Дифференциальный датчик линейных перемещений

(51) 5 6 гЫ.бе "1Ц;л 7 ЕТЕНИ ОПИС ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОВЕДОМСТВО СССР(56) Авторское свидетельство СССРВ 1265477, кл,.О 01 В 21/00, 1985,Авторское свидетельство СССРМ 1330467, кл, 6 01 В 21/00, 1986,(54) ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫЙ ДАТЧИК ЛИНЕЙНЫХ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ(57) Изобретение относится к измерительной технике, а именно к устройствам дляизмерения линейных перемещений, Дифференциальный датчик содержит два преобразойателя 1 и 2 перемещений, включающих источник 3 и приемник 5 излучения, предназначенные для симметричного расположения относительно объекта контроля, четыре усилителя 7 - 10, дифференциальный усилитель 11, источник 12 опорного напряжения. два блока 13 и 14 вычитания, блок 15 сравнения, два блока 16 и 17 памяти, блок 18 суммирования, Блок 15 сравнения в случае равенства приращений сигналов на выходах первого и второго усилителей 7 и 8 вырабатывает контрольный сигнал, который . разрешает занесение информации в выходные каскады блоков 16 и 17 памяти, Если приращение сигналов на выходах усилителей 7 и 8 не одинаково, то ошибочные значения измерений на выход датчика не попадут. 1 ил.Изобретение относится к измерительной технике, а именно к устройствам для измерения линейных перемещений объектов, в частности вращающихся валов,Известен дифференциальный фотоэлектрический датчик линейных перемещений вращающегося объекта, содержащий два фотоэлектрических преобразователя, включающих оптически связанные первый источник излучения, и фотоприемник, предназначенные для симметричного расположения относительно объекта контроля, первый и второй усилители, блок суммирования, два источника опорного напряжения, первый и второй блоки вычитания, блок сравнения, первый и второй блоки памяти, вь 1 ходы фотоприемников первого и второго фотоэлектрических преобразователей связаны со входами первого и второго усилителей соответственно, выход источника дпорного напряжения соединен с первыми входами первого и второго блоков вычитания, вь 1 ходы которых соединены, соответственно, с первым и вторым входами блока сравнения, выход которого, являющийся контрольным выходом датчика, подключен ко вторым входам первого и второго блоков памяти, первые входы которых соединены, соответственно с выходами первого и второго усилителей и со вторыми входами первого и второго блоков вычйтания, выходы первого и второго блоков памяти соединены с первым и вторым входами блока суммирования, выход которого является измерительным выходом датчика, блока суммирования выполнен в виде дифференциального усилителя. Недостатком известного датчика является низкая точность измерения,Наиболее близким по технической сущности является фотоэлектрический датчик линейных перемещений; содержащий два фотоэлектрических преобразователя, каждый из которых состоит из оптически связанных источника излучения и фотоприемника, предназначенные для симметричного размещенйя относительно объекта первый и второй усилители, первый блок суммирования, выполненный в виде дифференциального усилителя, источник опорного напряжения, два блока вычитания,первый блок сравнения, два блока памяти, два полосовых фильтра, два амплитудных детектора, два блока сравнения, схему И, второй блок суммирования, генератор, управляемый делитель напряжения, третий и четвертый усилитель, причем выходы фотоприемников первого и второго фотоэлектрических преобразователей связаны с входами первого и второго усилителей соот 45 зультатов измерений.. Поставленная цель достигается тем, чтов дифференциальный датчик линейных перемещений, содержащий два преобразова теля перемещений, включающих источник иприемник излучения, предназначенные для симметричного расположения относительно объекта контроля, четыре усилителя, дифференциальный усилитель, источник 55 опорного напряжения, два блока вычитания, блок сравнения, два блока памяти, блок суммирования, причем выходы приемников излучения первого и второго преобразователей соединены с входами первого и второго усилителей соответственно; выходы 5 10 15 20 25 30 35 40 ветственно, выходы блоков вычитания соединены с входами первого блока сравнения, выход блоков памяти соединены с входами первого блока суммирования, выход которого является измерительным выходом датчика, выходы первого и второго усилителей связаны с последовательно соединенными полосовыми фильтрами и амплитудными детекторами, выход первого амплитудного детектора соединен с первыми входами первого блока памяти, первого блока вычитания и второго блока суммирования, выход второго амплитудного детектора соединен с первым водом второго блока памяти, второго блока вычитания и вторым входом второго блока суммирования, выход которого соединен с первым входом управляемого делителя напряжения, вторыми входами блоков вычитания и первым входом второго блока сравнения, выход источника опорного напряжения соединен с третьим входом второго блока суммирования и вторым входом второго блока сравнения, выход которого соединен с первым входом схемы И, второй вход которого соединен с выходом первого блока сравнения, а выход, являющийся контрольным выходом датчика, соединен с вторым входами первого и второго блоков памяти, выход генератора соединен с вторым входом управляемого делителя напряжения, выход которого соединен с входами третьего и четвертого усилителей, выходы которых соединены соответственно с вхОдами первого и второго источников излучения.