ZIP архив

Текст

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 19) (13 51)5 Н 03 М 1/24 ЗОБР ТЕ м. Е.О,Патона , А.В.Рыжков, кий, С.Г.Пику, Р,И,Плашенфаленчук и СССР985,СССР986,00 мериано в вного широакже стем тель свар конт кого для конт ше- сти ниепрео ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОВЕДОМСТВО СССР(ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛ ЬСТВУ( 21) 4229971/24 (22) 13.04,87 (46) 3.03;93. Бюл, М 11 (71)нститут электросварки и (72),И.Махненко, В,М,Луни А.В, анченко, Я.Ф.Кисилевс сов, С,Н.Абрамов, Ю.Г.Ковтун ков, О.П.Поляков, М.С, А.И.Малик (56) авторское свидетельство М 1 67813, кл, Н 03 М 1/24,вторское свидетельство Р 16181383, кл, Н 03 М 1/24,(54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПЕРЕМЕЩЕНИЯ В Н ПРЯЖЕНИЕ (57) изобретение относится к измерительной ехнике и может быть использовано в свар чном производстве для оперативного конт оля перемещений и деформаций широко о класса изделий в процессе сварки, а также для создания автоматизированных систем контроля сварочных деформаций. Цельо изобретения является повышение помехозащищенности, а также надежности преобразователя, Поставленная цель достигается тем, что в преобразователь перемещения 1 напряжение, содержащий двигатель,обретение относится к области из й техники и может быть использов ном производстве для операти ля перемещений и деформаций асса изделий в процессе сварки, а т здания автоматизированных си ля сварочных деформаций, блью изобретения является пов помехозащищенности и надежнразователя,1803979 А излучатель, коллиматор, оптически соединенный с анализатором, на котором нанесены фотоприемники, считывающий элемент, формирователь импульсов начала отсчета, пять ключей, два формирователя импульсов, триггер, источник опорного напряжения, два интегратора, две схемы выборки-хранения, дополнительно введены генератор, модулятор, шестой ключ, второй триггер, два фильтра, два модулятора, два усилителя, резистор с соответствующими связями, За счет модуляции светового потока достигается повышение помехозащищенности, Световой поток излучателя модулируется модулятором с частотой генератора и через коллиматор поступает на анализатор. На выходах фотоприемников формируются импульсы, заполненные модулирующей частотой. Считывающий элемент выполнен бесконтактным. Кольцевые электроды считывающего элемента образуют с кольцевыми электродами анализатора кольцевые конденсаторы, через которые осуществляется съем информации с выходов фотоприемников, Применение бесконтактного способа считывания информации с анализатора позволяет повысить надежность преобразователя, 3 з,п. ф-лы, 6 ил. На фиг, 1 изображена блок-схема преобразователя перемещения в напряжение; на фиг, 2 - выполнение анализатора и связанных с ним блоков; на фиг. 3 - временная диаграмма работы блока возбуждения; на фиг, 4 - эквивалентная электрическая схема анализатора; на фиг, 5 - временная диаграмма формирования измерительной информации; на фиг, 6 - временная диаграмма работы преобразователя.Преобразователь перемещения в напряжение содержит излучатель 1, коллиматор 2, анализатор 3, закрепленный в обойме 4, двигатель 5, состоящий из статора 6 и блока 7 возбуждения, формирователь 8 импульсов начала отсчета, формирователь 9 импульсов, триггер 10, источник 11 опорного напряжения, ключи 12-17, интеграторы 18, 19, устройства 20, 21 выборки-хранения, модулятор 22, генератор 23, считывающий элемент 24, усилители 25 и 26, демодуляторы 27 и 28, фильтры 29 и 30, согласующий элемент, выполненный в виде резистора 31, формирователи 32, 33 импульсов, триггер 34,Анализатор 3 фиг, 2 выполнен в виде прозрачного диска 35 с наружным радиусом В, на одной стороне которого нанесены прямолинейный 36 и спиралевидный 37 фотоприемники, каждый из которых состоит из двух прозрачных металлических электродов 38 и 39, между которыми расположен фоточувствительный слой 40. Анализатор 3 имеет также непрозрачную кольцевую зону 41, содержащую прозрачное окно 42. В центре анализатора 3 имеется отверстие 43 под ось, которое разделяет прямолинейный 36 и спиралевидный 37 фотоприемники, на другой стороне диска анализатора 3 нанесены три прозрачных кольцевых электрода 44, 45 и 46, расположенных в зоне, ограниченной радиусами Я и Я 1. Считывающий элемент 24 выполнен в виде прозрачного кольца, ограниченного радиусами К и В, на которое нанесены три прозрачных кольцевых электрода 47, 48 и 49, Формирователь 8 импульсов начала отсчета содержит излучатель 50, фотоприемник 51 и диафрагму 52. Интегратор 18 содержит резисторы 53, 54 и 55, конденсатор 56 и операционный усилитель 57. Интегратор 19 содержит резисторы 58, 59 и 60, конденсатор 61 и операционный усилитель 62. Кольцевые электроды 47 - 49 считывающего элемента 24 совместно с кольцевыми электродами 44 - 46 анализатора 3 образуют три кольцевых конденсатора 63, 64, 65, обеспечивающих съем информации с прямолинейного 36 и спиралевидного 37 фотоприемников вращающегося анализатора 3.