Электромагнитный преобразователь перемещения в код

) 4 Н 03 М 1/30 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ форми млади Длни точности преобразователя в электромагнитный преоб угла поворота вала в код ог ов л со:Ь ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ А ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ(56) Авторское свидетельство СССРФ 228104, кл. Н 03 М 1/30, 1967.Авторское свидетельство СССРВ 664187, кл. Н 03 М 1/24,Н 03 М 1/30, 1978.(54) ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПЕРЕМЕЩЕНИЯ В КОД(57) Изобретение относится к автомтике и вычислительной технике и может быть использовано для преобразвания линейных перемещений в код,Целью изобретения является овыше щий подвижный элемент, неподвижныймагнитопровод, обмотку возбуждения,первую группу измерительных обмоток,блок компараторов и преобразователькода, введены вторая группа измерительных обмоток, дешифратор, двакомпаратора, функциональный преобразователь, сумматор, инвертор-повторитель, аналого-цифровой преобразователь и источник опорного напряжения. Поставленная цель достигаетсяэа счет того, что в преобразователепо отдельности формируются старшиеи младшие разряды выходного кода,Старшие разряды выходного кодаруются преобразователем кода, ашие - дешифратором, коммутаторами,сумматором, функциональным преобразователем, инвертором-повторителеми аналого-цифровым преобразователем. 3 ил., 1 табл.Изобретение относится к автомати.ке и вычислительной технике и можетбыть использовано для преобразованиялинейных перемещений в код, 5Целью изобретения является повышение точности преобразователя,На фиг.1 показана конструкцияэлектромагнитного преобразователяперемещений в код и электронная схема устройства; на фиг.2 - принципиальная схема инвертора-повторителя;на фиг.3 - графики выходных напряжений блока детекторов, функционального преобразователя и инвертора-повторителя.Устройство содержит ферромагнитный подвижный элемент 1, неподвижный магнитопровод 2, двухсекционнуюобмотку 3 возбуждения, измерительные обмотки 4-7, число которых дляконкретности принято равным четырем,1блок 8 детекторов, блок 9 компараторов, дешифратор 10, коммутаторы 11,1и 11.2, преобразователь 12 кода, источник 13 опорного напряжения, функциональный преобразователь 14, сумматор 15, инвертор-повторитель 16,аналого-цифровой преобразователь(АЦП) 17. 30Магнитопровод 2 состоит из основания 18, стержня 19.1 и стержней19.2 и 19,3 с зубцами 20.Блок 8 детекторов выполнен на детекторах 21-24, блок 9 компараторов35содержит пороговый элемент 25, компаратор 26, пороговые элементы 27 и28, компаратор 29, пороговые элементы 30 и 31, компаратор 32, пороговыйэлемент 33; дешифратор 10 выполненна элементах И 34-39; коммутатор 11,1содержит элементы ИЛИ 40 и 41 и ключи 42-45; коммутатор 11,2 выполненна переключателе 46; преобразователь 45.12 кода имеет прямой выход 47; выходы 48 АЦП 17 и выходы 49 являются выходом преобразователя перемещения вкод,Инвертор-повторитель 16 содержитвход 50, выход 51, операционный усилитель 52, аналоговые электронныеключи 53 и 54, транзистор 55, стабилитрон 56 и резисторы 57-62.Электромагнитный преобразователь55перемещения в код работает следующимобразом,Выходы каждого из компараторов 26,29 и 32 блока 9 находятся в единич Графики их зависимостей от координаты Х, центра подвижного элемента 1 на оси Х показаны на фиг.3.Когда центр подвижного элемента 1 находится в пределах участка 0 с Хс 0,25 Т, действительны следующие соотношения уровней выходных напряжений блока 8 и пороговых уровней: Пв ) 11 в 11 м ) ЦппПвП; 11,2 с 11 о н где 11 - напряжение высокого уровняпв(единичного); Ц - напряжение низкого уровняпи(нулевого).