Преобразователь перемещений

9) и 768935 А 1 5 601 В 7/О ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР ТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬС(56) Авторское свидетельство СССРЬЬ 994906, кл. 6 01 В 7/00, 1981.Авторское свидетельство СССРМ 1441175, кл, 6 01 В 7/00, 1987,(57) Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано приизмерении перемещений обьектов. Преобразователь перемещений содержит подвижный якорь, мостовую схему,образованную парой рабочих обмоток, последовательно соединенных с первым резистором и парой компенсационных обмоток,Изобретение относится к технике измерительного преобразования перемещений вэлектрические сигналы с использованиемэлектромагнитных датчиков,Известен преобразователь перемещений, содержащий подвижный якорь, распределенную вдоль заданной оси обмоткувозбуждения и измерительную обмотку сподключенными к ее секциям резисторами.Перемещения якоря обусловливают изме-.нение положения той секции, в которой наводится максимальная по величине ЭДС, исоответствующее изменение уровня напряжения резистора, подключенного к секции,расположенной возле границы диапазонапреобразования,Недостатком известного устройства являются ограниченные функциональные возможности, что выражается в отсутствии на последовательно соединенных со вторым резистором, первый блок дискретизации, выходы которого связаны с первым блоком деления, причем к управляющему входу первого блока дискретизации подключен первый резистор, Новым в преобразователе является введение схем вычитания и дифференцирования, второго блока деления и второго блока дискретизации соответствующими связями, Первый блок дискретизации формирует сигналы, пропорциональные значениям координат якоря на оси контролируемых перемещений и балансной индуктивности рабочей обмотки, второй блок дискретизации формирует сигналы, по величине пропорциональные соответственно значениям скорости якоря и активному сопротивлению первого реэистора. Выходные напряжения блоков делени пропорциональны парным отношения уровней выделяемых ими сигналов. 1 ил. его выходе информации о скорости движения якоря.Известен преобразователь .перемещений, содержащий подвижный якорь, пару рабочих обмоток и пару компенсационных элементов, причем рабочие обмотки и компенсационные элементы образуют мостовую схему, измерительная диагональ которой подключена к информационному входу устройства выборки-хранения (УВХ). С управляющим входом УВХ через последовательно включенные формирователь и элемент задержки связан источник переменного напряжения, питающий мостовую схему, Результат дискретизации напряжения измерительной диагонали, осуществляемой УВХ в моменты времени, отстоящие от моментов смены полярности напряжения питания мостовой схемы на эа 17689355 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 ного напряжения, включенный в диагональ данные временные интервалы, определяется положением якоря на оси контролируемых перемещений.Недостатком известного устройства являются ограниченные функциональные возможности, что обусловлено егонеспособностью выдавать выходную информацию о скорости движения якоря,По своей технической сущности к заявляемому наиболее близок преобразовательперемещений, содержащий подвижныйякорь, парные рабочие и компенсационныеобмотки, каждая иэ которых последовательно соединена с резистором, причем рабочиеи компенсационные обмотки а также резисторы образуют мостовую схему, подключенную к источнику переменногонапряжения. Измерительная диагональмостовой схемы соединена с первым и вторым информационными входами блока дискретизации, состоящего из двух УВХ (ихинформационные входы являются информационными входами, а выходы - выходамиблока дискретизации в целом), последовательно включенных компаратора и одновибратора, выходной сигнал. которогоуправляет выборкой напряжений с выводовизмерительной диагонали, осуществляемойпервым и вторым УВХ в моменты сменыполярности напряжения первогорезистора, подключенного ко входу компаратора -управляющему входу блока дискретизации.