Преобразователь перемещения в напряжение работает следующим образом, Излучатель 1, в качестве которого может быть использован гелий-неоновый лазер с закрепленным на нем модулятором 22 и коллиматором 2 устанавливаются на неподвижной базовой оснастке и используются для задания опорного направления. Генератор 23 задает частоту модуляции 1 о луча излучателя 1, Анализатор 3 устанавливается в кон 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 тролируемой точке объекта и вращается вокруг своей оси при помощи двигателя 5, ротором которого является металлическая обойма 4, в которую помещен анализатор 3, а статор 6 выполнен в виде Ш-образного сердечника с тремя обмотками. Блок 7 возбуждения генерирует три последовательности импульсов Р 1, Р 2, Гз(см. фиг, За, б, в), при подаче которых в обмотках статора 6 возникает "бегущее" магнитное поле, приводящее в движение анализатор 3, Поскольку разомкнутая часть Ш-образного сердечника статора 6 выполнена по дуге окружности, концентричной диску 35 анализатора 3, а статор 6 устанавливается в непосредственной близости от металлической обоймы 4, то мощность, необходимая для обеспечения вращения анализатора 3, в этом случае является минимальной, Угловая частота в вращения анализатора 3 будет определяться частотой следования импульсов на выходе блока 7 возбуждения,Один раз за полный оборот анализатора 3 на выходе прямолинейного 36 и спиралевидного 37 фотоприемников вырабатываются пачки импульсов, поступающих через кольцевые конденсаторы 63, 64 и 65 (фиг, 4) на входы усилителей 25 и 26, Прямолинейный 36 и спиралевидный 37 фотоприемники представляют собой профилированные фотодиоды, нанесенные на поверхность прозрачного диска 35 анализатора 3, и образованы каждый двумя прозрачными электродами 38 и 39, между которыми расположен фоточувствительный слой 40. При этом прозрачные электроды 38 обоих фото-, приемников, непосредственно нанесенные на поверхность анализатора 3, электрически связаны друг с другом. Общий электрод имеет также электрическую связь с кольцевым электродом 45 анализатора 3, нанесенным на обратную сторону диска 35 (например, при помощи переходного метал- лизированного отверстия), Оставшиеся два кольцевых электрода 44 и 46 анализатора 3 связаны, соответственно, со вторыми прозрачными электродами 38, 39 прямолинейного 36 и спиралевидного 37 фотоприемников, Проходные конденсаторы 63, 64 и 65 образованы, соответственно, кольцевыми электродами 44 и 47, 45 и 48, 46 и 49. Кольцевые электроды 47, 48 и 49 нанесены на поверхность считывающего элемента 24 и идентичны по своим параметрам кольцевым электродам 44, 45 и 46 анализатора 3 (фиг. 2). На свободные поверхности всех кольцевых электродов 44-49 наносится тонкое диэлектрическое покрытие для устранения возможности прямого электрического контакта между обкладками образованных ими про 1803979хорных конденсаторов 63 - 65 из-за возможнор непараллельности считывающего кольца 24 и анализатора 3, поскольку для увеличения емкости этих конденсаторов 63, 64:,и 65 расстояние б между их обкладками 5 следует выбирать минимальным. При б=0,5 мм емкость проходных конденсаторов 63, 64 и 65 составляет 3 - 5 пФ, В качестве модулятора 22 может быть использован серийно выпускаемый акустооптический модулятор 10 МЛ, При модуляции излучения излучателя 1 с частотой 500 кГц, сопротивления проходных конденсаторов 63, 64 и 65 составляют окло 100 кОм, поэтому в качестве усилителей 25 и 26 следует использовать операци оные усилители с большим входным сопротивлением и скоростью нарастания. Пр 4 помощи резистора 31 осуществляется привязка плавающих входов усилителей 25 и 2 р к общей точке преобразователя. Сигна лы Тпр (фиг, 5 а) и Тсп с выходов усилителей 25 и 26 поступают на входы демодуляторов 27 р 28, а с их выходов - на входы соответствующих фильтров 29 и 30 (фиг, 5 б). На выходах этих фильтров 29 и 30 формируются 25 сиг алы Тпр (фиг, 5 в) и Тсп, поступающие в бл к обработки. Один раз за полный оборот ди ка 35 анализатора 3 прозрачное окно 42 отк ывает путь световому потоку по излучател 50 к фотоприемнику 51, входящим в 30 сос, ав формирователя 8 начала отсчета. ПрИ этом на выходе последнего вырабатываеся импульс Тно (фиг. 6 а).