Устройство для измерения линейных перемещений

(19) (11) 01 В 7 00 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН е ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЬП К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТФ(71) Центральное конструкторское бюро с опытным производством АН Б лорусской ССР( 53) 621. 717: 531 .717(088. 8) .(56) 1. Авторское свидетельство СССР.697800, кл. С 01 В 7/00, 19792. Авторское свидетельство СССР Р 691680, кл. С 01 В 7/00, 1978 .( прототип ).(54)(57)1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ЛИНЕЙНЫХ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ, содержащее группу индуктивных измерительных преобразователей, коммутатор, блок управления, вычислительный и измерительный блоки; о-т л и ч а ю щ ее с я тем, что, с целью расширения диапазона измерений, оно снабжено формирователем тактов, реверсивным сдвиговым регистром, подключенным к первому выходу формирователя тактов, генератором синусоидального, тока, связанным с вторым выходом формирователя тактов, эталонным трансформатором, один из концов первичной обмотки которого связан с выходом генератора синусоидального тока, формирователем эталонных сигналов, подключенным информационным входом к вторичной обмотке эталонного трансформатора, группа индуктивных измерительных преобразователей выполнена в виде Х прямолинейных проводников, расположенных в одной плоскости параллельно один другому с заданным шагом, индуктивного датчика перемещений в виде катушки индуктивности, имеющей возможность перемещения отно.сительно проволников, одни концы всех проводников объединены.и подключены к второму концу первичнойобмотки эталонного трансформатора, вторые концы каждого из проводников соединены с соответствующим выходомкоммутатора, измерительный блок выполнен в виде цепи из последовательно соединенных аналогового ключа, интегратора и компаратора, одновибратора," вход аналогового ключа соединен с выходом индуктивного датчика, вход интегратора - с выходом формирователя эталонных сигналов, выход одновибратора подключен к установочным входам формирователя эталонных сигналов и интегратора, вход - к первому. выходу формирователя тактов Я и управляющему входу формирователя эталонных сигналов, блок управления :выполнен в виде совокупности генератора импульсов, двух элементов ЗИ, элемента 2 И, элемента 2-ЗИ/ИЛИ,и счетчика команд, выход генератора импульсов связан с входом формирователя тактов, вторым входом первого элемента ЗИ, первым и пятым входами элемента 2-ЗИ/ИЛИ первым входом второго элемента ЗИ, первый выход счетчика команд соединен с третьим и четвертым входами элемента 2-ЗИ/ИЛИ, первым входом первого элемента ЗИ и вторым входом элемента 2 И, второй выход счетчика команд связан с вторым и шестым входами элемента 2-ЗИ/ИЛИ и третьим входом первого элемента ЗИ, вход счетчика команд соединен с выходом компаратора, управляющим входом реверсивного сдвигового регистра и третьим входом второго элемента ЗИ, второй вход второго элемента ЗИ соединен с первым выходом формирователя тактов, первый вход элемента 2 И подключен к выходу второго .элемента ЗИ, вычислительный блок выполнен в виде двух счетчиков и блока деления, информационные .выходы счетчиков под1013734 ключены к соответствующим входамблока деления, тактовые входы первого и второго счетчиков соединенысоответственно.с выходами второгоэлемента ЗИ и элемента 2 И, синхровход блока деления связан с выходом первого элемента ЗИ, а реверсивный сдвиговый регистр своими. выходами соединен с соответствующими управляющими входами коммутатора.2 устройство по п. 1, о т л и ч,а ю щ е е с я тем, что Формиро" 1 Изобретение относится к измериТельной технике и может быть исполь зовано для измерения линейных перемещений.Известно устройство для измерения линейных перемещений, содержащее индуктивные датчйки, измерительный блок, коммутатор, вычисли" тельный блок и блок управления 13 Недостатком устройства является малый диапазон измерений, обусловленный нелннейностью датчиков при значительных перемещениях.Наиболее близким к Изобретению является устройство для измерения линейных перемещений, содержащее - группу индуктивных измерительных преобразователей, коммутатор, блокуправления, вычислительный и измерительный блоки2. 1 Недостатками устройства являются малый диапазон измерений, обусловленный нелинейным характером зависимости сигналов преобразователей от перемещения, а также конструктивная сложность изготовления строго ориентированных катушек индуктивности.Целью изобретения является расширение.диапазона измерений.