Дифференциальный емкостной измеритель перемещений

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 3198 19) (11)51)5 6 01 В 7/О ТНОЕ СУДАРСТВЕННОЕ ДОМСТВО СССР."5 ЕрЯ)ВР,Й 1 , "В 4 Щ 1Д ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОК ПАТЕНТУ ТЕНИЯ 2(21) 4927032/28 измерителя перемещений, потенциальный (22) 11;04,91 электрод которого выполнен в виде распо- (46) 30,04.93, Бюл, И. 16 ложенных на общей диэлектрической пла- (76) В.А. Павленко стине секций, обьединенных в четыре (56) 1; Авторское свидетельство СССР группы и подсоединенных к двум коммута- И. 1504493, кл. 6 01 В 7/00, 1989, торам, управляемым через делитель часто 2,Авторскоесвидетельство СССР ты от питающего генератора, Токовый М 1696846, кл, 6 01 В 7/00, 1989. электрод измерителя выполнен в виде па.раллельно соединенных секций, которые (54)ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫЙ ЕМКОСТНОЙ подключены через усилитель и третий ком- ИЗМЕРИТЕЛЬ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ мутатор ко входу блока обработки сигналов, (57) Изобретение относится к измеритель- По количеству импульсов на выходе этого ной технике и имеет целью повышение точ- блока определяется величина перемещености дифференциального емкостного ния. 3 ил. Изобретение относится к измерит ной технике и может быть использован всех областях народного хозяйства.Цель изобретения: увеличение диапазона измерений,На фиг. 1 представлена блок-схема дифференциального емкостного измерителя перемещений. На. фиг. 2.3 - эпюры напряжений в точках блок-схемы, указанные на фиг, 1 в зависимости от времени 1 и величины перемещения - 4.Дифференциальный емкостной измеритель перемещений содержит секционированный потенциальный 1 и токовый 2 электроды, образующие два дифференци. альных конденсатора, Питающий генератор 3 предназначен для подключения к секциям потенциального электрода. Усилитель 6 и последовательно соединенный с ним .первый коммутатор 5 включены между секциями токового.электрода и двумя первыми входами блока обработки сигналов 8,К двум вторым входам блока обработки сигналов присоединен первый выход питающего генератора, к которому параллельноподсоединяется делитель частоты 7, связанный с управляющими входами трех коммутаторов. Второй коммутатор 4 присоединен (ф своим входом непосредственно к второму ь выходу питающего. генератора. К нему, через инвертор 9 подсоединяется и вход третьего коммутатора 10, Выходы второго коммутатора подсоединены к двум крайним секциям в группе потенциального электрода 11 и 12. Выходы третьего коммутатора подсоединены к двум средним секциям в группе потенциального электрода 13 и 14, (Д Секции потенциального электрода соединены между собой с интервалами в три секции 11 с 15; 13 с 16; 14 с 17 и 12 с 18, образуя четыре группы секций, при этом все секции расположены с интервалом, равном половине ширины секции. Токовый электрод выполнен в виде параллельно соединенных .секций 19, расположенных на расстояниидруг от друга, равном ширине секции, Ширина секций токового и потенциального электрода одинаковы, Минимальное количество секций потенциального электрода равно четырем, а минимальное количество секций токового электрода равно трем.В угловых датчиках длинь 1 потенциального и токовога электрода одинаковы, В линейных - длина токового электрода значительно превышает длину потенциального электрода и определяет заданный диапазон перемещений.Блок обработки сигналов содержит фазочувствительные демодуляторы 20 и 21, образующие два канала прохождения сигнала, Выход первого из них подключен ко входу блока Формирования импульсов 22, а выход второго. - ко входу блока формирования импульсов 23. Выходы этих блоков соединень со входом блока определения направления перемещения 24,Дифференциальный емкостнай измеритель перемещений работает следующим образом.С первого вь 1 хода питающего генератора 3 сигнал треугольной формы О 2 и поступает ко входу второго коммутатора 4, этот же сигнал через инвертор 9 поступает на вход третьего коммутатора 10 эпюра О 26, Фиг, 2). Со второго выхода питающего генератора 3 сигнал прямоугольной формы поступает на оба канала блока обработки сигнала 8 и делитель частоты 7 (О 27), Таким образом генератор одновременно вырабать 1 вает синхронизйрованные сигналы треугольной и прямоугольной формы, Делитель частоты. осуществляет деление частоты сигнала генератора 3 в четное число раз 2 а, где в - целое число, На эпюре фиг. 2 представлен сигнал О 28 для просгейшего случая - деления на 2 (гп=1), который определяет состояние всех трех коммутаторов 4,5 и 10.В течение времени 0-11, выход второго коммутатора 4 будет связан с секцией 11 потенциального электрода, В это же время выход третьего коммутатора 10 окажется соединенным с секцией 14 потенциального электрода.