Поэтому на выходе элемента 37 устанавливается напряжение высокого ном состоянии, когда сигнал на еговтором входе по уровню превосходитсигнал, подаваемый на первый в 1 одкомпараторов 26, 29 и 32,Уровень выходного напряжения каждой измерительной обмотки 4-7 при перемещении подвижного элемента 1 отупора в каркас (на фиг,1) обмотки 3возбуждения до правого торца стержня19,1 возрастает до положения противостояния подвижного элементаи тогоиз зубцов 20, на котором размещенаодна из измерительных обмоток 4-7(когда координата центра зубца 20совпадает с координатой центра подвижного элемента 1),В этом положении, характеризуюшемся максимальным значением магнитной проницаемости зазора, образуемого подвижным элементом 1, с зубцами20 и соответственно максимальным значением взаимоиндуктивности М обмотки3 возбуждения и-одной из измерительных обмоток 4-7, уровень выходногосигнала последней достигает максимума (например, для измерительной обмотки 6 положение подвижного. элемента 1 соответствует максимальномууровню ее выходного напряжения,фиг,1).При дальнейшем перемещении подвижного элемента 1 вправо его расхождение с данным зубцом 20 увеличивается, магнитная проводимость и взаимоиндуктивность М уменьшаются и соответственно уменьшается амплитуда напряжения данной обмотки, Совокупность выходных напряжений детекторов21-24 блока 8 обозначимЦ 1 22 В В 12 В Ц 21 В(единичного) уровня, а на выходах остальных логических элементов дешифратора О - напряжение низкого уровня (соответствующее логическим нулям), Такой комбинации состояний выходов дешифратора 1 О соответствует нулевое значение старших разрядов общего двоичного кода перемещений, выдаваемых с выходов 49.Когда центр элемента 1 находится в пределах участка 0,25 Х0,5 Т,22пв1124 ф 11 пп э и напряжение высокого уровня устанавливается на выходе элемента И 34,с выхода остальных элементов И 35-39дешифратора 1 О снимаются напряжения20низкого нулевого уровня, Этой комбинации состояний выходов дешифратора10 соответствует значение И = 001старших разрядов кода преобразователя, 25Соответствие значений М, кода перемещений (снимаются с выходов 49)участкам (диапазонам) протяженностью0,25 Т, на которые разбит весь диапазон перемещения 0 ( Х1,5 Т, приведено в таблице.Обозначим координату центра подвижного элемента 1, отсчитываемую отначала любого из поддиапазоновчерезХ , Тогда для первого поддиапазонаХ =Х; для второго - Х =Х,25 Т; для35третьего - Х =.Х-О,БТ; для четвертого -Х =Х,75 Т; для пятого - Х =Х-Т; дляшестого - Х =Х,25 Т (нумерация поддиапазонов соответствует таблице).В пределах интервала (Б ,П ) попнпвоси П (фиг,З) для первого, третьегои пятого поддиапазонов зависимостиПг (Хт), Бг (Х,.), 04 (Хт) могУт бытьпредставлены единой возрастающей функ цией (Хт),а для второго, четвертогои шестого поддиапазонов одинаковойубывающей функцией Г (Хт) представляются зависимости Бг(Х ), Пгг (Хт),Пг(Х )50Графики функций Е, (Х .), Е (Х ) выделены на фиг.З жирной ломаной линией, функции Г , Г имеют разномерность напряжения,Формирование кода точного отсчетапроизводится следующим образом,Если координата подвижного элемента 1 находится в первом поддиапазоне перемещения, на управляющий вход 364ключа 43 с выхода элемента И 37 через элемент ИЛИ 40 поступает напряжение высокого уровня и ключ 43 переводится в замкнутое состояние, на вход функционального преобразователя 14 подается выходное напряжение детектора 22. Когда подвижный элемент 1 находится в третьем поддиапазоне перемещения, на управляющий вход ключа 44 через элемент ИЛИ 