SU1739185A1 - Цифровой датчик линейных перемещений - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к контрольно- измерительной технике, в частности к области измерени  неэлектрических величин электрическими методами, и может быть использовано в различных устройствах дл  измерени  величины перемещени . Целью изобретени   вл етс  повышение точности измерени . Поставленна  цель достигаетс  тем, что в цифровой датчик линейных перемещений , включающий две измерительные цепи, кажда  из которых состоит из катушки индуктивности и конденсатора, включенных параллельно, дополнительно введен кварцевый генератор 1, соединенный через усилитель 2 мощности и трансформатор 3 с катушками индуктивности датчика 4, к которым подключен компаратор 5 напр жени , выходы которого св заны с ключами 8. Реверсивный счетчик 9, входы которого св заны с выходом второго кварцевого генератора 7 несущей частоты, соединен с буферной пам тью 10, в которую записываетс  величина информации о величине пере- мещени . Чувствительность датчика регулируетс  изменением емкости дополнительного конденсатора, шунтирующего плечи дифференциального моста. 7 ил. (Л с

Description

-ч

U Ю

- 00

ел

Изобретение относитс  к созданию высокоточных приборов дл  измерени  линейных перемещений и может быть использовано в любой отрасли народного хоз йства .

Известен цифровой датчик линейных перемещений, содержащий генератор переменного тока, выход которого подключен к бифил рной обмотке, уложенной в пазы кодового элемента, выполненного в виде двухзаходного винта, два усилител  импульсных сигналов, выходы которых подключены через соединенные последовательно фазовый дискриминатор, триггер и формирователь счетных импульсов к входу двоич- ного счетчика. В устройство дополнительно введены две подвижные считывающие головки , выполненные в виде ферритовых пластин с пазами, шаг которых кратен шагу бифил рной обмотки.

Недостатками данного устройства  вл ютс  сложность конструкции и необходимость изготовлени  специальных элементов , например, двухзаходного винта с бифил рной обмоткой и подвижных считы- вающих головок, у которых шаг пазов должен быть кратен шагу бифил рной обмотки.

Извеоен преобразователь линейного перемещени  во временной интервал, содержащий посто нный магнит, укреплен- ный на объекте перемещени , два мультивибратора, индуктивно св занные с посто нным магнитом, генератор импульсов , элемент задержки и триггер.

Данное устройство не обеспечивает точности измерени  и имеет значительную погрешность преобразовани  при воздействии дестабилизирующих факторов, например , температуры.

Известны индуктивные измерители пе- ремещечи , содержащие автогенератор, измеритель амплитуды и две измерительные цепи, состо щие из индуктивных датчиков и конденсаторов, в которых измеритель амплитуды подключен к точкам соединени  датчиков с конденсаторами.

Недостатками данных устройств  вл ютс  наличие стрелочного измерител  амп- литуды, внос щего дополнительную погрешность, и непосто нство выходного сигнала при изменении дестабилизирующих факторов, например, напр жени  питани .

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому устройству  вл етс  устройство дл  измерени  приращений физических величин, содержащее генератор стабильной частоты, квадратурную цепь, со- сто щую из образцового элемента и последовательно подключенного датчика, блок

сравнени , подключенный к квадратурной цепи, и индикатор, которое снабжено трем  делител ми частоты, элементом запрета, двум  реверсивными счетчиками, формирователь логического уровн , формирователем импульсов управлени , триггером управлени , коммутатором, двухполюсным коммутатором на два направлени , источником управл ющего напр жени , эталонным элементом, причем первый и второй делители частоты и элемент запрета подключен входами к генератору стабильной частоты, первый делитель частоты выходом соединен с первым входом блока сравнени , второй делитель частоты выходом соединен с обоими реверсивными счетчиками и вторым входом элемента запрета, элемент запрета выходом подключен к третьему делителю частоты , выполненному управл емым , первый реверсивный счетчик установочными выходами соединен с установочными входами третьего делител  частоты , который выходом соединен с датчиком и эталонным элементом, формирователи импульсов управлени  и логического уровн  входами подключены к выходу блока сравнени , выход формировател  логического уровн  подключен к второму входу первого реверсивного счетчика, выход формировател  импульсов управлени  через триггер управлени  коммутатором подключен к управл ющему входу двухполюсного коммутатора , который входами первого направлени  подключен соответственно к датчику и эталонному элементу, а выходом - к второму входу блока сравнени , входами второго направлени  - к двум выходам источника управл ющего напр жени , а выходом - к второму входу второго реверсивного счетчика, цифровым индикатором, подключенным к выходу второго реверсивного счетчика.

Недостатком данного устройства  вл етс  необходимость в эталонном и образцовом элементах, к параметрам которых предъ вл ютс  жесткие требовани  при тиражировании устройства и зависимость этих параметров от вли ни  дестабилизирующих факторов, например, температуры и времени,

Одним из перспективных путей создани  высокоточных приборов контрол  перемещени  - использование индуктивных преобразователей с цифровым отсчетом результата измерени .

Цель изобретени  - отказ от необходимости в образцовых и эталонных элементах и, следовательно, вли ни  дестабилизирующих факторов.

Поставленна  цель достигаетс  тем, что цифровой преобразователь линейных перемещений содержит две измерительные цепи , кажда  из которых выполнена из катушки индуктивности и конденсатора, включенных параллельно и составл ющих дифференциальный мост, последовательно соединенных с усилителем мощности и трансформатором, включенных между выходом первого генератора и выводами катушек индуктивности измерительных цепей, и второй генератор, выходом подключенный к второму входу блока ключей, третий вход которого соединен с входом триггера и выходом блока сравнени , вход которого подключен к выходам измерительных цепей, а выходы блока ключей соединены соответственно с входами пр мого и обратного счета реверсивного счетчика.

