Задатчик микроперемещений

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК А 27 др 4 С 05 ц 3 ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНА ВТОРСНОЬ У СВИДЕТЕЛЬСТВУ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИИ(71) Всесоюзный заочный машиностроительный институт(56) Виноградов О,Д. и др. Электрон ные измерительные системы для контроля малых перемещений. М.; Машиностро ение, 1976, с.116-134.Шачнев 1 О.А. и др. Автоматическое управление точностью обработки при помощи пьезокерамических исполнительных механизмов.- Технология производства, научная организация труда и управления, 1979, В б, с.18-20, (54) ЗАДАТЧИК МИКРОПЕРЕМЕЩЕНИЙ(57) Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может использоваться в качестве эадатчика эталонных микроперемещеннй при аттестации и поверке средств измерений в статическом и динамическом режимах, а также в качестве исполнительного механизма высокоточных микроперемещений в системах автоматического управ" ления. Цель - повышение точности и производительности задатчика. Постав" ленная цель достигается тем, что эа-, датчик микроперемещений содержит электромеханическое исполнительное устройство и блок управления. Электромеханическое исполнительное устройство состоит из корпуса, пьезопакета, выполненного в виде полого цилиндра, направляющего штока, выполненного в виде ступенчатого вала, и индуктивной катушки. Две шейки штока образуют с корпусом направляющие, а третья- является измерительным стержнем уста 1с новленным соосно с индуктивной катуш-Е кой. Блок управления содержит усилитель напряжения, преобразователь на ГФ пряжения, подключенный к индуктивной катушке, и согласующий усилитель. К выходу усилителя напряжения, выпол ф ненного по ключевой схеме с гальванической развязкой на оптоэлектронных парах, подключен пьеэопакет, а к вхо ду - преобразователь перемещений, Ю 2 ил ЧИзобретение относится к контроль но-измерительной технике и может использоваться в качестве задатчика микроперемещений при аттестации и по 5 верке средств измерений, а также в качестве исполнительного механизма высокоточных перемещений в системах автоматического управления.Цель изобретения - повьппение стати-О ческой и динамической точности задатчика микроперемещений при одновременном обеспечении линейности и расширения динамического диапазона перемещений, а также повышение производи 15 тельности поверочно-настроенных операций.Яа фиг,1 показана конструкция элек тромеханического исполнительного устройства; на фиг,2 - функциональная 20 схема задатчика микроперемещений.Электромеханическое исполнительное устройство состоит из корпуса 1, пьезопакета 2, направляющего штока 3 с измерительным стержнем 4, являющим ся третьей шейкой, первой 5 и второй 6 шейками, индуктивной катушки 7 и двух крышек корпуса 8,9. Нижняя торцовая поверхность пьеэопакета неподвижно соединена с основанием корпу са, являющимся базовой поверхностью для отсчета перемещений направляющего штока. Верхняя торцовая поверхностьпьезопакета неподвижно соединена с торцовой поверхностью направляю щего штока, Так как между корпусом, пьезопакетом и штоком обеспеченажесткая механическая связь, то точног" стные и инерционные свойства электро- механического исполнительного устрой ства определяются практически только точностными и инерционными свойствами пьезопакета, В этом случае обеспечивается разрешающая способность в пределах сотых долей микрометра в 45 диапазоне перемещений не менее100 мкм, Полоса воспроизводимых частот не менее 1 кГц.Блок управления состоит из генератора 10 высокой частоты преобразоваУ50 теля напряжения 11, согласующего уси; лителя 12, дифференциального усилителя 13, ключевого усилителя, напряжения .14, состоящего из дифференциального усилителя 15, компараторов 16,17 оптоэлектронных пар 18,19, компара торов 20,21, электронных ключей 22,23 23, делителя напряжения, образованного резисторами 24 и 25, Пьезопакет 26 подключен к обшей точке электронных ключей. Ключевой усилитель предназначен для усиления входного сигнала и образует в задатчике микроперемещений с пьезопакетом канал прямой связи.Генератор О, преобразователь 11 и усилитель 12 образуют канал обратной связи, предназначенной для уменьшения влияния инструментальных и внешних факторов, вызывающих погрешности отработки перемещения, а также обеспечивает дианеризацию статической характеристики преобразования в 1(1+К, К,) число раз, где К и К коэффициенты передачи каналов пряИой и обратной связи соответственно. Таким образом линейность статической характеристики, а также погрешность перемещения определяются, главным образом, характеристиками индуктивной катушКи.