SU1070426A1 - Устройство дл измерени линейных перемещений - Google Patents

Abstract

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ЛИНЕЙНЬК ПЕРЕМЕГЦЕНИЙ, содержащее группу индуктивностей, выполненных в виде пр молинейных проводников, уложенных с Определенным шагом в одной плоскости,. концы которых с одной стороны плоскости соединены в общей точке, эталонный трансформатор, генератор синусоидального тока, подключенный через .первичную обмотку эталонного трансформатора к общей точке проводников группы индуктивностей , блок токовых ключей, выход каждого  э которых подключен к соответствующему проводнику группы.индуктивностей , регистр сдвига, выходами соединенный с входами блока токовых ключей, счетчик блок управлени , первый выход которого соединен с установочными входами регистра сдвига и счетчика, а второй выход - с управл ющим входом генератора синусоидального тока, делитель частоты, вход которого соединен с третьим выходом блока управлени , а выход со счетными входами регистра сдвига и счетчика, детектор, входом подключенный к вторичной облютке эталонного трансформатора, вычислительный блок, старшие информационные входы которо.го соединены с выходами счетчика , а .управл ющий вход - с четвертым выходом блока управлени , и указатель перемегр.ени , отличающеес  тем, что, с целью повьаиени  точности и расширени  функционал;;ных возможностей, оно снабжено двум  идентичными магнитометрическими датчиками , pacпoлoжeнны o на указателе перемещени  шестью аналоговыми ключами , информационные входЪа которых св заныс соответствующими выходами магнитометрических датчиков, управл ющие входы первых трех аналоговых ключей подключены к п тому выходу блока управлени , а управл ющие входы остальных трех - к шестому выходу блока управлени , дискриминатором инвариантного сигнала, входы которого подключены к попарно соединенным выходам первой и второй тройки аналоговых ключей, аналого-цифровым преобразователем, информационныйС/З вход которого подключен к выходу дискриминатора инвариантного сигнала , опорный вход - к выходу детек .тора, управл кщий вход - к седьмому выходу блока управлени , а выходы к младшим информационным входам вычислительного блока, и пороговым элементом, вход которого подключен к выходу дискриминатора инвариантного сигнала, а выход - к входу блока управлени . 2. Устройство по п. 1, отличающеес  тем, что дискриминатор инвариантного сигнала выпопнс  в вике трех узкополосных усилителей, первого сумматора, первый вход которого подключен к выходу третьего уси лител , фазовращател , включенного меж.цу выходом второго усилител  и вторым вхрдоул первого сумматора, управл емого фазовращател , вход которого подключен к выходу первого сумматора, а управл ющий вход - к выходу первого усилител , второго сумматора, первый вход которого подключен к выходу первого усилител . а второй вход - к выходу управл емо

Description

го фазовращател , и детектора, включенного на выходе второго сумматора.

3, Устройство по п. 2, отличающее с  тем, что каждый из

магнитометрических датчиков выполнен в виде трех цилиндрических катушек индуктивности, оси чувствительности которых расположены в трех взаимно перпендикул рных плоскост х.

i

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

Известно устройство дл  измерени  линейных перемещений, содержащее р д индуктивностей, элемент возбуждени  и блок обработки измерительной информации 1.

Недостатком указанного устройства - невысока  точность измерени , обусловленна  погрешност ми, воз-, никающими при изменении ориентации элемента возбуждени  в процессе измерени .

Наиболее близким по технической сущности  вл етс  устройство дл  измерени  линейных перемещений, содержащее группу индуктивностей,. выполненных в виде пр молинейных проводников , уложенных с определенным шагом в одной плоскости, концы которых с одной стороны плоскости соединены в ойдей точке, эталонный трансформатор, генератор синусоидального тока, подключенный через первичную обмотку эталонного трансформатора к общей точке проводников , группа индуктивностей, блок токовых ключей, выход каждого из которых подключен к соответствующему проводнику группы индуктивностей, регистр сдвига, выходами соединенный с входами блока токовых ключей, счетчик, блок управлени , первый выход которого соединен с установочными входами регистра сдвига и счетчика, а .второй выход - с управл ющим входом генератора синусоидального тока, делитель частоты, вход которого соединен с третьим выходом блока управлени , а выход - со счетными входами регистр а сдвига и счетчика, детектор , входом поцключенный к вторичной обмотке эталонного трансформатора, вычислительный блок, старг ие информационные входы которого соединены с выходами счетчика, а управл ющий вход - с четвертым выходом блока управлени , и указатель перемещени  С2.

