Способ измерения линейных перемещений и устройство для его осуществления

.В.Н. Милют ство СССР 00, 1982. НЕЙНЫУ ПЕРЕЕГО ОСУЩЕСТ е свицет С 01 В ЗМЕРЕНИЯ ТРОИСТВОУ 1.116 (54) С МЕЩЕНИ ВЛЕНИЯ 57) Изобретен ельной техник относится к измерии может быть исполь- ационно-измерительных зовано. в инФорсистемах. Цельние диапазона обретения - расширеовышение быстродейтвия при изме чет выбора по осле включени нии перемещении заоянной интегрированипитания напряжение с СО 1 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМПРИ ГННТ СССР подвижного вывода 2 через клач 7 нусилитель 12 поступает на вход интсгратора 13. Под воздействием напряжения, снимаемого с резистивного датчика 1 с подвижным выводом и неподвгэкными выводами, интегратор заряжаетсядо максимального напряжения, Счетчикблока управления в период заряженияинтегратора подсчитывает количествоимпульсов, поступакнних от генератора,1(оличество импульсов счетчика блокауправления определяе-. длительностьпервого такта интегрирования. Послепереполнения счетчика блока угравления, регистр сдвига обеспечиваетпрохождение импульсов в счетчик 31 . момента открывания электронноголюча 9 интегратор разряжается от ши- В блока 5 питания, При равенстве1563729напряжений, подаваемых на компаратор 14 от шины С блока 5 и от интегратора, компаратор 14 обеспечивает срабатывание регистра сдвига, после че 5 го второй такт преобразования сигнала заканчивается и начинается третий такт интегрирования, в процессе которого на вхрд интегратора поступает напряжение с выхода шины С блока 5 10 и одновременно импульсы от генерато Изобретение относится к измерительной технике, в частности к преобразователям линейных перемещений, и мОжет быть использовано в информационно-измерительных системах.20Цель изобретения - расширение диапазона и повышение быстродействия при имерении перемещений за счет выбора постоянной интегрирования.25На Фиг 1 показана схема устройства для измерения линейных перемещений; н Фиг, 2 - вариант выполнения блока управления; на фиг. 3 - временная диаграмма формирования счетных импульУстройство содержит резистивный д тчик 1 с подвижным выводом 2 и не- и движными выводами 3 и 4. Неподвижнье выводы 3 и 4 подключены соответственно к шинам "0" и +А" блока 5 питания, который имеет шины В и С с отрицательным потенциалом относительно шйны 0", Подвижный вывод 2 через а 1 алоговый вход 6 электронного ключа 7, шина "В" блока 5 питания через а 1 алоговый вход 8 электронного ключа 9 и шина "С" через аналоговый вход 1 0 электронного ключа 11 подключены к входу усилителя 1 2 постоянного тока. К выходу последнего подключены последовательно соединенные интегратор 13, компаратор 14 и вход 1 5 блока 1 6 управления. К выходу интегратора подключен также нУль-оРган 17, выход которого подключен к другому входу 18 блока 16 управления. Вторые входы компаратора 1 4 и нуль-органа 1 7 соединены соответственно к шинам "С" и "О" блока питания. При этом полярность подключения к входу усилителя 12 и интегратора 13 выбирается таким образом, что на выходе интегратора ФОрмируется положительное напряжение ра поступают на счетчик 29. По достижении напряжения на выходе интегратора, равного нулю, срабатывает нульорган 17, происходит сдвиг регистра,после чего одновибратор обеспечиваетповторение цикла преобразования сигнала датчика 1, Входное напряжениеопределяется результирующим кодомсчетчиков 29 и 31 ., 2 с. и 1 з.п,ф-лы,3 ил,по отношению к нулевому потенциалу11 1шины О . Потенциалы на шинах "А" и И 1В равны и противофазны, а отношение потенциала "В" к потенциалу шины "С. равно числу И1. Блок 16 управления имеет шесть выходов 19-24. Первый выход 19 подключен к входу 25 синхронизации ключа 7, выход 20 - к входу 26 синхронизации ключа 9, а выход 21к входу 27 синхронизации ключа 11 . Четвертый выход 22 подключен к счетному входу 28 счетчика 29 младших разрядов, пятый выход 23 - к счетному входу 30 счетчика 31, а шестой выход 24 - к обнуляющим входам 32 и 33 каждого счетчика.