Преобразователь перемещения в код

62 А СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИРЕСПУБЛИК 74 РЕТЕ ИСАНИ ЕЛЬСТВУ АВТОРСКОМУ С ление для точного стояний, которое цины и пружинноуированного в едитва для из зуется не литрос на лины, соде равномерн окой (троса мерения рулеточпример ржащий о намоГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР(56) Авторское свидетельство СССРМ 1179527, кл. Н 03 М 1/24, 1983,Авторское свидетельство СССРМ 155414, кл. Н 03 М 1/24, 1962.(54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПЕРЕМЕЩЕНИЯВ КОД(57) Изобретение относится к измерительной технике, в частности к аналого-цифровым преобразователям с использованиеммеханических средств, предназначенныхдля измерения перемещений при исследовании прочности инженерных конструкций.Целью изобретения является повышениеточности и надежности преобразователя, Сэтой целью в преобразователь перемещения в код, содержащий преобразовательугол-код, соединенный с ним цилиндр и размещенный на цилиндре гибкий элемент,Изобретение относится к измерительной технике, в частности к аналого-цифровым преобразователям с использованием механических средств, предназначенных для измерения перемещений при исследовании прочности инженерных конструкций.Известны устройства для измерения длины с большими пределами измерения. Наиболее широко распространены различные рулетки.(51)5 Н 03 М 1/24, 6 01 В 3 введены ленточная спиральная пружина, плоская пружина, зуб, упор, ограничитель и разъединитель, а преобразователь угол-код выполнен с дополнительными выходами сигнала "Интервалы времени", а также предохранитель, состоящий из оконцевателя, серьги и оси из мягкого материала и установленный на свободном конце рулеточной мерной ленты, противоположный конец которой закреплен на цилиндрической поверхности полого мерного диска. На цилиндрической поверхности диска установлен зуб, размещенный в отверстии руле- точной мерной ленты, а на его плоской стороне установлен ограничитель, который в крайних положениях преобразователя соприкасается с неподвижно установленным упором, При превышении допустимого предела преобразования рулеточная мерная лента снимается с зуба неподвижно установленным разьединителем и выдергивается из-под плоской пружины, а для предохранения рулеточной мерной ленты от разрыва при резком увеличении скорости объекта разрушается предохранитель, 1 з,п, ф-лы, 6 ил,Известно приспособ измерения больших рас состоит из рулетки, струб го динамометра, проград ницах длины (метры). Существуют устройс длины, в которых исполь ная лента, а проволока и прибор для измерения д вращающийся барабан с танной в один ряд провол5 10 15 20 25 30 35 50 гатель, соединенный с барабаном через редуктор и фрикционную муфту, механический счетчик оборотов и тормозное устройство,Имеются устройства для измерения переменной длины с электрическим выходом, например устройство, состоящее из двух импульсных тахометров, приемного и рабочего роликов, скоростного счетчика накрутки, скоростного счетчика отношения оборотов, программируемого цифрового логического калькулятора и дисплейного пульта.Наиболее близким к предлагаемому является преобразователь величины контролируемого параметра в импульсный десятичный код, который содержит преобразователь угол - код, цилиндр, ось которого соединена с входной осью преобразователя, гибкий элемент в виде троса, обвивающего несколько раз цилиндр, на одном конце троса укреплен поплавок, а на другом - груз. Недостаткл этой конструкции в отсутствии жесткой связи между гибким элементом и цилиндром. Возможно проскальзывание и возникновение погрешности преобразования, Конструкция преобразователя не обеспечивает достаточно высокой разрешающей способности, Преобразователь не может иметь высокого быстродействия, Прибор не имеет защиты от резких изменений преобразуемого перемещения и от превышения пределов допустимых перемещений,Целью изобретения является повышение точности и надежности преобразователя,Указанная цель достигается тем, что в преобразователь перемещений, содержащий преобразователь угол - код, на входном валу которого установлен цилиндр с размещенным на нем