Claims (2)
1 Преобразователь перемещени в код ;содержит генератор 1 тактовых импульсов , схему 2 управлени счетом, счетчик 3, дешифратор 4, регистр 5, емкостной датчик 6, компаратор 7, ,блок 8 формировани опорного напр жени , содержащий элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 9 и резистквный делитель 10, состо щий из резисторов 11-J3.1 Movement transducer to code; it contains 1 clock pulse generator, account control circuit 2, counter 3, decoder 4, register 5, capacitive sensor 6, comparator 7,, reference voltage shaping unit 8 containing the element EXCLUSIVE OR 9 and resistor divider 10 consisting of resistors 11-j3.
Преобразователь работает следую - щим образом.The converter works as follows.
Импульсы с генератора 1 поступают на счетный вход счетчика 3, режим счета которого задаетс схемой 2 управлени счетом, например установлен режим суммировани . По переднему фронту тактовых импульсов измен етс состо ние счетчика 3, а следовательно, и выходов дешифратора 4. При этом поочередно подаетс напр жение на статорные обкладки датчика 6, подключенные к выходам де- Тпифратора 4. При изменении напр жени на статорной обкладке, ближайшей к подвижной обкладке, на последней, вследствие наличи между ними емкостной св зи, наводитс напр жение, которое поступает на вход компаратора 7. Если сигнал превышает порог срабатывани компаратора 7, последний срабатывает. Порог срабатывани компаратора 7 задаетс уровнем опорного напр жени , поступающего на второй вход компаратора 7 (посто нного от источника опорного напр жени и измен ющегос от блока формировани опорного напр жени ). Последующие импульсы с генератора 1 будут вызывать переключение счетчика 3 в режиме суммировани , пока задержанный импульс с компаратора 7 не изменит состо ние схемы 2 управлени счетом/ Изменение состо ни схемы 2 приводит к реверсированию счетчика 3The pulses from the generator 1 are fed to the counting input of the counter 3, the counting mode of which is specified by the counting control circuit 2, for example, the summing mode is set. On the leading edge of the clock pulses, the state of the counter 3 and, consequently, the outputs of the decoder 4 changes. In this case, the voltage is alternately applied to the stator plates of the sensor 6 connected to the outputs of the de-Tipphrator 4. When the voltage on the stator plate closest to The movable plate, on the latter, due to the presence of capacitive coupling between them, induces a voltage that is fed to the input of the comparator 7. If the signal exceeds the threshold of the comparator 7, the latter is triggered. The threshold of operation of the comparator 7 is set by the level of the reference voltage supplied to the second input of the comparator 7 (constant from the source of the reference voltage and variable from the unit for forming the reference voltage). Subsequent pulses from generator 1 will cause the counter 3 to switch in summation mode until the delayed pulse from the comparator 7 changes the state of the account control circuit 2 / Changing the state of the circuit 2 causes the counter 3 to reverse.
00
5five
00
5five
в данном случае переходу на режим вычитани .in this case, the transition to the subtraction mode.
Работа на вычитание, счетчик 3 оп ть пройдет состо ние, соответствующее положению подвижной обкладки. При этом вновь будет получен сигнал с выхода компаратора 7 и счетчик снова реверсируетс . Регистр 5, в который записываетс код, соответствующий положению подвижной обкладки, позвол ет считывать информацию с преобразовател в любое врем за исключением момента срабатывани компаратора 7, когда происходит изменение кода в регистре 5. Величина опорного напр жени , подаваемого на второй вход компаратора 7, должна быть меньше наименьшего сигнала, снимаемого со статорной обкладки датчика 6. Величина этого сигнала зависит от расположени подвижной обкладки относительно двух ближайших статорных обкладок и достигает минимума при положении подвижной обкладки, равноотсто щем от двух соседних статорных обкладок. Кроме того, эта величина измен етс при переходе от одной пары статорных обкладок к другой (за счет погрешностей изготовлени датчика 6), зависит от влажности воздуха, нестабильности питающих напр жений и других дестабилизирующих факторов.Work on the subtraction, counter 3 again will pass the state corresponding to the position of the movable plate. This will again receive a signal from the output of the comparator 7, and the counter is reversed again. Register 5, in which the code corresponding to the position of the moving plate is written, allows information to be read from the converter at any time except for the actuation time of the comparator 7, when the code in register 5 changes. The value of the reference voltage supplied to the second input of the comparator 7 should be less than the smallest signal removed from the stator plate of sensor 6. The magnitude of this signal depends on the position of the movable plate relative to the two nearest stator plates and reaches a minimum at the position of the movable plate equidistant from two adjacent stator plates. In addition, this value changes during the transition from one pair of stator plates to another (due to errors in the manufacture of sensor 6), depends on the humidity of the air, the instability of the supply voltages and other destabilizing factors.
