Устройство измерения перемещений

ГОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ СПУБЛИК 5)5 6 01 В 7/00 ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕВЕДОМСТВО СССР(56) Прибор цифровой "Мнич.опис.ТУЧ.АУРМ 3.440.00Авторское свидетельствМ 1441175, кл. С 01 В 7/00 линейных перемещений ских величин, преобразо)е перемещения. Целью тся повышение точности щений путем снижения ости, обусловленной возДвя этого в устройство и третья 7 дополнительатора переменного тока, втор 9, блок 10 выборки 4 формирования сигнала ормирования стробируювляемый делитель 12 на управления. 1 ил. ИЗМЕР к измерительользовано дл(57) Изобретение относитной технике и может быть и В.С.Хлебниикрон" тех.о СССР 1987.КИЯ ПЕРЕМЕизмерения малых или других физиче ванных в линейнь изобретения являе измерения переме величины погрешн действием помех. введены вторая 6 ные обмотки генер сумматор 8, интегр и хранения, блок. 1 выборки, блок 13 ф щего сигнала. упра пряжения и блок 1 79906 А 110 15 20 25 30 40 45 50 55 Изобретение относится к измерительной технике и мокет быть использовано в различных областях техники и науки для измерения лежалых линейных перемещений или других физических величин, преобразованных в линейные перемещения.Известен преобразователь перемещений, имеющий индукционный преобразователь, источник питания, два формирователя с элементом задержки, компенсационные обмотки, резисторы, блоки выборки-хранения, компаратор и блок деления,К основному недостатку этого преобразователя можно отнести его недостаточную устойчивость от воздействия импульсных помех,При запоминании измерительной информации импульсные помехи, длительность которых совпадает по длительности и фазе с сигналол выборки, запоминаются полностью, и при малых сигналах на выходе измерительной схемы величина запомненного напряжения импульсной помехи может во много раз превышать напряжение полезного сигнала, а случайное распределение помех во времени и в пространстве(месте приложения) не позволяет компенсировать их воздействие в схеме отношений.Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому техническому решению является прибор измерений перемещений с индуктивными преобразователями, выбранный в качестве прототипа,Этот прибор содеркит дифференциальный индукционный преобразователь перелещений, входы которого подключены к выходам генератора переменного тока с основной обмоткой, выполненной в виде двух идентичных обмоток, включенных последовательно и синфазно, точки соединения обмоток. заземлены. Сигналы, на выходах генератора переменного тока отличаются по фазе на,ф;, а их амплитуды равны, Выход преобразователя перемещений соединен с нагрузочным резистором. Сопротивление нагрузки включено между выходом преобразователя и шиной "земля". Напряжение с нагрузочного резистора подается на вход масштабирующего усилителя, с выхода которого напряжение подается на один из входов фазочувствительного детектора, измеряющего отношение напряжений на выходе и на входе преобразователя, Выход фазочувствительного детектора соединен с входом аналого-циФрового преобразователя, позволяющего в циклах "калибровка" и "установка нуля" производить заполнение значения напряжения на шине "зел 1 ля" и значение напряжения на входе преобразователя перемещений. а в цикле "измерение"производить измерения отношения междунапряжением на выходе генератора питания и напряжением на выходе преобразователя перемещений.Одним из недостатков приведеннойсхемы прототипа является недостаточнаяточность измерения, объясняемая отсутствием компенсации косинусоидальной составляющей сигнала на выходеизмерительного преобразователя. зависящей от наличия активной составляющейкомплексного сопротивления индукционного преобразователя.Другим недостатком является малое быстродействие устройства и высокая чувствительность к помехам,Устранение этого недостатка у всех приведенных аналогов требует усложнения устройства, ведет к снижениюпомехоустойчивости и, как следствие, к снижению точности измерения,Целью изобретения является повышение точности измерения за счет снижениявеличины погрешности, обусловленной воздействием помех.