Способ преобразования сигнала емкостного датчика физического параметра с многосекционными электродами с переменной площадью их перекрытия

(5 ТЕ И Известен та физической вел датчика с посл ее в периодиче функции отно электродов дат щение определ чества периодо сигнала и вели остатко информ о скоро не позв сигйдл полна сигнал дов, чт ходно СУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ И ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ И АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬС(71) Московский горный институт(54) СПОСОБ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ СИГНА:ЛА ЕМКОСТНОГО ДАТЧИКА ФИЗИЧЕСКОГО ПАРАМЕТРА С МНОГОСЕКЦИОННЫМИЭЛЕКТРОДАМИ С ПЕРЕМЕННОЙ ПЛОЩАДЬЮ ИХ ПЕРЕКРЫТИЯ Изобретение относится к измерительной технике и приборостроению.. Известен способ преобразования перемещения, основанный на преобразовании перемещения в периодически меняющийся оптический сигнал с последующим преобразованием его в электрический сигнал и подсчетом числа периодов изменения сигнала и определением величины перемещения по количеству периодов изменения сигнала от минимального до максимального и значению сигнала внутри периода его изменения.Недостатком этого способа является то, что необходимо иметь два оптических сигнала, сдвинутых на половину периода друг относительно друга для определения направления перемещения, что усложняет 719892 А 1(57) Изобретение относится к контрольноизмерительной технике и приборостроению. Способ определения перемещений основан на преобразовании величины перемещения в периодический электрический сигнал посредством емкостного датчика перемещений с последующим подсчетом количества периодов и определением положения внутри периода, при котором.одной из обкладок датчика сообщают возвратно-поступательное перемещение заданной частоты и амплитуды. Затем в крайних положениях подвижной обкладки измеряют амплитуды преобразованного электрического сигнала и по их значениям определяют направление перемещения, уточняют положение внутри периода и скорость перемещения. 1 ил,рименение его в случае ограниченных обмов,кже способ преобразования ичины в изменение емкости едующим преобразованием ский электрический сигнал в сительного перемещения чика, при котором перемеяется путем измерения коли- в изменения электрического чины сигнала внутри периом этого способа является не- ативность ввиду отсутствия сти перемещения электрооляет экстрополировать вью возможном положении20 25 30 35 40 электродов на время преобразования сигналов.Цель изобретения - повышение информативности выходного сигнала.Это достигается тем, что в способе преобразования сигнала емкостного датчика физического параметра с многосекционными электродами с переменной площадью их перекрытия, заключающемся в том, что емкость между электродами датчика преобразуют в периодический электрический сигнал функции относительно перемещения его электродов, определяют общее количество периодов изменения этого сигнала и амплитуду сигнала внутри последнего периода его изменения, по которому определяют величину и направление изменения физического параметра, дополнительно сообщают возвратно-поступательное перемещение с частотой, меньшей частоты питания датчика, и амплитудой, меньшей ширины секции электродов в направлении изменения площади перекрытия его электродов, в крайних положениях подвижного электрода, связанных с возвратно-поступательным перемещением, измеряют амплитуды электрического сигнала емкостного датчика, сравнивают их по величине, по результату сравнения определяют направление изменения периодического сигнала, не связанного с возвратно-поступательным движением, а по величине этого результата - скорость изменения,На чертеже представлена функциональная схема для осуществления данного способа;Устройство для преобразования сигнала емкостного датчика физического параметра содержит чувствительный элемент, состоящий из статора 1 с обкладкой 2, выполненной в виде полос, расположенных на одинаковом расстоянии друг от друга и перпендикулярно к измеряемому перемещению, и ротора 3 с обкладкой 4, выполненной аналогичным образом. На роторе размещен вибратор 5, подключенный к генератору 6 переменного напряжения. Обкладки статора 1 и ротора 3 подключены ко входу линейного преобразователя емкости 7, выход которого подключен к одним входам запоминающих устройств 8 и 9, другие входы последних подсоединены соответственно через инвертор 10 и непосредственно к генератору переменного напряжения б. Выходы запоминающих устройств 8 и 9 подсоединены к входам первого блока разности 11, а его выход соединен с компаратором 12. Один выход компаратора непосредственно соединен с первыми входами элемента 13 ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ и логического блока 14, а другой выход компаратора 12 через запоминающее устройство 15 - со вторыми их входами. При этом другой вход запоминающего устройства 15 через элемент задержки 16 подключен к генератору б, а выходы элемента 13 ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ и.логического блока 14 подключены соответственно ко входу, управляющему направлением счета, реверсивного счетчика 17 с индикатором грубоо отсчета 18 и к счетному входу этого счетчика, Выход запоминающего устройства 9 подключен ко входам первого логического блока 14 и второго логического блока 19, управляемого также сигналом с выхода первого блока разности 11 и генератора 6. Выход логического блока 19 подсоединен через второй блок разности 20 и ключ 21, управляющий вход которого соединен с выходо компаратора 12, к индаору тоного стсчета 22.