Задатчик микроперемещений работает. следующим образом. При подаче на входдифференциального усилителя 13 электрического сигнала выходное напряжение, усиленное дифференциальным усилителем 15, переключает компаратор 16 или 17 в зависимости от полярности входного сигнала. При переключении компаратора включается соответствующая оптоэлектронная пара 18 или 19, которая, в свою очередь, переключает компаратор 20 или 21 в единичное состояние и, тем самым, открывает электронный ключ 22 или 23 соответственно, После открытияключа происходит заряд электроемкости пьезопакета электрическим напряжением от источника высоковольтного питания +7 или -Ч в зависимости от открытого ключа. Постоянная времени заряда определяется произведением сопротивления балласт ного резистора 27-К 8 (28-К 9) и суммарной емкости пьезопакета и конденсатора 29-С 1 и выбирается из условия обеспечения необходимого быстродействия в режиме подачи на вход блока переменного сигнала, Обеспечение заданной полосы пропускания достигается выбором постоянной времени заряда, которая определяется по формуле160 Вгде Й - значение верхней граничнойчастоты полосы пропускания, Изменениенапряжения на пьезопакете при зарядепрекращается за счет введения цепиместной обратной связи 25 - К 4, закрывающей открытый ключ. Таким образом обеспечивается слежение амплитудынапряжения на пьезопакете за напряжением, поданным на вход усилителя 15.,5В зависимости от напряжения, приложенного к пьезопакету, происходит изменение линейных размеров пьезопакета2 (фиг.1) в осевом направлении и свя Озанные с ним перемещения направляющего штока относительно основаниякорпуса. Одновременно происходит перемещение измерительного стержня относительно индуктивной катушки. При 15этом инменяется индуктивность катушки что вызывает изменение выходногонапряжения преобразователя 11 (фиг.2),Напряжение, пропорциональное перемещению направляющего штока, сформированное на выходе согласующего усилителя 12, сравнивается с электрическимсигналом, поданным на вход дифференциального усилителя 13, Если имеетместо погрешность перемещения, то 25ключевая схема работает по описанномувыше алгоритму, компенсируя тем самымпогрешность отработки перемещения.Индикатор 30 показывает величинуперемещения на выходе задатчика микро.ЗОперемещений, а также служит целям визуального контроля перемещения призадании входного сигнала,Формула изобретения35. Задатчик микроперемещений, содержащий электромеханическое исполнительное устройство, состоящее из к рпуса, пьезопакета и направляющего 40 штока, и блок управления, содержащий усилитель напряжения и источник питания, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности и производительности задатчика электЭ 45 ромеханическое исполнительное устройство содержит индуктивную катушку,блок управления содержит задатчик ипоследовательно соединенные преобразователь напряжения, согласующий усиглитель и дифференциальный усилитель,а направляющий шток электромеханического исполнительного устройства выполнен в виде ступенчатого вала, две,шейки которого образуют с корпусом1 направляющие, а третья шейка являет 1ся измерительным стержнем, причемодна из шеек расположена внутри пого,го пьезопакета, торцовые поверхности,которого неподвижно соединены с основанием корпуса, являющимся базойдля отсчета перемещений, и с торцовойповерхностью второй шейки штока, причем индуктивная катушка расположенав основании корпуса соосно с измерительным стержнем штока и подключенак входу преобразователя напряжения,вход дифференционального усилителясвязан с задатчиком,а вьжод - с входомусилителя напряжения. 2, Задатчик по и.1, о т л и ч аю щ и й с я тем, что, с целью расширения динамического и частотного диапазонов перемещений, усилитель напряжения содержит ключевую схему и дополнительный дифференциальный усилитель, соединенный выходом с входами первого и второго компараторов, к выходам которых подключены соответствующие оптоэлектронные пары, выходы .оптоэлектронных пар подключены через третий и четвертый компараторы соответственнок входам ключей, соединенных последовательно между собой и подключенных к двухполярному источнику питания, образующему с электронными ключами четырехплечий мост, в диагональ которого включен пьезопакет, причем общая точка электронных ключей через делитель напряжения соединена с входом дополнительного дифференциального усилителя,.1(равчук к енного комитетаетений и открытРаушская наб,ктная,риятие, г, Ужгород, ул водственно-полиграфическое п р М.Товтин е Тираж ИИПИ Государс по делам изо 113035, Москва, Ж аказ 4850/43ВП рректор М,Демчи ПодписСССРй д. 4/5