Задатчик микроперемещений

(191 (11) 51)4 С 050 3/00. НИЕ ИЗОБРЕЛ ТЕЛЬСТВУ ТОРС КОМ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОЧНРЫТИЯПРИ ГКНТ СССР(71) Всесоюэньй заочный машиностроительный институт(56) Мадиев Ю.А. и др. Автоматическое управление точностью обработки прн помощи пьезокерамических исполнительных механизмов- Технология производства, научная организация тру да и управления. 1979, У 6, с.18-20.Авторское свидетельство СССР У 1427336, кл. С 05 Э 3/00, 1987. (54) ЗАДАТЧИК ИИКРОПЕРЕМЕЩЕНИЙ (57) Изобретение относится к области контрольно-измерительной техники и может использоваться в качестве управляемого отсчетного механизма мик" роперемещений при аттестации и проверке средств измерений, а также в качестве исполнительного механизма высокоточных перемещений в системах автоматического управления, Цель изобретения - повышение точности,разрешающей способности и расширение статического и динамического диапазонов перемещений,эадатчика микропереме-. щений. Задатчик состоит иэ корпусапьезопакета 2, направляющего штока 3, двух обкладок постоянного конденсатора 4, обкладки переменного конденсатора 5, изоляторов б, переходного элемента (гайки 7, шайбы 8) и крышки 9 корпуса. 2 з.н.ф"лы, 2 ил.50 3 151342Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может использоваться в качестве управляемого о тсчетного механизма микроперемеще 5 ний при аттестации и поверке средств измерений, а также в качестве исполнительного механизма высокоточных перемещений в системах автоматического управления. 10Цель изобретения - повышение точности, разрешающей способности и расширение статического и динамического диапазонов перемещений задатчика микроперемещений. 15На фиг. 1 показана конструкция электромеханического исполнительного устройства; на фиг. 2 - функциональная схема блока управления с усилителем напряжения. 2 ОЗадатчик микроперемещений содержит электромеханическое исполнительное устройство, которое состоит из корпуса 1, пьезопакета 2, направляющего штока 3, двух обкладок постоянного конденсатора 4, обкладки переменного конденсатора 5, изоляторов 6, переходного элемента (гайки 7, шайбы 8) и крышки 9 корпуса.Верхняя торцовая поверхность пьезо пакета неподвижно соединена с внутренней поверхностью фланца корпуса, нижняя торцовая поверхность пьезопакета через переходной элемент неподвижно соединена с торцовой поверх 35 ностью направляющего штока. К верхней фланцевой поверхности корпуса, являющейся базовой поверхностью для отсчета перемещений направляющего штока, прикреплены две обкладки посто янного конденсатора. К нижней фланцевой поверхности направляющего штока прикреплена третья обкладка конденсатора, образующая с двумя другими обкладками переменный конденсатор, Верхняя фланцевая поверхность направляющего штока является отсчетной. Переходный элемент представляет собой гайку 7 с жесткими лепестками, имеющими паз и выступ, и шайбу 8.Блок управления состоит из генератора 10 высокой частоты, преобразователя 11 напряжения, согласующего усилителя 12, усилителя 13 напряже. ния, состоящего из инвертирующего 14 и неинвертирующего 15 усилителей, . регулирующих транзисторов 16 и 17, балластных резисторов 18 и 19, электронньгс ключей 20 и 21 со схемами 1 422 и 23 управления, и однополярного источника 24 питания, Пьезопакет 2 подключен между точками соединениярегулирующего транзистора и балластного резистора, Задатчик блока управления (не показан) содержит такжеиндикатор 25.Задатчик микроперемещений работает следующим образом.11 ри подаче на первый вход электрического управляющего сигнала положительной полярности на выходе инвертирующего усилителя 14 появляетсянапряжение отрицательной полярности,в результате чего регулирующий транзистор 16 закрывается, а; электронный ключ 21 размыкается. При этомна выходе неинвертирующего усилителя 15 присутствует напряжение положительной полярности, которое включает электронный ключ 20 посредствомсхемы управления с гальваническойразвязкой на оптоэлектронной паре.Так как транзистор 17 включен посхеме эмиттерного повторителя, токв цепи 18, 20, 23, 17 и К э,-, опре,деляется отношением Б /Кз,где Бэ - напряжение на эмиттеретранзистора 17. При этом балластныйрезистор 18 предназначен для снижения рассеиваемой мощности на регулирующем транзисторе, Протекающий токзаряжает емкость пьезопакета 2, вызывая нарастание напряжения на пьезопакете, и, как следствие этого, изменение его размера. При изменении размера пьезопакета происходит перемещение выступов лепестков гайки , вызывающее упругий изгиб концов жестких лепестков относительно паза лепестков. Перемещение концов лепестков, усиленное по отношению к удлинению пьезопакета; вызывает перемещение шайбы 8 и связанного с ней перемещения направляющего штока 3(при увеличении размера пьезопакетавниз, а при уменьшении размера -вверх), Вместе со штоком перемещаются обкладки переменного конденсатора 5,На