Преобразователь перемещения в напряжение

, 7,бЬ И Изобретение вычислительной т пользовано, в час изводстве для о сварочных перем крупнбгабаритных процессе сварки,ванных с томатизи ных дефоЦель ние диапа нения пу режима р м контроля сваро ац ю изобретени зона измере тем обеспеботы преобр я является расширения и области примечения проходного азователя,ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ ИЗОБРК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(56) Авторское свидетельство СССРМ 1605309, кл. Н 03 М 1/24, 1985,Авторское свидетельство СССРМ 1156255, кл. Н 03 М 1/24, 1983.Авторское свидетельство СССРМ 1367813, кл. Н 03 М 1/24, 1985.(54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПЕРЕМЕЩЕНИЯВ НАПРЯЖЕНИЕ(57) Изобретение относится к автоматике ивычислительной технике и может быть использовано для контроля перемещений идеформаций. Целью изобретения являетсярасширение диапазона измерений и области применения за счет обеспечения проходного режима работы преобразователя.Для достижения поставленной цели в преобразователь, содержащий излучатель, коллиматор, анализатор, фотоприемник,формирователь импульсов начала отсчета,первый формирователь импульсов, первыйЙЯ-триггер, источник опорного напряжения, пять ключей, два интегратора, два устотносится к автоматике и ехнике и может быть истности, в сварочном проперативного контроля ещений и деформацийсварных конструкций в а также для создания ав)с Н 03 М 1/24 // О 06 О 7/22 ройства выборки и хранения, введены два токосъемника, усилитель-ограничитель, два формирователя, два счетных триггера, вгорой БЯ-триггер, активный участок анализатора выполнен в виде двух спиралей Архимеда, дополнительный - в виде сектора, В совокупности активные участки образуют фоточувствительный прозрачный слой, заключенный между прозрачными электродами и соединенный с кольцевыми контактами, электрически сопряженными с токосьемными. При вращении анализатора на выходе первого токосъемника (второй соединен с общей шиной) формируются два импульса, соответствующих основному и дополнительному участкам фотоприемника анализатора, которые селектируются Формирователями и одновибратором по каналам и управляют работой соответствующих ключей, посредством которых за время измеряемого перемещения осуществляется интегрирование выходного напряжения источника опорного напряжения, Устройства выборки и хранения формируют выходные напряжения, пропорциональные измеряемому перемещению, в течение и циклов измерения (цикл равен периоду "Вращения анализатора). При этом результат не зависит от эффективного радиуса опорного луча, 3 ил.На фиг. 1 приведена блок-схема преобразователя перемещения в напряжение; на фиг, 2 - выполнение диска анализатора, на фиг. 3 - временные диаграммы работы преОбразователя,Преобразователь содержит излучатель 1, коллиматор 2, анализатор 3, состоящий из диска с нанесенным на нем фотоприемником 4, формирователь 5 импульсов начала Отсчета, формирователи б - 8 импульсов,5 10 григгеры 9 и 10, токосъемники 11 и 12, усилитель-ограничитель 13, одновибратор 14,Элементы И 15, 16, триггеры 17 и 18, источник 19 опорного напряжения, ключи 20 - 24,интеграторы 25 и 26,. устройства 