Устройство для измерения пространственных перемещений

(504 С ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ. яЬЛИОТЕМА ельство СССР 7/00, 1981.ьство СССР 7/00, 1983,ОСУДАРСТ 8 ЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ К А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(54) УСТРОЙСТВО 1 ЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПРОСТРАНСТВЕННЫХ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ(57) Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения перемещений указателя координат в заданном объемепространства. Целью изобретения является расширение функциональных воэможностей устройства за счет обеспечения измерения перемещений указателя в трехмерном пространстве, Послеустановки указателя 1 перемещений в1379598 точку начала координат оператор нажимает кнопку "Пуск". С блока 17 управления ца генератор 28 синусоидального тока и на управляющий вход синхронного детектора 18 поступают синхроимпульсы. Одновременно поступаетсигнал ца управляющий вход токовогоключа 22, разрешающего прохождениесинусоидального тока на четную подгруппу катушек 30 индуктивностей, Вкатушках 4, 5, 6 датчика 2 и катушках 7, 8, 9 датчика 3 индуктируютсясигналы, параметры которых однозначно связаны с положением этих датчиковв пределах начальной эоны. По сигналам с блока 17 управления через аналоговые ключи 10-15 осуществляетсясчитывание сигналов с катушек 4-9датчиков 2, 3. Указанные сигналы через усилитель 16, синхронный детектор 18 и интегратор 19 поступают нааналого-цифровой преобразователь 20,с выхода которого снимается цифровойкод, соответствующий амплитуде синуИзобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения перемещений указателя координат в заданном объеме пространства, 5Целью изобретения является расширение функциональных возможностей устройства за счет обеспечения измерений перемещений указателя в трехмерном пространстве. 10На чертеже представлена структурная схема предлагаемого устройства,Устройство содержит указатель 1 перемещений с двумя магнитометрически ми датчиками 2 и 3, расположенными соосно между собой и с острием указателя 1. Расстояние между датчиками и острием известно и зафиксировано.Каждый из магнитометрических датчиков 2 и 3 включает по три катушки 4-6 и 7-9 индуктивности, расположенные вокруг общего центра и развернутые друг относительно друга на прямой угол. Выходы катушек 4-9 подключены к входам аналоговых ключей 10-15, выходы25 которых объединены и связаны с входомУ соид на выходах катушек 4-9, Сигналыцифрового кода поступают в вычислительный блок 21. Аналогично после открытия ключа 23 сцгцал с генератора28 через фазоврашатель 29 поступаетна нечетную подгруппу катушек 31 индуктивностей. При этом с выхода аналого-цифрового преобразователя 20в вычислительный блок 21 также поступают сигналы с катушек 4-9 соответствующие напряженности электромагнитного поля в точках размещения датчиков 2, 3. После обработки результатов измерений в вычислительном блоке21 получают начальную координату Хострия указателя 1 перемещений, Аналогично находят начальные координатыУо, 20При этом используются ключи24-27 и катушки 31-35 индуктивностей.При перемещении указателя 1 перемещений в точку измерений в вычислительном блоке 21 вычисляются текущиекоординаты острия указателя. 1 ил. усилителя 16. Управляющие входы ключей подключены к соответствующим выходам блока 17,управления, Выход усилителя 16 соединен с синхронным детектором 18, управляющий вход которогосоединен с соответствующим выходомблока 17 управления, а выход - саналоговым входом интегратора 19Управляющий вход интегратора 19 связанс соответствующим входом блока 17 управления, а выход - с аналоговым входом аналого-цифрового преобразователя (АЦП 20, цифровые выходы которого соединены с входами вычислительного блока 21. Вход и выход синхронизации вычислительного блока 21 подключены к соответствующим выходу ивходу блока 17 управления. Устройство содержит также токовые ключи 2227, управляющие входы которых подключены к соответствующим выходам блока17 управленияТоковые входы ключей22, 24 и 26 подсоединены к выходугенератора 28 синусоидальцого тока, а токовые входы