Цифровой датчик линейных перемещений

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 7391 5 5 0 01 В 7/00,6 01 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИПРИ ГКНТ СССР ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ ЛЬ ТВ К АВТОРСКОМ(21) 4855878 (22) 29,06.90 (46) 07.06.92 71) Московс объединение (72) Г.Ф.Аст В,Н.Плахов (53) 531,84 (О (56) Авто рско М 721754, кл измерения, Поставленная цель достигается тем, что в цифровой датчик линейных перемещений, включающий две измерительные цепи, каждая из которых состоит из катушки индуктивности и конденсатора, включенных параллельно, дополнительно введен кварцевый генератор 1, соединенный через усилитель 2 мощности и трансформатор 3 с катушками индуктивности датчика 4, к которым подключен компаратор 5 напряжения, выходы которого связаны с ключами 8, Реверсивный счетчик 9, входы которого связаны с выходом второго кварцевого генератора 7 несущей частоты, соединен с буферной памятью 10, в которую записывается величина информации о величине перемещения, Чувствительность датчика регулируется изменением емкости дополнительного конденсатора, шунтирующего плечи дифференциального моста. 7 ил,.21аучно-произво ритель"Н,А.Брио, А,Вайчиков Бюл. Мкое н(54) ЦИФРОВОИ ПРЕОБ НЕЙНЫХ ПЕРЕМЕЩЕН (57) Изобретение относ измерительной технике, сти измерения неэлек электрическими методам пользовано в различных мерения величины пер изобретения является и РАЗОВАТЕЛЬ ЛИИЙится к контрольно- в частности к обларических величин и, и может быть исустройствах для иземещения, Целью овышение точности 4Изобретение оносится к созданию высокоточных приборов для измерения линейных перемещений и может быть использовано в любой отрасли народного хозяйства.Известен цифровой датчик линейных перемещений, содержащий генератор переменного тока, выход которого подключен к бифилярной обмотке, уложенной в пазы кодового элемента, выполненного в виде двухзаходного винта, два усилителя импульсных сигналов, выходы которых подключены через соединенные последовательно фазовый дискриминатор, триггер и формирователь счетных импульсов к входу двоичного счетчика, В устройство дополнительно введены две подвижные считывающие головки, выполненные в виде ферритовых пластин с пазами, шаг которых кратен шагу бифилярной обмотки.Недостатками данного устройства являются сложность конструкции и необходимость изготовления специальных элементов. например, двухзаходного винта с бифилярной обмоткой и подвижных считывающих головок, у которых шаг пазов должен быть кратен шагу бифилярной обмотки.Известен преобразователь линейного перемещения во временной интервал, содержащий постоянный магнит. укрепленный на объекте перемещения, два мультивибратора, индуктивно связанные с постоянным магнитом, генератор импульсов, элемент задержки и триггер.Данное устройство не обеспечивает точности измерения и имеет значительную погрешность преобразования при воздействии дестабилизирующих факторов, наг.ример, температуры,Известны индуктивные измерители перемещения, содержащие автогенератор, измеритель амплитуды и две измерительные цепи, состоящие из индуктивных датчиков и конденсаторов, в которых измеритель амплитуды подключен к точкам соединения датчиков с конденсаторами,Недостатками данных устройств являются наличие стрелочного измерителя амплитуды, вносящего дополнительную погрешность, и непостоянство выходного сигнала при изменении дестабилизирующих факторов, например, напряжения питания,Наиболее близким по технической сущности к и редлагаемому устройству является устройство для измерения приращений физических величин, содержащее генератор стабильной частоты, квадратурную цепь, состоящую из образцового элемента и последовательно подключенного датчика, блок 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 сравнения, подключенный к квадратурной цепи, и индикатор, которое снабжено тремя делителями частоты, элементом запрета, двумя реверсивными счетчиками, формирователь логического уровня, формирователем импульсов управления, триггером управления, коммутатором, двухполюсным коммутатором на два направления, источником управляющего напряжения, эталонным элементом, причем первый и второй делители частоты и элемент запрета подключен входами к генератору стабильной частоты, первый делитель частоты выходом соединен с первым входом блока сравнения, второй делитель частоты выходом соединен с обоими реверсивными счетчиками и вторым входом элемента запрета, элемент запрета выходом подключен к третьему делителю частоты, выполненному управляемым, первый реверсивный счетчик установочными выходами соединен с установочными входами третьего делителя частоты, который выходом соединен с датчиком и эталонным элементом, формирователи импульсов управления и логического уровня входами подключены к выходу блока сравнения, выход формирователя логического уровня подключен к второму входу первого реверсивного счетчика, выход формирователя импульсов управления через триггер управления коммутатором подключен к управляющему входу двухполюсного коммутатора, который входами первого направления подключен соответственно к датчику и эталонному элементу, а выходом - к второму входу блока сравнения, входами второго направления - к двум выходам источника управляющего напряжения, а выходом - к второму входу второго реверсивного счетчика, цифровым индикатором, подключенным к выходу второго реверсивного счетчика.Недостатком данного устройства является необходимость в эталонном и образцовом элементах, к параметрам которых предъявляются жесткие требования при тиражировании устройства и зависимость этих параметров от влияния дестабилизирующих факторов, например, температуры и времени,Одним из перспективных путей создания высокоточных приборов контроля перемещения - использование индуктивных преобразователей с цифровым отсчетом результата измерения.