Датчик линейных перемещений

9) БО ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЦТИРМПРИ ГКНТ СССР И И ТОРСНОМ ДЕТЕЛЬСТ ЕНИ к изм Бюл. Вполитехниин и В.В.088.8)е свидетелС 01 В 7свидетельС 01 В 7 ть испольных перемеанкостроеескии инстиСысоев ного ьство ССС 00, 1980. тво СССР 00, 1981. являетсядействиятчика одное п(56) АвторскоВ 979845, кл.АвторскоеМ 993004, кл,СОЮЗ СОВЕТСКИХСОРИА ЛИС ТИЧЕСНРЕСПУБЛИК щ) С 01 В 7/00 2(54) ДАТЧИК ЛИНЕЙНЫХ ПЕРЕМ (57) Изобретение относится тельной технике и может бы зовано для измерения линей щений в машиностроении, ст нии и других отраслях наро зяйства. Целью изобретения повышение точности и быстр измерений. При включении д счетчик 16 обнуляется и ис1597519Б, = Б зпю,ложение датчика считается начальным.Генератор 6 вырабатывает напряжениеопорной частоты, подающееся на пьезоэлемент 5, который приводит в возвратно-поступательное движение магнитоноситель 4 относительно считывающеймагнитной головки 3, закрепленйой наштоке 2. Магнитная головка 3 воспроизводит сигнал, записанный на магнитоносителе 4, и подает его через усилитель 7 на фильтр 8 выделения первойгармоники и второй фильтр 12 выделениявторой гармоники. С выхода фильтра 8выделения первой гармоники сигнал,пройдя через Фазосдвигающий блок 9 и1 Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения линейных перемещений в машиностроении,.станкостроении и других отраслях народного хозяйства.Целью изобретения является повышение точности измерений за счет возможности определения положения магнитной головки внутри одного периода записанного на магнитоносителе сигнала и повышение быстродействия за счет исключения необходимости циклического подсчета периодов сигнала, записанного на носителе, по сигналу импульса опроса, 35На Фиг, 1 приведена блок-схема датчика; на фиг. 2 - один из вариантов вычислителя; на Фиг. 3 - диаграммы, поясняющие работу датчика.1 40Датчик линейных перемещений содержит корпус 1, шток 2 с закрепленной на нем мганитной головкой 3, магнитоноситель 4, приводимый в возвратно- поступательное движение пьезоэлементомц 5, генератор 6, выход которого соединен с пьезоэлементом 5, усилитель 7 вход которого соединен с магнитной головкой 3, Фильтр 8 выделения первой гармоники, Фазосдвигающий блок 9,вход которого соединен с выходом Фильтра 8 выделения первой гармоники, ограничитель 10, вход которого соединен с выходом генератора 6, первый Фильтр 11 выделения второй гармоники, вход которого соединен с выходом ограничителя 10, второй Фильтр 12 выделения второй гармоники, вход которого соединен с выходом усилителя 7, первый первый синхронный детектор 13, подается на первый вход вычислителя 15.Сигнал с выхода второго фильтра 12 выделения второй гармоники через второйсинхронный детектор поступает на второй вход вычислителя 15. В вычислителе 15 определяется направление перемещения и дробная часть периода,записанного на магнитоносителе, соответствующая положению относительно него магнитной головки 3. Целочисленноезначение Б периодов, записанных намагнитоносителе 4 сигнала, образуетсяна выходе счетчика 16, подключенногок вычислителю 15. 3 ил. синхронный детектор 13, первый входкоторого соединен с выходом Фазосдвигающего блока 9, второй вход - с выходом генератора б, второй синхронный детектор 14, первый вход которогосоединен с выходом второго фильтра12 выделения второй гармоники, второйвход - с выходом первого фильтра 11выделения второй гармоники, вычислитель 15, первый вход которого соединен с выходом первого синхронногодетектора 13, второй вход - с выходомвторого синхронного детектора 14,счетчик 16, вход прямого счета которогосоединен с первым выходом вычислителя 15, вход обратного счета - с вторым выходом вычислителя 15, на третьем выходе вычислителя 15 присутствуетинформация о дробной части Х периодазаписанного сигнала на магнитоносителе 4, на выходе счетчика 16 - ин формация о целочисленном значении Ипериодов записанного на магнитоноситель 4 сигнала. Датчик линейных перемещений работает следующим образом.При включении датчика счетчик 16 обнуляется и исходное положение датчика считается начальным. Генератор 6 вырабатывает сигнал опорной частоты где Б, - амплитуда опорного сигнала;ы - частота опорного сигнала;С - время.