Таким образом, формируются три после овательности импульсов Тно, Тпр и Тсп (фи, 6 а, б, в), период следования которых пропорционален угловой частоте в вращения, анализатора 3, Длительность го импулсовТнопропорциональна 2 р 1, где д)1 - угол раствора прямолинейного фото приемника 36. Основной постоянной компонентой в длительности импульсов Тпр является 2 т 1=2 й)р 1, а в длительности импульсов Тсптих=2 в р 2, Длительность импульсов Тпр имеет также переменную 45 компоненту з= щук, а длительность импульсов Тсп - переменные компоненты г 4= ар 4 = г 5= вр 5, При этом значения угловрз, р 4 и р;, зависят от эффективного радуса г опорного луча в плоскости анали затора 3 и полярной координаты р опорно го луча относительно центра анализатора 3 (см. фиг. 2). Под эффективным радиусам г опофного луча понимается максимальное расстояние от центра пятна излучателя 1 до точк, интенсивность излучения в которой рав а порогу срабатывания спиралевидного 3 и прямолинейного 36 фотоприемников анализатора 3, Переменные компоненты тз, т 4 и а 5 являются источником методической погрешности преобразователя, причем значение этой погрешности невозможно определить заранее и скомпенсировать путем введения поправок, поскольку значение эффективного радиуса г зависит от многих факторов. Важнейшими из этих факторов являются порог чувствительности фотоприемников 36 и 37 и закон распределения интенсивности излучения в луче измерителя 1, который в значительной степени определяется фокусировкой луча в плоскости анализатора 3,В преобразователе компенсация методической погрешности от неизвестного эффективного радиуса г опорного луча производится следующим образом. Из фиг, 2 видно, что полярная координата р опорного луча относительно центра анализатора 3 пропорциональна длительности импульса тр между центрами импульсов Тпр и Тсп (фиг.6 б,в,ж),а полярная координата у) пропорциональна длительности импульса трмежду центрами импульсов Тпр и Тно (фиг. 6 а, б, д). Обозначив тпр=гз+ г 1, тсп =т 4+ т 2 =25 +т 2, можно записатьгр - тр + пр +втсп(+ гпр + кое тно=1/2 то,хр - интервал времени между задним фронтом ипульса Тпр и передним фронтом импульса Тп (фиг, бе);тр - интервал времени между задним фронтом ипульса Тпр 1 и передним фронтом импульса Тно (фиг, бе);При этом для получения полярных координат р и р необходимо выполнить следующие функциональные преобразованияр =Ьта - ; у) =2 п - ;а = - =сопз 1, (тцгц27 гиод вращения анализатора 3где гц - пер(фиг. 6 з),Интервалы времени фформируются при помощи триггера 10, который устанавливается по заднему фронту импульса Тпр и сбрасывается по переднему фронту импульса Тно (импульсы установки и сброса формируются, соответственно, формирователями 32 и 9). Интервалы времени гр формируются при помощи триггера 34, устанавливаемого по заднему фронту импульса Тпр исительной погрешности преобразования определится из выраженияПЧпт где 4 с - целая часть числа;О оо - значение напряжения на выходе соответствующего преобразователя в уста 10 новившемся режиме (и -ф со).Для погрешности преобразования л=0,1 реально достижимое число циклов =3.5, Теоретически при 0=0 результат преобразования получается за один цикл. Поскольку 0=1 - К рц/Й 1 С, то параметры интеграторов 18 и 19 выбираются Одинаковыми с целью устранения неоднозначности при получении результата изме рения, Формула изобретения 1. Преобразователь перемещения в напряжение, содержащий двигатель, излуча тль, коллиматор, оптически соединенный с анализатором, который выполнен в виде прозрачного диска с нанесенными на него фотоприемниками, считывающий элемент, формирователь импульсов начала отсчета, вход которого соединен с управляющим водом первого ключа и с входом первого фррмирователя импульсов, выход которого соединен с первым входом первого триггер и с управляющими входами первого и 35 второго устройств выборки-хранения, выходф которых являются выходами преобразователя и соединены с первыми входами сответственно первого и второго интеграторов, выходы которых соединены с инфор м 4 ционными входами соответственно первого и второго устройств выборки-хранения, второй и третий формирователи импуьсов, источник опорного напряжения, вьход которого соединен с информацион ньми входами с первого по пятый ключей, выход первого триггера соединен с управляющим входом второго ключа, выход которого соединен с вторым входом первого интегратора, третий вход которого подключен к выхо ду третьего ключа, выходы четвертого