Цель изобретения - отказ от необходимости в образцовых и эталонных элементах и, следовательно, влияния дестабилизирующих факторов.Поставленная цель достигается тем, что цифровой преобразователь линейных перемещений содержит две измерительные цепи, каждая из которых выполнена из катушки индуктивности и конденсатора, включенных параллельно и составляющих дифференциальный мост, последовательно соединенных с усилителем мощности и трансформатором, включенных между выходом первого генератора и выводами катушек индуктивности измерительных цепей, и второй генератор, выходом подключенный к второму входу блока ключей, третий вход которого соединен с входом триггера и выходом блока сравнения, вход которого подключен к выходам измерительных цепей, а выходы блока ключей соединены соответственно с входами прямого и обратного счета реверсивного счетчика.На фиг,1 представлена блок-схема цифрового преобразователя линейных перемещений; на фиг,2 - электрическая принципиальная схема; на фиг.З - диаграммы работы преобразователя при центральном положении якоря по отношению к катушкам измерительных цепей; на.фиг.4 и 5 - диаграммы сигналов датчика при смещении якоря как в сторону одной, так и другой катушек; на фиг.6 - диаграммы, поясняющие алгоритм работы преобразователя; на фиг.7 - зависимость длительности выходных импульсов блока сравнения от смещения датчика от нейтрального положения,Цифровой преобразователь линейных перемещений (фиг.1) содержит последовательно соединенные первый генератор 1, усилитель 2 мощности, трансформатор 3, измерительный цепи датчика 4, блок 5 сравнения, триггер 6, второй генератор 7, блок 8 ключей, реверсивный счетчик 9 и буферную память 10.Цифровой преобразователь линейных перемещений работает следующим образом,Стабилизированные по частоте импульсы первого генератора 1 через усилитель 2 мощности и трансформатор 3 поступают на катушки индуктивности измерительных цепей датчика 4.Выходной сигнал датчика, представляющий синусоиду, поступает на блок 5 сравнения (компаратор напряжения) и в нем преобразуется в широтно-модулированный сигнал. Сигнал с блока сравнения поступает на блок ключей, вторые входы которых соединены с выходом второго генератора.В зависимости от выходного сигнала блока сравнения ключи подключают выход второго генератора с входами прямого или обратного счета реверсивного счетчика 9,5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 В конце периода в реверсивном счетчике остается разность числа импульсов, поступивших на входы, пропорциональнаявеличине перемещения якоря датчика отнейтрального, по отношению к катушкам,положения. В конце периода информация,записанная в реверсивный счетчик, переписывается в буферную память 10 и поступаетна индицирующее или регистрирующее устройство,Пример работы преобразователя линейных перемещений представлен на диаграммах, показанных на фиг.З - 5, а алгоритмего работы на фиг,6, На фиг.7 представленазависимость длительности выходных импульсов блока сравнения (компаратора напряжения) от смещения якоря датчика отнейтрального положения.На фиг.З представлены диаграммы работы при одинаковом расстоянии от якорядо катушек индуктивности П и Е 2 измерительных цепей датчика, При этом сигналОдат, снимаемый с плеч дифференциальногомоста, представляет симметричную, по отношению к нулевому уровню, синусоиду,Блок сравнения, представляющий собой компаратор напряжения, преобразуетсинусоидальный сигнал в импульсный и выдает импульсы со скважностью, равной 2,т.е. с равными полупериодами выходногосигнала, Количество импульсов, поданныхна входы прямого и обратного счета реверсивного счетчика, равны и разность равнанулю.На фиг.4 и 5 представлены диаграммыработы преобразователя при смещенииякоря от нейтрального положения в направлении одной из катушек индуктивности датчика, Напряжение Одат снимаемого с плечдифференциального моста, становится несимметричным по отношению к нулевомууровню, Неравными становятся полупериоды выходных импульсов блока сравнения и,как следствие, количество импульсов, оставшихся в реверсивном счетчике, отличаетсяот нуля и пропорционально перемещениюякоря датчика, Коэффициент пропорциональности зависит от соотношения частотпервого и второго генераторов,Экспериментальная характеристикагимн = т (Л 1) представлена на фиг,7, где пооси абсцисс приведена величина перемеще- .ния якоря датчика, а по оси ординат соответствующая длительность выходногоимпульса блока сравнения. Формула изобретения Цифровой преобразователь линейныхперемещений, содержащий две измери1739185 гесуа дав Юоанн У бригге сунниререзо сЮра тельные цепи, первый генератор, блок сравнения, триггер, реверсивный счетчик, блок ключей, первый вход которого соединен с выходом триггера, блок буферной памяти, подключенный входом к выходу реверсивного счетчика, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности преобразования, каждая измерительная цепь выполнена из катушки индуктивности и конденсатора, включенных параллельно и составляющих дифференциальный мост, и в него введены последовательно соединенные усилитель ЪИ мощности и трансформатор, включенные между выходом первого генератора и выводами катушек индуктивности измерительных цепей, и второй генератор, выходом 5 подключенный к второму входу блока ключей, третий вход которого соединен с входом триггера и выходом блока сравнения, вход которого подключен к выходам измерительных цепей, а выходы блока ключей 10 соединены соответственно с входами прямого и обратного счета реверсивного счетчика,1739185 12 Рб.2 жУ Ю/О Составитель Г,Астанинктор С.Патрушева Техред М,Моргентал Корректор Н,Корол ГКНТ ССС Производственно льскии аказ 1994 ВНИИПИ Го д ц рП аа /Г 0 М Р 10ф Тираж Подписноерственного комитета по изобретениям и открытиям 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 инат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101