Это напряжение подается на пьезоэлемент .5, который приводит в возврат 1597519/Л =- Л яз.ЭМ С = 1 э, Б яз.псо С,5где А =1 с П - дмплитудд перемещенияЭмдгннтоносителя 4;и) - частота перемещения;с - ремя;коэффициент преобразо Овдния,Иагнитая головка 3 воспроизводитзаписанный сигнал на магнитоносителе 4:записанный сигнал на магнитоносителе 4:П О 15и = - -пФ л Огяк соя(А яз.П 1,1 С + х)соя ЗС,30 где 1 оЩ 1(А),401 (Л ) . - Функции Бес 3селя.Усилитель 7 усиливает напряжениес магнитной головки 3 и на его выходе .сигнал имеет вид 45 ц= 1 ЗПЗ = -0 СОяХ (1 О(АД+1 т(Ао,) хсояиз с + (1,(А)+1 (А сояЗьос +..3-язпх 1.(1,(А ) +1 (А ) я 1 п 2 ю с + 50+(1(А) + 1 (А, яз.п 4 з с +Я, где 1;о - коэффициент усиления усилителя 7.фильтр 8 выделения первой гармоники выделяет составляющую с опорной частотой и на его выходе сигнал П = 1 сз 0 = 1 зП, ОЯК 11 о( )+(4 где ф - магнитный поток магнитоносителя 4; 20ф - амплитуда магнитного потокамагнитоносителя 4;А, - амплитуда перемещения магнитоносителя 4;х - положение магнитной головки 3;и - количество витков магнитнойГоловки 3оз - частота колебания магнитоносителя 4;с - время,Используя преобразование в рядФурье-Бесселя, получаютПо =. и фэА,соя х1 о(А ) сОярЗ С ++1 (А) соз с+1 (Ц сояЗэАз с+1 Щ созЗ.зс+1-я зп х 1,(1) я з.п 2 сэз с+1 (А) я п 2 Оз с +1 (А ) Я з.п 4 Ю С +1 я (А,) Я з и 4 э С+.Я,.ОЯ З С,где 1 - коэффициент передачи фильтразна основной частоте.Далее этот сигнал сдвигается пофазе на 90 с помощью фазосдвигаюцегоблока 9, навыходе которого получаютсигналЦ= -1 а 1 СЭ 11 зсозх 1 о(А)+1(Ао)соя(ос + 90)=-АР П сояхГЕ(А ) ++1 (А ) 3 яз.п сзсгде 1- коэффициент передачи фазосдвигающего блока 9. Первый синхронный детектор 13 детектирует синусоидальную составляющую-1 су 1 с 1 эц соях с 1 о (А,)+Хо(Ан)у где 1 - коэффициент передачи детектора 13.Вторая гармоника сигнала вьзделяется вторым фильтром 12 выделения второй гармоники:П = 1 йПз= 1 с з зпхс 1(А ) + 7 3 ф Ъ 1+ 1 з (Ар)3 81 п 24 зс где 1 с - коэффициент передачи фильтра 12.Синхронизирующий сигнал для второго синхронного детектора 14 образуется после ограничения опорного сигнала ограничителем 10 и фильтрации первым фильтром 11 выделения второй гармоники:П = П язп 2 ьзс,где П - амплитуда второй гармоникиВна выходе фильтра 11.На выходе второго синхронного детектора .14 получают сигналП = к 7 ЕПз язпх 1(А )+1 З(А )Я,где Е - коэффициент передачи детектора 14.Сигналы Б и П подаются на вычислитель 15, которыи определяет дробную часть перемещения внутри одного периода записанного на магнитоносителе 4 сигнала, например реализует после нормировки сигналов П и 11 функциюзюхХ = агссд( - в ),СОЯХУВычислитель 15 определяет направление перемещения датчика и в соответствии с этим выдает импульсы о целом50 числе периодов, пройденных датчиком,на прямой или обратный вход счетчика16 в зависимости от направления перемещения.Вычислитель 15 (фиг. 2) содержитпервый и второй компараторы 17 и 18,входы которых подключены к выходам .первого и второго синхронных детекторов 13 и 14, элемент 19 задержки, вход 10которого соединен с выходом второгокомпаратора 18, первый и второй элементы ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 20 и 21, первыевходы которых соединены с выходомвторого компаратора 18, второй входпервого элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 20соединен с выходом первого компаратора17,второй вход второго элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 21 соединен с выходом элемента 19 задержки, первый инвертор 22,вход которого соединен с выходомвторого элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 21,триггер 23 первый, стробирующий,вход которого соединен с выходомпервого инвертора 22, второй, информационный вход - с выходом первогоэлемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 20, первыйи второй одновибраторы 24 и 25, входыкоторых соединены с выходом второгокомпаратора 18 второй иннертор 26,вход которого соединен с выходом первого одновибратора 24, первый элементИ-НЕ 27, первый вход которого соединен с вторым выходом триггера 23,второй - с выходом второго инвертора26, второй элемент И-НЕ 