гибким элементом, введены ленточная спиральная пружина, плоская пружина, зуб, упор, ограничитель и разъединитель, а преобразователь угол - код выполнен с дополнительными выходами для сигнала "Интервалы времени", цилиндр выполнен в виде полого мерного диска, гибкий элемент выполнен в виде рулеточной мерной ленты с отверстием на одном ее конце, один конец ленточной спиральной пружины закреплен на оси полого мерного диска, а другой закреплен неподвижнс, один конец рулеточной мерной ленты закреплен на цилиндрической поверхности полого мерного диска установленной на нем плоской пружиной прикрепленной к мерному диску, в отверстии на одном конце рулеточной мерной ленты размещен зуб, закрепленный на цилиндрической поверхности полого мерного диска на одном радиусе с упором, установленном неподвижно, рулеточная мерная лента размещена на цилиндрической поверхности полого мерного диска в один слой, разъединитель установлен неподвижно над цилиндрической поверхностью полого мерного диска вблизи линии перемещения рулеточной мерной ленты,На фиг. 1 представлена схема преобразователя перемещений в интервалы времени и код; на фиг. 2 - устройство, предохраняющее от резких изменений величины преобразуемого перемещения, в собранном состоянии; на фиг. 3 - то же, после срабатывания; на фиг, 4 - устройство, предохраняющее от превышения допустимой величины перемещения; на фиг, 5 - временная диаграмма сигналов "Интервалы времени"; на фиг. б - определение положения импульса К между двумя импульсами С,Преобразователь перемещений в интервалы времени и код (фиг, 1) состоит из мерного вала 1, кривошипа 2, первого сигнального диска 3, второго сигнального диска 4, трех фотодиодов 5-7, трех электрических ламп 8-10, понижающего редуктора 11, электродвигателя 12 с валом 13, начальной метки 14, конечной метки 15, масштабной метки (меток) 16, люфтовыбирателя 17, трех обострителей 18-20 оптических импульсов, пустотелого мерного диска 21, ленточной спиральной пружины 22, упора 23, ограничителя 24, рулеточной мерной ленты 25, разъединителя 26, устройства 27 визуального отсчета с риской 28, серьги 29, оконцевателя 30, предохранительной оси 31, делителя перемещения, первого - третьего формирователей импульсов 32-34, триггера 35, логического элемента 2 И 36, одновибраторов 37-38, счетчика 39, блока регистрации 40. Прибор имеет также электрический выход 41. Элементы 1-20 и 32-41 входят в состав преобразователя вал - код,Для закрепления на диске 21 лента 25 имеет прорезь 42 (фиг. 4). Конец ленты 25 прижат к диску 21 удерживающей пружиной 43, прикрепленной двумя винтами к диску 21, Прорезь 42 надета на зуб 44, укрепленный на диске 21, Ограничитель 24 установлен на диске 21 так, что при вращении его он упирается в упор 23.Вал 13 соединен с входным валом редуктора 11, на выходном валу которого укреплен диск 3, с которым совмещен люфтовыбиратель 17, выполненный в виде четырех лопаток.Вал 1 вращается в подшипнике скольжения 9 не показан). На одном конце вала 1 установлен кривошип 2, на другой конце -мерный диск 21 и закреплен один конецпружины 22. Другой конец пружины 22 прикреплен к корпусу прибора (отмечено штриховкой). К корпусу прибора присоединенытакже упор 23, разъединитель 26 и устройство 27 визуального отсчета, Ось 31 продетачерез отверстие серьги 29 и оконцевателя30,При регулировке прибора сигнальныедиски 3 и 4 устанавливаются так. Первоначально выбирается люфт редуктора в ту жесторону, в которую его выбирает люфтовыбиратель 17, После этого диск 3 при неподвижной выходной оси редуктора 11поворачивается до тех пор, пока начальнаяметка 14 окажется между лампой 8 и фотодиодом 5, что определяется по сигналу навыходе формирователя 32, В этом положении диск 3 фиксируется на выходной осиредуктора 11. Далее диск 4 закрепляется навыходной оси двигателя 12 так, чтобы масштабные метки 16, число которых равно гп,2 л.располагались под углами - 1, где1=0,1,(а), отсчитываемыми от радиуса,.проходящего через ось вращения диска 4 иоптическую ось, соединяющую лампу 10 ифотодиод 7. При этом одна из масштабных, меток (=О) располагается между фотодиодом 7 и лампой 10, что может быть проверено по сигналу формирователя 34.