Поставленная цель достигается тем, чтов генератор переменного тока питанияпредлагаемого устройства измерения перемещений введены вторая и третья дополнительные обмотки, а в измерительную схемувведены сумматор, интегратор, блок выборки и хранения, блок формирования сигналавыборки, блок формирования стробирую 5 щего сигнала, управляемый делитель напряжения и блок управления, при этом выходмасштабируемого усилителя соединен спервым входом сумматора, второй вход которого соединен с выходом управляемогоделителя напряжения, а выход сумматорасоединен с первым входом интегратора,второй вход которого соединен с выходомблока формирования стробирующего сигнала, а выход соединен с первым входом блокавыборки и хранения, второй вход которогосоединен с выходом блока формированиясигнала выборки, а выход соединен с входом блока. управления, первый выход кото-.рого соединен с первым входомуправляемого делителя напряжения и является выходом устройства, а второй выходблока управления соединен с первыми входами блока формирования стробирующегосигнала и блока формирования сигнала выборки, первый и второй выводы первой дополнительной обкатки генераторапеременного тока соединены соответственно с вторым и третьим входами управляемого делителя напряжения, первые выводывторой и третьей дополнительной обмоток17 У 9906 10 15 20 25 30 40 45 50 55 генератора переменного тока соединены соответственно с вторыми входами блока формирования страбирующего сигнала и блока формирования сигнала выборки, а вторые выводы второй и третьей дополнител ьных обл 1 аток генератора перемен ного тока заземлены. Функциональная схема предлагаемого устройства измерения перемещений представлена на чертеже,Устройство состоит из генератора 1 с его основной обмоткой 2 и первого дополнительного индукционного преобразователя 3 перемещений, нагрузочного резистора 4, масштабирующего усилителя 5, второй и третьей дополнительных обмоток 6 и У, генератора переменного тока и измерительной схемы, в состав которой включены сумматор 8, интегратор 9, блок 10 выборки и хранения. блок 11 управления, управляемый делитель 12 напряжения, блок формирования страбирующего сигнала 13, блок 14 формирования сигнала выборки,Переменный ток из генератора 1 поступает с его основной разделенной обмотки на входы дифференциального индукционного преобразователя 3 перемещений, выход которого соединен с нагрузочным резистором 4, один конец которого заземлен. а другой соединен с.вхадам масштабирующега усилителя 5, У предлагаемого устройства выход усилителя 5 соединен с первым входом сумматора 8, выход которога соединен с входом интегратора 9, выход которого соединен с входом блока выборки и хранения, выход блока 10 выборки и хранения соединен с входом блока 11 управления, один выход которого соединен с первымвходам делителя 12 управляемого напряжения, два других входа делителя 12 соединены с первой дополнительной обмоткой 2 генератора 1 переменного тока, выход управляемого делителя 12 соединен с вторым входом сумматора 8, управляющий вход интегратора 9 соединен с выходам блока 13 формирования стробирующего сигнала, первый вход которого соединен с второй дополнительной обмоткой 6 генератора 1, а второй вход блока 13 соединен с вторым выходом блока 11 управления, который соединен также с первым входом блока 14 формирования сигнала выборки, второй вход которого соединен с третьей дополнительной обмоткой 7 генератора 1, выход блока 14 формирования сигнала выборки соединен с вторым входом блока 10 выборки и хранения 10.Предлагаемое устройство измерения перемещений работает следующим образом. По обмоткам дифференциального индукционного преобразователя 3, двум идентичным обмоткам генераторапеременного тока и нагрузочному резистору 4 протекают два тока, имеющих противоположные направления, В случаенахождения сердечника преобразователя 3в нулевом положении сумма токов через резистор 4 нагрузки равна."0", в случае отклонения от нулевого положения эта суммаотлична от "0", Величина напряжения нарезисторе 4 нагрузки пропорциональна величине перемещения сердечника, а фаза зависит. от его направления относительнонулевого положения. Усиленное масштабирующим усилителем 5 напряжение поступает на один вход сумматора 8, на второй входкоторого подается напряжение с выхода управляемого делителя 12 напряжения. разность напряжений поступает на входинтегратора 9. Сигнал с выхода сумматора8 наряду с измерительной информацией содержит и сигнал импульсной помехи,За время интегрирования напряжениешумовой помехи равноОп = -О(т)Й,где Т - период интегрирования;О(т) - величина помехи.