Недостатками известного устройства  вл ютс  невысока  точность измерени , обусловленна  погрешност ми.

возникающими при изменении ориентации измерительного элемента, и неширокие функциональные возможности вследствие того, что измерение возможно производить лишь при неизменной ориентации измерительного элемента в пространстве.

Цель изобретени  - повышение точности измерени  и расширение функциональных возможностей.

Поставленна  цель достигаетс  тем, что устройство дл  измерени  линейных перемещений, содержащее . группу индуктивностей, выполненных

в виде пр молинейных проводников, уложенных с определенным шагом в одной плоскости, концы которых,с одной стороны плоскости соединены в общей точке, эталонный трансформатор,

генератор синусоидального тока, подключенный через первичную обмотку эталонного трансформатора к общей точке проводников группы индуктивностей , блок токовых ключей, выход

каждого ий которых подключен к соответствующему проводнику группы индуктивностей , регистр сдвига, выходами соединенный с входами блока токовых ключей, счетчик, блок управлени ,

первый выход которого соединен с установочными входами регистра сдвига и счетчика, а второй выход - с управл ющим входом генератора синусоидального тока, делитель частоты, вход которого соединен с третьим выходом блока управлени , а выход - со счетными входами регистра сдвига и счетчика, детектор, входом подключенный к вторичной- обмотке эталонного трансформатора, вычислительный

0 блок, старшие информационные входы которого соединены с выходами счетчика , а управл ющий вход - с четвертым выходом блока управлени , и указатель перемещени , снабжено двум 

5 идентичными магнитометрическими датчиками , расположенными на указателе перемещени  шестью аналоговыми ключами , информационные входы которых св заны с соответствующими выходами

