Устройство для измерения параметров линейного перемещения объекта

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИН ЯО 1278711(бц 4 С 01 Р 3/36 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ неотраженного участка выходное напряжение цифроаналогового преобразователя 10 не изменяется, выходноенапряжение сумматора 11, являющеесясуммой выходных напряжений усилителя12 и цифроаналогового преобразователя 10, будет представлять нарастающее напряжение, пропорциональноевеличине перемещения, После дифферен"цирования блоком 6 величина сигналана его выходе будет пропорциональнаскорости перемещения, а знак - на"правлению перемещения, При изменениях температуры вследствие температурного дрейфа нулевого уровня иизменения крутизны фотоприемника 4в последнем возникает аддитивная имультипликативная погрешность, коррекция которых осуществляется блоками 13,14,15 памяти, блоком 16 управления и усилителями 12 и 17, 3 ил,ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ(71) Смоленский филиал Московского ордена Ленина и ордена Октябрьской Революции энергетического института (72) А,М.Ковалев, В,В.Круглов, Г.Д.Панин и Н.П.Прокуденков (53) 531.767 (088.8)(56) Патент Великобритании1096312, кл. С 01 Р 3/36 1982.Авторское свидетельство СССР й 1228018, кл.С 01 Р 3/36, 1984, (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ЛИНЕЙНОГО ПЕРЕМЕЩЕНИЯ ОБЬЕКТА(57) Изобретение может быть использовано в качестве первичного преобразователя в составе измерительно-вычислительных комплексов. Цель изоб- .ретения - повышение точности преобразования при работе в широком диапазоне температур. При перемещении луча излучателя 3, вызванном движением дорожки 2, в пределах. одногоИзобретение относится к измерительной технике и может использоваться в качестве первичного преобразователя в составе измерительновычислительных комплексов, например,для определения динамических характеристик подвижных частей различныхмашин и механизмов,Целью изобретения является повышение точности преобразователя приработе в широком температурном диапазоне,На фиг,1 приведена функциональная схема устройства для измеренияпараметров линейного перемещенияобъекта на фиг2 - временные диаграммы,. иллюстрирующие его работупри нормальных температурных усло"виях; на Фиг.3 - временная диаграмма, поясняющая работу блока коррек"ции,Устройство для измерения параметров линейного перемещения объектасодержит укрепленную на объекте 1перемещения дорожку с нанесеннымичередующимися отражающими и неотражающими световой поток участками ввиде прямоугольных треугольников 2,излучатель 3 светового потока, Фотоприемник 4, счетный блок 5, дифферен.,цируюший блок 6 и блок 7 коррекциипричем счетный блок 5 состоит изформирователя 8, реверсивного счетчика 9, цифроаналогового преобразователя 10 и сумматора 11 в блок 7коррекции входят усилитель 12 суправляемым коэффициентом передачи,блоки 13,14 и 5 памяти, блок 16управления, усилитель 17 и клемма18 источника опорного напряжения,При этом выход фотоприемника 4 через усилитель 12 с управляемым коэффициентом передачи и Формирователь 8 подключены к счетному входу реверсивного счетчика 9, выходы которого через цифроаналоговый преобразователь 10 соединены с первым входом сумматора 11, второй вход которого соединен с выходом усилителя 12, а выход через дифференцирующий блок 6 подключен к входу реверсивного счетчика 9, потенциальные входы блоков 13 - 15 памяти и вход блока 16 управления объединены с выходом усилителя 12, выходы блока 16 управления подключены к управляющим входам блоков 13-15 памяти, выход блока 13 соединен с первым ин 5 рующий вход которого подключен к клемме 18 источника опорного напряО рующего блока 6,Устройство работает следующим образом,При нормальных температурных условиях и точной настройке схемы влия 20 ния блока 7 коррекции на работусчетного блока 6 не происходит, чтосоответствует единичному коэффициенту передачи усилителя 12 с управляемым коэффициентом передачи и нулевымнапряжением на выходах блока 13 памяти усилителя 17 и блока 15 памяти,ЗО 35 45 50 55 вертирующим входом усилителя 17 и свычитающим входом сумматора 11, выход блока 14 - с неинвертирующим входом усилителя 17, второй инвертижения, выход усилителя 17 объединен с потенциальным входом блока 15, выход которого соединен с управляющим входом усилителя 12, Сигнал, пропорциональный величине перемещения,снимается с выхода сумматора 11, асигнал, пропорциональный скоростиперемещения, - с выхода дифференциПусть нри этом обьект 1 перемещается, например, вправоСветовой поток излучателя 3, сфокусированный на дорожку 2 в виде узкого вертикального луча, отражается и попадает на Фотоприемник 4, Величина отраженного светового потока зависит от по- . ложения дорожки по отношению к излучателю: если луч попадает направую часть неотражающего участка, то этот поток мал и напротив, в левой его части он максимален, При указанном направлении перемещения в процессе движения объекта происходит увеличение потока, а затем его скачкообразное уменьшение - при переходе луча на начало очередного неотражающего участка, Соответс" вующим образом меняется и выходной сигнал Фотоприемника 4 и равный ему в данном случае выходной сигнал усилителя 12 с управляемым коэффициентом передачи, который представляет собой нарастающее от нуля до фиксированной величины 13 пилообразное напряжениеОфиг,2 п). Это напряжение поступает на один из входов сумматора 1 и на формирователь 8.