Устройство для измерения угловых перемещений

(71) Куйбышевский авиационный инсттут им. акад. С.П.Королева(56) Авторское свидетельство СССРУ 422990, кл. С 01 1 3/1 О, 1974.(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗЮРЕНИЯ УГЛОПЕРЕГ 1 ЕЦЕНИЙ(57) Изобретение относится к измертельной технике. Цель изобретениярасширение диапазона измеряемых угвых перемещений до 0 360 град. иповьппение точности измерения, котодостигается за счет того, что градровочная характеристика на диапазо0360 град, формируется из шести зДо прихода импульсов с генераторатактовых импульсов на всех выходахблока 18 управления присутствует нлевой уровень. Ключи 3, 4, 5, 6, 7 3 и 8тьем -в шестоме на концах:Ь СУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ разомкнуты, так как на их управляющих входах присутствует низкий потенциал с выходов группы 10 логических и- схем 2 И. Импульс с первого выхода блока 18 управления поступает на вход распределителя 12, Высокий потенциал с выхода распределителя 12 разрешает прохождение импульса с второго выхода блока 18 управления через группу 10 логических схем 2 И на ключи 3, 8. КаВЫХ тушки индуктивности Ь 1 и .3, источник 9 постоянного напряжения, замкну- и- тые ключи 3, 8 и дифференцирующийтрансформатор 13 образуют измерительло- ную цепь. Измерение углового перемещения происходит за шесть тактов, рая кажднй из которых начинается с прихоуи- да импульса с генератора 34 тактовых не импульсов в блок 18 управления, В он. . первом такте замыкаются ключи 34 во втором - ключи 4 и 7, в треключи 6 и 7, в четвертом - ключи 5 у- и 8, в пятом - ключи 4 и 58 ,ключи 3 и 6. В каждом такт1392350 хя ха 49 иа. В оставитель К.Тавлиноехред М.Дидык тор А,Реви оррект ешет Заказ 1803/4 водственно-иолиграафическое предприятие, г, Ужгород, ул, Проектн ВНИИП по 113035, И к хх Тираж 680 суДарственного к м изобретений и ва, Ж, Раушск Подписноетета СССРрытийнаб., д, 4/51392350 Вторичной обмотки дифференцирующего Трансформатора 13 формируется колокоообразный импульс напряжения с амитудой, пропорциональной относительному разбалансу двух индуктивнос 1 гей Б(Ь 1-Ь ) /(Ь 1,;+1,1; ), где Ь ,1Изобретение относится к измериелькой технике, а именно к устройствам для измерения угловых перемещений.Цель изобретения - расширение диаазона измеряемых угловых перемещеий и снижение относительной погрешости устройства, которая достигается за счет того, что градуировочная характеристика устройства формируется из шести зон.На фиг,1 изображена структурная схема предлагаемого устройства; на фиг.2 - датчик; на фиг.3 - графики измерения индуктивностей катушек датчика от углового смещения вала; на фиг.4 - графики изменения отношения разности индуктивностей катушек датчика к их сумме от углового смещения вала; на фиг.5 - графики зависимости выходного сигнала цифрового компаратора 20 от углового смещения вала (для шести опросных тактов); на фиг.6 - временные диаграммы выходных импульсов блока 18 управления и рас.пределителя 12; на фиг.7 - таблица истинности преобразователя 29 кодов; на фиг.8 - схема преобразователя 29 кодов; на фиг.9 - схема блока 18 управления. 30Устройство содержит индуктивный датчик 1 с тремя катушками индуктивности Ь Ь и 1.З, соединяемый с валом 2, кличи 3 - 8, источник 9 постоянного напряжения, группу 1 О логи ческих схем 2 И, группу 11 дизъюнкторов, распределитель 12, дифференцирующий трансформатор 13, парафазный усилитель 14, временной селектор 15, амплитудный детектор 16, аналого-циф ровой преобразователь 17, блок 18 управления, постоянное запоминающее устройство 19, цифровой компаратор 1. - катушки индуктивности подклю 1ченные к дифферепцируняцему трансформатору 13 в 1-м такте. Относительньп 1 разбаланс индуктивпостей определяет- ся угловым положением вала 2 индуктивного датчика 1. 1 з.п, ф-лы, 9 ил,20, регистры 21 - 26 данных, схему 27 совпадения, регистр 28 признаков,преобразователь 29 кодов, мультиплексор 30, регистр 31 номера зоны, регистр 32 результата, шинный конъюнктор 33 и генератор 34 тактовых импульсов.