Q магнитометрических датчиков, управ7 л ющие входы первых трех аналоговых ключей подключены к п тому выходу блока управлени , а управл ющие входы остальных трех - кшестому выходу блока управлени , дискриминатором инвариантного сигнала, входы которо го подключены к попарно соединенным выходам первой и второй тройки анало говых ключей, аналого-цифровым преоб разователем, информационный вход которого подключен к выходу дискриминатора инвариантного сигнала, опор ный вход - к выходу детектора, управ л ющий вход - к седьмому выходу блока управлени , а выходы - к младшим, информационным входам вычислительног го блока, и пороговым элементом, вход которого подключен к выходу дискриминатора инвариантного сигнала , а выход - к входу блока управлени . Кроме того, дискриминатор инвариантного сигнала выполнен в .виде трех узкополосных усилителей, первого сумматора, первый вход которого подключен к выходу третьего усилител , фазовращател , включ.енного между выходом второго усилител  и вторым входом первого сумматора, управ л емого фазовращател , вход которого подключен к выходу первого сумматора , а управл ющий вход - к выходу первого усилител , :второго сумматора , первый вход которого подключен к выходу первого усилител ,, а второй вход - к выходу управл емого фазовращател , и детектора, включенного на выходе второго сумматора При этом каждый из магнитометрических датчиков выполнен в виде трех цилиндрических катушек индуктивности , оси чувствительности которкх ра положены в трех взаимно перпендикул рных плоскост х. На черте е приведена блок-схема предлагаемого устройства. Устройство содержит группу 1 индуктивностей , выполненную в виде пр молинейных проводников, уложенных с шагом I-. в одной плоскости, эталонный трансформатор 2, генератор 3 синусоидального тока, блок 4 ключей выходами подключенный к проводникам группы 1 индуктйвностей, регистр 5 сдвига, счетчик 6, блок 7 управлени  первый вход которого соединен с установочными входами регистра 5 сдвига и счетчика 6, делитель 8 частоты , указатель 9 перемещений, два идентичных магнитометрических датчика 10.1 и 10.2, расположенные на ука зателе перемещений, выполненные каждый в виде трех цилиндрических кату шек индуктивности, оси чувствительности которых расположены в трех взаимно перпендикул рных плоскост х шесть аналоговых ключей 11-16, управ л к цие входы которых объединены в / группы по три и подключены соответственно к п тому и шестому выходам блока 7 управлени , дискриминатор 17 инвариантного сигнала, аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 18, включенный на выходе Дискриминатора 17, пороговый элемент 19, включенный между выходом дискриминатора 17 и входом блока 7 управлени , детектор .20 и вычислительный блок 21, причем дискриминатор 17 инвариантного :сигнала выполнен в виде трех узкоЬолосных усилителей 22-24, первого сумматора 25, подключенного первым входом к выходу третьего усилите-.л  24, фазов,ращател  26, включенного между выходом второго усилител  23 и вторым входом сумматора 25, управл емого фазовращател  27, второго сумматора 28, входами подключенного к выходам первого усилител  22 и управл емого фазовращател  27, и детектора 29, включенного на выходе второго сумматора. Устройство работает следующим образом. После установки остри  указател  9 перемоцений -в точку измерений У-стройство работает автоматически в следующей последовательности., 1.Из блока 7 управлени  по первому выходу на установочные входы регистра 5 и счетчика б поступает импульсный сигнал, устанавливающий указанные блоки в исходное состо ние (в счетчике б i« ив первом разр де регистра 5 1 ) . 2.С второго выхода блока 7 управлени  поступают сигналы на управл ющий вход генератора 3, ас третьего выхода через делитель 8 - на счетные входы регистра 5 и очетчика 6. Таким образом, на каждый п сигналов (п - коэффициент делени  делите-. л  8) вырабатываютс  п периодов синусоидального тока, которые протекают по одному из проводников группы 1 индуктйвностей, коммутируемых блоком 4 в соответствии с состо Н1 ем регистра 5. При этом счетчик 6 фиксирует Номер коммутируемого проводника . При протекании синусоидального тока по одному из упом нутых проводников вокруг него формируетс  переменное электромагнитное поле, которое преобразуетс  в электричес кие синусоидальные сигналы при помощи магнитометрических датчиков 10.1 и 10.2. 3.В блоке 7 управлени  вырабатываетс  сигнал, который, поступив с п того выхода на управл ющие входы первых трех аналоговых ключей, разрешает прохождение электрических сигналов с каждой из катушек индуктивности датчика 10.1 на входы узкополосных усилителей 22-24. где они усиливаютс  (с одновременной фильтргщией). На первый вход сумматора 25 поступает сигнал с усилител  24, а на .второй вход, через фаэо- вращатель 26, поворачивающий фазу сигнала на Л/2, поступает сигнал с усилител  23. Результирующий сигнал с сумматора 25 сдвигаетс  по фазе ; на Г//2 при помощи фазовращател  27 и поступает на один из входов сумматора 28, .на другой вход которого пос тупает сигнал с первого усилител  22 выходной сигнал сумматора 28 детектируетс  детект.ором 29 и поступает на выход дискриминатора 17 инвариант ного сигнала, амплитуда выходного сигнала которого будет инвариантна к ориентации датчика 10.1. Таким образом, на выходе дискриминатора 17 формируетс  сигнал, величина которого соответствует рассто нию датчика 10.1 от коммутируемого проводника группы 1 индуктивностей, но не зависит от ориентации датчика 10.1 относительного этого проводника.

4.Операции, изложенные в пп. 2 и 3, повтор ютс  до тех пор, пока при помощи порогового элемента 19 не будет зафиксирован сигнал достаточной амплитуды на выходе дискриминатора 17, свидетельствующий о непосредственной близости коммутируемого проводника и датчика 10.1. При этом в счетчике 6 оказываетс  записанным код коммутируемого проводника.

5.По команде от порогового элемента 19, поступившей на вход блока 7 управлени , прекращаетс  коммутаци  проводников группы 1 индуктивностей и синусоидальный ток протекает по зафиксированному проводнику . Сигнал с вторичной обмотки трансформатора 2 детектируетс  в детекторе 20 и подаетс  на опорный вход аналого-цифрового преобразовател  (АЦП) 18, на выходе которого формируетс  цифровой код, соответствующий амплитуде сигнала, поступающего с выхода дискриминатора 17.

6.После того, как с выхода АЦП 18 цифровой код поступит в вычислительный блсж 21, что синхронизируетс  блоком 7 управлени , на третьем выходе последнего вырабатываютс  сигналы , благодар  которым коммутируетс  следующий проводник.

7. Операции, изложенные в пп. 5 и 6, повтор ютс  до Тех пор, пока на выходе порогового элемента 19 существует выходной сигнал, свидетельствующий о достаточно большой амплитуде сигнала на выходе дискриминатора 17.

Таким образом, на выходе АЦП 18 будет последовательно получен р д цифровых родов, которые передаютс 

в вычислительный блок 21 и представл ют собой р д значений (решетчатую функцию) амплитудно-пространетвенНОЙ характеристики магнитометрического датчика.