При перемещении луча излучателя 3 вызванного движением дорожки 2) в пределах одного неотражающего участка выходное напряжение цифроаналого 127871вого преобразователя 1 О не изменяется, при этом выходное напряжениесумматора 11, являющееся суммой выходных напряжений усилителя 2 ицифроаналогового преобразователя 10, 5представляет собой нарастающее напряжение, пропорциональное величинеперемещения, После дифференцирования блоком 6 величина сигнала на еговыходе пропорциональна скорости пе- Оремещения, а знак соответствует направлению перемещения. С выхода дифференцирующего блока 6 сигнал поступает на вход реверсивного счетчика 9, При переходе светового потока (при 5дальнейшем движении дорожки 2) наначало очередного неотражающегоучастка происходит скачкообразноеуменьшение напряжения на выходе фотоприемника 4 и усилителя 12 с управляемым коэффициентом передачи,при, этом формирователь 8 вырабатываетимпульс, поступающий на счетный входреверсивного счетчика 9, увеличивая в соответствии со знаком сигнала на 25входе реверсивного счетчика содержимое последнего на единицу.Изменение кода в реверсивном счетчике 9 через его выходы передается в цифроаналоговый преобразова- З 0 тель 1 О, скачкообразно увеличивая его выходное напряжение (фиг,28), При равенстве скачка этого напряжения скачкообразному уменьшению напряжения на выходе усилителя 12 с управляемым коэффициентом передачи (равного скачкообразному уменьшению . на величину У, напряжения на выходе фотоприемника 3), выходное напряжение сумматора 11 в момент перехода светового потока излучателя 3 с одного неотражающего участка дорожки 2 на другой не претерпевает изменений.При дальнейшем перемещении объекта 1 и дорожки 2 указанные процессы будут повторятся, и напряжение на выходе сумматора 11 плавно нарастает (фиг,26) пропорционально общей величине перемещения объекта 1, а напряжение на выходе дифференцирующего блока 6 - пропорционально скорости перемещения (фиг,2 г),При движении объекта 1 влево работа измерительного преобразователя происходит аналогичным образом, но напряжение на выходе фотоприемника 4 (и усилителя 12 с управляемым коэффициентом передачи) будет представлять собой пилообразное спадающеенапряжение, Содержимое реверсивногосчетчика 9 в процессе перемещенияуменьшается, соответственно уменьшается выходное напряжение сумматора11, а напряжение на выходе дифференцирующего блока 6 изменит, по сравнению с первым случаем, свой знак(фиг,2),При изменениях температуры вследствие температурного дрейфа нулевогоуровня и изменения крутизны фотопри-,емника 4 к его полезному сигналудобавдяется аддитивная составляющаяБ , а разность минимального и максичального уровней (Б, -П ) будет отличаться от У (фиг,3), Коррекция укаэанных аддитивной и мультипликатив"ной погрешностей осуществляется бло-.ками 12-18 следующим образом,В процессе каждого элементарного(на длину одного неотражающегоучастка) перемещения дорожки блоки13 и 14 памяти по сигналам от блока16 управления производят запоминаниесоответственно минимального У и мак 2симального Б, уровней выходного напряжения усилителя 12 с управляемымкоэффициентом передачи, При этом напряжение с выхода блока 13 памяти(Б ) подается на вычитающий входсумматора 11, компенсируя тем самымаддитивную составляющую погрешностииз-за дрейфа нулевого уровня фотоприемника 4,Одновременно напряжения У и П свыходов блоков 14 и 5 и напряжейиеопорного источника Б поступают навходы усилителя 17 и на выходе последнего образуется напряжение где К - К - коэффициенты передачиусилителя7 по соответствующим входам, которое по сигналу с блока 16 управления запоминается блоком 15 и через него подается на управляющий вход усилителя 12 с управляемым коэффициентом передачи, При этом образуется замкнутый контур с блоками 12,3,14,17 и 15 и задающим воздействием П которнй при выполнении условия равенства коэффициентов К = К =К = К и достаточно большой2 3величине 4 производит подстройку коэффициента передачи усилителя 12 таким образом, чтобы выполнялось равенство1 П 2 о/40 Тираж 778 ВНИИПИ Государственн по делам изобрете 3035, МоскваЖ, Рауш.компенсируя, тем самым мультипликативную нестабильность Фотоприемника 4,Укаэанная компенсация аддитивной и мультипликативной погрешностей фо топриемника 4 происходит одновременно, начиная с первого перемещения дорожки на длину неотражающего участка1 ОФормула изобретения Устройство для измерения параметров линейного перемещения объекта, содержащее датчик в виде дорожки с15 чередующимися светоотражающими и не- отражающими УЧастками в виде прямоугольных треугольников, закрепленной на объекте, излучатель, Фотоприемник счетный блок и дпфференцирующий блок, причем счетнь 1 й блок выполнен состоя 20 щим из Формирователя, реверсивного счетчика, цифроналогового преобразователя и сумматора, при этом выход формирователя подключен к счетному входу реверсивного сче.тчика, выходы25 которого через цифроаналоговый преобразователь соединены с первым входом сумматора, выхоц которого через дифференцирующий блок подключен к входу реверсивного счетчика, о т -л и ч а ю щ е е с я тем, что, сцелью повышения точности при работев широком температурном диапазоне,сумматор выполнен трехвходовым стретьим вычитающим входом, и введенблок коррекции, содержащий усилительс управляемым коэффициентом передачи,три блока памяти, блок управления иусилитель, причем потенциальный входусилителя с управляемым коэффициентом передачи подключен к выходу фотоприемника, а выход объединен свторым входом сумматора, входамиформирователя и блока управления,потенциальными входами первого и второго блоков памяти, выходы блока управления подключены к управляющимвходам блоков памяти, выход первогоблока памяти соединен с первым инвертирующим входом усилителя и с вычитающим входом сумматора, выход второго блока памяти соединен с пеинвертирующим входом усилителя, второйинвертирующий вход которого подключен к клемме источника опорного напряжения, выход усилителя подключенк потенциальному входу третьего блока памяти, выход которого соединенс управляющим входом усилителя суправляемым коэффициентом передачи,