Блок управления включает схему ИЛИ 34, регистр 35 сдвига, одновибратор 36, генератор 37, счетчик 38, первую 39, вторую 40 и третью 41 схемы И и вторую схему ИЛИ 42. Выход схемы ИЛИ 34 подключен к управляющему входу 43 регистра 35, пер". вый выход 44 регистра подключен параллельно к первому выходу 1 9 блока 16 и к первому входу первой схемы И 39, второй выход 45 регистра под,ключен параллельно к второму выходу 20 блока 1 6 и К первому входу второй схемы И. 40, третий выход 46 регистра подключен цараллельно к выходу 21 блока .16 и.к первому входу второй схемы, И 41, а четвертый выход 47 регистра Подключен к вХоду одновибратора 36. Выход одновибратора подключен параллельно к установочному входу 48 регистра 35, к установочному входу 49 счетчика 38 и к выходу 24 блока 16. Выход первой схемы И 39 подключен к счетному входу 50 счетчика 38, а выход генератора 37 импульсов подключен соответственно через схемы И 39-41 к входу 50 счетчика 38где интегрирования;Б- напряжение, снимаемое сподвижного вывода 2.Изменения Б,х считаются медленнее относительно длительности первого такта интегрирования, тогда(2) интбх После подсчета определенного количества импульсов на выходе счетчика 38 появляется лог. "1", которая че - рез схемы ИЛИ 34 и 42 поступает на управляющий вход 43 и вход 51 синхронизации регистра 35, обеспечивая тем самым сдвиг лог. "1" с выхода 44 на выход 45. С выхода 45 лог. "1" подается на вход 26 ключа 9 и первый вход схемы И 40. Через схему И 40 начинают поступать импульсы с частотой Г на выход 23 блока и далее на счетный вход счетчика 31 . Поскольку уровень лог. 1 сместился с одного выхода регистра на другой, то соответственно ключ 7 и схема И 39 закрыты для прохождения сигналов. С момента откры- вания ключа 9 начинается разряд интегратора 13 от шины В", полярность которой противоположна измеряемому напряжению. Разряд длится до поступления первого импульса с частотой .Г с момента срабатывания компаратора 14. Срабатывание компаратора выполняется при равенстве напряжений, подаваемых на компаратор 14 от шины "С" н от интегратора. В момент равенства напряжений компаратор 14 вырабатывает импульс, который через вход 15 подается на схему ИЛИ 34 и далее на управляющий вход регистраВ результате поступления управляющих сигналов лог. "1 " с входа 1 5 регистра сдвигается на выход 46. На этом второй такт преобразования сигнала заканчивается и поступление первого (после срабатывания) такта импульса с частотой Г, поступающего с выхода схемы И 40 на вход 51 синхронизации регистра запрещается. По окончании второго такта напряжение на выходе интегратора достигает вели- чины 1563729 и к выходам 22 и 23 блока 16. Выход счетчика 38 подключен к первым входам схем ИЛИ 34 и 42, а вторые входы этих схем подключены к второму входу 18 блока. К третьему входу схемы ИЛИ 345 подключен первый вход 15 блока 16, а третий вход схемы ИЛИ 42 подключен к выходу схемы И 40. Выход схемы ИЛИ 42 подключен к входу 51 синхронизации регистра 35.Способ реализуют следующим образом .