Если опорное напр жение посто н- 25 но (что имеет место в известном преобразователе ) , то при установке подвижной обкладки между статорными об- кладками, когда сигнал от каждой из них превышает величину опорного напр жени , при работе счетчика в режиме суммировани зафиксируетс состо ние , соответствующее первой статорной обкладке, а после реверсировани счетчика зафиксируетс состо ние , соответствующее второй статорной обкладке. Таким образом, в известном преобразователе будет наблюдатьс непрерывное изменение кодав пределах младшего разр да.If the reference voltage is constant - 25 (as is the case in the known converter), when a movable plate is installed between the stator plates, when the signal from each of them exceeds the value of the reference voltage, the state of the counter in the summation mode is fixed corresponding to the first stator lining, and after reversing the counter, the state corresponding to the second stator lining is fixed. Thus, in a known transducer, a continuous change in the code within the lower bit will be observed.
Дл обеспечени стабильности выдаваемого преобразователем кода при расположении подвижной обкладки между двум статорными обкладками вTo ensure the stability of the code issued by the converter when the movable plate is positioned between two stator plates in
30thirty
4040
4545
5050
предлагаемом преобразователе введен блок формировани опорного напр жени , обеспечивающий повышение порога срабатывани компаратора 7 путем подачи на второй вход компаратора более высокого опорного наThe proposed converter is equipped with a reference voltage shaping unit, which provides an increase in the threshold value for the comparator 7 by supplying a higher reference voltage to the second input of the comparator
314314
пр жени (Uone) дл состо ний млад- шего разр да счетчика, которые не соответствуют значению, зафиксированному в регистре в предыдущем цикле опроса.yarns (Uone) for junior bit states of the counter that do not correspond to the value recorded in the register in the previous poll cycle.
Параметры блока формировани опорного напр жени выбираютс из следующих соображений.The parameters of the reference voltage shaping unit are selected from the following considerations.
Экспериментально определ ютс ве- личины сигналов на подвижной роторной обкладке при положении ее, равноотсто щем от двух соседних статорных обкладок Up дл каждой пары статорных обкладок и с учетом других де- стабилизирующих факторов. В резуль The magnitudes of the signals on the movable rotor plate at a position equal to that of two adjacent stator plates Up for each pair of stator plates and taking into account other destabilizing factors are experimentally determined. As a result
тате определ ютс величины Uthe values of U are determined
f МИНf MIN
ОИOi
U. макс. Высока величина опорного напр жени иоп. в должна превышать UpMOiKc чтобы исключить срабатывание компа- 20 ратора 7 от сигнала соседней статор- ной обкладки после реверсировани счетчика.U. max. The magnitude of the reference voltage iop is high. in should exceed UpMOiKc in order to exclude the actuation of the comparator 20 from the signal of the adjacent stator plate after the counter is reversed.
UU
р /wakep / wake
(О(ABOUT
Низка величина опорного напр жени Low Reference Voltage
UU
on.иon.and
должна обеспечить срабатываниеshould provide a trigger
компаратора в любом цикле опроса.comparator in any survey cycle.
На диаграмме (фиг.2) сплошной линией показаны сигналы на входах компаратора 7 при расположении подвижной обкладки, равноотсто щей от статорных обкладок п и п+1 дл случа Up Мин и фиксации положени , соответствующего статорной обкладке п. При перемещении подвижной обкладки в направлении статорной обкладки п+1 сигнал от статорной обкладки п будет уменьшатьс , а от статорной обкладки п+1 увеличиватьс , причем при малых смещени х увеличение сигнала от обкладки п+1 равно уменьшению сигнала от обкладки п (показано пунктирной линией на фиг. 2). Кроме того, на диаграмме (фиг. 2) показано а - напр жение на первом входе компаратора , когда подвижна обкладка между п и п+1 статорными обкладками б - напр жение на первом входе компаратора , когда подвижна обкладка сдвинута в сторону п+1 статорной обкладки; в - опорное напр жение на втором входе компаратора.The diagram (Fig. 2) shows in solid line the signals at the inputs of the comparator 7 at the location of the movable plate equidistant from the stator plates n and n + 1 for the case of Up Min and fixation of the position corresponding to the stator plate in the direction of the stator plates n + 1 signal from the stator plate n will decrease, and from the stator plate n + 1 increase, and at small displacements the increase in the signal from the plate n + 1 is equal to the decrease in the signal from the plate n (shown by the dotted line in Fig. 2). In addition, the diagram (Fig. 2) shows a - the voltage at the first input of the comparator, when the movable plate between n and n + 1 stator plates; b - the voltage at the first input of the comparator, when the movable plate is shifted towards the n + 1 stator covers; (c) reference voltage at the second input of the comparator.
