SU1721434A1

SU1721434A1 - Capacitive-electron displacement transducer

Info

Publication number: SU1721434A1
Application number: SU894712833A
Authority: SU
Inventors: Вадим Степанович Мельник; Александр Андреевич Пчолинский; Вячеслав Петрович Кантемиров; Юрий Петрович Бородин
Original assignee: В. С. Мельник, А. А. Пчолинский, В. П. Кантемиров и Ю. П. Бородин
Priority date: 1989-07-03
Filing date: 1989-07-03
Publication date: 1992-03-23

Abstract

Изобретение относитс к измерительной технике и может быть использовано дл автоматизации процессов контрол и измерени перемещени . С целью повышени быстродействи осуществл етс преобразование перемещени в длительность импульса , знак которого Соответствует направлению перемещени , с последующим преобразованием этих величин в два цифровых двоичных кода. Один из них соответствует значению перемещени , а другой - позиции перемещени . ПреобраThe invention relates to a measurement technique and can be used to automate the processes of monitoring and measuring movement. In order to increase speed, the movement is converted into a pulse duration, the sign of which corresponds to the direction of movement, with the subsequent conversion of these values into two digital binary codes. One of them corresponds to the value of the movement, and the other - the position of the movement. Transform

Description

Изобретение относитс к измерительной технике и может быть использовано дл автоматизации процессов контрол и изме-, рени перемещений.The invention relates to a measurement technique and can be used to automate the processes of control and measurement of displacement.

Цель изобретени - повышение быстродействи и расширение функциональных возможностей путем получени информации о фиксированных позици х перемещени .The purpose of the invention is to increase speed and expand functionality by obtaining information about fixed travel positions.

На чертеже приведена блок-схема ем- костно-электронного преобразовател перемещени .The drawing shows a block diagram of a capacitive-electronic displacement transducer.

Преобразователь содержит генератор 1 импульсов, подключенный к его выходу делител 2 частоты, св занный непосредственно с управл ющим входом первого ключа 3 и через контакты переключател 4 Режим работы в первом положении с управл ющим входом второго ключа 5, первую интегрирующую цепь в виде последовательно соединенных резисторов 6 и емкости первого плеча дифференциального емкостного датчика 7, соединенного с шиной нулевого потенциала, вторую интегрирующую цепь в виде последовательно соединенных резистора 8 и емкости второго плеча датчика 7, входы интегрирующих цепей св заны с выходом ключа 3, первую пару повторителей 9 и 10, св занных с выходами интегрирующих цепей, и вторую пару повторителей 11 и 12, св занных с выходом ключа 3, два вычитател 13 и 14, первые входы которых соединены с выходами повторителей 11 и 12, а вторые- с выходами повторителей 9 и 10, первую пару компараторов 15 и 16, входы которых св заны с выходами вычитателей 13 и 14, а выходы подключены к информационным входам блока 17 синхронизации, синхровход которого соединен с выходом делител 2 частоты , а выходы - с входами вычитател 18, первую диодно-резйсторную цепь в виде последовательно соединенных диода 19 и резистора 20, вторую диодно-резйсторную цепь в виде последовательно соединенных диода 21 и резистора 22, в которых резисторы 20 и 22 св заны с шиной нулевого потенциала , выход вычитател 18 св зан с анодом диода 21 и катодом диода 19, точка соединени катода диода 21 и резистора 22 подключена к входу усилител 23, а точкаThe converter contains a generator of 1 pulses connected to its output of a frequency divider 2 connected directly to the control input of the first switch 3 and through the contacts of the switch 4 operating mode in the first position with the control input of the second switch 5, the first integrating circuit in the form of series-connected resistors 6 and the capacitance of the first arm of the differential capacitive sensor 7 connected to the zero potential bus, the second integrating circuit in the form of series-connected resistors 8 and the capacitance of the second date arm 7, the inputs of the integrating circuits are connected to the output of the key 3, the first pair of repeaters 9 and 10 connected to the outputs of the integrating circuits, and the second pair of repeaters 11 and 12 connected to the output of the key 3, two subtractors 13 and 14, the first inputs which are connected to the outputs of the repeaters 11 and 12, and the second with the outputs of the repeaters 9 and 10, the first pair of comparators 15 and 16, whose inputs are connected to the outputs of the subtractors 13 and 14, and the outputs are connected to the information inputs of the synchronization unit 17, the synchronous input of which is connected with the output of the divider 2 frequency, and the outputs - with the inputs the subtractor 18, the first diode-resistor circuit in the form of a series-connected diode 19 and a resistor 20, the second diode-resistor circuit in the form of a series-connected diode 21 and a resistor 22, in which the resistors 20 and 22 are connected to the zero potential bus, the output of the subtractor 18 is connected with the anode of the diode 21 and the cathode of the diode 19, the connection point of the cathode of the diode 21 and the resistor 22 is connected to the input of the amplifier 23, and the point