Катушки индуктивности Ь и Ь одним концом соединены с выходом источника 9 постоянного напряжения, второй вывод Ь, соединен с информационным входом ключа 3, второй вывод 1.1 соединен с информационным входом ключа 6, выход ключа 3 соединен с первым выводом первичной обмотки дифференцирующего трансформатора 13, выход ключа 6 соединен со вторым выводом первичной обмотки дифференцирующего трансформатора 13, отводы от середин первичной и вторичной обмоток дифференцирующего трансформатора 13 подключены к земляной шине, выводы вторичной обмотки дифференцирующего трансформатора 13 соединены со входами парафазного усилителя 14, выход которого соединен со входом временного селектора 15, выход временного селектора 15 соединен со входом амплитудного детектора 16, выход которого соединен со входом аналого-цифрового преобразователя 17, на управляющий вход которого поступает импульс "Запуск" с четвертого выхода блока 18 управления, а с пятого выхода блока 18 управления импульс "Сброс" поступает на управляющий вход амплитудного детектора 16, третий выход блока 18 управления соединен с управляющим входом временного селектора 15, второй выход блока 18 управления соединен с первыми входами группы 10 логических схем 2 И, вторые входы группы 10 логических схем 2 И соединены с выходами группы 11 дизъюнкторов, выходы группы 1 О логическихсхем 2 И соедйнены с управляющими входами ключей 3 - 8. Катушка индуктивности Е первым выводом соединена .с выходом источника 9 постоянного напряжения, второй вывод Ь соединен с информационными входами ключей 7 и 8, информационный вход ключа 4 соединен с информационным входом ключа 3, информационный вход ключа 5 соединен с информационным входом ключа 6, выходы ключей 4 и 8 соединены с выводом 2 первичной обмотки дифференцирующего трансформатора 13, выходы ключей 5 и 7 соединены с первым выводом первичной обмотки . дифференцирующего .трансформатора 13,. выходы аналого-цифрового преобразователя 17 соединены с первой группой 20 входов цифрового компаратора 20, а также с информационными входами регистров 21 - 26 данных, вторая группа входов .цифрового компаратора 20 соединена с выходами постоянного эа поминающего устройства 19, выход цифрового компаратора 20 соединен со входом регистра 28 признаков, выходы которого подключены ко входам преобразователя 29 кодов, выходы преобразователя 29 кодов соединены с информационными входами регистра 31 номера эоны, а также с адресными входами мультиплексора 30, с информационными входами которого соединены выходы ре 35 гистров 21 - 26 данных, выходы мультиплексора 30 соединены с информационными входами регистра 32 результа" та, управляющие входы регистра 32 результата и регистра 31 номера зоны 40 соединены с выходом схемы 27 совпадения, один вход которой соединен с -выходом дешифратора распределителя 12, другой - с.седьмым выходом блока 18управления, выходы шинного конъюнкто ра 33 соединены с соответствующими управляющими входами регистров 21 - 26, данных, группа входов шинного конъюнктора 33 соединена с выходами дешифратора распределителя 12, а стробирующий вход - с шестым выходом блока .18 управления, который соединен также с управляющим входом регистра 28 признаков, выходы дешифратора распределителя 12 соединены также со входами группы 11 дизъюнкторов, а выходы счетчика распределителя 12 - с адресными входами постоянного запоминающего устройства 19. Выход генератора 34 тактовых импульсов соединен совходом блока 18 управления.Устройство работает следующим образом.Измерение углового перемещения начинается с момента прихода импульсас генератора 34 тактовых импульсовна вход блока 18 управления.До прихода импульса с генератора34 тактовых импульсов на всех выходахблока 18 управления присутствует нулевой уровень. Ключи 3 - 8 разомкнуты, так как на их управляющих входахприсутствует низкий потенциал, который со второго выхода блока 18 управ-ления через группу 10 логических схем2 И поступает на управляющие входыключей 3 - 8.