SU1725069A1 - Датчик угловых перемещений - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к измерительной технике и может быть использовано дл  контрол  перемещений. Цель изобретени  - повышение точности и расширение диапазона измерений. Цель достигаетс  тем, что в датчик, содержащий чувствительный элемент , генератор, компаратор, делитель, блок управлени , два элемента И и счетчик, дополнительно введены два элемента И, вторые делитель и счетчик, два мультивибратора и блок индикации. Использование соединени  мультивибратора, чувствительного элемента, компаратора и делител  позвол ет реализовать импульсный автогенератор, параметры импульсов которого не завис т от добротности колебательной системы, а соединение вторых делител  и счетчика, дополнительных элементов И с блоком управлени  снижает погрешность дискретности и линеаризует выходную характеристику . 2 ил. (Л С

Description

Изобретение относитс  к измерительной технике и может быть использовано, например, дл  автоматического контрол  и регулировани  перемещений, деформаций, измерени  неэлектрических величин, измен ющих емкость датчика.

Известно устройство дл  измерени  линейных перемещений, в котором дл  повышени  точности измерени  использован дифференциальный индуктивный датчик, первый и второй измерительные автогенераторы , в задающие контуры которых вклю- чен дифференциальный измерительный датчик, первый, второй и третий счетчики импульсов, третий автогенератор, два элемента 2-2И-ИЛИ-НЕ, элемент 2И-НЕ, блок управлени , выход первого измерительного автогенератора соединен с первым и третьим входами первого элемента 2-2И-ИЛИ- НЕ, второй вход которого соединен с

первым выходом блока управлени , четвертый вход- с вторым входом блока управлени  и с четвертым входом второго элемента 2-2И-ИЛИ-НЕ, выход первого элемента 2- 2И-ИЛИ-НЕ соединен с вычитающим входом первого счетчика импульсов, установочный вход которого соединен с третьим выходом блока управлени , выход обратного переноса - с первым входом блока управлени , входы параллельной записи первого счетчика импульсов соединены с выходами второго счетчика импульсов и с входами параллельной записи третьего счетчика импульсов, выход третьего автогенератора соединен с первым входом элемента 2И-НЕ, второй вход которого соединен с четвертым выходом блока управлени , выход - с суммирующим входом второго счетчика импульсов, вход установки в О которого соединен с п тым выходом блоVJ

Ю СЛ О О Ю

ка управлени , установочный вход - с шестым выходом блока управлени , выход измерительного автогенератора соединен с первым и третьим входами второго элемента 2-2И-ИЛИ-НЕ, второй вход которого соединен с восьмым выходом блока управлени , выход с вычитающим входом третьего счетчика импульсов, установочный вход которого св зан с седьмым выходом блока управлени , а выход обратного переноса - с вторым входом блока управлени . Недостатком устройства дл  измерени  перемещений  вл етс  отсутствие синхронизации генераторов и цифровых преобразователей , что обусловливает погрешность равную одному периоду генераторов в каждом цикле квантовани  сформированных временных интервалов. Эта составл юща  погрешности доминирует при малых перемещени х и ее можно уменьшить путем увеличени  разр дности всех счетчиков, что, однако, приведет к увеличению времени измерени . При больших перемещени х возрастает составл юща  погрешности, св занна  с зависимостью фазовой характеристики автогенераторов от добротности колебательных систем, котора  измен етс  в зависимости от величины перемещени  и обусловливает нелинейность функции преобразовани .

Наиболее близким к предлагаемому  вл етс  автогенераторный датчик линейных величин, содержащий образцовый и рабочий чувствительные элементы, два ключа, автогенератор, пороговый элемент, делитель частоты, распределитель импульсов, два элемента И, реверсивный счетчик и тактовый генератор, выходы образцового чувствительного элемента и рабочего чувствительного элемента подключены к ин- формационным входам соответственно первого и второго ключей, выходы которых подключены к входу автогенератора, выход которого через пороговый элемент подключен к информационному входу делител  частоты , соединенного с входом распределител  импульсов, первый, второй и третий выходы которого подключены к управл ющим входам соответственно первого ключа, второго ключа и делител  частоты . .Первый и второй выходы распределител  импульсов подключены к первым входам соответственно первого и второго элементов, выходы которых подключены соответственно к вычитающему и суммирующему входам реверсивного счетчика , четвертый выход распределител  импульсов подключен к входу сброса реверсивного счетчика, выход тактового генератора подключен к вторым входам элементов И.

Недостатком автогенераторного датчика линейных величин  вл етс  низка  точность и незначительный диапазон изменени  измер емой величины, обусловленный нелинейной зависимостью частоты автоколебаний от параметров колебательной системы, а также сложной и нестабиль0 ной зависимостью фазовой характеристики автогенератора от добротности контура, завис щей в свою очередь от величины измер емого перемещени .