28, первыйвход которого соединен с первым выходом триггера 23, второй - с выходомвторого. одновибратора 25, выход первого элемента И-НЕ 27 соединен с вхо 40дом прямого счета счетчика 16 (фиг.1),выход второго элемента И-НЕ 28 соединен с входом обратного счета счетчика 16, с выхода второго компаратора,18 и с выхода первого элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 20 снимается информацияо дробной части Х перемещения датчика,Вычислитель 15 работает следующимобразом,Напряжения Б и Б (фиг, 3) с выходов синхронных детекторов 13 и 14(фиг. 1) подаются ца первый и второйкомпараторы 17 и 18 вычислителя 15,которые преобразуют двухполярный сигнал в прямоугольные импульсы положительной полярности Ц,и Цпервый55элемент ИСКЛЮЧАЮЕЕ ИЛИ 20 формируетнапряжение Б, младшего разряда дробной части Х перемещения датчика, напряжение Н, является старшим разрядом дробной части Х перемещения. Элемент 19 задержки задерживает напряжение на время Г поэтому ца выходе второго элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 21 формируются импульсы У,з положительной полярности и длитеюп ностью с которые инвертируются первым ицвертором 22, и цапряжецие Б подается на стробирующий вход триггера 23. По фронту сигнала Б , т,е, при переходе сигнала из низкого в высокий логический уровень, происходит запись напряжения Б , подводимого к информационному входу триггера 23. В зависимости от направления перемещения датчика на фронт сигнала Б приходится низкий или высокий логйческий уровень напря" жения Б, который записывается триггером 23 и подается с прямого и инверсного его выходов.) ца элементы И-НЕ 27 и. 28. При этом разрешается прохождение импульсов Бали Б с выходов цнвертора 26 и второго одновибратора 25 только через один из элементов И-НЕ 27 и 28 на соответствующий вход счетчика 16. Одновибратор 24 запускается по перепаду напряжения Ц из высокого в низкое логическое состояние ца время, второй одцовибратор 25 запускается по фронту импульса Бт,е. по переходу сигнала из низкого в высокое логическое состояние, на время 2. Соответственно счетчик 16 подсчитывает или количество импульсов У с выхода элеЦмента И-НЕ 27, или количество импульсов 1 с вй;ода элемента И-НЕ 28. Количество импульсов равно количеству периодов записанного сигнала на магцитоносителе 4 и пройденных магнитнойголовкой 3 ври перемещении штока 2.Формула изобретенияДатчик линейных перемещений, содержащий корпус, шток, закрепЛенную на штоке магнитную головку, магцитоноситель с записанным на нем сигналом заданной плотности и счетчик, о т - л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности измерений и увеличения быстродействия, он снабжен генератором, ограничителем, вход которого соединен с выходом генератора, усилителем, вход которого соединен с магнитной головкой, фильтром выделе-.ния первой гармоники, вход которсч о1597519 Пгниг подключен к выходу усилителя,.первым фильтром выделения второй гармоники, вход которого соединен с выходом ог" раничителя, вторым фильтром выделе 5 ния второй гармоники, вход которого соединен с выходом усилителя, фазосдвигающим блоком, вход которого соединен с выходом фильтра выделения первой гармоники, первым синхронным 1 О детектором, первый вход которого соединен с выходом фазосдвигающего блока, а второй - с выходом генератора, вторым синхронным детектором, первый вход которого соединен с выходом второго фильтра выделения второй гармошцси, второй - с выходом первого фильтра выделения второй гармоники, вычислителем, первый и второй входы которого подключены соответственно к выходампервого и второго синхронных детекторов, первый и второй выходы вычислителя соединены соответственно с входамипрямого и обратного счета счетчика,магнитоноситель выполнен в виде линейки, закрепленной на пьезоэлементе,подключенном к выходу генератора, а магнитная головка выполнена в виде головки считывания,1597519 оставитель Ю. Петраковскийехред Л,Олийнык Ко Ре О. Юрковецк ектоР Н Король Заказ 3039ВНИИПИ Государ Подписно етениям и ткрытиям при ГКНТ 4/5 ушская на оизводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, у юна, 101 Ь д 1 Ъ 0 57 Тираж 502венного комитета по из113035, Москва, Ж,