Импульс с первого выхода блока 18управления поступает на счетный входраспределителя 12, который состоитиз счетчика по модулю шесть, дешифратора на 6 и схемы предустановки счетчика при включении питания. Выходысчетчика соединены со входами дешифратора. По достижении напряжения питания номинального значения в схемепредустановки вырабатывается импульспо которому счетчик распределителя12 устанавливается, например, в состояние 101,Импульс, поступивший на счетныйвход, переведет счетчик в состояние000, На выходе дешифратора появитсявысокий потенциал, который поступаетна входы двух иэ группы 11 дизъюнкто"ров и проходит на их выходы. Высокийпотенциал разрешает прохождение импульса со второго выхода блока 18 управления через две иэ группы 10 логических схем 2 ИИмпульс со второговыхода блока 18 управления проходитна ключи 3 и 8, Ключи 3 и 8 замыкаются на время, равное длительности импульса со второго выхода блока 18 управления. Катушки индуктивности Ь иЕ , источник 9 постоянного напряжения,Узамкнутые ключи 3 и 8 и дифференцирующий трансформатор 3 образуют измерительную цепь.На концах вторичной обмотки дифференцирующего трансформатора 13 формируется колоколообразный импульс,амплитуда которого пропорциональнаотносительному разбалансу двух нндуктивностей (в частности Е ., и Е), Зависимость амплитуды сигнала на вторичной обмотке дифференцирующеготрансформатора 13 от углового смещения вала 2 будет повторять зависимость относительного разбаланса этихиндуктивностей (фиг,4 д). В парафазномУсилителе 14 осуществляется масштабирование сигнала. На выход временногоселектора 15 проходит область, прилегающая к первому максимуму сигнала,На емкости детектора 16 запоминаетсямаксимум сигнала с выхода временногоселектора 15. Амплитуда максимумапреобразуется в двоичный код в аналого-цифровом преобразователе 17, Двоичный код из аналого-цифрового преоб разователя 17 записывается в один изрегистров 21 - 26 данных и сравнивается в цифровом компараторе 20 с двоичным кодом например, нулевым ) из постоянного запоминающего устройства 19.20,После установления результата сравне,ния на выходе цифрового компаратора,20 по импульсу с шестого выхода блока 18 управления результат сравнения,записывается в регистр 28 признаков, 25который выполняется, например, какшестираэрядный сдвиговый регистр споследовательным информационным входом.Первый такт измерения углового перемещения закончен,Измерение углового перемещенияпроисходит за шесть тактов. Каждыйтакт начинается с прихода импульса иэгенератора 34 тактовых импульсов вблок 18 управления. Во втором - шестом тактах происходят те.же события,что и в первом такте. В каждом тактезамыкаются два из шести ключей 3 - 8,В первом такте замыкаются ключи 3 и 8,во втором такте - ключи 4 и 7, в третьем такте - ключи б и 7, в четвертом такте - ключи 5 и 8, в пятом. такте - ключи 4 и 5, в шестом такте -ключи 3 и б. В каждом такте на концах вторичной обмотки дифференцирующего трансформатора 13 формируется колоколообразный импульс напряжения с амплитудой, про 50 порциональной относительному разбалансу двух ийдуктивностейГ1. 1;-1.1Ц1. ,+1,где 1, ,и 1. ; - катушки индуктивности,подключенные к дифференцирующему трансформатору )3 через замкнутые ключи в -ом такте,Относительный разбаланс индуктивностей определяется угловым положением вала индуктивного датчикаКонцы вторичной обмотки дифференцирующего трансформатора 13 соединены со входами парафазного усилителя 14. С выхода парафазного усилителя 14 колоколообразный импульс напряжения поступает на временной селектор 15, на выход которого проходит максимум колоколообразного импульса с прилегающей областью.На выходе амплитудного детектора 16 формируется квазипостоянное напряжение, амплитуда которого равна амплитуде колоколообразного импульса напряжения, Напряжение с выхода амплитудного детектора 16 поступает на вход аналого-цифрового преобразователя 17, где преобразуется в цифровую Форму и представляется двоичным кодом И, . Результат преобразования Б записывается в один из шести регист" ров 21 - 26 данных, так как в каждом такте Формируется лишь один импульс записи на выходах шинного конъюнктора 33, Результат преобразования Бпоступает также на первую входную шину цифрового компаратора 20, на вторую же входную шину поступает константа А иэ постоянного запоминающего устройства 19, адрес на постоянное запоминающее устройство 19 поступает с выходов счетчика распределителя 12.