Выходной сигнал без учета напряженияпомехи интегратора 9 можно представить ввиде: Онх = Оасов о за а++ Ыяа р Соввт - О,Кзи в 1,где 1 - козффициент передачи индуктивный преобразователь 3 - масштабирующий усилитель 5;К - козффициент деления управляемого делителя 12 напряжения.О = О Я) - Кзп М+ Ы(1)япаСсоза 1,Сигнал на выходе стробируемого интегратора:Оных = 7,О РЯ - Кзп со тй + +/,2 Иа 1(1)соз Ймбт = -Оаф) Кзп и 1 б 1+ ОаГ(1) 2 соз а тджх,При 11 = 0 и 12 = Т(2 п+1) Овых = -2 ОаЯ) - К у где Т - длительность полупериода.Таким образом после интегратора 9 имеет место напряжение с усредненным значением величины помехи и отфильтрованной косинусоидальной составляющей1779906 Составитель Б.КурочкинТехред М. Моргентал Корректор А,Мотыль Редактор Заказ 4428 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж. Раушская наб 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 101 выходного сигнала индуктивного дифференциального преобразователя 3.Величина этого напряжения запоминается схемой 10 выборки и хранения и с ее выхода поступает на вход блока 11 управле ния.Блок 11 управления по любому известному алгоритму (например последователь- . ного приближения) оценивает величину напряжения на выходе схемы 10 выборки и 10 хранения, формирует на втором входе сумматора 8 путем деления напряжения запитки управляемым делителем напряжения 12 компенсирующее напряжение и формирует команды разрешения работы блока 13 фор мирования стробирующего сигнала и запуска блока 14 формирования сигнала выборки, Код, управляющий управляемым делителем 12 переменного тока, несет информацию о измеряемой величине. 20Предлагаемым устройством реализуется возможность одновременно с исключением воздействия на результаты измерения косинусоидальной составляющей повысить точность измерения за счет снижения вели чины погрешности, обусловленной воздействием помех. Форйула изобретенияУстройство измерения перемещений, 30 .содержащее генератор переменного тока, включающий основную и первую дополни-, тельную обмотки, индукционный преобразователь перемещений, нагрузочный резистор, масштабирующий усилитель, 35 причем основная обмотка генератора переменного тока соединена с обмоткой индукционного преобразователя перемещений, выход которого через нагрузочный резистор .соединен с входом масштабирующего уси лителя, отл и ч а ю щ ее с я тем, что, с целью повышения точности измерения перемещений путем снижения величины погрешности, обусловленной воздействием помех, введены вторая и третья дополнительные обмотки генератора переменного тока, сумматор; интегратор, блок выборки и хранения, блок формирования сигнала выборки, блок формирования стробирующегь сигнала, управляемый делитель напряжения и блок управления, при этом выход масштабирующего усилителя соединен с первым входом сумматора, второй вход которого соединен с выходом управляемого делителя напряжения, а выход сумматора соединен с первым входом интегратора, второй вход которого соединен с выходом блока формирования стробирующего сигнала, а выход соединен с первым входом блока выборки и хранения, второй вход которого соединен с выходом блока формирования сигнала выборки, а выход соединен с входом блока управления, первый выход которого соединен с первым входом управляемого делителя напряжения и является выходом устройства, а второй выход блока управления соединен с первыми входами блока формирования стробирующего сигнала и блока формирования сигнала выборки, первый и второй выводы первой дополнительной обмотки генератора переменного тока соединены соответственно с вторым и третьим входами управляемого делителя напряжения, первые выводы второй и третьей дополнительных обмоток генератора переменного тока соединены соответственно с вторыми входами блока: формирования стробирующего сигнала и блока формирования сигнала выборки, а вторые выводы второй и третьей дополнительных обмоток генератора переменного тока заземлены.