ключей 23, 25и 27 - к выходу фазовращателя 29, 13795985 1 О 15 20 25 м 4 ем этих даначальнойда блока 1щий вход апает сигнание сигнал илител ный сигнал синхронног руется по ратором 19 вание пост Иу гд ,М"= атсг вход которого соединен с генератором 28, Вход синхронизации генератора 28 связан с соответствующим выходом блока 17 управления. Токовый выход ключа 22 подключен к последовательно включенным четным катушкам 30 индуктивности, выход ключа 23 - к нечетным катушкам 31. Катушки 30 и 31 идентичны и установлены вдоль оси Х координат на одинаковом расстоянии друг от друга. Аналогично установлены вдоль осей У и 2 катушки 32, 33 и 34, 35 иидуктивности соответственно, но они подключены к ключам 24, 25,и 26, 27. Вторые концы катушек 30-35, объединенных в группы, подключены к шине нулевого потенциала.Устройство для измерения пространственных перемещений работает следующим образом.Оператор устанавливает указатель 1 перемещений в точку начала координат, находящуюся в пределах области, ограниченной координатами Х Х,;2, 2- -координаты области считывания для пар катушек индуктивностей по осям Х, 2 и У соответственно, После установки указателя 1 оператор нажимает кнопку Пуск (не показана).Из блока 17 управления на генератор 28 синусоидального тока поступают синхроимпульсы, которые также поступают на управляющий вход "синхронного детектора 18. Кроме того, по сигналу "Пуск" с выхода блока 17 на управляющий вход ключа 22 поступает сигнал, разрешающий прохождение синусоидального тока с генератора 28 на четную подгруппу катушек 30 индуктивности. В катушках 4-6 датчика 2 и в катушках 7-9 датчика 3 индуктируются электрические сигналы, параметры которых однозначно связаны с положенитчиков в пределах указанно зоны. Одновременно с выхо управления на управляю- налогового ключа 10 постул, разрешающий прохождеа от катушки 4 на вход 16, Усиленный синусоидальдетектируется при помощи о детектора 18 и интегринескольким периодам интег. Разрешение на интегрироупает на интегратор 19 с соответствующего выхода блока 17 управления. На выходе интегратора 19 получается постоянный электрический сигнал, амплитуда которого соответствует однозначно амплитуде синусоиды на выходе катушки 4, При помощи АЦП 20 получают цифровой код, соответствующий амплитуде указанного сиг нала. По сигналам с блока 17 управления осуществляется запоминание цифрового кода в вычислительном блоке 21,Аналогично производится оцифровывание электрических сигналов, индуктированных в катушках 5, 6 и 7-9,при этом соответственно включаются аналоговые ключи 11, 12 и 13-15.Таким образом, в вычислительном блоке 21 оказываются записанными коды Х, Х, И и ИИ Х, соответст 1 ф Уфвующие амплитудам электрических сигналов, индуктированных в катушках 4-6 и 7-.9.В вычислительном блоке 21 по фор- мулам определяют величины И и И, соответствующие напряженности электро агнитного поля в точках, где размещны центры датчиков 2 и 3.Затем по сигналам с блока 17 упраления ключ 22 закрывается а ключ 23открывается. По нечетной подгруппекатушек 31 индуктивности протекаетток синусоидальной формы, генерируемый генератором 28. Далее устройствофункционирует аналогично описанному,но при этом определяются величины М,и М 1, соответствующие напряженностиэлектромагнитного поля в точках, гдеразмещены центры датчиков 2 и 3.В связи с тем, что распределениеэлектромагнитного поля имеет квазисинусоидальный вид, по величинам И,1 фМ, и И, М определяются значенияфазовых сдвигов, Значения фазовыхсдвигов 9 иоднозначно связаны с величинами Хи Х, соответствующими удалению проекций центровобоих магнитометрических датчиков 2и 3 от начала координат, 1379598где Ь - шаг установки катушек индуктивности.Определение величин ", ", Х,и Хю производится в вычислительномблоке 21, где по пропорции Х о = ХА(Х - Х ) - втакже вычисляютА - аискомую координату Х, нахождения острия указателя 1 перемещений (константы А - расстояние от острия указателя 1 перемещений до центра дат 15чика 2, а - расстояние между центрами датчиков 2 и 3, которое занесенов память вычислительного блока 2 1предварительно),20Аналогично описанному определяются координаты У, и Епри этом через ключи 24, 25 и 26, 27 соответственно включаются катушки 32, 33 и34, 35 индуктивности, расположенныевдоль других осей координат.