На выходе цифрового компаратора 20 формируется выходной сигнал, определяемый соотношением результата преоб" раэователя с константой А;. Если НА;, то выходной сигнал компаратора К 0 а при 11зультаты компарирования для случая А,= А= А= А=А = А= О последовательно записываются в регистр 28 признаков по управляющему импульсу с шестого выхода блока 18 управления,На входы преобразователя 29 кодов поступает параллельный двоичный код с выходов регистра 28 признаков, в который записываются результаты с цифрового компаратора 20, Результаты накапливаются в течение шести тактов измерения в регистре 28 признаков.Во всем рабочем диапазоне можно различить шесть поддиапаэонов (зон) по 60 . Каждой зоне соответствует определенный код, записывающийся в ре 1392350гистр 28 признаков, К концу шестого такта цикла измерения на входах преобразователя 29 кодов возможно появление одного из сочетаний Х Х Хэ, 5 Х , Х , ХНа выходе преобразователя 29 кодов будет формироваться двоичный код с весами 4 - 2 - 1, цифровой эквивалент которого соответствует номеру эоны.Код номера зоны записывается в регистр 31 номера зоны, а также используется для управления работой мультиплексора 30.Результат преобразования, храня щийся в одном из шести регистров 21 - 26 данных, соответствующий номеру зоны, передается мультиплексором 30 на входы регистра 32 результата и записывается в него. Запись информации в регистр 32 результата и регистр 31 номера зоны осуществляется по приходу импульса с выхода схемы 27 совпадения, Импульсы записи в регистры 21 - 26 данных получают конъюнкцией импульсов 25 шины дешифратора распределителя 12 и импульса с шестого выхода блока 8 управления. На выходной шине счетчика распределителя 12.выставляется номер д такта, выраженный в двоичном 30 коде, на шине дешифратора формируются импульсы Д 1 - Д 6. Вина дешифратора распределителя 12 соединена со входами группы 11 дизъюнкторов, а также со входами шинного конъюнктора 33. На выходах группы 11 дизъюнкторов формируются импульсы, разрешающие прохождение импульсов со второго выхода блока 18 управления через группу 10 ло.,- гических схем 2 И на управляющие входы 40 ключей 3 - 8, каждый из которых в про.- цессе измерения должен замыкаться в двух тактах, что обеспечивается появлением импульсов на разрешающих входах группы 10 логических схем 2 И с 45 выходов группы 11 дизъюнкторов.Импульс с третьего выхода блока 18 управления поступает на временной се" лектор 15На четвертом выходе блока 18 управления формируется импульс,запускающий аналого-цифровой преобразователь 17, по окончании преобразования, в котором на шестом выходе блока 18 управления появляется импульс, по которому осуществляется запись в регистр 28 признаков, а результатов преобразования - в регистры 21 - 26 данных, На седьмом выходе блока 18 управления импульс появляется после установления на выходе преобразователя 29 кодов двоичного кода номера эоны и прохождения на выход мультиплексора 30 результата из соответствующего регистра 21 - 26 данных. Но импульсу с седьмого выхода блока 18 управления происходит запись в регистр 31 номера зоны и в регистр 32 результата.Результат измерения углового пере-, мещения хранится в регистре 31 номера зоны и в регистре 32 результата,Формула из о бр етения1. Устройство для измерения угловых перемещений, содержащее дифференциальный индуктивный датчик углового перемещения с двумя катушками индуктивности, источник постоянного напряжения, два ключа, дифференцирующий трансформатор, парафазный усилитель, временной селектор, амплитудный детектор с цепями сброса, аналого-цифровой преобразователь, блок управления, группу логических схем 2 И, распределитель и генератор тактовых импульсов, катушки индуктивности одним концом соединены с выходом источника постоянного напряжения, второй вывод первой катушки индуктивности соединен с информационным входом первого ключа, второй вывод второй катушки индуктивности соединен с информационным входом второго ключа, выход первого ключа соединен с первым выводом первичной обмотки дифференцирующего трансформатора, выход второго ключа соединен с вторым выводом первичной обмотки дифференцирующего трансформатора, отводы от середин первичной и вторичйой обмоток дифференцирующего, трансформатора подключены к земляной шине, выводы вторичной обмотки дифференцирующего трансформатора соединены с входами парафаэного усилителя, выход которого соединен с входом временного селектора, выход временного селектора соединен с входом амплитудного детектора, выход которого соединен с входом аналого-цифрового преобразователя, управляющий вход аналогоцифрового преобразователя соединен.