT is proportional to the measured coordinate of the armature 10 and, together with it, the coordinate of the moving controlled object, and its level does not depend on inoperative fluctuations in the amplitude and frequency of the alternating voltage u P supplying unit 4, i.e., the proposed
устройство в той же мере, что и его прототип, нейтрализует указанные нерабочие колебания.the device, to the same extent as its prototype, neutralizes these non-working vibrations.
Сравнительно с устройством - прототипом [2] (и устройством - аналогом [1]) заявленное устройство характеризуется значительным снижением динамической погрешности преобразования перемещений. Это обусловлено реализацией заявленного устройства с использованием нововведенных признаков его построения, что обеспечило преобразование с повышенной в два раза частотой дискретизации считываемых измерительных сигналов.Compared with the device - the prototype [2] (and the device is an analogue [1]), the claimed device is characterized by a significant reduction in the dynamic error of conversion of displacements. This is due to the implementation of the claimed device using the newly introduced features of its construction, which provided conversion with a doubled sampling rate of the readout measuring signals.
Если для устройства - прототипа приведенная динамическая погрешность из-за накапливания отклонений якоря дифференциального индуктивного датчика от положения, соответствующего моменту предыдущей выборки tk, к моменту следующей выборки tk+1 определяется длительностью Т периода переменного напряжения, питающего блок считывания, и составляет величину то для заявляемого устройства с тем же диапазоном преобразования (±хr) погрешность данного вида определяется применительно к вдвое меньшему междискретизационному интервалу tl+1-tl=Т/2 и выражения какIf, for the prototype device, the reduced dynamic error due to the accumulation of deviations of the armature of the differential inductive sensor from the position corresponding to the moment of the previous sample t k , by the time of the next sample t k + 1 is determined by the duration T of the alternating voltage period supplying the reading unit, and amounts to then for the inventive device with the same conversion range (± x r ), the error of this type is determined in relation to half the sampling interval t l + 1 -t l = T / 2 and the expression as
То есть динамическая погрешность преобразования перемещений обусловлена отклонениями якоря дифференциального индуктивного датчика от положения, соответствующего моменту предыдущей выборки считываемых измерительных сигналов, в пределах междискретизационного интервала, для заявленного устройства снижена вдвое сравнительно с погрешностью данного вида, характеризующей устройство - прототип. Так, для указанных во вступительной части настоящего описания значений частоты переменного питающего напряжения порядка (5...10) кГц, скорости якоря порядка (5...10) см/с, диапазона преобразуемых перемещений ±2,5 мм значения погрешности указанного вида, характеризующие действия предлагаемого устройства, составляют (0,1...0,4)% против уровней (0,2...0,8)%, характеризующих действие устройства - прототипа, причем такое повышение точности достигается путем реализации нововведенной совокупности признаков заявляемого устройства.That is, the dynamic error in the conversion of displacements is due to deviations of the armature of the differential inductive sensor from the position corresponding to the time of the previous sample of readable measuring signals within the oversampling interval for the claimed device is halved compared to the error of this type, which characterizes the prototype device. So, for the values of the frequency of the alternating supply voltage of the order of (5 ... 10) kHz indicated in the introductory part of the present description, the armature speed of the order of (5 ... 10) cm / s, the range of transformed movements ± 2.5 mm , characterizing the actions of the proposed device, are (0.1 ... 0.4)% against the levels (0.2 ... 0.8)%, characterizing the action of the device - the prototype, and this increase in accuracy is achieved by implementing the newly introduced combination of features the claimed device.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2005125242/22U RU51725U1 (en) | 2005-08-08 | 2005-08-08 | MOVEMENT CONVERTER |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2005125242/22U RU51725U1 (en) | 2005-08-08 | 2005-08-08 | MOVEMENT CONVERTER |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU51725U1 true RU51725U1 (en) | 2006-02-27 |
Family
ID=36115331
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2005125242/22U RU51725U1 (en) | 2005-08-08 | 2005-08-08 | MOVEMENT CONVERTER |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU51725U1 (en) |
-
2005
- 2005-08-08 RU RU2005125242/22U patent/RU51725U1/en not_active IP Right Cessation
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US3879724A (en) | Integrating analog to digital converter | |
CN104040903A (en) | Time Domain Switched Analog-to Digital Converter Apparatus And Methods | |
RU51725U1 (en) | MOVEMENT CONVERTER | |
CN205405090U (en) | Pulse time interval measuring circuit based on integrated phase detection discriminator | |
CN205388624U (en) | Phase difference measurement circuit based on integrated phase detection discriminator | |
JP2005098735A (en) | Position-detecting means and position control means using the same | |
RU2127867C1 (en) | Method of dynamic measurement of angular displacements | |
JPS6159486A (en) | Display signal generator | |
RU2280877C1 (en) | Device for measuring amplitude of signal | |
RU185970U1 (en) | Device for measuring the phase of oscillation | |
GB1518558A (en) | Analogue-digital conversion | |
SU789798A1 (en) | Method of comparison of two amplitudes of a.c. voltage | |
SU938163A1 (en) | Quasi-equilibrium detector | |
RU1784836C (en) | Displacement measuring device | |
RU2255341C1 (en) | Device for measuring accelerations | |
SU818008A1 (en) | Phase-responsive integrating voltage-to-code converter | |
RU2020752C1 (en) | Shaft angle-of-turn-to-code converter | |
SU1531040A1 (en) | Magnetic measurement transducer | |
SU828097A1 (en) | Integrating converter of strain gauge bridge un balance to pulse repeitition frequency | |
SU1003105A1 (en) | Device for sine-cosine pulse-width conversion | |
SU932256A1 (en) | Method of digital filtering of periodic interference in strain gauge balance and strain gauge device with digital periodic interference filtering | |
SU670902A1 (en) | Method of converting frequency into analogue signal | |
SU983572A1 (en) | Electric signal phase shift measuring method | |
SU1087903A1 (en) | Digital automatic extremum ac bridge | |
SU1594449A1 (en) | Meter of parameters of capacitors |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM1K | Utility model has become invalid (non-payment of fees) |