Недостатком датчика является низкая точность измерения, связанная с осуществлением процесса регулирования мощности источников излучения в случае измерения параметров или выхода из строя только одного из фотоприемников, т.е. даже тогда, когда на контрольном выходе датчика присутствует сигнал ошибки, что в конечном счете может повести к появлению на выходедатчика не контролируемых ошибочных реблоков вычитания соединены с входами ники 3,4 и приемники 5,6 иэлучения, предблока сравнения, выход которого, являю- назначенные для симметричного "распбло-щийся контрольным выходом датчика, сое- жения относительно объекта контроля,длинен с первыми вхОдами блока памяти, четыре усилителя 7 - 10, дифферециальныйвосходы третьего и четвертого усилителей 5 усилитель 11, источник 12 опорного напрясоединей ы соответственно с входамижения, два блока 13 и 14 вычитания, блок 15первого и второго источников излучения, сравнения,два блока 16 и 17 памятй, блоквдедены суммирующий интегратор и регу суммирования, суммирующий интегра-.лируемый усилитель, причем выходы перво- тор 19 и регулируемый усилитель 20,го и второго усилителей соединены 10 На пути отраженного от объекта измесоответственно с первыми входами блоков . рения излучейия," сОздаваемого первыМ и" .вь читания, входами дифференциального вторым источниками 3 и 4 оптического излу-.ус лителя и входами блока суммирования, чения, расположены первый ивторой при- .в ход которого соединен с последовательно емники 5 и 6 излучения, входящие в первый; .вк юченными суммирующим интегратором, 15 и второй преобразователи перемещения,первым блоком памяти и регулируемым уси- . выходы которых соединены с входами перлигелем, выход которого соединен с входа- вого и вторОгоуСилителей 7 и 8 соответстм третьего и четвертого усилителей, .венно, выходы блоков 13 и 14 вычитанияпервый выход источника опорного напря- соединеныс входами блока 15 сравнения, :жбния соединен с вторым входом суммиру выход которого, являющийся контрольнымющего интегратора, второй выход со выходом датчика,соединенс первымивхо-втЬрым входомрегулируемого усилителя, а дами блоков памяти 16 и 17, выходы третьтртий - с вторыми входами блока вычита- его и четвертого усилителей 9 и 10ний, выход дифференциального усйлителя соединены соответствейно свходами персоединен с вторым входом второго блока 25 вого и второго источникой 3 и 4 излучения,паляти, выход которого является измери- выходы первого и второго усилителей 7 и 8тельным выходом датчика. соединены соответственноспервыми вхо-Вклачение в схеме датчика между выдами блоков 13 и 14 вычитания входамихоДом суммирующего интегратора и пер- дифференциального усилителя 11 и входавым входом регулируемого усилителя 30 ми блока 18 суммирования, выход котороговторого блока памяти позволило повысить соединен с последовательновключеннымито 4 ность измерения датчика за счет исклю- суммирующим"интегратором 19, первымчения воэможности появления на выходе блоком 16 памяти и регулируемымусилитедатчика не контролируемых ошибочных ре- лем 20, выход которого соединен с входамизультатов измерений путем исключения 35 третьего и четвертого усилителей 9 и 10,прЬцесса регулирования мощности излуче-, первыйвыходисточника 12 опорногонапряния источников оптического излучения во жения соединен с вторымвходомсуммйру-"время появления на контрольном выходе . ющего интегратора 19, второй выход - сдачика сигнала ошибки, обусловленного вторымвходомрвгулируемогоусилителя 20,изменением параметров или выходом из 40 атретий - с вторыми входами блоков 13 и 14строя) только одного фотоприемника. Таким вычитания, выход дифференциального усиобразом, сопоставительный анализ с прото- - лителя 11 соединен с вторым"входом вторО-типом показывает, что заявляемый датчик го блока 17 памяти, выход которого являетсясоответствует критерию "новизна", измерительным выходом датчика,Сравнение заявляемого технического 45решения не только с прототипом, но и с Все узлы, на базе которых выполнендругими техническими решениями, извест- датчик, является известными и описанывными в данной области, не позволило выя- литературе,вить в них признаки, отличающие данное 1, Микроэлектронные фотоприемныетехническое решение от прототипа, а имен устройства (МЭнергоатомиздат, 1980,но налйчие суммирующего интегратора, ре- с.96) - источники 3, 4 и приемники 5, 6 излугулируемого усилителя, блока памяти и их чения,взаимосвязей позволяет сделать вывод о . 2. Полупроводниковая схемотехникасоответствиикритериюиэобретения "суще- (У.