SU1563729A1 - Способ измерени линейных перемещений и устройство дл его осуществлени - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к измерительной технике и может быть использовано в информационно-измерительных системах. Цель - расширение диапазона и повышение быстродействи  при измерении перемещений за счет выбора посто нной интегрировани . После включени  питани  напр жение с подвижного вывода 2 через ключ 7 и усилитель 12 поступает на вход интегратора 13. Под воздействием напр жени , снимаемого с резистивного датчика 1 с подвижным выводом и неподвижными выводами, интегратор зар жаетс  до максимального напр жени . Счетчик блока управлени  в период зар жени  интегратора подсчитывает количество импульсов, поступающих от генератора. Количество импульсов счетчика блока управлени  определ ет длительность первого такта интегрировани . После переполнени  счетчика блока управлени  регистр сдвига обеспечивает прохождение импульсов в счетчик 31. С момента открывани  электронного ключа 9 интегратор разр жаетс  от шины B блока 5 питани . При равенстве напр жений, подаваемых на компаратор 14 от шины C блока 5 и от интегратора, компаратор 14 обеспечивает срабатывание регистра сдвига, после чего второй такт преобразовани  сигнала заканчиваетс  и начинаетс  третий такт интегрировани , в процессе которого на вход интегратора поступает напр жение с выхода шины C блока 5 и одновременно импульсы от генератора поступают на счетчик 29. По достижении напр жени  на выходе интегратора, равного нулю, срабатывает нуль-орган 17, происходит сдвиг регистра, после чего одновибратор обеспечивает повторение цикла преобразовани  сигнала датчика 1. Входное напр жение определ етс  результирующим кодом счетчиков 29, 31. 2 с. и 1 з.п.ф-лы, 3 ил.

Description

Изобретение относитс  к измерительной технике, в частности к преобразовател м линейных перемещений, и может быть использовано в информационно-измерительных системах.

Цель изобретени  - расширение диапазона и повышение быстродействи  при1 измерении перемещений за счет выбора посто нной интегрировани .

На фиг. 1 показана схема, устройства дл  измерени  линейных перемещенийна Фиг. 2 - вариант выполнени  блока управлени ; на Фиг. 3 - временна  диаграмма формировани  СЧеТНЫХ ИМПУЛЪ-

сов,

Устройство содержит резистивный датчик 3 с подвижным выводом 2 и неподвижными выводами 3 и 4. Неподвижные выводы 3 и 4 подключены соответ- ственно к шинам О и +А блока 5 питани , который имеет шины В и С с отрицательным потенциалом относительн шины |:0. Подвижный вывод 2 через аналоговый вход 6 электронного ключа 7, шина в блока 5 питани  через аналоговый вход 8 электронного ключа

9и шина С через аналоговый вход

10электронного ключа 11 подключены

к входу усилител  12 посто нного то- ка. К выходу последнего подключены последовательно соединенные интегратор 13, компаратор 14 и вход 15 блока 16 управлени . К выходу интегратора подключен также нуль-орган 17, выход которого подключен к другому входу 18 блока 16 управлени . Вторые входы компаратора 3 4 и нуль-органа 17- соединены соответственно к шинам С и О блока питани . При этом пол р- ность подключени  к входу усилител  12 и интегратора 13 выбираетс  таким образом, что на выходе интегратора формируетс  положительное напр жение

0

5

Q

,, 0

д5 en ,.-

по отношению к нулевому потенциалу шины О. Потенциалы на шинах А и В равны и противофазны, а отношение потенциала в к потенциалу шины С равно числу N 1. Блок 16 управлени  имеет шесть выходов 19-24. Первый выход 19 подключен к входу 25 синхронизации ключа 7, выход 20 - к входу 26 синхронизации ключа 9, а выход 21 к входу 27 синхронизации ключа 11. Четвертый выход 22 подключен к счетному входу 28 счетчика 29 младших разр дов, п тый выход 23 - к счетному входу 30 счетчика 31, а шестой выход 24 - к обнул ющим входам 32 и 33 каждого счетчика.