Цель изобретени  - повышение точно5 сти и расширение диапазона измерени  путемлинеаризациифункции преобразовани  устройства дл  измерени  угловых перемещений с помощью емкостного датчика,

0 Поставленна  цель достигаетс  тем, что в автогенераторном датчике линейных величин , содержащем рабочий и образцовый чувствительный элементы, опорный генератор , делитель частоты, блок управлени 

5 (распределитель импульсов), два элемента И и реверсивный счетчик, в котором чувствительный элемент  вл етс  элементом колебательной системы измерительного автогенератора, компаратор, подключен0 ный к информационному входу делител  частоты , соединенного с блоком управлени , третий выход которого соединен с установочными входами счетчика и делител  частоты , а второй и первый его выходы соединены

5 с первыми -входами элементов И, выходы которых подключены соответственно к суммирующему и вычитающему входам реверсивного счетчика, а выход опорного генератора соединен с вторыми входами

0 элементов И, дополнительно включены ждущий и автоколебательный мультивибраторы , вход щие в состав импульсного автогенератора, а также два элемента И, второй делитель частоты и второй реверсив5 ный счетчик, а чувствительным элементом  вл етс  емкостный датчик. Импульсный автогенератор состоит из последовательно включенных ждущего мультивибратора, колебательной системы с емкостным датчи0 ком перемещений, компаратора, первого делител  частоты, соединенного с одним из входов ждущего мультивибратора, второй вход которого соединен с автоколебательным мультивибратором, вход которого сое5 динен с выходом компаратора. Второй делитель частоты включен последовательно с первым и соединен с первым входом блока управлени , второй вход которого соединен с выходом первого делител  частоты. Элементы И объединены по два выходными шинами генераторов, которые подключены к их вторым входам, и управл ющими шинами блока управлени , подключенными к первым входам элементов И таким образом, что перва  выходна  шина подключена к эле- ментам И, один из которых соединен с измерительным генератором, а второй с опорным, выход элемента И, вход которого подключен к опорному генератору, соединен с суммирующим входом первого ре- версивного счетчика, а второй элемент И подключен к вычитающему входу второго реверсивного счетчика. Втора  управл юща  шина блока управлени  также соединена с двум  элементами И, выход элемента И, соединенного с измерительным генератором , подключен к вычитающему входу первого счетчика, а выход второго элемента, соединенного с опорным генератором, подключаетс  к суммирующему входу второго реверсивного счетчика. Выход первого счетчика соединен с четвертым входом блока управлени , а к выходу второго подключено устройство индикации.

Сопоставление с известным показыва- ет, что предлагаемое устройство отличаетс  наличием новых блоков: автоколебательного и ждущего мультивибраторов, второго де- лител  частоты, второго реверсивного счетчика и двух дополнительных элемен- тов И.

На фиг. 1 изображена структурна  схема датчика угловых перемещений; на фиг. 2 - структурна  схема блока управлени .

Датчик перемещений состоит (фиг. 1) из ждущего 1 и автоколебательного 2 мультивибраторов , колебательной системы 3 с емкостным датчиком угловых перемещений и компаратора 4, соединенных последовательно . К выходу компаратора 4 подключе- ны первый делитель 5 частоты, вторые входы элементов И 7 и 8 и автоколебательный мультивибратор 2, а выход первого делител  5 частоты соединен с вторым входом блока 6 управлени , первый вход которого соединен с выходом второго делител  9 частоты . Четвертый вход блока 6 управлени  соединен с выходом первого реверсивного счетчика 10. Вычитающие входы реверсивных счетчиков 10 и 11 соединены с выхода- ми элементов И 7 и 8, а суммирующие входы соединены с выходами элементов И 13 и 14.

Первый и второй управл ющие выходы блока управлени  подключены к первым входам соответствующих элементов И, а третий выход соединен с установочными входами второго делител  9 частоты, и реверсивных счетчиков 10 и 11. Устройство 15 визуальной индикации включено на выход второго реверсивного счетчика 11.

Блок 6 управлени  состоит (фиг. 2) из трех триггеров 16-18 и одного элемента И. По запросу ЭВМ или с устройства ручного пуска импульс напр жени  поступает на третий вход блока 6 управлени , т.е. на вход S-триггера 16, второй вход которого R соединен с выходом элемента И 12, входом S триггера 17 и третьим выходом блока управлени . Выход триггера 16 соединен с одним из входов элемента И 12, а установочные R-входы триггера 17 и S триггера 18 соединены с первым входом блока 6 управлени , выходы этих триггеров  вл ютс  соответственно первой и второй выходной шиной блока 6 управлени .

Датчик работает следующим образом.