27 и 28 15Выборки-хранения,Формирователь 5 импульсов начала отсчета содержи излучатель 29, фотоприемник 30, диафрагму 31. Анализатор 3 состоитиз прозрачного диска 32. фотоприемника 2033, непрозрачной зоны 34, прозрачного сектора 35, кольцевых контактов 36, 37, прозрачных электродов 38, 39,фоточувствительного слоя 40, соединительных проводников 41, 42, отверстия 43 под 25ось, зоны 44 нечувствительности. Интегратор 25 содержит резисторы 45, 46, конденсатор 47, операционный усилитель 48,Интегратор 26 содержит резисторы 49, 50,конденсатор 51,. операционный усилитель 3052,На временных диаграммах (фиг. 3) обозначены следующие сигналы 53 - сигнал навыходе формирователя 5 импульсов началаотсчета; 54 - на выходе усилителя 13; 55 - 35на выходе формирователя 6; 56 - на выходефррмирователя 7; 57на выходе формирователя 8; 58 - на выходе одновибратора 14;59 - на выходе элемента И 15; 60 - на выходетриггера 17; 61 - на выходе триггера 18; 62 40- на выходе триггера 9; 63 - на выходетриггера 10; 64 - на выходе элемента И 16,Преобразователь работает следующимобразом,Излучатель 1, в качестве которого может быть использован геллий-неоновый лазер, с закрепленным на нем коллиматором2 устанавливают на неподвижной базовойоснастке и используют для задания опорного направления. Анализатор 3 и связанные 50с ним двигатель 4 и формирователь 5 началаотсчета, а также токосъемники 11 и 12 расположены в контролируемой точке объекта.При вращении анализатора 3 вокруг своей оси с угловой скоростью о) на выходе формирователя 5 начала отсчета возникает последовательность 53 импульсов Тно (фиг, 3) длительностью т а на выходе двухсекторного фотоприемника 33 после усилителяограничителя 13 вырабатывается последовательность 54 импульсов Т, За время одного оборота диска вырабатывается дваимпульса 54 в последовательности Т: первый импульс Т соответствует пересечению опорного луча радиальным секторомфотоприемника 33, а второй импульс Т -сектором, образованным спиралями Архимеда. Причем длительности импульсов Тсеки Тсп содержат основные постоянные компоненты 2 то и т, соответственно, а такжедополнительные компоненты, обусловленные конечным эффективным радиусом гопорного луча в плоскости анализатора. Этадополнительная компонента является источником методической погрешности преобразователя, поэтому ее необходимоскомпенсировать, Под эффективным радиусом опорного луча г понимается расстояниеот центра сечения луча до точки, интенсивность излучения в которой равна порогу срабатывания двухсекторного фотоприемника32 (фиг. 2). Из фиг. 2 видно, что дополнительными компонентами для импульсов Тесак является 2 т 1 =2 ар 1, а для импульсовТсп т 2 +гз =в(р + рэ)(точки В,. С и О, Есоответсгвуют точкам вхождения пятна излучателя в двухсекторный фотоприемникпри г- О), Интервалы времени между передними и задними фронтами импульсов Треки Тсп определяются выражениями, которыелегко могут быть получены из временныхдиаграмм фиг. 3,Ф =(йо+ю 1 - р 2).ф =( др - р 1 + рз - Ро ), (1)1где р - фазовый угол, про порционал ьн ыйполярной координате Р центра А опорноголуча в плоскости анализатора 3.