Поставленная цель достигается тем, что устройство для измерения линейных перемещений, содержащее группу индуктивных измерительных преобразователей, коммутатор, блок управления, вычислительный и измерительный блоки, снабжено формирователем тактов, реверсивным сдви-.говым регистром, подключенным кпервому входу формирователя тактов,генератором синусоидального тока,связанным с вторым выходом формирователя тактов, эталонным трансформатором, один из концов первичной обмотки которого связан с выходом генератора синусоидального тока, формирователем эталонных сиг.налов, подключенным информационным ватель эталонных сигналов выполненв виде цепи из последовательно соединенных выпрямителя, интегратораи аналогового ключа, вход выпрямителя соединен с информационным, установочный вход интегратора - сустановочным, управляющий вход аналогового ключа - с управляющими входами, а выход аналогового ключа - с выходомформирователя эталонных сигналов. входом к вторичной обмотке эталонного трансформатора, группа индуктивных измерительных преобразова.телей выполнена в виде И прямолинейных проводников, расположенныхв одной плоскости параллельно одиндругому с заданным шагом, индуктивного датчика перемещений в виде катушки индуктивности, имеющей возможность перемещения относительно 1 О проводников, адни концы всех проводников объединены и подключенык второму концу первичной обмоткиэталонного трансформатора, вторыеконцы каждого из проводников соеди иены с соответствующим выходом коммутатора, измерительный блок выполнен в виде цепи из последовательно соединенных аналогового ключа,интегратора и компаратора, сбаВовиб ратора, вход аналогового ключа соединен с выходом индуктивного датчика, вход интегратора - с выходомформирователя эталонных сигналов,выход однОВибратора подключен к 25 установочным Входам. Формирователяэталонных сигналОв и интегратора,вход - к первому выходу Формирователя тактов и управляющему входуфоРМирователя эталонных сигналов, ЗО блок управления выполнен в виде совокупности генератора импульсов,двух элементов ЗИ, элемента 2 И, элемента 2-ЗИ/ИЛИ и счетчика команд,выход генератора импульсов связан З 5 с входом фоРмиРователя тактов, вторым входом первого элемента зЙ,первым и пятым входами элемента2-ЗИ/ИЛИ и первым входом второгоэлемента ЗИ, первый выход счетчикакоманд соединен с третьим и четвер-.4 Отым входами элемента 2-ЗИ/ИЛИ, первым входом первого элемента зй ивторым Входом элемента 2 И, второйвыход счетчика команд связан с вторым и шестым входамй элемента 45 2-ЗИ/ИЛИ и третьим входом первогоэлемента ЗИ, вход счетчика команд1013734 65 3соединен с выходом компаратора, управляющим входом реверсивного сдвигового регистра и третьим входомвторого элемента ЗИ, второй вхбдвторого элемента ЗИ соединен с первым выходом формирователя тактов,первый вход элемента 2 И подключенк выходу второго элемента ЗИ, вычислительный блок выполнен в видедвух счетчиков и блока деЛения,информационные выходы счетчиковподключены к соответствующим входамблока деления, тактовые входы первого и второго счетчиков соединенысоответственно с выходами второгоэлемента ЗИ и элемента 2 И, синхроввод блока деления связан с выходомпервого элемента ЗИ, .а реверсивныйсдвиговые регистр своими выходами. соединен с соответствующими управ-.ляющими входами коммутатора,Кроме того, формирователь эталонных сигналов выполнен в видецепи из последовательно соединенныхвыпрямителя, интегратора и аналого"вого ключа, вход выпрямителя соеди, нен с информационным, установочныйвход интегратора - с установочным,упруляющий вход аналогового ключа-.с управляющим входами, а выход аналогового ключа - с выходом Формирователя эталонных сигналов. На Фиг. 1 представлена блок-.схема устройства на фиг. 2 - блок-схема построения Формирователя эталонных сигналов.Устройство дляфизмерения линейных перемещенийфиг. 1) содержит группу индуктивных измерительных преобразователей в виде Й прямолинейных проводников 1 и индуктивного датчика 2 перемещений в виде катушки индуктивности, имеющей воз" можность перемещения относительно . проводников, генератор 3 синусоидального тока, эталонный трансформатор 4, первичная обмотка которого подключена к генератору 3 и объединенным концам группы проводников 1, коммутатор 5, подключенный выходами к соответствующим вторым концам проводников 1, измерительный блок в виде последовательно соединенных аналогового ключа 6, интегратора 7 и компаратора 8, одновибратора 9, выход одновибратора 9 связан с установочным входом интегратора 8, блок управления в виде совокупности генератора 10 импульсов, первого 11 и второго 12 элементов ЗИ, . элемента 13 2 И, элемента 14 2-ЗИ/ИЛИ и счетчика.15 команд, генератор 10 импульсов соединен с первым ипятым входами элемента 2-ЗИ/ИЛИ вторым входом первого и первым входом вто-, рого элементов 2 И, первый выход 1 счетчика 15 команд, соответствующий старшему разряду, соединен с входами первого 11 элемента ЗИ, элемента 13 2 И и элемента 14 2-ЗИ/ИЛИ,второй выход, соответствующий млад-,шему разряду, связан с.