и пя 1 ого ключей соединены соответственно с втбрым и третьим входами второго интегратора, отл и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения помехозащищенности преобра зоателя, в него введены генератор, модулятор, шестой ключ, второй триггер, первый и вТорой фильтры, первый и второй демодуляторы, согласующий элемент, первый и второй усилители, а в двигателе статор выполнен в виде Ш-образного сердечника с тремя обмотками, подключенными к блоку возбуждения, а ротор - в виде металлической обоймы, внутри которой установлен анализатор, выходы первого и второго усилителей соединены с входами соответственно первого и второго демодуляторов, выходы которых соединены с входами соответственно первого и второго фильтров, выход первого фильтра соединен с управляющими входами третьего и четвертого ключей и с входом второго формирователя импульсов, выход которого соединен с вторым входом первого триггера и с первым входом второго триггера, выход которого соединен с управляющим входом шестого ключа, информационный вход которого подключен к выходу источника опорного напряжения, а выход соединен с четвертым входом второго интегратора, выход второго фильтра соединен с управляющим входом пятого ключа и со входом третьего формирователя импульсов, выход которого соединен с вторым входом второго триггера, выход первого ключа соединен с четвертым входом первого интегратора, выход генератора соединен с управляющим входом модулятора, который оптически связан по входу с излучателем, а по выходу - с коллиматором, первый и второй выходы считывающего эле-. мента соединены с первыми входами соответственно первого и второго усилителей, третий выход считывающего элемента соединен с вторыми входами первого и второго усилителей и с первым выводом согласующего элемента, второй вывод которого соединен с шиной нулевого потенциала,2, Преобразователь по п, 1, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью повышения надежности, анализатор выполнен в виде прозрачного диска с радиусом Й 1, на одной стороне которого расположены два активных участка и непрозрачная зона, первый активный участок выполнен в виде радиального сектора с угловым раствором 2 р, ограниченного дугой окружности радиусом Й, где ЙЙ, внутрення сторона второго активного участка выполнена в виде спирали Архимеда с началом в центре диска, развернутой по радиусу Й на угол 2 л-р, где р р 1, а внешняя сторона второго активного участка образована сдвигом этой же спирали Архимеда на угол 2 у 2 без пересечения с первым активным участком, при этом оба активных участка являются фотоприемниками, образованными фоточувствительными слоями, размещенными между двумя прозрачными металлическими электродами, непрозрачная зона выполнена в виде кольца, 1803979 12ограниченного радиусами В и В и имеющего прозрачный сектор с угловым раствором 2 о, сопряженный с первым активным участком, на другой стороне диска анализатора в кольцевой зоне, ограниченной радиусами В и В, размещены три кольцевых несоприкасающихся прозрачных электрода, средний кольцевой электрод анализатора электрически соединен с одним из прозрачных металлических электродов каждого активного участка, а крайние кольцевые электроды анализатора соединены с другими прозрачными металлическими электродами соответственно первого и второго активных участков.3. Преобразователь по пп, 1 и 2, о т л ич а ю щ и й с я тем, что считывающий элемент выполнен в виде прозрачного кольца. ограниченного радиусами В и В 1, на одной из сторон которого размещены три прозрачных кольцевых электрода, образующих с кольцевыми электродами анализатора со ответственно три кольцевых конденсатора,выход среднего кольцевого электрода считывающего элемента является третьим выходом считывающего элемента, выходы кольцевых электродов считывающего эле мента, связанные с первым и вторым активными участками анализатора, является первым и вторым выходами считывающего элемента соответственно.4. Преобразователь по и. 1, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что статор двигателя установленв одной плоскости с анализатором, а разомкнутая часть Ш-образного сердечника статора выполнена по дуге окружности ротора.ел 25, 26- усилцгпели; Л-резисатр;ч иг,4 Т 1 Фиг. Т 7 т,У У - Сопз 1 з, УаЧ - ЧаРиг. 6 Составитель Е, БударинаТехред М. Моргентал Коррект Редактор Т, иванов.П Тиражственного комитета по и 113035, Москва, Ж,КНТ СССР зводственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужго Гагарина 101 каз 1060 ВНИИПИ Г 57 Подписноеретениям и открытиямшская наб 4/5

