Устройство для преобразования перемещений

)1 С 01 номитет ссср ний и отнрыти веннц изов е ГОСУДАРСпо делсмечувствител щениям яко чувствител обмоткой, встречно с ьнос нерабо набжен третьим третьей овательвторым ленин я, оно ным эл енто нои после обмоткой юч торои орем, с ещенны мого п в напра преобразу тельно пе емещени ря, бло огового тносиотбор гнала,ого и запоминания анал видетельство СС1 В 7/00, 1980 вторское 9, кл. С п),люченным между вых ряжения,тактового ходом ус и в ключ ит иным матора вого генесчетчика. повьпп ПИСАНИЕ ИЗ(71) Отдел физики и математикиБашкирского филиала АН СССР(56) 1. Федотов А.В. Расчет и проектирование индуктивных измерительныхустройств, М., "Машиностроение",1979, с. 43 и 45, 133-134, рис. 8 би 52 в 2. А 1 Ф 87731 (протот (54)(57 ВАНИЯ П два чув ками, п источни литель, последо первой нения и) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРЕОБРАЗОЕРЕМЕЩЕНИЙ, содержащее якорь, ствительных элемента с обмотоследовательно включенные к питания и управляемый усивыход которого подключен к вательно-встречно соединенным и второй обмоткам, блок сраввычислительный блок, о т л и е е с я тем, что, с целью ия точности за счет снижения информационные входы которого подключены к первой и третьей обмоткам,а выход - к первому входу блока сравнения, второй вход которого подключенк второй обмотке, счетчиком, вычитающим вход которого подключен к выходублока сравнения, а выход - к входувичислительного блока, тактовым генератором, выход которого подключен кустановочному входу счетчика генератором линейно изменяющегося наптора и управляп 1 щими элементом задержежду выходом тактои управляющим входомИзобретение относится к техникеизмерительного преобразования перемещений с применением электромагнитных чувствительных элементов и можетбыть использовано в системах управпения, контроля и измерения различныхфизических величин,Известно устрайстно для преобразования перемещений, содержащееисточник ййания,;,якорь, чувстви Отельные элемент гобмотки которых.включены н мостЬФую схему, содержа 1 дую также компецса 11 ианные элементы Г 1 1Однако,изнестное устройствохарактеризуется низкой точностью 15преобразования, обусловленной наличием значительной чувствительности кнерабочим смещениям якоря,11 яибапее близким к изобретению потехнической сущности является устрой ство длл преобразования перемещений,содержащее якорь, два чувствительныхэлемента с обмотками, последовательновключенные источник питания и управляемый усилитель, выход которого под ключен к последовательно-встречнасоединенным тгервой и второй обмоткам,вычислительный блок сравнения, одиниз нходав которого подключен к источнику опорного напряжения, другой - к ЗОобмотке чувствительного элемента, явыход - к упрянллющему усилителю 121,11 едастаток данного устройства заключается н низкой точности преобразования, что обусловлено наличиемзцячительцай чувствительности к нерабочим смещениям якоря,Цель изобретения - повышение точности преобразования за счет снижениячувствительности к нерабочим смешециям 4 Оякоря,11 оставлеццяя дель достигается тем,: то устройство для преабразовацияперемещений, содержащее якорь, двачувствительных элемента с обмотками,последовательно включенные источникпитания и управляемый усилитель, выход которого подключен к последовательно-встречно соединенным первойи второй обмоткам, блок сравнения 50и вычислительный блок, снабженатретьим чувствительным элементам стретьей обмоткой, включенной последовательно-нстречно с.втарой обмоткой,вторым якорем, смещенным н цапрявлении преобразуемого перемещения отно-.сительно первого якоря, блоком отбораи запоминания аналогового сигнала,инфармяциоцньге входы которого подключены к первой и третьей обмоткам,а выхадьг - к первому входу блокасравнения, второй вход которого подк.лючен к второй обмотке, счетчиком,вьгчитающий вход которого подключен квыходу блока сравнения, а выходк входу вьгчиспительцога блока, тактовым генератором, вьгхад которого подключен к установочному входу счетчика,генераторам линейно изменяющегосянапряжения, включенным между выходомтактового генератора и упранляк)щимвходом усилителя, и элементом задержки, включенным между выходам тактовогогенератора и управляющим входом счетчика.11 я фиг, 1 изображена блок-схемапредлагаемого устройства; на фиг, 2зависимости уг авцей выходных разнастцых сигналов обмоточных пяр атрябачега перемещения х,Устройство содержит источник 1питания переменного тока, которыйчерез управляемый усилитель 2 связанс последовательна-встречно нклю генными первой 3, второй 4 и третьей 5 обмотками соответственно летваго 6, второго 7 и третьего Я чувствительных элементов с цеподвижггыгпз ферромагнитными сердечниками, 11 адвгакцаячасть устраистна состоит из первого 9 и второго 10 якорей, выполненных их мягцитоцроводного