соединени анода диода 19 и резистора 20 - к входу инвертирующего усилител 24, вторую пару компараторов 25 и 26, св зыва-. ющих выходы усилителей 23 и 24 с установочными входами триггера- защелки 27,the connections of the anode of the diode 19 and the resistor 20 to the input of the inverting amplifier 24, the second pair of comparators 25 and 26, connecting. amplifier outputs 23 and 24 with the installation inputs of the latch trigger 27,

счетный вход которой соединен с выходом генератора 1 импульсов, реверсивный счетчик 28 импульсов, реверсивный вход которого св зан с первым выходом триггера- защелки 27, а пр мой вход - с ееthe counting input of which is connected to the output of the pulse generator 1, a reversible counter of 28 pulses, the reversing input of which is connected to the first output of the trigger-latch 27, and the direct input to its

вторым выходом, соединен с блоком 29 предустановки реверсивного счетчика, буферный регистр 30, входы которого соединены с реверсивным счетчиком 28, а выходы - с индикатором 31 перемещени ,the second output is connected to the block 29 of the presetting of the reversible counter, the buffer register 30, the inputs of which are connected to the reversing counter 28, and the outputs to the displacement indicator 31,

св зан с одновибратором 32. Управл ющие входы блока 17 синхронизации, триггера- Защелки 27, блока 29 предустановки реверсивного счетчика и одновибратора 32 соединены с выходом ключа 5.connected to the one-shot 32. The control inputs of the synchronization unit 17, the Latch trigger 27, the preset counter preset unit 29 and the one-shot 32 are connected to the output of the key 5.

Преобразователь содержит также 2N временных дискриминаторов 33, перва половина которых подключена к выходу интегрирующего усилител 24, а втора - кThe converter also contains 2N time discriminators 33, the first half of which is connected to the output of the integrating amplifier 24, and the second to

выходу усилител 23, 2N+2 элементов 34 пам ти, информационные входы которых соединены с выходами дискриминаторов 33 и усилителей 23 и 24, а выходы - с дешифратором 35, 2N+3 ключей 36, управл ющиеoutput of amplifier 23, 2N + 2 memory elements 34, the information inputs of which are connected to the outputs of discriminators 33 and amplifiers 23 and 24, and the outputs with a decoder 35, 2N + 3 keys 36, controlling

входы которых подключены к дешифратору 35, а выходы св заны с первой выходной шиной 37. Управл ющие входы элементов 34 пам ти и (2N+3)-u вход дешифратора 35 соединены с выходом ключа 5. управл ющий вход которого через контакты переключател 4 Режим работы во втором положении соединен с входом 38 управлени . Выходы буферного регистра 30 св заны с второй выходной шиной 39, сигнальныеthe inputs of which are connected to the decoder 35, and the outputs are connected to the first output bus 37. The control inputs of the memory elements 34 and (2N + 3) -u the input of the decoder 35 are connected to the output of the key 5. whose control input is through the contacts of the switch 4 Mode work in the second position is connected to the input 38 of the control. The outputs of the buffer register 30 are connected to the second output bus 39, the signal

входы ключей 3,5 и 36 подключены к выходу 40 источника опорного напр жени .The inputs of the keys 3.5 and 36 are connected to the output 40 of the voltage source.

Емкостно-электронный преобразователь перемещени работает следующим образом .The capacitive-electronic displacement transducer operates as follows.