После определения начальных координат 1 ХУ, и Е,оператор пере.мещает указатель 1 в точку измерения.При этом в вычислительный блок 2 1Тпоступают цифровые эквиваленты И ,И , И и М,; М , М текущих значений амплитуд электрических сигналов,индуктируемых в соответствующих катушках указателя 1 перемещений. Ввычислительном блоке 21 фиксируется 35чередование локальных максимумов иминимумовф"и Ч, которые соответствуют напряженностямэлектрического поля в точках раэме"щения датчиков 2 и 3. При следовании 40минимума после максимума указатель 1перемещается в сторону увеличениякоординат, а при следовании максимума после минимума - к уменьшению координат. Таким образом, в вычислительном блоке 21 фиксируются периодыразмещения катушек индуктивностей повсем осям координат, причем при перемещении указателя 1 в сторону увеличения идет накопление числа П периодов, а при перемещении в сторонууменьшения из накопленного числа периодов производится соответствующеевычитание.Число П периодов размещения катушек индуктивностей соответствует грубому значению координаты положениямагнитометрического датчика, Такимобразом, в вычислительном блоке 11 фиксиРУютсЯ числа ППи П ЛУ у г ю которые грубо соответствуют положениям датчиков 2 и 3.После того, как оператор установил указатель 1 перемещений в нужную точку рабочего пространства, он нажимает кнопку "Пуск". Далее аналогично описанному определяются текущие координаты положения острия указателя 1 перемещений в пределах соответствующего периода размещения катушек-излуример,агсг (Мр)М2%агсгК (-т)ИИа2 7 чателей. Нап ХТ 1 Х тА(Х -Х)А-а Величина истинного перемещенияуказателя 1 перемещений вычисляетсяв блоке 21 по следующей формуле (дляоси Х): Х= (Х -Х) +1,П формула .изобретенияУстройство для измерения пространственных перемещений, содержащее указатель перемещений с двумя магнитометрическими датчиками, расположенными соосно с острием указателя перемещений и включающими по три катушки индуктивности, ориентированные взаимно перпендикулярно вокруг общего центра, генератор синусоидального тока, блок управления, аналоговые ключи, информационные входы которых подключены к выходам магнитометрических датчиков, управляющие - к соответствующим выходам блока управления, усилитель, подключенный к объединенным между собой выходам аналоговых ключей, аналого-цифровой преобразователь, вычислительный блок, синхрониэирующий вход и выход которого соединены с соответствующими выходом и входом блока управления, информационный - с выходом аналого-цифрового преобразователя, о т л и ч а ю щ ее с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей, оно снабжено фазовращателем, цепью из последовательно соединенных синхронного детектора и интегратора, включенной1379598 Составитель Ю.йетраковскийТехред М.Дидык Корректор С.Шекмар Редактор О.Юрковецкая Тираж 680ВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5 Заказ 969/41 Подписное Производственно-полиграфическое предприятие, г.ужгород, ул.Проектная, 4 между выходом усилителя и входом аналого-цифрового преобразователя, входы управления синхронного детектора и интегратора подключены к соответст 5 вующим выходам блока управления, тремя группами соосно установленных равноотстоящих одна от другой координатных катушек индуктивности, каждая из групп ориентирована вдоль соответст вующей оси координат, в каждой из групп четные и нечетные катушки включены последовательно и образуют две подгруппы координатных катушек, один из выводов в каждой подгруппе соединен с шиной нулевого потенциала, токовыми ключами по числу подгрупп координатных катушек, выход каждогоиэ токовых ключей связан с одним извыводов соответствующей подгруппыкоординатных катушек, входь токовыхключей всех четных подгрупп координатных катушек соединены с генератором синусоидальных колебаний непосредственно, нечетных групп - черезфазовращатель, управляющие входы тотовых ключей соединены с соответствующими выходами блока управления, ауправляющий вход генератора синусоидальных колебаний соединен с входомуправления синхронного детектора.