Блок управлени  включает схему ИЛИ 34, регистр 35 сдвига, одновибратор . 36, генератор 37, счетчик 38, первую 39, вторую 40 и третью 41 схемы И и вторую схему ИЛИ 42. Выход схемы ИЛИ 34 подключен к управл ющему входу 43 регистра 35, первый выход 44 регистра подключен параллельно к первому выходу 1 9 блока 3 6 и к первому входу первой схемы И 39, второй выход 45 регистра под- .ключен параллельно к второму выходу 20 блока J 6 и к первому входу второй схемы И. 40, третий выход 46 регистра подключен параллель но к выходу 2J блока, J6 и к первому входу второй схемы И 4J, а четвертый выход 47 регистра подключен к входу одновибра- тора 36, Выход одновибратора подключен параллельно к установочному входу 48 регистра 35, к установочному входу 49 счетчика 38 и к выходу 24 блока 16. Выход первой схемы И 39 подключен к счетному входу 50 счетчика 38, а выход генератора 37 импульсов подключен соответственно через схемы И 39-41 к входу 50 счетчика 38

5

22 и 23 блока 16. Выход подключен к первым входам и 42, а вторьте входы этих

и к выходам счетчика 38 схем ИЛИ 34

схем подключены к второму входу 18 блока. К третьему входу схемы ИЛИ 34 подключен первый вход 15 блока 16, а третий вход схемы ИЛИ 42 подключен к выходу схемы И 40. Выход схемы ИЛИ 42 подключен к входу 51 синхронизации регистра 35.

Способ реализуют следующим образом

При включении питани  в одновибра- торе вырабатываетс  импульс, поступающий на установочные входы регистра 35 счетчика 38 и счетчиков 29 и 31. При поступлении импульса на установочный вход регистра 35 на его выходе 44 устанавливаетс  уровень лог. 1, а на остальных выходах - лог. О. При поступлении импульса на установочные входы всех счетчиков они устанавливаютс  в состо ние, когда на их выходе присутствуют лог. О. При включении напр жение интегратора равно нулю . Вследствие наличи  на выходе 44 регистра 35 лог. 1, котора  присутствует также на входе 25 ключа 7, после включени  питани  напр жение с подвижного вывода 2 через ключ 7 и усилитель 12 поступает на вход интегратора 13. Под воздействием напр жени , снимаемого с датчика 1, интегратор зар жаетс  до напр жени  U-b|X (на Фиг. 3 показаны два значени  Uex, и U,

15

причем диаграмма дл 

ивк. uftx-7 u.f i4его диси ciMmci ,цлп

UBX показана пунктирными лини ми). Ключи 9 и 1J после включени  закрыты дл  прохождени  через них напр жений через входы 8 и 10, поскольку на входах 26 и 27 наход тс  лог. О. Лог. 1 с выхода 44 регистра 35 подаетс  также на первый вход схемы И 39, чем обеспечиваетс  прохождение импульсов с частотой f на вход счетчика 38. Таким образом, с началом первого такта интегрировани  напр жени  резистивно- го датчика начинаетс  одновременный счет количества импульсов, следующих с частотой на вход 50 счетчика 38. Количество импульсов, на которое рассчитан счетчик 38, определ ет длительность первого такта интегрировани ; . Б результате интегрировани  на выходе интегратора присутствует напр жение

i,

U

инт 1

« URX

dt,

41)

10

3729

где

; - посто нна  времени интегратора; ta-t., - длительность первого такта

интегрировани ; Uftx - напр жение, снимаемое с

подвижного вывода 2. Изменени  Uex считаютс  медленнее относительно длительности первого такта интегрировани , тогда

-и

8Х

±1Г

(2)