Так как в любом цикле опроса должно иметь место срабатывание компаратора 7, необходимо, чтобы сигнал от статорной обкладки п+1 достигал уровн Uon B раньше, чем сигнал от статорной обкладки п станет .нижеSince in any polling cycle the comparator 7 should be triggered, it is necessary that the signal from the stator plate n + 1 reach the level of Uon B before the signal from the stator plate n becomes lower.
Дл этого должно выполн тьс For this to happen,
р «ки UpWUH- U Ol1i H p «ki UpWUH- U Ol1i H
2U2U
i- Ui- U
(2)(2)
р /«и нp / "and n
U on. H должно превыпомехU on. H must exceed
U«.HU ".H
иand
(3)(3)
JQ чины U $ Услови 1 -3 позвол ют выбрать велии U „п. е- Задава сь величиной резистора R11, определ ем значени резисторов R12 и R13:JQ ranks U $. Conditions 1–3 allow choosing U „n values. Given the value of resistor R11, determine the values of resistors R12 and R13:
U он. вU he at
R12 R11 (-- ОR12 R11 (- O
20 20
R13 - R11R13 - R11
U ол.н U On. 8 U °п.U ol u U On. 8 U ° p.
U п - U огт вU p - U ogt in
(4)(four)
(5)(five)
2020
2525
30thirty
3535
4040
д d
00
5five
где U „ - напр жение питани .where U „is the supply voltage.
В вариантах построени преобразо- вател , в которых схема управлени счетом не реверсирует счетчик (ва- риант с установкой счетчика в ноль, когда каждый новый цикл начинаетс подачей импульса на первую статор- ную обкладку и заканчиваетс на обкладке , сигнал от которой превышает порог.компарировани , и вариант, в котором схема управлени счетом не используетс и каждый новый цикл на чинаетс подачей импульса на первую статорную обкладку и заканчиваетс подачей импульса на последнюю статорную обкладку), последовательность подачи сигналов на статорные обкладки посто нна от п к (п+1)-и. При установке подвижной обкладки в положений, равноотсто щее от n-й и (п+1)-и об- кладок, будет стабильно считыватьс код, соответствующий n-й обкладке, так как код фиксирует ее по передне- му фронту срабатывани компаратора. Однако в известном преобразователе при сдвиге подвижной обкладки в направлении (п+1)-и статорной обкладки в положение, когда сигнал от п обкладки будет близок к порогу ком- парировани , при неизменном опорном напр жении будет наблюдатьс нестабильность выдаваемого кода за счет нестабильности считываемого сигнала (помехи, механические колебани подвижной обкладки, нестабильности питающих напр жений).In the construction options of the converter, in which the account management scheme does not reverse the counter (the variant with the counter set to zero, when each new cycle begins by applying a pulse to the first stator plate and ends on the plate, the signal from which exceeds the threshold. Comparison , and the variant in which the account control scheme is not used and each new cycle starts with a pulse on the first stator plate and ends with a pulse on the last stator plate, the signal sequence a stator on the electrode constant from n to (n + 1) s. When installing the movable plate in positions equal to the n-th and (n + 1) -sheets, the code corresponding to the n-th plate will be stably read as the code fixes it on the leading edge of the comparator triggering. However, in the known transducer, when the movable plate is shifted in the direction of (n + 1) -and the stator plate to the position when the signal from the plate is close to the compression threshold, with a constant reference voltage, the output code is unstable due to the instability of the read signal (interference, mechanical oscillations of the moving plate, the instability of the supply voltage).
Дл обеспечени стабильности считываемого с преобразовател кода необходимо введение измен ющегос опорного напр жени . При этом разность между высоким опорным напр жением и низким опорным напр жением должна перекрывать величину нестабильности сигнала, считываемого с подвижной обкладки при ее неизменном положенииIn order to ensure the stability of the code read from the converter, it is necessary to introduce a variable reference voltage. In this case, the difference between the high reference voltage and the low reference voltage should overlap the magnitude of the instability of the signal read from the movable lining at its constant position.