41 поступает напряжение высокого уровня с выходного элемента И 38, а при переводе центра подвижного элемента 1 в пределы пятого поддиапазона выходным напряжением высокого уровня элемента И 39 замыкается ключ 45, в этих случаях на вход функционального преобразователя 14 подаются соответственно напряжения Бгв и БКогда координата подвижного элементанаходится во втором поддиапазоне преобразования, на управляющий вход ключа 42 подается выходное напряжение высокого уровня элемента И 34, Если центр подвижного элемента 1 перемещается в четвертый поддиапазон, то напряжение высокого уровня с элемента И 35, через элемент ИЛИ 40 поступает на управляющий вход ключа 43, а при нахождении подвижного элемента 1 в пределах шестого поддиапазона элемент ИЛИ 4 транслирует на упрацляющий вход ключа 45 выходное напряжение элемента И 36, Таким образом, в каждом из указанных случаев нахождения подвижного элемента 1 во втором, четвертом и шестом поддиапазонах перемещения на вход функционального преобразователя 14 поступают соответственно напряжения Б "м ф гь 1Поскольку зубцы 20 с измерительными обмотками 4 и 6 расположены симметрично относительно зубцов 20 с обмоткой 5, а зубцы 20 с обмотками 5 и 7, расположенные симметрично относительно зубца 20 с обмоткой 6, смежны друг с другом, участки функции Г(Х 1.) Е (Х .) (фиг.З), симметричны друг другу относительно осей Х=0,25 Т;Х=0,5 Т; Х=О,5 Т; Х=Т; Х=1,25 Т, т.е.Г (Х, ) = гг (0,25 Т-Х.) (1) Функциональный преобразователь 14 воспроизводит функцию, обратную зависимости Г(Х .), и, следовательно, 439736для 1, 3 и 5 поддиапазонов (фиг.3) его выходное напряжение равно1, = ЮЕ,(Х,)3 = КХ. (2)С учетом (1) для 2, 4 и 6 поддиапазоновБ - 4 Е (Х.,) : 0,25 КТ-КХт (3)Этим случаям соответствуют кодыстарших рязрядов 001, 011, 101, когда сигнал высокого уровня прямого вы 10хода 47 преобразователя 12 кода (поскольку младший разряд любого из данных значений И равен единице) управляет подключением к второму входу,15сумматора 15 выходного напряжения ис-точника 13 питания, значение которого П выбрано равным -0,25 КТ, гдеК и Т - известные, задаваемые припроектировании устройства величины,и переводом инвертора-повторителя 1620в инвертирующем режиме с коэффициентом усиления 1,В этом режиме 25ь (5 фгде П =Б +11 в . выходное напряжение13 14сумматора 15;Б - выходное напряже 16ние инвертора-пов- З 0торителя 16,таким образом при нахождении центраподвижного элемента 1 в пределахвторого, четвертого и шестого поддиапазонов перемещения на вход АЦП17 воздействует напряжение1 ь (ПО4 ) КХтпропорциональное координате Х центтра подвижного элемента 1 внутри поддиапазона перемещения. По значению 40этого напряжения АЦП 17 формируетдвоичный код координаты Х.Таким образом, независимо от тогоиспользуются ли в качестве источникапервичной измеряемой информации возрастающие или убывающие участки зависимостей И (фиг.3, жирная ломанаялиния) с выходов 48 АЦП 17 выдаетсякод точного отсчета перемещений, Совокупность значений И, кода грубогоотсчета перемещений (т,е, код поддиапазона подвижного элемента 1), выдаваемого с выходов 49, и кода точного отсчета (код координаты Х ), выдаваемого с выходов 48, образуетобщий выходной код грубого отсчета,представляющий собой старшие, а кодточного отсчета младшие разряды этого общего выходного кода устройства,Рассмотрим случай перемещений подвижного элемента 1 н пределах первого, третьего и пятого поддиапаэоновперемещения, этим случаям соответствуют значения разрядов общего кодаперемещений1- 000,010,00,когда сигнал низкого уровня прямоговыхода 47 преобразователя 12 кода(поскольку младший разряд