При включении питания в одновибраторе вырабатывается импульс, поступающий на установочные входы регистра 35,15 счетчика 38 и счетчиков 29 и 31. При поступлении импульса на установочный вход регистра 35 на его выходе 44 устанавливается уровень лог.1", а на остальных выходах - лог. 0. При 20 поступлении импульса на установочные входы всех счетчиков они устанавливаются в состояние, когда на их выходе присутствуют лог, 0, Прн включении напряжение интегратора равно ну лю. Вследствие наличия на выходе 44 регистра 35 лог, "1", которая присут- ствует также на входе 25 ключа 7, после включения питания напряжение с подвижного вывода 2 через ключ 7 и 30 усилитель 12 поступает на вход интегратора 13. Под воздействием напряжения, снимаемого с датчика 1, ин - тегратор заряжается до напряжения Б,(на Фиг. 3 показаны два значения35 Пьх и Пв, причем диаграмма для1 ьхБх показана пунктирными линиями). Ключи 9 и 11 после включения закрыты для прохождения через них напряжений через входы 8 и 10, поскольку на входах 26 и 27 находятся лог. "0". Лог. с выхода 44 регистра 35 подается также на первый вход схемы И 39, чем обеспечивается прохождение импульсов с частотой й на вход счетчика 38. Та ким образом, с началом первого такта интегрирования напряжения резистивного датчика начинается одновременный счет количества импульсов, следующих с частотой на вход 50 счетчика 38. Количество импульсов, на которое рассчитан счетчик 38, определяет длительность Первого такта интегрирования;. В результате интегрирования на .выходе интегратора присутствует на пряжение С - постоянная времени интегратора;- длительность первого тактагде С-й, = Ю/Г - длительность второ" го такта,Б, - высокое опорное напряжение,снимаемое с шины В. Учитывая, что 11 = сопят, получим ннтии(А)Сг- СС поступлением лог. "1" на выход 10 ,46 регистра 35 начинается третий . такт интегрирования, в процессе которого через ключ 11 на вход интегратора поступает напряжение с выхода ши,ны "С" блока 5 питания и одновременно 5импульсы с выхода генератора 37 через .схему И 41 и выход 22 поступают на ход 28 счетчика 29. По достижении напряжения на выходе интегратора, равного нулю, срабатывает нуль-орган 17, 20При этом импульс поступает через вход18 блока 16 на третьи входы схем ИЛИ34 и 42 и далее на входы 43 и 51 ре 1 истра 35. Происходит очередной сдвигМог, "1" на выход 47 регистра, с которого сигнал поступает на одновибратор 36, срабатывание которого приводит к повторению цикла преобразоЙания сигнала резистивного датчика 1.С учетом того, что в конце третьего 30такта интегрирования напряжение наВыходе интегратора равно нулю, имеемфэ1инт 3 11 ннг1 Бо й, (5)"С" блока питания.Поскольку Б От = сопзС, то после под 40становки в (5), (4) и (2) имеем45(9)11 о 11 К Н,В (9) значение К М, = М = сопятемкость счетчиков 29 и 31, Таким образом,вх (К 11 г + 11 з)(10)11 от,е. входное напряжение определяется результирующим кодом перезаФиксированными счетчиками 29 и 31, Как следует из (10), весовое значение счетчика старших разрядов уменьшается на отношение двух опорных напряжений, а вес одного импульса счетчика младших разрядов равен значению высокого опорного напряжения, деленному на общую емкость счетчиков, регистрирующих результат измерения.Таким образом, на выходе одного счетчика оказывается эаФиксированное целочисленное эначение входной величины, а на выходе другого - доли целочисленного значения.Предлагаемые способ измерения линейных перемещений и устройство для его реализации обеспечивают оптимизацию между длительностью и быстродействием преобразований при заданной точности за счет выбора такой постоян. ной интегрирования , при которой достигается требуемая помехозащищенность и необходимое сокращение времени преобразования. В результате по сравнению с прототипом повьппается диапазон и быстродействие преобразования измеряемых линейных перемещений.