14818861481886
оп. иопнop. iopn
иand
входом счетчика,выходы которого соединены с входами регистра и дешифратора , выходы которого соединены со статорными обкладками емкостного датчика , подвижна обкладка которого соединена с первым входом компарато- (g)pa, выход которого соединен с управл ющим входом регистра и входом эле- Также должны выполн тьс соотношени : ш мента управлени счетом, выход которой соединен с входом установки счетчика , отличающийс тем, что, с целью расширени области применени за счет обеспечени ста- 15 бидьности считываемого кода при любом положении подвижной обкладкиthe counter input, the outputs of which are connected to the inputs of the register and the decoder, the outputs of which are connected to the stator plates of a capacitive sensor, the movable plate of which is connected to the first input of the comparator (g) pa, the output of which is connected to the control input of the register and the input of the Element The ratios of: account management, the output of which is connected to the meter installation input, characterized in that, in order to expand the scope of application by ensuring the stability of the readable code at any position movable cover
U о .U o.
нееТоЗ.her
/и«и/ and "and
р мнк Ьп. н оп. в ир.л«и (7) p mnk bn. n op. in Ir. "and (7)
т.е. Uthose. U
„.2И„.2И
Р МИНR MIN
- U- U
ОП. К OP TO
(8)(eight)
Соотношени 6-8 позвол ют выбрать величины и«п.н и U on.е- Величины резисторов R1 2 и R13 определ ют по формулам (4 и 5) .Ratio 6-8 allow you to choose the values of and p.n. and U on. The values of resistors R1 2 and R13 are determined by the formulas (4 and 5).
Технико-экономический эффект от использовани предлагаемого преобразовател обусловлен стабильностью считываемого с преобразовател кода при любом положении подвижного элемента , что расшир ет область применени преобразовател за счет возможности использовани его в устройствах , где стабильность считываемогоThe technical and economic effect of using the proposed converter is determined by the stability of the code read from the converter at any position of the moving element, which expands the range of application of the converter due to the possibility of using it in devices where the stability of the readable
2020
2525
датчика в него введен блок формировани опорного напр жени , первый и второй входы которого подключены к выходам младших разр дов регистра и счетчика соответственно, а выход соединен с вторым входом компаратора .The sensor has a block for the formation of a reference voltage, the first and second inputs of which are connected to the outputs of the lower bits of the register and counter, respectively, and the output is connected to the second input of the comparator.
2. Преобразователь по п. 1, отличающийс тем, что блок формировани опорного напр жени содержит резистивный делитель напр жени и элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, первый и второй входы которого вкода при неизменном положении подвиж- 30 л ютс первым и вторым входами блоного элемента вл етс ,необходимым условием.2. The converter according to claim 1, characterized in that the voltage generating unit contains a resistive voltage divider and an EXCLUSIVE OR element, the first and second inputs of which in the code at a constant position, the first and second inputs of the blond element are prerequisite.
Формула изобретени Invention Formula
1. Преобразователь перемещени в код, содержащий генератор импульсов, выход которого соединен со счетным1. A displacement transducer into a code comprising a pulse generator, the output of which is connected to the counting
ка формировани опорного напр жени , выход элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ соединен с первым входом резистив- ного делител напр жени , второй 35 вход которого подключен к шине нита-, ни , а выход вл етс выходом блока формировани опорного напр жени .Formation of the reference voltage, the output of the EXCLUSIVE OR element is connected to the first input of a resistive voltage divider, the second 35 input of which is connected to the bus of the voltage, or, and the output is the output of the reference voltage shaping unit.
00
5five
датчика в него введен блок формировани опорного напр жени , первый и второй входы которого подключены к выходам младших разр дов регистра и счетчика соответственно, а выход соединен с вторым входом компаратора .The sensor has a block for the formation of a reference voltage, the first and second inputs of which are connected to the outputs of the lower bits of the register and counter, respectively, and the output is connected to the second input of the comparator.
2. Преобразователь по п. 1, отличающийс тем, что блок формировани опорного напр жени содержит резистивный делитель напр жени и элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, первый и второй входы которого вл ютс первым и вторым входами блока формировани опорного напр жени , выход элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ соединен с первым входом резистив- ного делител напр жени , второй вход которого подключен к шине нита-, ни , а выход вл етс выходом блока формировани опорного напр жени .2. The converter according to claim 1, characterized in that the voltage generating unit contains a resistive voltage divider and an EXCLUSIVE OR element, the first and second inputs of which are the first and second inputs of the reference voltage shaping unit, the output of the EXCLUSIVE OR element is connected to the first input of the resistive voltage divider, the second input of which is connected to the bus- ni- ty bus, and the output is the output of the unit for forming the reference voltage.