Выходной сигнал блока деления, подключенного к выходам блока дискретизации, повеличине пропорционален отношению дискретизированных первьм и вторым УВХ напряжений, а также координате якоря; егоуровень не зависит от колебаний амплитудыи частоты напряжения питания мостовойсхемы.Недостатком устройства-прототипа яв, ляются.ограниченные функциональные возможности, что обусловлено егонеспособностью выдавать информацию оскорости движения якоря.Цель изобретения - расширение функциональных возможностей эа счет формирования дополнительной информации оскорости движения якоря,Поставленная цель достигается тем, чтопреобразователь перемещений, содержащий подвижный якорь,две рабочие обмоткии первый резистор, соединенные последовательно и образующие два смежных плечамостовой измерительной схемы, две компенсационные обмотки и второй резистор,соединенные последовательно и образующие два других смежных плеча мостовойизмерительной схемы, источник переменмостовой измерительной схемы, первый блок деления, первь 1 й блок дискретизации, выходы которого соединены с входами первого блока деления, а управляющий вход первого блока дискретизации подключен к точке соединения первого резистора и рабочей обмотки, снабжен блоком вычитания, блоком дифференцирования, вторым блоком деления и вторым блоком дискретизации, точки соединения рабочих и компенсационных обмоток соединены с соответствующими входами блока вычитания, выход ксторого соединен с первыми информационными входами первого и второго блоков дискретизации, второй информационный вход первого блока дискретизации подключен к точке соединения компенсационных обмоток, второй информационный вход второго блока дискретизации обьединен с входом блока дифференцирования и подключен к общей точке соединения первого резистора и рабочей обмотки, выход блока дифференцирования соединен с управляющим входом второго блока дискретизации, выходы которого соединены с входами второго блока деления, а выходы первого и второго блоков деления являются выходами преобразователя.На чертеже изображена схема устройства,Преобразователь перемещений содержит магнитопроводный якорь 1, первую 2 и вторую 3 рабочие обмотки, первый 4 и второй 5 резисторы,первую б и вторую 7 компенсационные обмотки, источник 8 переменного напряжения, блок 9 вычитания, блок 10 дифференцирования, первый 11 и второй 12 блоки дискретизации, первый 13 и второй 14 блоки деления, шину 15 нулевого потенциала. Блок 11 состоит из первого компаратора 16, первого одновибратора 17, первого 18 и второго 19 устройств выборки- хранения УВХ; блок 12 состоит из второго компаратора 20, второго одновибратора 21, третьего 22 и четвертого 23 УВХ,Рабочие обмотки 2 и 3, резисторы 4 и 5, компенсационные обмотки б и 7 образуют мостовую схему, в диагональ питания которой включен источник 8. Общий вывод рабочих обмоток 2 и 3 подключен к первому (нижнему по фиг. 1) входу блока 9, выход которой соединен с информационными входами первого 18 и третьего 22 УВХ. Общий вывод компенсационных обмоток б и 7 подключен ко второму левому по фиг. 1 входу схемы 9, а также к информационному входу второго УВХ 19. Вь:вод резистора 4, общий с выводом рабочей обмотки 2, подключен к информационному входу четвертого УВХ 23, к первому верхнему по фиг. 1 входу первогокомпаратора 16 и ко входу блока 10, выходкоторой связан с первым (верхним) входомвторого компаратора 20; вторые нижниевходы компараторов 18 и 20 соединены сшиной 15.