Формула и з о б р е т е н и я1. Способ измерения линейных пере мещений, заключающийся в том, что ин тегрируют выходное напряжение резистивного датчика, включенного в цепь источника опорного напряжения, и по результату судят о перемещении, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью расширения диапазона и повьппения производительности измерений, интегрирование проводят за три такта, в первом такте интегрируют выходное напряжение реэистивного датчика, во втором такте интегрируют напряжение, противоФазное опорному, и при этом Фиксируют разность между проинтегрированными величинами до получения напряжения в К раз меньшего, чем опор 1563729ное, и длитель нос ть в то рог о так та интегрирования . путем записи в счетчик серии целых импульсов, следующих с частотой Г, в третьем такте интегрируют напряжение, противофазное и в К раз меньшее, чем опорное, и фиксируют при этом новую разность между значением сигнала в момент окончаниявторого такта и проинтегрированным значением сигнала в момент достижения нулевого значения напряжения и дли - тельность третьего такта путем записи серии импульсов в счетчик с такой же разрядностью, что и первый, но и в К раз меньшим отношением массы между разрядами, а величину перемещения определяют по значениям зарегистрированных счетчиками кодов. 1 О 15 202. Устройство для измерения линейных перемещений, содержащее резистивный датчик с подвижным выводом, двумя неподвижными выводами, блок питания, усилитель постоянного тока, интегратор и компаратор, неподвижныевыводы резистивного датчика соединенысоответственно с положительной и нулевой шинами блока питания, о т л и -ч а ю щ е е с я тем, что, с цельюрасширения диапазона и повышения производительности измерений, оно снабжено тремя электронными ключами, нульорганом, первым входом соединенным сним .блоком управления и двумя ш-разрядными счетчиками, выходы электрон 35ных ключей объединены и соединены свходом усилителя постоянного тока,выход которого соединен с входом интегратора, выход последнего соединенс первыми входами нуль"органа и компаратора, выход компаратора соединенс вторым входом блока управления,первый, второй и третий выходы которого соединены соответственно с синхронизирующими входами первого,второго и третьего электронных ключей, четвертый и пятый выходы блокауправления соединены соответственнос первыми входами ш-разрядных счет 50 чиков, шестой выход блока управлениясоединен с вторыми входами ш-разрядных счетчиков, выходы которых являются выходами устройства, подвижныйвывод резистивного датчика и отрицательные шины блока питания соединенысоответственно с аналоговыми входамипервого, второго и третьего электронных ключей, а нулевая и вторая отрицательная шины блока питания соединены соответственно с вторыми входаминуль-органа и компаратора,3. Устройство по п. 2, о т л и -ч а ю щ е е с я тем, что блок управления выполнен в виде двух схем ИЛИ,регистра сдвига, одновибратора, генератора импульсов, счетчика и трехсхем И, выход первой схемы ИЛИ соединен с управляющим входом регистрасдвига, первый выход которого является первым выходом блока управления исоединен с первым входом первой схемы И, второй выход регистра сдвигаявляется вторым входом блока управления и соединен с первым входом второйсхемы И, третий выход регистра сдвигаявляется третьим выходом блока управления и соединен с первым входом третьей схемы И, четвертый выход регистрасдвига соединен с входом одновибратора, выход которого является четвертым выходом блока управления и соединен с обнуляющим входом регистра сдвига и счетчика, выход генератора соединен со счетным входом счетчика через второй вход первой схемы И, свторыми входами второй и третьей схемИ, выходы последних являются соответственно пятым и шестым выходами блокауправления, выход счетчика соединенс первыми входами схем ИЛИ, вторыевходы которых объединены и являютсяпервым входом блока управления, третий вход первой схемы ИЛИ являетсявторым входом блока управления, выходвторой схемы И,соединен с третьим входом второй схемы ИЛИ, выход которойсоединен с вторым управляющим входомрегистра сдвига.101. аказ 1116НИИПИ Государственного комитет113035 Москва,Тираж 4 по изоЖ, Р 9 Подписноеетениям и открытиям при ГКНТ СССР ушская наб., д, 4/5