Так как на этих выходах существуют одинаковые по амплитуде и противофазные сигналы треугольной формы О 25, О 26, в обоих секциях 11 и 14 появятся токи, зависящие ат емкости этих секций относительна секции 19 токового электрода, В течение времени т 1-тг к выходу второго коммутатора 4 окажется подключенной соответствующая секция 12. Коммутатор 10 подсоединит секцию 13. Входная цепь усилителя 6 выполнена резистивной и низкоомной, и поэтому конденсаторы, образованные секциями потенциального и токовога электродов, выполняют роль генераторов тока, и напряжение на входе усилителя 6 имеет форму, близкую к прямоугольной. Лмплитуда и полярность этого напряжения определяется расположением секций потенциального электрода относительно секций 19 токового электрода 2. Для представленного на фиг. 1 конкретного расположения потенциального электрода 1 относительно токового в течение времени О-т 1, сигнал на выходе усилителя 6 будет максимальным и иметь форму, соответствующую эпюре О 29, а в течение времени с 1-12 - минимальным - достаточно близким к ну лю,При перемещении потенциальногоэлектрода на половину ширины секции на выходе усилителя 6 сигнал в течение времени 0 - И будет минимальным, а в течение 20 времени т 1 - с 2 - максимальным Озо). С помощью первого коммутатора 5, управляема го тем же делителем частоты 7, сигнал в течение времени 0-11, поступает на первый канал блока обработки сигнала (т,е. через фазочувствительный демодулятор 20, блок формирования 22), а в течение времени 11-12 на второй канал блока 8 (фазочувствительный демодулятор 21 и блок формирования .23) сигналы с выхода фазочувствительных 30 демодуляторов 20 и 21(фиг, 3), представленные на эпюрах Оз 1 и Оз 2, поступают на входы блоков формирования 22, 23. С выхода блоков формирования поступают сигналы Озз, Оз 4 (фиг. 3), представляющие напряже ние прямоугольной формы, сдвинутые относительно друг друга в пространстве на 90 О, причем каждый импульс соответствует перемещению, равному ширине секции на чувствительном элементе, Такая Форма 40 необходима для построения известных преобразователей для измерения перемещений накапливающего типа - устройства, которое осуществляет измерение перемещения по подсчету количества импульсов, 45 сформированных измерительной схемой впроцессе перемещения чувствительного элемента.В простейшем случае блок определениянаправления движения 24 состоит из после 50довательно включенных 3 К-триггера, одновибратора, реверсивного счетчика и логического элемента НЕ, включенного между К-входом триггера и входом реверсивного счетчика.Блок работает следующим образом,Сигнал с блока 22 (Озз) фиг, 3 поступает на установочный вход триггера, сигнал с блока 23 (Оз 4) поступает на вход сброса триггера К, При движении чувствительного элемента в одном направлении сигналы сблоков 22 и 23 поступают поочередно и реверсивный счетчик осуществляют подсчетколичества импульсов, поступивших с блока22,Если направление перемещения изменяется, то изменяется порядок поступленияимпульсов и если в первом случае на выходелогического элемента была "1" и реверсивный счетчик суммировал входной импульсный сигнал, то теперь на выходе 10логического элемента устанавливается "0"сигнал и реверсивный счетчик осуществляет операцию вычитания.Таким образом на выходе реверсивного,счетчика появляется сигнал, однозначно определяющий величину перемещения чувствительного элемента,Диапазон измеряемого перемещенияпропорционален пб,где и - количество секций на неподвижном электроде, а б - ширина одной секции, поэтому, выбирая ширинуи количество секций, можно варьироватьдиапазон и точность рассматриваемого устройства в весьма широких пределах.25Формула изобретенияДифференциальный емкостной измеритель перемещений, содержащий секционированные потенциальный и токовый электроды, установленные в параллельных 30 плоскостях с возможностью относительного перемещения в направлении изменения площади их взаимного перекрытия и имеющие одинаковую ширину секций, расстоя. ния между которыми у одного из электродов равны ширине одной секции, а у другого электрода равны половине ширины одной секции, и предназначенные для подключения к секциям потенциального электрода источник питания переменного тока, а к секциям токового электрода - блок обработки сигналов, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что с целью увеличения диапазона измерений, он снабжен тремя коммутаторами, делителем частоты, усилителем и инвертором, усилитель и последовательно соединенный с ним первый коммутатор включены между секциями токового электрода, которые соединены параллельно, и первым входом блока обработки сигналов, к второму входу которого присоединен первый выход питающего генератора, делитель частоты присоединен входом к этому же выходу питающего генератора, а выходом - к уп равляющим входам трех коммутаторов, второй коммутатор присоединен своим входом к второму выходу питающего генератора непосредственно, а третий коммутатор присоединен к нему же через инвертор, выходы этих коммутаторов присоединены к соответствующим секциям потенциального электрода, которые соединены между собой с интервалами в три секции и образуют четыре группы секций.1813198 оставитель В,Павленкоехред М.Моргентал Пилипенко Редактор орр оизводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород. ул.Гагарина, 101 аэ 1595 Тираж ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СС113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5