входами элементов 14 и 10, вход счетчика 15 5 команд соединен с выходом компаратора 8.Устройство содержит также вычислительный блок в виде первого16 и второго 17 счетчиков, соединен 1 О ных с блоком 18 деления, установочные входы первого 16 и второго 17счетчиков связаны соответственно свыходами второго элемента 12 ЗИ иэлемента 13 2 И; синхроввод блока18 деления подключен к выходу второго 11 элемента ЗИ. Коммутатор 5управляется сигналами с выхода сдвигового регистра 19, который, всвою очередь, подключен к формирователю 20 тактов, связанному вторым своим выходом с генератором 3синусоидального тока, а .входом -с генератором импульсов, формирователь 21 эталонных сигналов под-ключен информационным входом к 25 вторичной обмотке эталонного трансФорматора 4, управляющим входом -к первому выходу Формирователя 20тактов.формирователь 21 эталонных диг О налов фиг. 2) содержит цепь изпоследовательно соединенных выпрямителя 22, интегратора 23 и аналогового ключа 24", вход выпрямителяподключен к информационному входу З 5 Формироватрля, выход аналоговогоключа - к выходу формирователя, управляющий вход аналогового ключасвязан с управляющим входом формироватеЪя, а установочный вход ин .тегратора - с установочным входомФормирователя. Устройство работает следующимобразом.При нажатии оператором .кнопки 45 "Пуск" ( не показана) сигнал начальной установки устанавливают в на- .чальное состояние первый 16 и второй 17 счетчики, делитель 18 и записывает единицу в младшие разряды 5 О счетчика 15 команд и реверсивногосдвигового регистра 19. Импульсыс генератора 10 импульсов поступаютна формирователь 20 тактов, где .происходит их деление-на устайовленныйкоэффициент. В первый полупериодтакта опроса отдельного проводника1 из группы проводников при этомпроводники можно рассматривать какодновитковую катушку индуктивностис радиусом бесконечности) с форми-.6 О рователя 20 тактов синхронизирующиеимпульсы поступают на генератор 3синусоидальнога тока, вырабатывающий синхронные синусоидальные сиг-,налы тока, протекающие в каждом проводнике 1 .группы проводников. Од 101 З 7 З 410 Как только синусоидальные сигналы с генератора 3 синусоидального тока поступят в тот проводник из 45 группы проводников, ток в котором возбудит в индуктивном датчике 2 перемещений в первые полупериоды синусоидальных колебаний сигналы положительной полярности, на.выходе компаратора 8 появится единичный сигнал. При этом на интеграторе происходит накопление проинтегрировайных положительных сигналов с индуктивного датчика 2 перемещений в первую половину такта опроса, причем в конце половины такта ампли.туда на выходе интегратора 7 соответствует расстоянию от индуктивного датчика 2 перемещений до выбранного пРоводника из группы проводников. 60 Во второй половине этого такта едц ничный сигнал с выхода формирователя 20 тактов разрешит поступление эта" лонного сигнала, полученного в пер вой половине такта с формирователя5.Яовременно единичный сигнал на выходе младшего разряда, нулевой - на выходе старшего разряда счетчика 15 команд разрешают прохождение первых полупериодов прямоугольных импульсов с генератора 10 импульсов через элемент 18 2-ЗИ/ИЛИ на управляющий вход аналогового ключа б, разрешая, тем самым, поступление первых полупериодов синусоидальных колебаний, наводимых в индуктивном датчике 2 перемещений, в интегратор 7, одновременно с этим синусоидальные сигналы, снимаемые со вторичной обмотки эталонного трансформатора 4, поступают в фор мирователь 21 эталонных сигналов, где происходит их накопление в первую половину такта опроса отдельного проводника группы проводников.Сигнал с выхода интегратора 7 поступает на вход компаратора 8, где происходит его сравнение с,нулевым уровнем. До тех пор пока на интегратор 7 поступает с индуктивного датчика 2 перемещений в пер- вый полупериод каждого синусоидального колебания отрицательный сигнал на выходе компаратора 8 присутствует нулевой сигнал. При этом ре" версивный сдвиговый регистр 19 сдвигает единииу, записанную в на чале определенияперемещения, в младший разряд по переднему фронту второго полупериода такта опроса отдельного проводника группы проводников в сторону старших разрядов. 