материала, скреплеццых перемычкой, обеспечивающей их взаимное смещение в направлении преобразуемого перемещения, обмотки 3 и 4 образуют первую обмоточную пару я обмотки 4 и 5 - вторую, Устройства содержит также блок 11 срявценил, блок 12 отбора и запаж- цяция аналогового сигнала, информационные входы которого соединены с первой обмоточной парой 3 и 4, а выход падк;гючец к первому входу блока 11 сравнения, к второму входу каторага подключена вторая обмоточная лара 4 и 5, счетчик 13, вычитающий вход которого подключен к выходу блока 11 сравнения, тактовый генератор 14, подключенный к управляющему входу блока 12 отбора и запоминания аналогового сигцяла, генератор 15 линейно изменяющегося напряжения, подключенный входом к выходу генератора 14, элемент 16 задержки, включенный между выходом генератора 14 и управляющим входом счетчика 13,11673и вычислительный блок 17, подключенный к выходу счетчика 13.Устройство работает следующимобразом.Амплитуду 1 переменного тока 51 = 1 соз 27 Е (Г-частота тока,питающего обмотки 3-5) периодическиизменяют путем подачи на управляющийвход управляемого усилителя 2 выходного напряжения П генератора 15, 1 Осинхронизируемого тактовым генератором 14, соответственно изменяетсяи напряжение переменного тока, прикладываемое к обмоткам 3-5. Выходнымимпульсом Б генератора 14 начинают 15очередной цикл преобразования дли."тельностью Тц. В пределах рабочегохода длительностью Т генератора 15амплитуда 1 тока, питающего обмотки3-5, линейно убывает(соответственно 20линейному изменению выходного напряжения генератора 15),1,(Е)=-8(то-Е), О- То (1)где я в ,коэффициент пропорциональности, определяемый элементами схем источника 1 питания, генератора 15 и управляемого усилителя 2,В момент с = 0 начала очередногоцикла преобразования 301(0) =1,=8 ТО,Отсчет рабочей координаты х подвижной части привязан к положениюпервого якоря 9. Для определенностивеличина взаимного смещения подвижнойчасти первого 9 и второго 10 якорейпоказана на фиг. 1 равной расстояниюот центра пары чувствительных элементов 6 и 7 до центра чувствительногоэлемента 7, а. значение х = О, зависящее от конкретных соотношенийразмеров и значений электромагнитныхпараметров чувствительных элементов6-8, от расстояний между ними, атакже между первым 9 и вторым 10 яко рями, отнесено к центру пары, содержащей первый 6 и второй 7 чувствительные элементы (фиг. 1),Работа устройства рассматривается для координаты х подвижной части, В 50 момент, когда токимеет максимальную амплитуду 1 О, с выводов первой обмоточной пары 3 и 4 снимают разность напряжений переменного тока Бз с амплитудой Ч на встречно 55 включенных обмотках 3, 4, а с выводом второй обмоточной пары 4,5 - разность напряжений переменного тока Пс амплитудой Ч на обмотках 4 и 5, При этом, как видно из схемы включения обмоток 3" 5, а также расположения чувствительных элементов 6-8 и якорей 9 и 10 (фиг. 1), первая и вторая обмоточные пары имеют обратные одна относительно другой зависимости своих выходных .разностных напряжений от перемещения подвижной части. В интервале 0 4 х с 2 И линейной апроксимации эти зависимости имеют видЧ = -1 КХ +21,КУ3+(2)Ч ФГ 1 оКХ(3)где И - координата подвижной части,соответствующая равенствувыходных напряжений первойи второй обмоточных пар приодинаковых значениях питающего их тока, т.е, для Х = Усправедливо равенствоз "ФК " коэффициент пропорциональности, определяемьй размерамичувствительных элементов 6-8,якорей 9, 10, а также ихэлектромагнитными свойствами,Величина коэффициента К = К(д"у)зависит о поперечных смещений дподвижной части, изменяющих номинальный зазор д;,между неподвижнымисердечниками чувствительных элементов 6 - 8 и якорями 9 и 10, Следовательно, согласно выражениям (2), (3),напряжения Б, 0 и их амплитудыявляются зависимыми не только отвеличины рабочих перемещений ипитающего тока, но и от поперечныхсмещений подвижной части(Х, , 1 ),Ч=Ч (Х, д, 1),Зависимости Ч+ (Х, д" 1 о)Ч (Х, ю, 1 О) при фиксированном нерабочем смещении о= сопя графически изображены на фиг. 2 сплошньии линиями; штриховыми линиями показано, что при изменении (для определенности соответствующем уменьшению зазора между чувствительными элементами 6-8 и якорями 9, 10) величины поперченого смещения Р с сд положение укаэанных графиков меняется. Поперечные нерабочие смещения могут происходить в любых направлениях любых показателей, перпе 1167417дикулярных рабочей оси х например вплоскости ( 1 р х р1) Поскольку в момент начала очеред" ного цикла преобразования амплитуд 5 ное значение питающего тока 1 р максимально, наибольшими для данной рабочей координаты хя (а также для имеющегося в данный момент нерабочего поперечного смещения ду,7 подвижной части) оказываются и уровНи 034(хр д у р 1 О) - П 34 о(х руг 1,р) = П 40 (фиг2)Выходное напряжение первой обмоточной пары И 5 дискретизируют, подавая на управляющий вход блока 12 выходной импульс тактового генератора 14, когда величина амплитуды питающего тока . имеет максимальное значение, Дискретиэированный уровень 04 поддерживают затем на выходе блока 12 или, что то же самое на первом входе блока 11 сравнения, неизменным.