Из фиг. 3 видно также, что интервалывремени между передним и задним фронтами Тсек и задним фронтом Тно определяютсявыражениями;Фр= - (рр+р+р,)1Ф = у ( тр р 1 - Ъ ) (2)где рр - фазовый угол, пропорциональныйполярной координате р .Из выражений (1) и (2) нетрудно получитьследующие соотношения:гР БЮ 2 (гР +гР +то) 2 (тэ - тг),Р Йф 2( Ручитывая, что - (гэ - г 2) =0 (поскольку2спирали Архимеда в точках захода пятнаопорного луча имеют практически равные параметры), получим:Хр -- ( Хр + Хр + Хо )1хр = - (хф+хф )1(3) Таким образом, из выражениий (3) видно, что погрешность измерения интервалов времени хр и х 1 не зависит от эффективного радиуса г пятна опорного луча в плоскости анализатора 3 при реализации данного алгоритма. Интервалы времени Тс(21 и ТуР формируются при помощи триггеров 9 и 10, устанавливаемых импульсами Тз и Т 5 соответственно и сбрасываемых импульсом Тр, Интервалы времени 44 и 45 (Тр и Тр 1 ) формируются при помощи счетных триггеров 17 и 18, на счетные входи которых подаются импульсы 56, 57, соответствующие передним и задним фрон- таМ Т 1 И Т 2 ИМПУЛЬСОВ Тла дВУХСтатОРНОГО фотоприемника 33. Длительность импульсов 58 (Тс) одновибратора 14, используемых для временной селекции импульсов Тсаи Тсп, выбирается из соотношения(4) Учитывая (4) и временные диаграммы на фиг, 3, видно, что импульс из Тр всегда соответствует заднему фронту импульса Тсак, Этот импульс используется для установки триггера 10 и триггеров 17 и 18, Импульс,64 (Тз) всегда соответствует переднему фронту импульса Тсак и используется для установки триггера 9,Известно, что полярные координаты контролируемой точки обьекта при использовании широтно-фазоимпульсного анализатора (2) определяются выражениями:р=2 ла;о=2 л (5) где а - постоянная спирали Архимеда. Подставляя (3) и (5), получимта +га , т,т+т и р =гха ф(6)Канал формирования координаты (р состоит из источника 19 опорного напряжения, ключей 20, 21; интегратора 25 и устройства 27 выборки-хранения. В каждом цикле работы канала осуществляются:интегрирование интегратором 25 выходного напряжения + Ео источника 19 опорного напряжения в течение интервалов времениимпульсов 46 и 47 (Т ф и Т оп ) через ключи 20 и 21 соответственно;интегрирование интегратором 25 выходного напряжения устройства 27 выборки-хранения в течение времени циклаимпульсов Тно =- 7(,О;5 выборка выходного напряжения интегратора 25 устройством 27 выборки-хранения в момент времени Тр,соответствующий заднему фронту импульсов Тно.Предположим, что перед началом преобразования напряжение на выходе устройства 27 выборки-хранения равно Он. Тогдапосле первого цикла это напряжение станетО 1 - (ХР +ХР +О;1 -Ео КЛ 1 Л, Кп Х(В 2 С ( У)где В 1 и В 2 - номиналы сопротивлений резисторов 45, 46 интегратора 25 по саответ 20 ствующим входам:С - емкость конденсатора 47 интегратора 25;Кп - коэффициент передачи устройства27 выборки-хранения.25 Аналогичным образом после п-го циклаинтегрирования(8)Последнее выражение состоит из двух частей; геометрической прогрессии, сходящейся при условии О1, и убывающего приэтом же условии члена ОнО, ИспользуяфоРмулу для суммы членов геометрическойпрогрессииО =(1 - О)тт(1 - О ) в устава=1вишемся режиме (и -9 ОО ), получим40 В х+хиО(а = 11 вт и = Еп ---- , (9)о,о