Выход первого компаратора 16 черезпервый одновибратор 17 связан с управляющими входами первого 18 и второго 19УВХ, выходы которых подключены ко входам соответственно делителя и делимого 10блока 13; выход второго компаратора 20 через второй одновибратор 21 связан с управляющими входами третьего 22 и четвертого23 УВХ (функциональные. схемы блоков 11 и12 одинаковы), выходы которых подключены ко входам соответственно делителя иделимого блока 14,Информационные входы первого 18 ивторого 19 УВХ являются соответственнопервым и вторым информационными входами блока 11, а информационные входытретьего 22 и четвертого 23 УВХ - первым ивторым информационными входами блока12. Первые входы первого 16 и второго 20компараторов являются управляющими 25входами соответственно блоков 11 и 12, Выходы первого 18 и второго 19 УВХ являютсясоответственно первым и вторым выходамиблока 11, а выходы третьего 22 и четвертого23 УВХ - соответственно первым и вторым 30выходами блока 12,Устройство работает следующим образом.Мостовая схема запитывэется вьгходным напряжением источника 8, Оя = Чгпх 35хз 1 п йЛ, где Чгп - амплитуда, в - круговаячастота, 1 - время. В пределах диапазонапреобразования движение якоря 1 вдольоси Х контролируемых перемещений вызывает разнозначные приращения индуктивностей 12 из соответственно первой 2 ивторой 3 рабочих обмоток:1 2 = Х + 1 б = 1(Хо + Чт) + 1 б,1.3 = Х + 1.б = -1(Х 0 + Ч 1) +б,где Хб - координата якоря 1 на оси Х; 45Х 0 - начальное положение якоря 1, относительно которого он перемещгается соскоростью Ч;1 - коэффициент пропорциональности,определяемь 1 й параметрами рабочих обмоток(О);1 б - балансная индуктивность любой израбочих обмоток 2 или 3, соответствующаянейтральному положению якоря 1 Х = О.Выходное напряжение каждого электронного узла описываемого устройства;блоков 9 и 10, компараторов 16 и 20, одновибраторов 17 и 21, УВХ 18, 19, 22 и 23, атакже блоков 19 и 20 ниже будем обозначатьс индексом, соответствующим номеру позиции данного узла на чертеже, Блоки 9 и 10; УВХ 18, 19, 22 и 23, компараторы 16 и 20 имеют высокоимпедансные входы и на распределение токов мостовой схемы практического влияния не оказывают.Амплитуда 1 гп переменного тока, протекающего по рабочим обмоткам -2 и 3, в пределах диапазона преобразования не зависит от положения якоря 1, поскольку сумма их индуктивностей2+ 1 з = 21 б (а, следовательно, и сумма их индуктивных сопротивлений) не является функцией Х, то естьЧгп1 пг -г 2 г+п)702 +1где г - активное сопротивление каждой израбочих обмоток 2 и 3;В - активное сопротивление каждого изрезисторов 4 и 5;С - добротность ветви "а-с-Ь" с рабочими обмотками 2 и 3С =2 в 6)/(2 г+ Я .При этом=1 гпзп(йЛ - р),где р - разность фаз между напряжениемО 10 и током 1 (гР= эгст 9 С 1).Согласно законам электромагнитнойиндукции и Ома в последовательном соединении рабочей обмотки 2 и первого резистора 4 выделяется сигналОсь = 1,д(1 2)Iй) + (г+ Я)1 - Ох + Оч,Ох = Еф 2(д 1 йСН = щ 1 гп(1 х++В) гпз 1 п(ГгЛ - гР).с выводов первого резистора 4 снимаетсянапряжениеО 4 =1 Й =1 гпйзп(ггЛ - ф),Магнитному воздействию якоря 1 компенсационные обмотки 6 и 7 не подвергаются, Значение индуктивности каждой из нихподбирается равным Ы, а значение активного сопротивления - равным г, Поэ;омутокветви "д-д-Ь" равен току ветви "а-с-Ь", причем в последовательном соединении первой компенсационной обмотки 6 и второгорезистора 5 выделяется напряжение Огь,уровень которого зависит от величин х и кОсь = (3 б(дг ИТИ + (г+ В)1,Г б(д/дс = М 1 б 1 гпзП(пл+ 0,57 г - (О)(г+ К) = (г+ В)1 гпз 1 л(ил - гл),Блок 9 реализует операциго полученияразностного напряжения Оу =- Ось - Огь == в 1 гп 1 хзи( иЛ + 0,5 л - гр) + Ьгпзи( аЛ - р).Обозначим через К индекс наблгадаемого периода - длительностью Т = (2 .1 т/щ) -напряжения Оз; К может быть равно нулюили натуральному числу. В момент времениГг= СО 1 р .Г гтнапряжениеОсь(г 3 с) = Ох(гк) = в пав(х + 1-б),поскольку Он(г) = О,а уровень сигнала 04 принимает нулевоезначение, меняя свою полярность относительно нулевого потенциала шины 15 с отрицательной на положительную.Выходной сигнал блока 10 с учетом егоинвертирующего свойства представляет собой результат схемной реализации дифференцирования 0 о = - Кр(б 04/сс)= вКрЯЬз 1 п(йл+ 0,5 л - р- д) = в КрйЬххзп(сл -- гр - 0,5 д),где Кр - масштабный коэффициент реализации операции дифференцирования.Напряжение Оо изменяет свою полярность с отрицательной на положительную вмоменты временигк + 0,25 Т = в "(р + 0,5 д) + К Т = 20в " 0+0,25 Т+ КТ.