Это постоянное напряжение сравнивается с переменным выходным напряженисм П 45 второй обмоточной пары, подаваемым на второй вход блока 11 сравнения. Поскольку в момент дискретизации амплнтуда 1 (г.) выходного напряжения второй обмоточной пары превьпцает постоянный уровень П 340 (Фигф 2) для всех Х 1 7 (в точке Х = Ж имеет место равенство Б = Ц ), то при линейном35 уменьшении выхоцного напряжения генератора 15 и соответствующем ему снижении амплитуды питающего тока 1 в интервале времени от= О 2до моментасравнения Ч 4(с)40 = П, блок 11 сравнения выдает, 3 Нимпульсные сигналы Ут с частотой Г питающего токаТаким образом результат сравнения выделяется в ниде временного интер 45 вала 1:х заполненного импульсами(4)- пх Тгде Т 1/Г - период тока. ;и- число импульсов, поступивших от блока 11 сравнения на вход счет чика 13 от момента дискретизации до момента сравненияПосле того, как амплитуда Чстанет меньше дискретизированного напряжения П , изменений выходных 55 состояний блока 11 сравнения происходить уже не будет, и поступление импульсов в счетчик 13 прекратится, Если подвижная часть находится в положении х= Ур то в момент С = О уровни У 4 и Улр уже оказываются равными друг другу, и их сравнение происходит одновременно с дискретизацией напряжения У , т.е,= О и и = О.Равенство подаваемых на входы блока 11 сравнения напряжений 034 иЗ 4 о Цв момент еъ О выражается с помощью соотношений (2), (3) следующим образом 1 1 с ( сну)х= -11 с(д ц,)х+(6) яТ,где Ь == --- постоянная вели 2 Т чина, выражаемая через известныезначения То, Тр.Число выходных импульсов пх блока11 сравнения подсчитывается с помощьюсчетчика 13. Поскольку для определения координаты подвижной части необходимо не просто подсчитать это чис.ло, а произнести ариФметическиеоперации, предусмотренные выражением(б), импульсы от блока 11 сравненияподают на вычитающий вход счетчика13, причем начальный момент очередного цикла преобразования, соответствующий выдаче выходного импульсатактового генератора 14, а счетчик13 по его установочному входу заносяткод единицы,После окончания рабочего ходагенератора 15 от элемента 1 б задержки, время задержки Фронта входногожпульса которого составляет Трна управляющий вход счетчика 13 поступает сигнал Цзанесения содержимого счетчика 13 - кода (1- Ьп)в вычислительный блок,17, где выполляется арифметическая операция деления числа 1 м на число (1-Ьп)р поступившее из счетчика 13. В результатена выходе вычислительного блока 17формируется число (код) Х 4 координаты подвижной части по оси рабочихперемещений,Во время нелинейного нарастаниявыходного напряжения генератора 15 откуда, используя выражения (1) и (4),определяют величину координаты подвижной части10 происходящего на интервале длительностью (Т-Т), завершающем цикл преобразования, амплитуды переменного напряжения Б вновь начинают превышать дискретизированный уровеньи блок 11 сравнения вновь выдает Моимпульсы в счетчик 13, Однако это происходит уже после того, как содержимое (1-Ьп) счетчика 13 быпо передано в вычислительный блок 17, а код единицы, заносимый в счетчик 13 по началу каждого нового цикла преобразования, устраняет из счетчика 13 содержащуюся в нем информацию, поступившую в интервале (Тч-Т). 15В следующем за описанным цикле (ТТц ) процесс преобраэования происходит аналогично. Разницей уровней напряжения 0 в интервалах (О-Т ) и (ТТ) условно показано возмож ное изменение рабочей координаты подвижной части в новом цикле преобразования, соответственно чему принимают новые значения длительность интервала, заполненного выходными импульсами блока 11 сравнения, а также амлитуды выходных напряжений Уд, П первой и второй обмоточных пар.Изфиг. 2 и выражения (6) видно, что рабочий диапазон преобразования соответствует участку И ( Х2 У. При необходимости нулевого отсчета результата преобразования в вычислительном блоке 17 после выполнения операций деления по формуле (6) предусматривается проведение, операции "уменьшать на И, что соответствует переходу к рабочей координате Х =Х-Я (т,е, Х= Х, - 10 и к рабочему диапазону преобразования ОХИ.Изобретение позволяет повысить точность преобразования перемещений за счет. устранения зависимости выходной величины от нерабочих смещений прдвижной части.1167417 1 р ставитель В. Николахред Ж, Кастелевич Коррек Редакт лемеш каз 4423/3 ираж 6 писное ВНИИПИ Государственног по делам изобретений13035, Москва, Ж, Рауш омитета СССоткрытий кая на бу дул) 0