преобразователе 11 напряженияпроисходит сравнение емкостей постоянного и переменного конденсаторови формируется выходной электрическийсигнал, пропорциональный перемещениюштока. При этом постоянный конденсатор 4 компенсирует влияние нестабильности внешних Факторов (темпера-, 15134216тура, частота генератора и т,п.). Выходной электрический сигнал через согласующий усилитель 12 сравнивается на входе усилителя напряжения с управляющим сигналом. По мере рас 5 согласования между задающим сигналом и выходным сигналом с согласующего усилителя 12 происходит пропорциональное уменьшение тока, заряда пьезопакета, В момент равенства нулю сигнала рассогласования ток заряда становится равным нулю и ключ 20 размыкается. В этом случае обеспечивается высокая линейность преобразования управляющего сигнала в перемещение отсчетной поверхности фланца с разрешающей способностью до тысячны 1 долей микрометра во всем диапазо" не перемещений. Плавное изменение то ка заряда обеспечивает отсутствие импульсной подзарядки пьезапакета с предельным значением тока заряда по сравнению с ключевой схемой усилителя напряжения известного устройства. 25 Это позволяет увеличить напряжение, подаваемое на пьезопакет, что обеспечивает расширение динамического диапазона практически в два раза. При подаче на первый вход управляющего сиг нала отрицательной полярности работает вторая половина схемы усилителя напряжения аналогичным образом, а перемещения фланца направляющего штока происходят в противоположном направлении.35Индикатор 25 показывает величину перемещения на выходе задатчика и служит целям визуального контроля.перемещений.40Формула изобретения 1. Задатчик микраперемещений, содержащий электромеханическае исполни тельное устройство, состоящее из корпуса, пьезопакета и направляющего штока, и блок управления, включающий задатчик, преобразователь напряжения, подключенный выходом к входу согласующего усилителя, усилитель напряжения и генератор высокой частоты, о т л ичающийся тем, чта, сцелью повышения точности, электромеханическое устройство содержит конденсатор с тремя обкладками, две из которых жестко соединены с корпусом, а третья - с направляющим штоком, корпус выполнен в виде втулки с фланцем, на наружной поверхности фланца корпуса,являющейся базой для отсчета перемещений, через изоляторы установленыдве обкладки конденсатора, внутренняя поверхность фланца корпуса соединена неподвижно с первой торцовой поверхностью полого пьезопакета, надетого на втулку корпуса, направляющий шток выполнен в виде вала с фланцем, наружная поверхность фланца штока является отсчетной, а на внутренней поверхности фланца штока черезизолятор установлена третья обкладкаконденсатора, торцовая поверхностьнаправляющего штока жестко соединеначерез переходной элемент с второй торцовой поверхностью пьезопакета, при чем две обкладки конденсатора подключены к входу преобразователя напряжения, а третья - к выходу генератора высокой частоты, вход усилителянапряжения соединен с выходом согласующегося усилителя и с выходом задатчика блока управления. 2. Задатчик микроперемещепий по п.1, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью расширения статического диапазона перемещений, переходной элемент электромеханического устрайства выполнен в виде гайки с жесткими лепестками, имеющими паз и выступ, и шайбы, гайка закреплена на втулке корпуса с обеспечением контакта выступа лепестков с пьезопакетом, концы лепестков жестко связаны через шайбу с торцовой поверхностью направляющего штока, причем паз лепестков, обеспечивающий упругий изгиб конца лепестка относительна гайки, смещен относительно выступа лепестка к оси гайки.3. Задатчик микроперемещений по п.1, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения разрешающей способности и расширения динамического диапазона перемещений, усилитель напряжения содержит инвертирующий и неинвертирующий усилители, входы которых соединены между собой и подключены к входу усилителя напряжения, две пары цепей регулирования напряжения питания пьезопакета, состоящихиз последовательно соединенных регулирующега транзистора, балластного резистора и электронного ключа со схемой управления и подключенных к однополярнаму источнику питания, при1513421 оставитель Л.Цаллаговаехред И,Верес Корректор Ципле ор Н.Тупица Ре Подписное Зака Т бретениям и открытиям при ГЮТ СССРаушская наб., д. 4/5 митета по и сква, Ж,венного 113035,роизводственно-издательский комбинат "Патент", г.ужгород, ул. Гагарина,1 чем пьезопакет включен между точками соединения регулирующего транзистора и балластного резистора, вход регулирующего транзистора первой це-,5 пи объединен с входом схемы управления электронным ключом второй цепии подключен к выходу.инвертирующего усилителя, вход регулирующего транзистора второй цепи объединен с входом схемы управления электронным ключом первой цепи и подключен к выходу неинвертирующего усилйтеля.