После подсчета определенного количества импульсов на выходе счетчика 38 по вл етс  лог. 1, котора  через схемы ИЛИ 34 и 42 поступает на управл ющий вход 43 и вход 51 синхронизации регистра 35, обеспечива  тем самым сдвиг лог. 1 с выхода 44 на выход 45. С выхода 45 лог. 1 подаетс  на вход 26 ключа 9 и первый вход схемы И 40. Через схему И 40 начинают поступать импульсы с частотой f на выход 23 блока и далее на счетный вход счетчика 31. Поскольку уровень лог. 1:1 сместилс  с одного выхода регистра на другой, то соответственно ключ 7 и схема И 39 закрыты дл  прохождени  сигналов. С момента открывани  ключа 9 начинаетс  разр д интегратора 13 от шины В, пол рность которой противоположна измер емому напр жению. Разр д длитс  до поступ- лени  первого импульса с частотой f с момента срабатьюани  компаратора 14. Срабатывание компаратора выполн етс  при равенстве напр жений, подаваемых на компаратор 14 от шины С и от интегратора . В момент равенства напр жений компаратор 14 вырабатывает импульс, который через вход 15 подаетс  на схему ИЛИ 34 и далее на управл ющий вход регистра. В результате поступлени  управл ющих сигналов лог. 1 с входа 15 регистра сдвигаетс  на выход 46. На этом второй такт преобразовани  сигнала заканчиваетс  и поступление первого (после срабатывани ) такта импульса с частотой f, поступающего с выхода схемы И 40 на вход 51 синхронизации регистра запрещаетс . По окончании второго такта напр жение на выходе интегратора достигает величины

л

инт 1 ин

T1-| J U0,dt, (3)

где tt-t, N2/f - длительность второ-1Uex

го такта;U0,

Jii + NI

N, K-Nl

(9)

U01 - высокое опорное напр жение,B (g) значение к N N const

снимаемое с шины В .5 емкость счетч„ков 29 и 3J , Таким обУчитыва , что UD1 const, получим разом

U

инт

1- 01

ti- (и

(А)

С поступлением лог. I на выход 46 регистра 35 начинаетс  третий такт интегрировани , в процессе которого через ключ 11 на вход -интегратора поступает напр жение с выхода шины С блока 5 питани  и одновременно импульсы с выхода генератора 37 через схему И 41 и выход 22 поступают на вход 28 счетчика 29. По достижении напр жени  на выходе интегратора, равного нулю, срабатывает нуль-орган 17, при этом импульс поступает через вход 8 блока 6 на третьи входы схем ИЛИ 34 и 42 и далее на входы 43 и 51 регистра 35 Происходит очередной сдвиг

лог, 1 на выход 47 регистра, с которого сигнал поступает на одновиб- ратор 36, срабатывание которого приводит к повторению цикла преобразовани  сигнала резистивного датчика 1 С учетом того, что в конце третьего такта интегрировани  напр жение на

выходе интегратора равно нулю, имее

э

- U Un,dt,(5)

U.

инт з где t,-t,j

U

инт 1

I Lv u ta - длительность третьего

такта;

Uoi - низкое опорное напр жение , снимаемое с шины С блока питани .

Поскольку Uог const, то после подстановки в (5), (4) и (2) имеем

U0,ti- t1

(6)

Так как t,- t0 N,/f, (t2- t, )

N7/f, (tj- Ц)

N|

то

Uex N, - U01- N7 + (7)

Если выражение (7) разделить на Uoi N,, то из (7) получаем

NI + Uo N5

N.

Uoi N1

(8)

Учитыва , что U0,/Uca К , то

U,

(KN2 + N3) (10)

5

0

5

0

5

5

0

5

0

т.е. входное напр жение определ етс  результирующим кодом перезафиксированными счетчиками 29 и 31, Как следует из (JO), весовое значение счетчика старших разр дов уменьшаетс  на отношение двух опорных напр жений, а вес одного импульса счетчика младших разр дов равен значению высокого опор- ного напр жени , деленному на общую емкость счетчиков, регистрирующих результат измерени .

Таким образом, на выходе одного счетчика оказываетс  зафиксированное целочисленное значение входной величины , а на выходе другого - доли це- лоч исленног о знач ени .

Предлагаемые способ измерени  линейных перемещений и устройство дл  его реализации обеспечивают оптимизацию между длительностью и быстродействием преобразований при заданной точности за счет выбора такой посто нной интегрировани  О , при которой достигаетс  требуема  помехозащищенность и необхбдимое сокращение времени преобразовани . В результате по сравнению с прототипом повышаетс  диапазон и быстродействие преобразовани  измер емых линейных перемещений .