Титце, К,Шенк, М., Мир, 1983, с.137) -ственные отличия", 55 блок суммирования 18, дифференциальный.Сущность изобретения поясняется чер- усилитель 11, блоки 13 и 14 вычитания, блоктеЖом, 15 сравнения с.138), источник 12 опорногоДифференциальный датчик линейных напряжения.перемещенийсодержитдвапреобразовате- . 3. Аналоговые и цифровые интегральля 1 и 2 перемещений, включающих источ- ные микросхемы блоки 16 и 17 памяти.1793216 10 20 25 30 35 . Датчик перемещений работает следующим образом,Сигнал с выхода "Регулируемого усили-.теля 20 через третий и четвертый усилители9, 10 подается в преобразователи 1, 2 перемещения на входы источников 3 и 4 излучения, Часть потока излучения создаваемогокаждым из них отрах(эясьот перемещающегося объекта, попадает на фотоприемники 5,6 где преобразуется в электрический сигналкоторцй затем усиливается усилителями 7,8 ив виде напряжения.величина которогопропорциональна линейным перемещениям объекта измерения поступает:через входы дифференциального усилителя 11 и второй блок 17 памяти на измерительный выход датчика;на входы блока 18 суммирования, выходной сигнал которого, поступая на первый вход суммирующего интегратора 19, а сего выхода через первый блок 16 памяти напервый вход регулируемого усилителя 20обеспечйвает регулирование мощности источников 3 и 4 излучения при изменениикоэффициентов К 1 отражения от объекта икоэффициента К 2 пропускания среды в которой распространяется излучение. Управляющий сигнал в этом случае измейяется дотех пор, пока суммарный сигнал на выходах, первого и второго усилителей 7 и 8 не достигнет номинального значения, определяемого сигналом, поступающим с первоговыхода источника 12 опорного напряжения Формула изобретения ДифФеренциальный датчик линейных перемещений, содержащий два преобразователя перемещений, включающих источник и приемник излучения, симметрично расположенные относительно объекта конт-" роля, первый и второй, третий и четвертый входы первого и второго усилителей связаны соответствеЪйо "с выходами "первого и второго преобразователей перембщенйя, входы которых связаны соответственно с выходами третьего и четвертого усилителей, первыйи второй блоки вычитания, первый и второй блоки памяти, дифференциальный усилитель, блок сравнения, источник опорного напряжения, блок суммирования, первые входы первого и второго блоков вычйтаниясоединены с выходом источника ойорного напряжения", вторые входы - соответственно с выходами первого и второго усилителей и с первым и вторым входами на второй вход суммирующего интегратора 19. Сигнал, поступающий на второй вход регулируемого усилителя 20 с второго входа источника 12 опорного напряжения, определяет минимальное значение мощности источников 3, 4 излучения. Сигнал с третьего выхода источника 12 опорного напряжения поступает в качестве опорного на первые входы блоков 13 и 14 вычитания, затем на блок 15 сравнения; который в случае равенства приращений сигналов на выходах первого и второго усилителей 7 и 8 вырабатывает контрольный сигнал, который разрешает занесение информации в выходные каскады блоков.16 и 17 памяти, следовательно, на измерительный выход датчика .и на первый вход регулируемого усилителя .20, Если приращения сигналов на выходах первого и второго усилителей 7 и 8 не одинаковы, что может быть в случае изменения параметров одного из преобразователей 1 и 2 перемещений (например, неравномерности осаждения пыли на входных окнах приемников 5 и 6 или источников 3 и 4 излучения, частичного повреждения одного из них), то ошибочные значения измерений на первый управляющий вход регулируемого усилителя и измерительный выход датчика не попадут,Таким образом; предлагаемый датчик по сравнению с прототипом имеет преиму щества, которые позволяют повысить точность измерения. дифференциального усилителя, выход которого соединен с первым входом второго блока памяти, второй вход которого соединен с выходом блока сравнения и с входом первого блока памяти, первый и второй входы которого соединены соответственно с выходами первого и второго блоков вычитания, первый и второй входы блока суммирования соединены соответственно с выходами первого и второго блоков вычитания, первый и второй входы блока суммирования .соединены соответственно с выходами первого и второго усилителей, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности измерения, оно снабжено интегратором и регулируемым усилителем,первый вход интегратора соединен с вторым выходом источника опорного напряжения блока суммирований, третий выход источника опорного напряжения соединен с первым входом регулируемого усилителя, выход которого соединен с входами третье10 1793216 Составитель Н.АстраухТехред М.Моргейтал . Корректор С.Пекарь Редактор Заказ 494 Тираж Подписное ВНИИПИ Государствейного комитета по изобретениям и открытиям,при ГКНТ СССР113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 101 9го и четвертого усилителей, второй вход ре- первого блока памяти, второй вход которогогулируемого усилителя соединен с выходом соединен с выходом интегратора