Смотреть

Заявка

4229971, 13.04.1987

ИНСТИТУТ ЭЛЕКТРОСВАРКИ ИМ. Е. О. ПАТОНА

МАХНЕНКО ВЛАДИМИР ИВАНОВИЧ, ЛУНИН ВЛАДИМИР МИХАЙЛОВИЧ, РЫЖКОВ АЛЕКСАНДР ВЛАДИМИРОВИЧ, ПАНЧЕНКО АНДРЕЙ ВАСИЛЬЕВИЧ, КИСИЛЕВСКИЙ ЯРОСЛАВ ФЕЛИКСОВИЧ, ПИКУСОВ СЕРГЕЙ ГЕННАДЬЕВИЧ, АБРАМОВ СЕРГЕЙ НИКОЛАЕВИЧ, КОВТУН ЮРИЙ ГАВРИЛОВИЧ, ПЛАШЕНКОВ РУДОЛЬФ ИВАНОВИЧ, ПОЛЯКОВ ОЛЕГ ПАВЛОВИЧ, ФАЛЕНЧУК МАРИЯ СЕЛЬВЕСТРОВНА, МАЛИК АЛЕКСАНДР ИВАНОВИЧ

МПК / Метки

МПК: H03M 1/24

Метки: напряжение, перемещения

Опубликовано: 23.03.1993

Код ссылки

<a href="https://patents.su/8-1803979-preobrazovatel-peremeshheniya-v-napryazhenie.html" target="_blank" rel="follow" title="База патентов СССР">Преобразователь перемещения в напряжение</a>

Похожие патенты