.Генератор 1 вырабатывает периодическую последовательность счетных импульсов высокой частоты, которые после делител 2 частоты поступают на управл ющий вход ключа 3. С выхода ключа 3 пр моугольные импульсы подаютс на две интегрирующие цепи, содержащие резисторы б и 8 и емкости плеч дифференциального емкостного датчика 7 относительно шины нулевого потенциала. Перемещение х объекта вызывает изменение этих емкостей в противоположных направлени х, что отражаетс в изменении длительностей фронтов и спадов импульсных напр жений на выходах интегрирующих цепей.Generator 1 generates a periodic sequence of high-frequency counting pulses that, after the splitter 2, are fed to the control input of switch 3. From the output of switch 3, rectangular pulses are fed to two integrating circuits containing resistors b and 8 and capacitance of the shoulders of the differential capacitive sensor 7 relative to tires of zero potential. Moving an object x causes a change in these capacitances in opposite directions, which is reflected in a change in the durations of the fronts and drops of the pulsed voltages at the outputs of the integrating circuits.

С выходов интегрирующих цепей через повторители 9 и 10 импульсы поступают на вторые входы вычитателей 13 и 14, на первые входы которых через повторители 11 и 12 подаютс пр моугольные импульсы с выхода ключа 3. Повторители 9-12 обеспечивают высокое входное сопротивление измерительной части преобразовател . На выходах вычитателей 13 и 14 образуютс остроконечные спадающие импульсы, времена спада которых пропорциональны емкост м плеч дифференциального емкостного датчика 7. С помощью компараторов 15 и 16 эти времена преобразуютс в длительности импульсов пр моугольной формы, фронты которых жестко синхронизируютс по фронтам импульсов с выхода делител 2 частоты с помощью блока 17 синхронизации, управл емого напр жением с выхода второго ключа 5.From the outputs of the integrating circuits, through the repeaters 9 and 10, the pulses arrive at the second inputs of the subtractors 13 and 14, the first inputs of which through the repeaters 11 and 12 are supplied with rectangular pulses from the output of the switch 3. The repeaters 9-12 provide a high input resistance of the measuring part of the converter. At the outputs of the subtractors 13 and 14, sharp-pointed falling pulses are formed, the decay times of which are proportional to the capacitances of the arms of the differential capacitive sensor 7. With the help of comparators 15 and 16, these times are converted into square pulse durations, the fronts of which are rigidly synchronized on the edges of the pulses from the output of the divider 2 frequency using synchronization unit 17 controlled by the voltage from the output of the second key 5.

На выходе вычитател 18 формируютс пр моугольные импульсы с длительностью, равной разности длительностей импульсов, снимаемых с выходов блока 17 синхронизации . Длительность разностных импульсов пр мо пропорциональна разности емкостей плеч дифференциального емкостного датчика 7 и, следовательно, пр мо пропорциональна перемещению х в пределах линейного участка выходной характеристики датчика 7, а пол рность импульсов зависит от направлени перемещени .At the output of the subtractor 18, rectangular pulses are formed with a duration equal to the difference in the durations of the pulses taken from the outputs of the synchronization unit 17. The duration of the differential pulses is directly proportional to the difference in capacitances of the arms of the differential capacitive sensor 7 and, therefore, is directly proportional to the displacement x within the linear portion of the output characteristic of the sensor 7, and the polarity of the pulses depends on the direction of displacement.

Диодно-резисторные цепи, состо щие из элементов 19-22, осуществл ют селекцию импульсов по знаку их пол рности. Положительные импульсы после усилени их усилителем 23 и коррекции формы с помощью компаратора 25 поступают на второй установочный вход триггера- защелки 27. Отрицательные импульсы после усилени их с помощью инвертирующего усилител .24 и коррекции формы компараторомDiode-resistor circuits, consisting of elements 19-22, carry out a selection of pulses according to the sign of their polarity. Positive pulses after amplification by amplifier 23 and shape correction with the help of comparator 25 arrive at the second installation input of the trigger latch 27. Negative pulses after amplifying them with an inverting amplifier .24 and shape correction with a comparator

26 поступают на первый установочный вход триггера- защелки 27.26 are fed to the first installation input of the trigger-latch 27.