с четвертым выходом блока управления, пятый выход блока управления соединен с управляющим входом амплитудного де 1392350тектора, третий выход блока управления соединен с управляющим входом ;временного селектора, второй выход ;блока управления соединен с первыми входами группы логических схем 2 И, выходы группы логических схем 2 И соединены с управляющими входами первого и второго ключей, первый выход блока управления соединен с входом 10 распределителя, вход блока управления , соединен с выходом генератора тактовых импульсов, о т л и ч а ю щ е е - с я тем, что, с целью расширениядиапазона измеряемых угловых переме щений и повышения точности устройст ва, в него введены четыре ключа, группа дизъюнкторов, постоянное запоминающее устройство, цифровой компара; тор, шесть регистров данных, схема 20,совпадения, регистр признаков, преоб, разователь кодов, мультиплексор, ре, гистр номера зоны, регистр результа, та, шинный конъюнктор, третья катушкаиндуктивности, один вывод которой соединен с выходом источника постоянного напряжения, а другой вывод " с информационными входами пятого и шестого ключей, информационный вход третьего ключа соединен с информационным 30 входом первого ключа, информационный вход четвертого - с информационным входом второго ключа, выход третьего и шестого ключей соединены с вторым выводом первичной обмотки трансфор 35 матора, выходы четвертого и пятого ключей соединены с первым выводом первичной обмотки трансформатора,управляющие входы третьего, четвертого, пятого, шестого ключей соединены с выходами группы логических схем 2 И, выходы аналого-цифрового нреобразователя соединены с первой группой входов цифрового компаратора, а также с информационными входами шести регистров данных, вторая группа входов цифрового компаратора соединена с выходами постоянного запоминающего устройства, выход цифрового компаратора соединен с входом регистра признаков, выходы которого подключены к входам50 преобразователя кодов, выходы преобразователя кодов соединены с информационными входами регистра номера зоны, а также с адресными входами мультиплексора, с информационными входами которого соединены выходы регистров данных, выходы мультиплексора соединены с информационными входами регистра результата, управляющие вхо" ды регистра результата и регистра номера зоны соединены с выходом схемы совпадения, один вход которой соединен с выходом дешифратора распределителя, а другой - с седьмым выходом блока управления, выходы шинного конъюнктора соединены с соответствующими управляющими входами регистров данных, группа входов шинного,конъюнктора соединена с выходами дешифратора распределителя, стробирующий вход с шестым выходом блока управления, который соединен с управляющим входом регистра признаков, выходы дешифратора распределителя соединены с входами группы дизъюнкторов, выходы счетчика распределителя - с адресными входами постоянного запоминающего устройства, выходы группы дизъюнкторов соединены с вторыми входами группы логических схем 2 И.2. Устройство по п.1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что индуктивный датчик выполнен в виде двух соосных стаканов с взаимоперекрывающимися растровыми окнами, расположенными один в другом, и трех неподвижно установленных катушек индуктивности, на внутреннем стаКане под каждой из катушек индуктивности выполнены расто ровые окна с угловым размером 120 и сдвигом по углу относительно крайнего окна 120 ф под второй катушкой, и сдвигом на угол 240 под третьей катушкой, на внешнем стакане растровые окна под катушками индуктивностио выполнены с угловым размером 120 и без сдвига относительно друг друга, внутренний стакан закреплен на валу и выполнен с возможностью вращения вокруг своей оси, оба стакана выполнены из немагнитного электропроводно" го материала.