Claims (3)

1. Способ измерени  линейных пере мещений, заключающийс  в том, что интегрируют выходное напр жение резне- ; тивного датчика, включенного в цепь источника опорного напр жени , и по результату суд т о перемещении, о т- личающийс  тем, что, с целью расширени  диапазона и повышени  производительности измерений, интегрирование провод т за три такта, в первом такте интегрируют выходное напр жение резистивного датчика, во втором такте интегрируют напр жение, противофазное опорному, и при этом фиксируют разность между проинтегрированными величинами до получени  напр жени  в К раз меньшего, чем опорное , и длительность второго такта интегрировани  путем записи в счетчик серии целых импульсов, следующих с частотой f, в третьем такте интегрируют напр жение, противофазное и в К раз меньшее, чем опорное, и фиксируют при этом новую разность между значением сигнала в момент окончани  второго такта и проинтегрированным значением сигнала в момент достижени  нулевого значени  напр жени  и длительность третьего такта путем записи серии импульсов в счетчик с такой же разр дностью, что и первый, но и в К раз меньшим отношением массы между разр дами, а величину перемещени  определ ют по значени м зарегистрированных счетчиками кодов.

2. Устройство дл  измерени  линейных перемещений, содержащее резистив- ный датчик с подвижным выводом, двум  неподвижными выводами, блок питани , усилитель посто нного тока, интегратор и компаратор, неподвижные выводы резистивного датчика соединены соответственно с положительной и нулевой шинами блока питани , отличающеес  тем, что, с целью расширени  диапазона и повышени  производительности измерений, оно снабжено трем  электронными ключами, нуль органом, первым входом соединенным с ним блоком управлени  и двум  т-раз- р дными счетчиками, выходы электронных ключей объединены и соединены с входом усилител  посто нного тока, выход которого соединен с входом интегратора , выход последнего соединен с первыми входами нуль-органа и компаратора , выход компаратора соединен с вторым входом блока управлени , | первый, второй и третий выходы которого соединены соответственно с синхронизирующими входами первого, второго и третьего электронных ключей , четвертый и п тый выходы блока управлени  соединены соответственно с первыми входами т-разр дных счет0

5

0

5

0

5

0

5

0

чиков, шестой выход блока управлени  соединен с вторыми входами т-разр д- ных счетчиков, выходы которых  вл ютс  выходами устройства, подвижный вывод резистивного датчика и отрицательные шины блока питани  соединены соответственно с аналоговыми входами первого, второго и третьего электронных ключей, а нулева  и втора  отрицательна  шины блока питани  соединены соответственно с вторыми входами нуль-органа и компаратора.

3. Устройство по п. 2, отличающеес  тем, что блок управлени  выполнен в виде двух схем ИЛИ, регистра сдвига, одновибратора, генератора импульсов, счетчика и трех схем И, выход первой схемы ИЛИ соединен с управл ющим входом регистра сдвига, первый выход которого  вл етс  первым выходом блока управлени  и соединен с первым входом первой схемы И, второй выход регистра сдвига  вл етс  вторым входом блока управлени  и соединен с первым входом второй схемы И, третий выход регистра сдвига  вл етс  третьим выходом блока управлени  и соединен с первым входом третьей схемы И, четвертый выход регистра сдвига соединен с входом однсвибрато- ра, выход которого  вл етс  четвертым выходом блока управлени  и соединен с обнул ющим входом регистра сдвига и счетчика, выход генератора соединен со счетным входом счетчика через второй вход первой схемы И, с вторыми входами второй и третьей схем И, выходы последних  вл ютс  соответственно п тым и шестым выходами блока управлени , выход счетчика соединен с первыми входами схем ИЛИ, вторые входы которых объединены и  вл ютс  первым входом блока управлени , третий вход первой схемы ИЛИ  вл етс  вторым входом блока управлени , выход второй схемы И соединен с третьим входом второй схемы ИЛИ, выход которой соединен с вторым управл ющим входом регистра сдвига.

# L.r

./

V

Pvff.3

0f/f.g

/rr&ffawuir /tffffrfe- pomopa