В момент включени  датчика напр жение на его элементах близко к нулю. Автоко- лебательный мультивибратор 2 вырабатывает импульс напр жени , поступающий на вход ждущего мультивибратора 1, который формирует короткий импульс напр жени , поступающий на элемент колебательной системы 3, содержащей емкостный датчик перемещений, в котором возникают экспоненциально затухающие колебани , поступающие на вход компаратора 4. Сформированные компаратором 4 пр моугольные импульсы напр жени  выключают автоколебательный мультивибратор 2 и поступают на входы первого делител  5 частоты и элементы И 7 и 8. Частота импульсов f первого делител  частоты

f Wk,.(1)

где fvi - резонансна  частота измерительной колебательной системы; k, n - коэффициенты делени  блоков 5, 9. Сформированные мультивибратором короткие импульсы напр жени , частота которых равна f, поддерживают колебани  в контуре 3. Блок 6 управлени  перед каждым циклом измерений устанавливает второй делитель 9 частоты и счетчики 10 и 11 в нулевое состо ние, затем управл ющим импульсом, поступающим на вторые входы элементов И 7 и 13, включаютс  счетчики, причем первый счетчик 10 заполн етс  частотой опорного генератора , а к вычитающему входу счетчика 11 подключаетс  измерительный генератор. Врем  работы счетчиков At равно

At knTn.TM 1/fH(2)

и в результате первый счетчик зафиксирует NI импульсов

Ni Atfo, а второй

.fn, .(3)

откуда видно, что At формируетс  из частоты генератора, т.е. не имеет составл ющей погрешности квантовани . По окончании

этой стадии преобразовани  сигнала управл ющим импульсом, поступающим на входы элементов И 8 и 14, происходит переключение режима работы счетчиков. Содержимое первого счетчика 10 уменьшаетс  импульсами измерительного генератора, а на суммирующий вход второго счетчика 11 подаетс  сигнал опорного генератора до момента обнулени  первого счетчика 10. В результате во второй счетчик 14 поступит NS импульсов , а числовой код NA устройства индикации может быть определен по формуле

д У

N4 N3 - N2 kn(TM2fo2 - 1) kn , (4)

где Ти 2 JTv/иСи; То 2 U. Ц - индуктивности колебательных систем измерительного и опорного генераторов, соответственно (предполагаетс , в частности, что LM LO); Си Со + А С. АС - приращение емкости датчика, обусловленное перемещением объекта измерени .

Таким образом, использование в датчике угловых перемещений последовательно включенных ждущего мультивибратора, колебательной системы с емкостным датчиком перемещений, компаратора и делител  частоты позволило реализовать импульсный автогенератор, амплитуда и длительность импульсов в котором практически не завис т от измен ющейс  в процессе измерений добротности колебательной системы, а дополнительно включенные второй делитель частоты, два элемента И, второй ревер- сивный счетчик и блок управлени , формирующий управл ющие импульсы, синхронизированные с частотой измерительного генератора, снижают погрешность квантовани  и реализуют в соответствии с (1) -(4) алгоритм преобразовани  сигнала с линейной зависимостью выходного цифрового кода от угловых перемещений в широком диапазоне изменени  емкости датчика без снижени  точности .

Claims (1)

1. Формула изобретени  Датчик угловых перемещений, содержащий измерительный чувствительный элемент , опорный генератор, компаратор, первый делитель частоты, блок управлени ,

   два элемента И и первый реверсивный Счётчик , компаратор, подключенный к входу первого делител  частоты, выход которого соединен с вторым входом блока управлени , первый и второй его выходы соединены соответственно с первыми входами первого и второго элементов И, выходы которых подключены соответственно к вычитающему и суммирующему входам первого ревёрсивного счетчика, а выход опорного генератора соединен с вторым входом второго элемента И, о т л и ч а ю щ и и с   тем, что, с целью повышени  точности и расширени  диапазона измерени  перемещений, в него дополнительно введены третий и четвертый элементы И, второй делитель частоты, второй реверсивный счетчик, ждущий и автоко- лебательный мультивибраторы и блок индикации, в качестве измерительного чувствительного элемента использован емкостный датчик перемещений, подключенный к выходу ждущего мультивибратора и соединенный с входом компаратора, выход первого делител  частоты соединен с входом

   второго делител  частоты и первым входом ждущего мультивибратора, второй вход которого подключен к выходу автоколебательного мультивибратора, его вход объединен с выходом компаратора и вторыми входами

   первого и второго элементов И, соединенных соответственно с вычитающими входами реверсивных счетчиков, а первые входы первого и третьего, второго и четвертого элементов И соединены с первым и вторым

   выходами блока управлени , третий выход которого соединен с установочными входами реверсивных счетчиков и второго делител  частоты, выход второго делител  частоты соединен с первым входом.блока

   управлени , четвертый вход блока управлени  соединен с выходом первого реверсивного счетчика, суммирующие входы счетчиков соединены с выходами третьего и четвертого элементов И, вторые входы

   третьего и четвертого элементов И подключены к выходу опорного генератора, третий вход блока управлени   вл етс  управл ющим входом датчика, выход второго реверсивного счетчика соединен с выходом блока

   индикации.

   го

   €

   Фиг.2