Передаточное число О редуктора 11 равно2 лбаах, где Явах - число масштабных сигнап вахлов, которое преобразователь должен выдавать при наибольшем значенииперемещения .вах. Перемещение и угол асвязаны выражениема В=1,где а - угол поворота кривошипа 2;й - радиус мерного диска 21,.вах=.800 мм и авах=5,9839857, т.е. 340диск 21 должен иметь радиус 8=133,69 мм,Выходы фотодиодов 5,6,7 соединены свходами формирователей импульсов 32-34соответственно, а также являются выходом41 преобразователя, выдающим интервалывремени, заданные начальным и конечнымимпульсами и серией масштабных импульсов. Выход первого формирователя 32 соединен с единичным входом триггера 35,выход второго формирователя 33 соединенс нулевым входом триггера 35, Выход третьего формирователя 34 соединен с вторымвходом логического элемента 2 И 36. Единичный выход триггера 35 соединен с первым входом элемента 36, Нулевой выход 5 10 15 20 30 35 40 45 50 55 триггера 35 соединен с входом одновибратора 37, выход которого соединен с входом одновибратора 38 и с управляющим входом блока 40 регистрации.Выход элемента 2 И 36 соединен со счетным входом счетчика 39, выходы которого соединены с информационным входом блока 40 регистрации. Устройство 27 визуального отсчета выполнено в виде рамки (фиг.1) с окном, в которое вставлено стекло с риской 28. Через верхнее и нижнее отверстия устройства визуального отсчета продета лента 25 так, что нанесенные на ней деления видны через окно.Преобразователь работает следующим образом.Преобразователь закрепляется на силовом полу, а серьга 29 присоединяется к детали, перемещение которой необходимо измерять, При этом в зависимости от предполагаемого направления перемещения лента 25 вытягивается или втягивается в корпус преобразователя (наматываясь на диск 21 в один слой), Если направление перемещения неизвестно, то лента вытягивается на половину своей длины, что определяется по показаниям риски 28,Перемещения ленты 25 приводят к вращению мерного диска 21 на некоторый угол а . Это вращение передается валу 1 и кривошипу 2, который поворачивается на тот же угол а относительно прямой, проходящей через первый фотодиод 5 и ось вращения кривошипа нормально к ней, Двигатель 12 вращает второй сигнальный диск 4 и через редуктор 11 - первый диск 3. Начальная метка 14 в некоторый момент, соответствующий началу интервала времени, являющегося результатом преобразования, проходит между лампой 8 и фотодиодом 5. При этом фотодиод выдает начальный импульс Н (фиг. 5). Одновременно возникает масштабный импульс С, выдаваемый фото- диодом 7 при прохождении масштабной метки 16 между ним и лампой 10. Если вал 13 двигателя 12 вращается с постоянной скоростью, то фотодиод 7.вырабатывает импульсы С через равные интервалы времени, При неравномерном вращении оси 13 эти интервалы будут изменяться, Для примера на фиг. 5 показано изменение интервалов времени между импульсами С во время разгона двигателя,Если число оборотов вала 13 и диска 4 равно и то число оборотов диска 3цп 2 = - , т.е. п 2 п 1. Поэтому пока конечнаяОметка 15 пройдет угол Сот радиуса, на котором находится фотодиод 6, до радиуса, на10 20 25 30 35 40 45 50 55 котором находится фотодиод 5, масштабнаяметка 16 3 или метки, если их число гп 1)может несколько раз пройти мимо фотодиода 7, В результате будет выдано некотороеколичество Я масштабных импульсов С, Несмотря на возможное непостоянство скоростей вращения дисков 3 и 4 числоинтервалов между импульсами С будет пропорционально величине преобразуемогоперемещения 3 . Интервалы времени междувыдачами масштабных импульсов С зависятот числа оборотов п 1, каждому масштабному импульсу соответствует один и тот жеугол поворота диска 3Р =па2 л;Поэтому число Я масштабных импульсов, выданное между начальным и конецным импульсами, равноЯ =3 птедег( а).где операция 3 птедег означает выделениецелой части числа, адана в радианах,Между моментом выдачи Я-га масштабного импульса С и моментом выдачи конечного импульса К диск 3 повернется еще нанекоторый угол Лф. Поскольку интервалывремени между выдачами масштабных импульсов С малы, то можно с достаточнымоснованием принять скорость вращения вала 13 на протяжении последнего такого интервала постоянной. Тогда угол Лф можетбыть оценен по интервалу О (фиг, 6) междуЯ-м импульсом С и импульсом КР=Р рОгде Р - интервал времени между выдачейЯ-й и (Я+1)-й масштабных меток,Подставив.