Рабочее состояние любого из компараторов 16 и 20 определяется следующим образом, Если сигнал, поданный на егопервый вход превышает по величине нулевой потенциал второго входа, соединенногос шиной 15, то на выходе компаратора уста, навливается сигнал высокого уровня, соответствующий логической единице; впротивном. случае на выходе компаратора 30устанавливается сигнал низкого (нулевого)уровня. Одновибраторы 17,21 срабатываютпо положительным перепадам своих входных напряжений,Высокий уровень выходного сигнала 35Оы компаратора 16 поддерживается в интервалахгктгк + = в ср + (К + 0,5)Т,а высокий уровень выходного сигналакомпаратора 20 - в интервалах 40гк + 0,25 Т1гав+1+ 0,25 Т.В моменты и, воспринимая переднийфронт сигнала 01 б, первый одновибратор 17выдает короткие (сравнительно с длительностью Т) импульсы О 7, управляющие выборкой сигналов О 9(г) и Одь, котораяосуществляется в блоке 11 соответственнопервым и вторым 19 УВХ;018 09(г 3 с) = в 1 х 1 аО 9 = Одь(гк) = в 1 ба, 50Передний фронт сигнала Ого второй одновибратор 21 воспринимает в моменты(гк + 0,25 Т), формируя короткие импульсы02 управления выборкой сигналов 09(п ++0,25 Т) и 04, осуществляемой в блоке 12соответственно третьим 22 и четвертым 23УВХ:022 = 09(гМ + 0,25 Т) = н 1,02 з - 04(г + 0,25 Т) = Яп,На выходе блоков 13 и 14 выделяются сигналы, по уровню пропорциональные соответственно координате якоря 1 на оси Х и скорости его движения:01 в в 1 Х 1 п,013= КдО ==КхХ 014- К = =Кч Ч,022 1 Ч 102 з Я 1 вгде Кд - масштабный коэффициент реализации операции аналогового деления;Кх - коэффициент преобразования перемещений Кх = (1/ б)Кн - коэффициент преобразования скорости, Кн = (1/Й)Д.Коэффициенты преобразования К, К не зависят от колебаний амплитуды Оа (ей пропорциональна амплитуда тока 1) и частоты 1 = (в/2 л) выходного напряжения источника 8, поскольку величины Ьи вв отношениях(Ов/О ю), (022/02 з) сокращаются.Итак, сравнительно с устройством-про. тотипом, заявляемый преобразователь имеет расширенные функциональные возможности, поскольку он обеспечивает выдачу совокупной информации о значениях как координаты Х, так и скорости Ч якоря. Формула изобретения Преобразователь перемещений, содержащий подвижный якорь, две рабочие.обмотки и первый резистор, соединенные последовательно и образующие два смежных плеча мостовой измерительной схемы, две компенсационные обмотки и второй резистор, соединенные последовательно и образующие два других смежных плеча мостовой измерительной схемы, источник переменного напряжения, включенный в диагональ мостовой измерительной схемы, первый блок деления, первый блок дискретизации, выходы которого соединены с входами первого блока деления, а управляющий вход первого блока дискретизации подключен к точке соединения первого резистора и рабочей обмотки, о т л ич а ю щ и й с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей за счет получения информации о скорости движения якоря, оно снабжено блоком вычитания, блоком дифференцирования, вторым блоком деления и вторым блоком дискретизации, точки соединения рабочих и компенсационных обмоток соединены с соответствующими входами блока вычитания, выход которого соединен с первыми информационными входами первого и второго блоков дискретизации, второй информационный вход первого блока дискретизации. Король едакто Заказ 3636 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5 ательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 10 Производствен подключен к точке соединения компенсационных обмоток, второй информационный вход второго блока дискретизации объединен с входом блока дифференцирования и подключен к общей точке соединения первого резистора и рабочей обмотки, выход блока дифференцирования соединен с управляющим входом второго блока дискретизации, выходы которого соединены с входами второго блока деления, а выходы 5 первого и второго блоков деления являютсявыходами преобразователя,