любого изприведенных значений равен нулю) управляет, подключением к второму входусумматора 15 общей шины устройстваи переводом инвертора-повторителя 16в режим простого (неинвертирующего)повторителя напряжения,Таким образом, для первого, третьего и пятого поддиапазонов нахождения подвижного элемента 1 на выходефункционального преобразователя 14формируется напряжение, пропорциональное координате Х , отсчитываемой внутри того поддиапазона, гденаходится центр подвижного элемента 1,Поскольку второй вход сумматора 15 в этих случаях подключается к общей шине, а инвертор-повторитель 16 функционирует как простой повторитель, выражаемое формулой (2) напряжениебез каких-либо измеений транслируется сумматором 15 и инвертором-повторителем 16 в АЦП 17, где оно преобразуется в двоичный код точного отсчета (младшие разряды общего выходного кода перемещений), поступающий на выходы 48,Формула изобретенияЭлектромагнитный преобразователь перемещения в код, содержащий магнитопровод, выполненный в виде основания, на котором расположены первый и второй стержни, на втором стержне, расположенном с одной стороны от первого стержня, выполнены зубы через равное расстояние, обмотку возбуждения, расположенную на основании магнитопровода, первую группу измерительных обмоток, размещенных на зубцах второго стержня магнитопровода, ферромагнитный подвижный элемент, расположенный на первом стержне магнитопровода, блок компараторов, преобразователь кода, о т л и ч а ю) пв аг Цд Ойн, Пг 4 ПгаОпПг 1 1123 "( Опн24 11 Мпа ) 11 з Опн "гЦпн "пнпн пн пн Ппи 000 2 0,25 ТсХс 0,5 Т 001 3 0,5 ТсХс 0,75 Т4 О, 75 Т(Х сТ 010 011 11 р ) Ппь ) 1122 ) 11 пнЪ ( Опн 11 г 4 - пн Л пв ) Ц ) 11 п 100 5 Т ( Х1,25 Т оп и, 11 гг б 125 ТХ 1,5 Т 101 Ъ ) Ппн -.фО 21Цг ( Бпн 022пн ф пи7 1439 щ и й с ятем, что, с целью повышения точности преобразователя, в него введены вторая группа измерительных обмоток, дешифратор, два коммутатора, функциональный преобразователь, сумматор, инвертор-повторитель, аналого-, во-цифровой преобразователь, источник опорного напряжения, а в магнитопровод введен третий стержень с зуб п цами, на которых расположена вторая группа измерительных обмоток, третий стержень расположен с другой стороны относительно первого стержня, зубцы третьего стержня обращены в сторону 15 зубцов второго стержня, зубцы третьего стержня сдвинуты вдоль оси контролируемых перемещений относительно зубцов второго стержня на половину расстояния между зубцами, выходы иэ мерительных обмоток соединены с входами блока детекторов, выходы которого соединены с входами блока компараторов и сигнальными входами первого коммутатора, выход которого соединен через функциональный преобразователь с первым входом сумматора,выходы блока компараторов соединенычерез дешифратор с управляющими входами первого коммутатора и входамипреобразователя кода, информационныевыходы которого являются выходамистарших разрядов преобразователя, апрямой выход соединен с управляющимивходами инвертора-повторителя и второго коммутатора, выходы источникаопорного напряжения соединены с сигнальными входами второго коммутатора, выход которого соединен с вторымвходом сумматора, выход которого соединен через инвертор-повторитель свходом аналого-цифрового преобразователя, выходы которого являются выходами младших разрядов преобразователя.1439736 оставитель Е,Бударинаехред И.Дидык Корректор О.Кравцов н г нииаушс изводственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород роектная едактор Л.Гратилл аказ 6088/55 ВНИИ и 113035, Тираж 929Государственелам изобретсква, Ж,Подп омитета СС открытий ая наб., д