в предыдущее выражение2 лф =-, получимМ=да2 л ОПодсчет. числа выданных импульсов Сдаже при непостоянной скорости вращенияоси 13 дает возможность точно преобразовывать основную часть 30 перемещенияДля всего перемещения можно записать;3 = 3 +Л 3 = ВКЯ - 133".3+ЛЯ =- (Я - 1+- ).ай 0(1)Это уравнение устанавливает связьмежду результатом преобразования, которым является сигнал, состоящий из Я импульсов С и из интервалов времени 0 и Р.Видно, что вычисленное 3 не зависит отцисла оборотов п 1 вала 13 двигателя 12, т,к.О Мотношение - = - - не зависит от п 1, еслир п 1=сопз. При п 1=чаг вносимая погрешность тем меньше, чем меньше интервалы времени между импульсами С.Таким образом, результатом преобразования перемещения 3 на выходе 41 является сигнал "Интервалы времени", состоящийиз импульсов Н, С и К. Использование серии импульсов С дает возможность уменьшить погрешность преобразования,возникающую из-за нестабильности скорости вращения вала двигателя.Уравнение (1) определяет функцию преобразования, которую должен выполнять преобразователь интервалов времени в код,использующий сигналы с выхода 41 Во время рабаты преобразователя двигатель 12 включен, диск 3 вращается в направлении, указанном стрелкой, Лопатки люфтавыбирателя 17 создают за счет трения о воздух некоторый моментсопротивления вращению, благодаря чему люфт в редукторе 11 остается все время выбранным и не создает дополнительной погрешности преобразования, Поэтому применение безлюфтового редуктора не обязательно, Однако начальная установка дисков 3 и 4 должна производиться при выбранном люфте, как указано выше. При неточной установке дисков 3 и 4 относительно друг друга может возникнуть постоянная погрешность, которую легко учесть при градуировке преобразователя,Как видно из (1), при (Я) - можноС 3Рпренебречь - , тогдаС 3- с3 = (Я - 13 мм,ЦрЭто выражение лежит в основе электронной части прибора, показанной в верхней части фиг.1.Формирователи 32-34 по переднимфронтам сигналов, выдаваемых фотодиодами 5-7, формируют узкие импульсы Н, К и С.При появлении начального импульса Н триггер 35 устанавливается в единичное положение и сигнал с его единичного плечаразрешает прохождение импульсов С с выхода формирователя 34 через элемент 36 насчетный вход счетчика 39. При появленииконечного импульса К сигнал с выхода формирователя 33 устанавливает триггер 36 внулевое положение. При этом элемент 36перестает пропускать импульсы С на входсчетчика 39, в котором будет зафиксированочисло Я, на единицу большее (из-за начального импульса С) числа элементарных углов Р,соответствующих преобразуемому перемещению, Одновременно сигнал с нулевогоплеча триггера 35 воздействует на одновиб40 .45 50 55 ратор 37. Импульс с его выхода запускает блок 40, который записывает величину перемещения , Импульс от одновибратора 38 сбрасывает счетчик 39 готовит его к новому счету,Обострители оптических импульсов 18- 20 повышают крутизну фронта импульсов и позволяют наносить узкие и длинные матки, что повышает надежность преобразователя и уменьшает его габариты.Специфика использования преобразователя требует защиты его от резких рывков, от перемещений, превышающих пределы измерения, а также от инерционных выбегов, из-за которых возможен обрыв ленты 25 или другие механические повреждения.Для защиты от резких рывков, которые возможны, например, при внезапном разрушении испытываемой конструкции, предусмотрен предохранитель, состоящий из серьги 29, оконцевателя 30 и предохранительной оси 31 (фиг, 2), Ось 31 изготовлена из свинцовой проволоки. При резком рывке происходит срез оси 31 между торцами серьги 29 и оконцевателя 30, Благодаря этому лента 25 отсоединяется от испытываемого объекта (фиг, 3).Во время измерения перемещения лен.