На фиг.1 представлена блок-схема цифрового преобразовател  линейных перемещений; на фиг.2 - электрическа  принципиальна  схема; на фиг.З - диаграммы работы преобразовател  при центральном положении  кор  по отношению к катушкам измерительных цепей; на фиг.4 и 5 - диаграммы сигналов датчика при смещении  кор  как в сторону одной, так и другой катушек; на фиг.6 - диаграммы, по сн ющие алгоритм работы преобразовател ; на фиг.7 - зависимость длительности выходных импульсов блока сравнени  от смещени  датчика от нейтрального положени .

Цифровой преобразователь линейных перемещений (фиг.1) содержит последовательно соединенные первый генератор 1, усилитель 2 мощности, трансформатор 3, измерительный цепи датчика 4, блок 5 сравнени , триггер 6, второй генератор 7, блок 8 ключей, реверсивный счетчик 9 и буферную пам ть 10.

Цифровой преобразователь линейных перемещений работает следующим образом .

Стабилизированные по частоте импульсы первого генератора 1 через усилитель 2 мощности и трансформатор 3 поступают на катушки индуктивности измерительных цепей датчика 4.

Выходной сигнал датчика, представл ющий синусоиду, поступает на блок 5 сравнени  (компаратор напр жени ) и в нем преобразуетс  в широтно-модулированный сигнал. Сигнал с блока сравнени  поступает на блок ключей, вторые входы которых соединены с выходом второго генератора.

В зависимости от выходного сигнала блока сравнени  ключи подключают выход второго генератора с входами пр мого или обратного счета реверсивного счетчика 9.

В конце периода в реверсивном счетчике остаетс  разность числа импульсов, поступивших на входы, пропорциональна  величине перемещени   кор  датчика от

нейтрального, по отношению к катушкам, положени . В конце периода информаци , записанна  в реверсивный счетчик, переписываетс  в буферную пам ть 10 и поступает на индицирующее или регистрирующее устройство .

Пример работы преобразовател  линейных перемещений представлен на диаграммах , показанных на фиг.З -5, а алгоритм его работы на фиг.б. На фиг.7 представлена

зависимость длительности выходных импульсов блока сравнени  (компаратора напр жени ) от смещени   кор  датчика от нейтрального положени .

На фиг.З представлены диаграммы работы при одинаковом рассто нии от  кор  до катушек индуктивности L1 и L2 измерительных цепей датчика. При этом сигнал Uдат, снимаемый с плеч дифференциального моста, представл ет симметричную, по отношению к нулевому уровню, синусоиду.

Блок сравнени , представл ющий собой компаратор напр жени , преобразует синусоидальный сигнал в импульсный и выдает импульсы со скважностью, равной 2,

т.е. с равными полупериодами выходного сигнала. Количество импульсов, поданных на входы пр мого и обратного счета реверсивного счетчика, равны и разность равна нулю.

На фиг.4 и 5 представлены диаграммы работы преобразовател  при смещении  кор  от нейтрального положени  в направлении одной из катушек индуктивности датчика . Напр жение Удат снимаемого с плеч

дифференциального моста, становитс  несимметричным по отношению к нулевому уровню. Неравными станов тс  полупериоды выходных импульсов блока сравнени  и, как следствие,количество импульсов,оставшихс  в реверсивном счетчике, отличаетс  от нул  и пропорционально перемещению  кор  датчика, Коэффициент пропорциональности зависит от соотношени  частот первого и второго генераторов.

Экспериментальна  характеристика Тимп - f (A I) представлена на фиг.7, где по оси абсцисс приведена величина перемещени   кор  датчика, а по оси ординат соответ- ствующа  длительность выходного

импульса блока сравнени .

Claims (1)

1. Формула изобретени  Цифровой преобразователь линейных перемещений, содержащий две измерительные цепи, первый генератор, блок сравнени , триггер, реверсивный счетчик, блок ключей, первый вход которого соединен с выходом триггера, блок буферной пам ти, подключенный входом к выходу реверсивного счетчика, отличающийс  тем, что, с целью повышени  точности преобразовани , кажда  измерительна  цепь выполнена из катушки индуктивности и конденсатора, включенных параллельно и составл ющих дифференциальный мост, и в него введены последовательно соединенные усилитель

   Ь

   D2 К2

   Г U

   j

   2)1.5

   мощности и трансформатор, включенные между выходом первого генератора и выводами катушек индуктивности измерительных цепей, и второй генератор, выходом подключенный к второму входу блока ключей , третий вход которого соединен с входом триггера и выходом блока сравнени , вход которого подключен к выходам измерительных цепей, а выходы блока ключей соединены соответственно с входами пр мого и обратного счета реверсивного счетчика .

   U

   L2

   ОН

   f J

   несущ..

   дцтч.

   пн кпм

   Г

   liliiilllil.

   ФигЛ

   t

   Риг.5

   HCumpllfthHOP

   -А$мкм г /О рЛ Ц0 ° 40 BQ if О Ю 2W 240 +&1

   Составитель Г.Астанин Редактор С.Патрушева Техред М.МоргенталКорректор Н.Король

   Заказ 1994ТиражПодписное

   ВНИИПИ Государственного комитета по изобретени м и открыти м при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушска  наб., 4/5

   i Ъ амп/ МКС

   ISQФиг . 7