Триггер- защелка 27 после подачи на нее управл ющего напр жени с выхода 5 ключа 5 из периодической последовательности импульсов, поступающих на один из входов, выдел ет первый разностный импульс и обеспечивает его заполнение счетными импульсами с выхода генератора 1. 10 Если разностный импульс поступает с выхода компаратора 25, то счетные импульсы подаютс с второго выхода триггера- за- щелки 27 на пр мой вход реверсивного счетчика 28. Если разностный импульс 15 поступает с компаратора 26. то счетные импульсы с первого выхода триггера- за- щелки 27 поступают на реверсивный вход, счетчика 28. С помощью блока 29 предустановки реверсивного счетчика по сигналу с 0 выхода ключа 5 в счетчик 28 можно ввести код требуемого смещени начала отсчета перемещени . Содержимое реверсивного счетчика 28 по сигналу однрвйбратора 32, управл емого напр жением с выхода ключа 5 5, передаетс в буферный регистр 30, выходна шина которого св зана с индикатором 31 перемещени и второй выходной шиной 39 дл св зи, например, с ЭВМ.The trigger latch 27, after supplying the control voltage from the output 5 of the key 5 from the periodic sequence of pulses to one of the inputs, selects the first differential pulse and ensures that it is filled with counting pulses from the generator output 1. 10 If the differential pulse arrives from the output of the comparator 25, the counting pulses are fed from the second output of the trigger-lock 27 to the direct input of the reversing counter 28. If the differential pulse 15 comes from the comparator 26. then the counting pulses from the first output of the trigger-lock 27 fed to the reversing input of the counter 28. With the block 29 down counter preset by a signal output from the 0 key 5 in the counter 28 can enter the code of the desired offset of the origin of movement. The contents of the reversible counter 28 are transmitted by the signal of the uni-32 32 controlled by the voltage from the output of the key 5 5 to the buffer register 30, the output bus of which is connected to the movement indicator 31 and the second output bus 39 for communication with, for example, a computer.

Длительность At разностного импуль- 0 са, записанна в буферный регистр 30, в пределах линейного участка выходной ха- рактеристики дифференциального емкостного датчика 7 св зана е перемещением х соотношением Д t kx, где k - коэффициент 5 .пропорциональности, завис щий от параметров дифференциального емкостного датчика 7, сопротивлени резисторов 6 и 8 и уровн напр жени настройки компараторов 15 и 16, изменение знака At при изменении знака 0 х обеспечиваетс изменением пол рности импульсов на выходе вычитател 18.The length At of the differential pulse 0 recorded in the buffer register 30, within the linear section of the output characteristic of the differential capacitive sensor 7, is connected by moving x by the ratio D t kx, where k is the coefficient of proportional 5, depending on the parameters of the differential capacitive sensor 7, resistance of resistors 6 and 8, and the voltage level of the setting of the comparators 15 and 16, changing the sign of At when changing the sign of 0 x is provided by changing the polarity of the pulses at the output of the subtractor 18.

С выхода усилител 23 и 24 последовательность разностных импульсов поступает на входы одной из половин временных дис- 5 криминаторов 33. Дискриминаторы 33 срабатывают в том случае, если длительность разностных импульсов превышает опре- - деленные пороговые значени , устанавливаемые на дискриминаторах 33. Сигналы 0 с выходов сработавших дискриминаторов 33, а также с выхода усилител 23 и 24 поступают на элементы 34 пам ти, управл ющие входы которых св заны с выходом ключа 5. С помощью дешифратора 35 логи- 5 ческие уровни напр жени на выходах элементов 34 пам ти вместе с уровнем напр жени , поступающего с выхода ключа 5 на (2М+3)-й вход дешифратора 35, распознаютс .From the output of amplifier 23 and 24, a sequence of differential pulses is fed to the inputs of one of the half-time discriminators 33. The discriminators 33 are triggered if the duration of the differential pulses exceeds certain threshold values set on the discriminators 33. Signals 0 from the outputs triggered discriminators 33, as well as from the output of amplifier 23 and 24, are fed to memory elements 34, the control inputs of which are connected to the output of key 5. Using a decoder 35, logical levels of voltage at the outputs are The 34 memory with the voltage level coming from the output of the key 5 to the (2M + 3) -th input of the decoder 35 is recognized.

В результате открываетс один из ключей 36, напр жение на выходе которого фиксирует определенную позицию перемещени . Количество 2N временных дискриминаторов 33, а следовательно, и количество 2N+2 элементов 34 пам ти и 2N+3 ключей 36 устанавливают по потребности. Чем больше дискриминаторов 33 содержит преобразователь, тем большее число позиций перемещени он способен фиксировать . Выходы ключей 36 соединены с первой выходной шиной 37 дл св зи, например, с исполнительными устройствами робототехнологического комплекса. Сигнальные входы ключей 36 соединены с выходом 40 источника опорного напр жени .As a result, one of the keys 36 is opened, the voltage at the output of which fixes a certain position of movement. The number 2N of temporary discriminators 33, and hence the number 2N + 2 elements of 34 memory and 2N + 3 keys 36, is set on demand. The more discriminators 33 the converter contains, the greater the number of movement positions it is able to fix. The outputs of the keys 36 are connected to the first output bus 37 for communication, for example, with the actuators of the robot-technology complex. The signal inputs of the keys 36 are connected to the output 40 of the reference voltage source.