- та 25 сматывается с мерного диска 21 или наматывается на него, При максимальном перемещении вниз может быть намотан один слой и опасности повреждения преобразователя нет. При перемещении вверх лента 25 сматывается и при этом уходит с диска 21 по касательной до момента, пока зуб 44 не появится на горизонтальном радиусе диска 21 (фиг, 4, положение 1). При дальнейшем натягивании ленты ее конец вместе с зубом 44 перемещается по часовой стрелке. Направление конца ленты отклоняется от вертикали,. Разъединитель 26 снимает ленту 25 с зуба, При этом ее конец выскальзывает из-под пружины 43 и отсоединяется от мерного диска 21. Зуб 44 и пружина 43 п роходят через паз в разъединителе 26 (фиг, 4, положение 1). Для предотвращения разрушения прибора из-за инерционного движения диска 2.1 служат упор 23 и ограничитель 24. Ограничитель 24 доходит до упора 23 с одной или с другой стороны в зависимости от направления вращения диска 21 и останавливает этот диск,Для восстановления работоспособности преобразователя после аварийного срабатывания описанных защитных устройств необходимо вставить новую предохранительную ось в отверстие серьги 29 и оконцевателя 30, установить диск 21 в положение 1 (фиг. 4) и, подсунув конец ленты 25 под 5 10 15 20 25 30 35 конец пружины 43, надеть ее прорезь 42 на зуб 44.Устройство обеспечивает возможность преобразования перемещений в интервалы времени и код.При пределах измерения 0-800 мм можно принять а=42, 0=10, Зпх=400.Тогдаа - и- 5,983985(342 Я 571) Преимущество предлагаемого устройства состоит в том, что оно сопрягается с преобразователем интервалов времени в код, Это дает возможность повысить разрешающую способность прибора, а также ввести результат измерения в ЭВМ, т.к. названный преобразователь имеет параллельный интерфейс с ЭВМ семейства СМ-З, СМи ЕС, Кроме того, допустимо довольно большое расстояние между предлагаемым устройством и преобразователем (5-10 км),Коммутатор интервалов времени позволяет присоединять несколько преобразователей больших перемещений на вход одного преобразователя. Благодаря этому можно создать многоточечную информационно-измерительную систему, необходимую для автоматизации исследований прочности инженерных конструкций, применение которой сокращает затраты времени и труда при проведении исследований. Формула изобретения 1. Преобразователь перемещения в код, содержащий преобразователь угол - код, на входном валу которого установлен цилиндр с размещенным на нем гибким элементом, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности и надежности преобразователя, в него введены ленточная спиральная пружина, плоская пружина, зуб, упор, ограничитель и разъединитель, преобразователь угол - код выполнен с дополнительными выходами сигнала "Интервалы времени", цилиндр выполнен в виде полого мерного диска, гибкий элемент выполнен в виде рулеточной мерной ленты с отверстием на одном ее конце, один конец ленточной спиральной пружины закреплен на оси полого мерного диска, а другой закреплен неподвижно, один конец рулеточной мерной ленты закреплен на цилиндрической поверхности полого мерного диска установленной на нем плоской пружиной, прикрепленной к полому мерному диску, в отверстии на одном концерулеточной мерной ленты размещен зуб, установленный на цилиндрической поверхности полого мерного диска, ограничитель установлен на плоской стороне полого мерного диска наодном радиусе с упором, закрепленным неподвижно, рулеточная мерная лента размещена на цилиндрической поверхности полого мерного диска в один слой, разъединитель установлен неподвижно над цилин дрической поверхностью полого мерногодиска вблизи линии перемещения рулеточной мерной ленты,2. Преобразователь по и, 1, о т л и ч а ющ и й с я тем, что на свободном конце рулеточной мерной ленты установлен предохранитель, состоящий из оконцевателя, серьги и оси из мягкого металла, которая установлена в отверстиях, выполненных на концах серьги и в оконцевателе, соединенном с рулеточной мерной лентой.17412 б 2 Реда кт евк орре кина Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул,Гагарина, 10 з 20 ВНИ Составитель В,ОрдынцеТехред М.Моргентал Тираж ПодписноеГосударственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СС 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5