Способ преобразования сигнала емкостного датчика физического параметра заключается в следующем. Ротор 3 совершает поступательное перемещение и одновременно возвратно-поступательное движение, задаваемое вибратором 5, с постоянной амплитудой, величина которой меньше расстояния между полосками статора и ротора, но больше порога чувствительности преобразователя 7, и периодом, меньшим времени перемещения ротора при его поступательном движении на эту величину, а время нахождения ротора в крайних положениях больше времени измерения преобразователя 7.В зависимости от положения ротора относительно статора меняется сигнал на выходе линейного преобразователя емкости 7. Выходные сигналы этого преобразователя, соответствующие крайнему правому и крайнему левому полокению ротора при возвратно-поступательном его движении, запоминаются в запоминающих устройствах 8 и 9 соответственно, После каждого импульса генератора б на выходе блока разности 11 появляется сигнал, равный разности сигналов с запоминающих устройств 8 и 9. Далее в блоке 12 определяется знак этой разности напрякений, и если сигнал заломинающего устройства 8 больше сигнала запоминающего устройства 9, на выходе блока 12 формируется сигнал "1", а если наоборот, на выходе блока 12 - "0". Через интервал времени, равный половине периода колебаний интегратор б, формируемый блоком 16, запоминающее устройство 15 запомнит этот сигнал, В следующий период колебаний генератора 6 на выходах компа/1719892 15 = 112=0=знак иО 2 енения ко а 11- Ьэт +2Оц -Оц О О есл 2, 011 этэт О если 011 О,равнивают равнения о ратора 12 сформируются новые значения сигнала, соответствующие новому положению ротора, В случае, если ротор остался на прежнем месте, значение выходного сигнала на выходе компаратора 12 равно прежне му значению, и, следовательно, на входах элемента 13 ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ будут присутствовать одинаковые сигналы с блоков 12 и 15, что вызывает на выходе элемента 13 логический ноль, и реверсивный 10 счетчик 17 не изменит своего состояния, Если же ротор переместится вправо или назад на величину, большую расстояния между полосами статора и ротора, на входах элемента 13 присутствуют различные сигна лы и счетчик 17 получает сигнал на изменение выходного кода. Знак этого изменения определяется сигналом с блока 14. Блок 14 работает по следующему алгоритму 015 = +1 20 012 = О знак изменения кода + 09Омакс/2 015= О 012 = 1 знак изменения кода 09Омакс/12 2515=1 Оа = 0 знак изменения кода "+" 09Омакс/2 д 009 макс/ дде 09 - Сигнал на выходе запоминающего устройства 9;012 - сигнал снимаемый с компаратора 12;015 - сигнал снимаемый с запоминающего устройства 15;Омакс - сигнал на блоке 9 йри взаимном расположении ротора и статора таким образом, что емкость между ними максимальна.Выходной код счетчика 17 отображает на индикаторе грубого отсчета 18 положение ротора относительно статора, выраженное в целых частях полупериодов, равных расстоянию между его полосами, Одновременно определяется положение ротора от-. носительно статора внутри полупериода.Сигналы с запоминающего устройства 9 и блока разности 11 поступают в логический блок 19, работающий по следующему алго- ритму 35 40 45 50 55 где Ьэт - сигнал, полученный с выхода блока 11 при отсутствии поступательного перемещения ротора относительно статора;019 - сигнал на выходе блока 19;Т - период колебаний генератора 6;1 - текущее время, прошедшее после появления последнего импульса генератора 6. При этом величина, равная разности между абсолютным значением сигнала с блока определения разности 11 и сигналом с этого же блока, полученном при отсутствии поступательного движения ротора относительно статора несет информацию о величине и направлении скорости перемещения ротора относительно статора и используется для коррекции показаний точного отсчета. Блок 20 определяет разность между сигналом в левом положении ротора при взаимном расположении ротора и статора таким образом, что их емкость максимальна, и текущем сигналом при левом положении ротора. Сигналы с блока 19 и 20 коммутируются ключом 21, управляе- мым компаратором 12 и поступают на инди катор точ ного отсчета 22,. Формула изобретени Способ преобразования сигнала емкостного датчика физического параметра с многосекционными электродами с переменной площадью их перекрытия, заключающийся в том, что емкость между электродами датчика преобразуют в периодический электрический сигнал в.функции относительного перемещения его электродов, определяют. общее количество периодов изменения этого сигнала и амплитуду сигнала внутри последнего периода его изменения, по которым определяют величину и направление изменения физического параметра, о тл и ча ю щ и й с я тем,что, с целью повышения информативности путем измерения также и скорости изменения этого параметра, дополнительно сообщают подвижному электроду емкостного датчика возвратно-поступательное перемещение с частотой, меньшей частоты питания датчика, и амплитудой, меньшей ширины секции электрода в направлении изменения площади перекрытия его электродов, в крайних положениях подвижного электрода, связанных с возвратно-поступательным перемещением, измеряют амплитуды электрического сигнала емкостного датчика,по величине, по результату деляют направление изме1719892 8 Составитель М.ОстровскийТехред М,Моргентал Корректор Т.Мале едактор И.Сегляни аказ 764 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 роизводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 10нения периодического сигнала, не связанного с возвратно-поступательным движением, а по величине этого результата - скорость изменения,