Управление работой емкостно-электрон- ного преобразовател перемещени может осуществл тьс как по сигналам от внутреннего источника импульсов - делител 2 частоты, так и по сигналам от внешнего устройства в зависимости от положени переключател 4 Режим работы. Внешние управл ющие сигналы поступают на вход 38 управлени .The operation of the capacitive-electronic displacement transducer can be carried out either by signals from an internal source of pulses - divider 2 frequencies, or by signals from an external device, depending on the position of switch 4, the mode of operation. External control signals are fed to control input 38.

Формул а изобретени Invention Formula

Claims

1. A capacitive-electronic displacement transducer containing a pulse generator, two keys, a capacitive sensor, two diodes, four resistors, a reference voltage source, a zero potential bus, the first terminals of the first and second resistors, respectively, are connected to the anode of the first and the cathode of the second diode, The first terminal of the third resistor is connected to the first terminal of the fourth resistor, characterized in that, in order to improve speed, a frequency divider, four repeaters, three subtractors, four to paraparameter, synchronization unit, amplifier, inverting amplifier, flip-flop, reversible counter, reversible counter presetting unit, one-shot, buffer register, indicator and switch, and the capacitive sensor is differential, the output of the pulse generator is connected via a frequency divider to the first input of the switch , to the control input of the first key and the synchronization input of the synchronization unit, the outputs of which are connected to the inputs of the first subtractor, the output of which is connected to the cathode of the first and the anode of the second diode, a zero potential bus through the first and second resistors, respectively, is connected to the inputs of the inverting amplifier and amplifier, respectively, the outputs of which through the first and second comparators, respectively, are connected to the first and second installation inputs of the trigger-easchka,

The first and second outputs of which are connected respectively to the reversible and direct inputs of the reversible counter, the output of which is connected to the input of the buffer register, the output of which is connected to the indicator input, the output of the reference voltage source is connected to the signal inputs of the first and second keys, the output of the first key , respectively, the first and second repeaters are connected to the first inputs of the second and third subtractors, respectively, and through the third and fourth resistors to the inputs of the third and fourth repetitions, respectively erator whose outputs are connected to second inputs of respectively the second and third subtracters, which outputs through the third and fourth comparators are connected respectively to the first and second data inputs of the synchronization unit, the pulse generator output is connected to the counting. trigger latch input, the switch output is connected to the control input of the second key, the output of which is connected to

the control inputs of the synchronization unit and the latch trigger and through the presetting unit of the reversible counter and the one-shot to the pre-recording inputs of the reversing counter and the buffer register, respectively, the zero potential bus is connected to the input of the differential capacitive sensor, the first and second outputs of which are connected to the inputs of the third and fourth, respectively

repeaters.

2. The converter according to claim 1, which differs from the fact that, in order to extend the functionality by obtaining information about fixed movement positions, 2N temporary discriminators, 2N + 2 memory elements, a decoder, 2N + are entered into it. 3 keys, control input and two output buses, inputs (1N) -ro of discriminators are connected to

the output of the inverting amplifier, the inputs (N + 12N) -ro of the discriminators are connected to the output of the amplifier, the outputs (1 ...., 2N) -ro of the discriminators are connected to the information inputs of the (12N) th memory elements, the outputs of the amplifier and the inverting amplifier the inverting amplifier is connected to the information inputs (2N + 1) -ro and (2N + 2) -th memory elements, respectively;

2N + 2 memory elements are connected to (2N + 2) -th inputs of the decoder, to the (2M + 3) -th input of which and the control inputs of the memory elements are connected to the output of the second key, (12M + 3) -th

decoder outputs are connected to the pack

the corresponding inputs of the respective water bus, the output of the buffer register

(12N + 3) -ro keys, signal inputs connected to the second output bus, input

which are connected to the output of the control, connected to the second input of the suppressive voltage, and the outputs to the first switch ..