35 В конце каждого такта по отрицательному фронту, поступающего с формирователя 20 тактов, одновибратор 9 переводит интегратор 7 и формяро- . ватель 21 эталонных сигналов в на- . 40 чальное состояние. 21 эталонных сигналов на интегратор 7. С этого момента амплитуда на выходе интегратора 7 начнет линейно уменьшаться, одновременно с этим единичные сигналы на выходах компаратора 8 и формирователя 20 тактов разрешат поступление тактовых импульсов с генератора 10 импульсов через второй элемент 12 ЗИ на первый счетчик 16.Компаратор 8 сохранит единичный сигнал на выходе до тех пор, пока сигнал на выходе интегратора 7 не . станет маньше нулевого уровня. После появления нулевого сигнала на выходе компаратора 8, импульсы перестанут поступать через второй элемент 11 ЗИ в первый счетчик 16, и, тем самым, в последнем зафиксируется код, соответствующий времени линейного изменения сигнала на вы- . ходе интегратора 7 от уровня, соответствующего расстоянию между индуктивным датчиком 2 перемещений и выбранным проводником, тем самым, код, зафиксированный первым счетчиком 16, буде соответствовать определяемому расстоянию.Так как в момент перехода из нулевого состояния в единичное сигнала, поступающего из формирователя 20 тактов в реверсивный сдвиговый регистр 19, на последний с компарато-. ра 8 поступает единичный сигнал, реверсивный сдвиговый регистр 19 перейдет в предыдущее состояние. Кроме того, отрицательный фронт сигнала на выходе компаратора 8 переведет счетчик 15 команд в следующее состояние, при котором на выходе младшего разряда будет нулевой уровень, а на выходе старшего - единичный.В следующем такте произойдет определение расстояния от индуктивного датчика 2 перемещений до проводника смежного с выбранным на предыдущем такте. При этом сигналы, наводимые в индуктивном датчике 2 перемещений, будут иметь полярность, обратную сигналам, получаемым в предыдущем такте, поэтому инвертированный сигнал с выхода младшего разряда и единичный сигнал с выхода старшего разряда разрешает прохождение инвертированных сигналов генератора 10 импульсов через элемент 14 2-ЗИ/ИЛИ на управляющий вход аналогового ключа б, тем самым с индуктивного датчика 2 перемещений в интегратор 7 будут поступать положительные сигналы второй полуводны синусоидальных колебаний,. Во время линейного уменьшения сигнала на выходе интегратора 7 одновременно с записью в первый счетчик 16 импульсов, число которых соответствует расстоянию от индуктивного датчика перемещений до фиксированного проводника, единичный сигнал.на выходе старшего разряда счетчика 15 команд разрешит запись этихимпульсов через элемент 13 2 И вовторой счетчик. При-появлении нулевого сигнала на выходе компаратора 8 счетчик 15 команд перейдетв следующее состояние, в первомсчетчике 16 будет зафиксирован код,соответствующий расстоянию междудвумя смежными проводниками группы,а во втором счетчике 17 - код, соответствующий расстоянию от индук.тивного датчика 2 перемещений дофиксированного проводника из группы проводников,Единичный сигнал на выходах.младшего,и старшего радрядов счетчика 15 команд разрешит прохождение импульсов генератора 10 имнуль сов через первый элемент. 11 ЗИ насинхронизируюший вход делителя 18,по этим импульсам делитель осуществит деление содержимого второгосчетчика 17 на содержимое первогосчетчика 16 с коэффициентом, равнымточному расстоянию между проводниками. После окончания деления код,полученный в делителе 18, совмест-.но с кодом на реверсивном сдвиговом,регистре, определяющем выбранныйпроводник группы 1 нндуктивностей,точно определяет положение индуктивного датчика 2 перемещений относительно первого проводника группы.Формирователь 21 ( фиг. 2) эталонных сигналов работает следующим,;образом.Синусоидальные сигналы, поступающие на информационные входы формирователя 21 эталонных сигналов, выпрямляет. выпрямитель 22, выпрямлен-ные сигналы поступают на интегратор 1023, где происходит их накопление синтегрированием в первую половинутакта опроса каждого проводника изгруппы проводников, во вторую половину этого же такта сигнал с уп раВляющего входа формирователя 21эталонных сигналов открывает аналоговый ключ 24 и постоянный сигнал,накопленный на интеграторе 23 черезаналоговый ключ 24, поступает на ро выход формирователя. 21 эталонныхсигналов.Устройство позволяет значительноувеличить диапазон измерения линейных перемещений без усложнения кон-,струкции за счет выполнения группыИндуктивных измерительных преобразователей в виде параллельно расположенных прямолинейных проводников сперемещающимся относительно них 30 датчиком в виде катушки индуктивности.