8. По сигналу с блока 7 в вычислительном блоке 21 производитс  определение экстремума упом нутой решетчатой функции, который соответствует положению центра магнитометрического .датчика. Совокупность кода в счетчике (грубый отсчет) и кода, полученного при вычислении экстремума (точный отсчет) решетчатой функции (например , при помсвди полинома Ньютона) соответствует коду Х положени  пер1

вого датчика ЮЛ. Код

запоминаетс  в блоке 21.

9.Все операции, изложенные в

пп. 1-8 повтор ютс , но при этом из блока 7 управлени  разрешающий, сигнал поступает с шестого выхода .на управл ющие входы аналоговых ключей 14-16, при этом производитс  обработка сигнала магнитог.1етрического датчика 10.2, в результате чего в вычислительном блоке 21 фиксируетс , код Х положени  второго магнитометрического датчика 10.2,

10.По сигналу блока 7 управлени  в блоке 21 производитс  вычисление кода Хд соответствующему положению остри  указател  9 перемещений по формуле

(2-)-.

где В - рассто ние между точкой измерени  и первым магнитометрическим датчиком 10.1; . 2 - рассто ние между магнитометрическими датчиками 10.1 и 10.2.

На этом цикл измерени  заканчиваетс .

Переместив острие указател  9 перемещений в другую точку области измерени , можно определись описанным образом координату этой точки. Разность координат этих двух точек будет соответствовать линейному перемещению остри  указател  9 перемещению при произвольной ориентации последнего.

Изобретение позвол ет повысить точность измерени  и расширить функциональные возможности устройства дл  измерени  линейных перемещений за счет обеспечени  инвариантности результатов измерений относительно пространственной ориентации измерительного элемента.

Claims (3)

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ЛИНЕЙНЫХ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ, содержащее группу индуктивностей, выполненных в виде прямолинейных проводников, уложенных с Определенным шагом в одной плоскости,. концы которых с одной стороны плоскости соединены в общей точке, эталонный трансформатор, генератор синусоидального тока, подключенный через первичную обмотку эталонного трансформатора к общей точке проводников группы индуктивностей, блок токовых ключей, выход каждого из которых подключен к соответствующему проводнику группы.индуктивностей, регистр сдвига, выходами соединенный с входами блока токовых ключей, счетчик блок управления, первый выход которого соединен с установочными входами регистра сдвига и счетчика, а второй выход - с управляющим входом генератора синусоидального тока, делитель частоты, вход которого соединен с третьим выходом блока управления, а выход со счетными входами регистра сдвига и счетчика, детектор, входом подключенный к вторичной обмотке эталонного трансформатора, вычислительный блок, старшие информационные входы которого соединены с выходами счетчика, а .управляющий вход - с четвертым выходом блока управления, и указатель перемещения, отличаю щееся тем, что, с целью повышения точности и расширения функциональных возможностей, оно снабжено двумя идентичными магнитометрическими датчиками, расположенными на указателе перемещения шестью аналоговыми ключами, информационные входи которых связаны с соответствующими выходами магнитометрических датчиков, управляющие входы первых трех аналоговых ключей подключены к пятому выходу блока управления, а управляющие входы остальных трех - к шестому выходу блока управления, дискриминатором инвариантного сигнала, входы которого подключены к попарно соединен-., ным выходам первой и второй тройки £ аналоговых ключей, аналого-цифровым преобразователем, информационный вход которого подключен к выходу дискриминатора инвариантного сигнала, опорный вход - к выходу детектора, управляющий вход - к седьмому выходу блока управления, а выходы к младшим информационным входам вычислительного блока, и пороговым элементом, вход которого подключен к выходу дискриминатора инвариантного сигнала, а выход - к входу блока управления.

2. Устройство поп, 1, отличающееся тем, что дискриминатор инвариантного сигнала выполнен в виде трех узкополосных усилителей, первого сумматора, первый вход которого подключен к выходу третьего усилителя, фазовращателя, включенного между выходом второго усилителя и вторым входом первого сумматора, управляемого фазовращателя, вход которого подключен к выходу первого сумматора, а управляющий вход - к выходу первого усилителя, второго сумматора, первый вход которого подключен к выходу первого усилителя, а второй вход - к выходу управляемо го фазовращателя, и детектора, включенного на выходе второго сумматора.

3. Устройство по п. 2, отличающее ся тем, ч.то каждый из магнитометрических датчиков выполнен в виде трех цилиндрических катушек индуктивности, оси чувствительности которых расположены в трех взаимно перпендикулярных плоскостях.