В 2В 1Таким образом, если Ео - = 2 л, напряВ 245 жение на выходе устройства 27 выборкихранения будет пропорционально полярнойкоординате о контролируемой точки обьекта,Аналогичным образом работает канал50 формирования полярной координаты р,состоящий из источника опорного напряжения, ключей 27, 23, 24, интегратора 26 иустройства 28 выборки-хранения, В установившемся режиме, напряжение на выходеустройства 28 выборки-хранения определяется выражениемн, юа ю цВз хагде Е, --- 7 Г, а напряжение ОрпоопорциОнально полярноЙ коОрдинате,(э кон Гро" лируемОЙ тОчки Объекта,До)кно по 3(аззт ч)О необходимое лО циклОВ и для достижения заданной ОтнО- сител ьнОЙ п огре%ности преобразования )и ОпреД 8 ляется из Выражения3 пО(х)О ХПОлП =-1 П- --- + , (3;,)(П ОГДЕ 1 П 1 - ЦЕЛЯЯ ЧЯСТЬ ИСЛЗ.Д Л я "ч О Г р 6 3 3.3 Ог И .)( б-, эи л Ч И я 1 О,17, реально достижимое число циклов РЯВНО 4-ЕОР 2 ЧВ "1 ГГ 3 А Г О 3 ОЗУЛ 3. - ПрЕОбраЗОВЗНИя ПОЛучавтся За Одлн ЦИКЛ,2 Т)Поскольку 3;( =: 1 --- , то параметры интеграторов 25 и 26, Влияющ(38 ня показатель сходимости О, выбираюся одинаковыми 3,3( 3 и Сдля устознения н 80 днознзчности при получении результата измерения,При проходном режимеработы на од- НОМ ОПОРНОМ ЛУЧ 8 ПОСЛЕДОВЗТ 8 ЛЬНС ОЯСПО- ложенО нескОлы(О дзтчикОБ, позвол.":(ю 233 их ОСУЩ 8 СТВЛЯТЬ ОДНОВРВМВН 3 ЫИ КОНТРОЛЬ Положения н 8 скОльких точек Объекта Вдоль ОгнОЙ Оси б 83 применения дополните)Ьных устООЙств полупрозрз 3 ных Г 33)3 стиь 30 к, пентзпризм и т,п,3 для рзсе)деив Опорно Р луча по кол ьк) ь(с 32 Внял 3 чя о)я я 22 О . СЯ ПРОЗРЗЧНЫМ (фотОПР 28 МЬ 33 КГЯ 23 ж 6 МОЖНО С(38 ЛЗ Ь ПРОЗР)3 НЬ(М БЛЯ ОГ 30 , . ЛуЧЗ.3 рохо,НОЙ рЕХ(ИМ раб)От 3 И г 3.,Льучтся, нап рмер, Г)0 контроле устянпвк(я ли".нии Бялопроводов дви)кителей сидов,г- ОПИСЯННОМ УСТРОЙСТВ 6 СУБВС;Р ч:О сокра(лись ГЯбЯ)иы п(3 равнфъ 33 и" " ,4;- стным, поскольку (странен Т 1 б(;. ) Л)3.62):.) КОНДЕ НСОрОМ И .,3)г ОПрИР.",3 ч 2 К,)1 з я и и м а Би и з . з ч и пъ лн 3 е 2, е (" т О к 3 н",у;ЦИЯ ДЗТЧИКЯ ПРОСТИЛЯСЬ, ОН СТЯЛ ПЛОСЮ ООЛЕЕ удОбНЫМ Для УСТЯН)ВКБ тоуВНг лг- ГР П НЫХ МЕСТЯХ КОНТРОЛРУЕМОГО ООЬЕК Я.,ФормЛ ь 40(1 ПРд:у3 (реобразователь Г 38)6 меьцени. Б напря)кение, содержа(ци 33 излучатель, Оптиче" с к и с О Рд и н 8 3н ы Й ч е 0 8 я к О л л ит О ) а(чализаторп 33 .;)Рдине(н,)м с Об 2 ьеТг)3 фотОПРИВМНИК ПИФ(Р 3(24 ое )ИНЕНН,у ЗНЗЛИЗР) 0)Ом Пд)ВЬИ фООМИРО" Я Рль пульсоа начала Отсчета, Бы)сод котоврго ;од КЛ(ОЧСН К УПРЗБЛЯ 30(ЕЗЕМУ ВХОДУ П 6 ПБОГО КЛЮЧЗ И Ч 83)8 ПЕРВЫИ фОР)33 РОБЯ гг-яь,3. пульсов -" к управля)ОБ,им Входам 338 ОБОГО иО О у(" р 0336 В ВЫОО)К 3 И Храг 2"-И Ч ходь Которых являютс. Вьходами ГОСося эОБателя и подключены к 33 арвы"л Бхо,(3.":л первого и второго интеграторов ссответстБенно, первый ЙБ-триггер, БЬ 3 ход которого подключен к управляюдему входу Второго клочз, Вь)хОд которого подключ.,н к Второ(2 у 5 Входу первого интегратора, третий Вход которого подключен к Выходу третьего ключа, а Выход - к Входу первого устройства Вьборки и хакане)чия 3, четвертыЙ кл:оч, информационный Вход которого и инЬормационнь 28 Входы первого, Второго и третьего ключей СГ)ЕДИНЕНУ. С ВЫХОДОМ ИСП)ЧНИКЯ ОПОРНОГО 338"30 я)кения, пятыЙ 3(лО., БьКоды первого, "26 твертОГО и пя ТОГО .Г 3 ючей соединены с Бторь 3 М, третьим и чегвертым Входами Бтог,ГО 3,33.РГатОРд ООТБ,.1 (БРИН( ВЫХОД КО 0 РО гг) ГЗОДК Л Г)ЧР и К Б .О БУ БТО РОГО МСТООЙСТ(за Выборки и х)зн 8 ния, анализаГор БЫГ 2 ОЛНБН Б ВИ 38 Д 31 СКЯ., НЗ КОТООО " ВЫПОЛ 3 ЧЬ 3 Нюг)Р(гЧНЯЯ З)цаБи лъ г,1 п Ца 02,".) РЯНИЧЕНН)ГО ОКРУжНОСтЯМИ С ПагИУСЯМИ 2( и2( 3( И ИМРК)3 Ргг ПОРЗ 233 ЬЙ СаКТОР у 2 ловым Ояствооом б, Основнои яктиВчый ;Чад ток ВНУГРРННЯЯ С ОООЬЗР КОТОРОГО БЫ- пплненз В Биде спирал)1 Арх;";:=.Дя., дополни "А -3 тельыЙ яктивнь 3 Й участок, БьГ 2 олненныЙ Ввиде ОадиальноГО секто)з, сопряженного с и)Озрачным сектОром непрозрачноЙ зоны, О т л и ч а ю ш, и Й с я те( Что, с ел 20 раСЗБ 33 ЛрЕНИЛ Д 2 ляг)ЯЗ(",336 г(аме)62(ИЛ И ОбЛЗ3 от и и и и м Р -д 6 н и я и т Р . Р Ол( ч е н 2 А я проходг)еж Мя ра)о 3 ы 3 ре," орязоваел я В3 гО:,3)Я 362 ЧЫ:3 БЯ ТОКОСЬЕМНИК: - , УСИЛИТЕЛЬОГ;:63 И 3(3 Г 6 ЛЬПБЯ ;,)2)Р 3 ИРОБЯТБЛЯ ИМПУЛЬСОБДВЯ Яде)ентз И. ОдновибОзтор, два С 5;, 2 ЬХ ТРИ8 РЯ ВТОРОИ , 3 ТО 3/)ГС 8 Р 3 в 363(3 НЯЯ СтОРОна ОСНОВНОГО ЯКТИВНОГО УЧасткя "3 чл)2 изаторз Выполн ня Б Биде спиралИ у-,:)химедя, яквидистянтной Бн,трег 3 ней сто- БОНЕ ОСНОВНОГО ЗКТИВНОГО 3 ЧЯСТКЯ, ЯКТИВ НЬЙ уЧЯСтОК ИМЕЕТ НЯЧаЛО Б цЕНтрЕ дИСКа,ОЗЯБЗ 3)нт ПО ОЗДИУСУ 3( На УГОЛ 2 )ТОо и сог 2 л;(ен с неОзрячной зоноЙ и дополни "ельнь м ак) ивным участком, который имеетг;30 Язва)рота,"у), при ятом оба активныхч:.) уч;.2(тка явля 3 отся Фотокор 3 емни:.Ом., Оорззо;.- .:.л ")Оточу вот ви гельым слоем, нан 81.; М г, г. Х";:, 1;г; . я ГО О З О Я Ч Н Ь М ИЗ 36 КРОД )МИ, СОВЦИ 3363 н ЫМИ С КОЛЬ 2 БЫМИ .Онт:".;Ктаии яня 3 изатора, з)36 кт)ичРски со" 3)г)яжен:-2 ь)ми с токосьем 2 и)(ями, Выход перво (ТокосьемникЯ соединен с обЩВЙ . (32 ной, а Выход ь Гор;-. О токосьемникя через усилит 8 ль-ОГОяничи 8 ль соединен с Входами ОДНОвибратораВтороГО и ) р 8 тьего фора) мирователей им 33 ульсов, вь;ход второгоППМИ РОБЯ. РЛЯ ИМПУЛ Ь 2;); О:ДИ 338 Н С ОД- ним Бходаи первого яле;(ен)а И и счетным2,:3 ф ПБР. ОГ (ЧЕНОЗТ)ои; -Еоа ВЫХОДКС)т)РО О СБД(Нен С УПРЯВЛ 32ШИМ ВХОДОМчетвертого ключа и другим входом первого элемента И, выход которого подключен к одному входу первого Я 5-триггера, другой вход которого подключен к выходу первого формирователя импульсов и к одному входу второго ЯЯ-триггера, выход одновибратора подключен к одному входу второго элемента И, другой вход которого подключен к выходу третьего формирователя импульсов, а выход соединен с установочными входами счетных триггеров и другим входом второго ВЯ-триггера, выход которого подключен к управляющему входу третьего ключа, выход третьего Формирователя импульсов 5 подключен к счетному входу второгосчетного триггера., выход которых подключен к управляющему входу пятого ключа, информационный вход которого подключен к выходу источника опорного 10 напряжения.1681383 Составитель М, Сидороваактор А. Маковская Техред М.Моргентал Корректор М, М ишинец Заказ 3316 ВНИИПИ Госуда ХМ,4 5 Х(Тц Тираж 440 Подписноеенного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СС 13035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 ственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 101