Преобразователь перемещений в код

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ Сфвз СфаетскихСоциалистическихРеспублик К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(22) Заявлено 22,1280 (21) 3221819/18-24 1) М. КП.З С 08 С 9/04 с присоединением заявки М Государственный комитет СССР но делам изобретений н открытийДата опубликования описания 15.0782 К.С. Крищюнас, В.В. Лаурушка, В.Ю. Гяляжявичюс,В.А. Марцинкявичюс и А.Б. АдоМавичюсО Ра(71) Заявитель Каунасский политехнический институт нм, нтанаса :Снечкуса(,54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПЕРЕМЕЩЕНИЧ В КОД Изобретение относится к системамавтоматического контроля и регулирования,Известен двухканальный индуктивный преобразователь перемещений,который содержит четыре индуктивныхизмерительных цепи, усилители-ограничители, компараторы знака, ключи,парафазный усилитель, триггер, много"фазный триггер, элементы ИЛИ и Ии блок определения направления пере,мещения (1 .Недостатком известного преобразователя является его сложность.Наиболее близким к предложенномупо технической сущности являетсяпреобразователь перемещений в код,который содержит две индуктивныхизмерительных цепи, выходы которыхподключены к первым входам первогои второго ключей, к вторьм входамкоторых подключены соответственновыходы второго и первого элементовИЛИ, а выходы ключей подключены кпервому и второму входам парафазногоусилителя, третий элемент ИЛИ, к входам которого подключены выходы первого и второго формирователей импульсов, .блок определения направле"ния перемещения, первый выход кото-. рого подклочен к первыи входам первого и второго элементов И, а инверсный - к первым входам третьего и четвертого элементов И, первый и второй компараторы уровня, к входам которых подключены выходы измерительных цепей, неинвертирукщие выходы подключены к входам блока определения направления перемещения и соответственно к другим входам первого и пятого элементов И и к другим входам второго и шестого элементов И, а инвертирующне выходы подключены соответственно к другим входам третьего и седьмого элементов И и четвертого и восьмого элементов И, и четвертый, пятый и шестой элемент ИЛИ 2.Недостатком этого преобразователя является низкая точность преобразования, обусловленная нелинейностью кусочно-аналоговой характеристики преобразования, которая формируется из характеристик преобразования отдельных индуктивных измерительных цепей, которые. в краях линейных кусков характеристик обладают значительной нелинейностью, обусловленной изгибом характеристик преобразования отдельных индуктивных измерительныхцепей, имеющих периодически повто-, ряющуюся синусоидальную форму от перемещения якоря.Цель изобретения - повышение точности преобразования.Поставленная цель достигается 5 тем, что в преобразователе перемещений в код, содержащем две индуктивных измерительных цепи, выходы которых подключены к первж входам ключевых элементов, выходы которых 1 О соединены с первым и вторим входами парафазного усилителя, вторые входы ключевых элементов соединены с выходами первого и второго элеМентов ИЛИ, блок определения направления переме щения, прямой выход которого соединен с первыми входами первого и второго элементов И, а инверсный выход - с первыми входами третьего и четвертого элементов И, выходы первого и второго элементов ИЛИ через первый и второй формирователи импульсов соответственно соединены с входами третьего элемента ИЛИ, и четвертый, пятый и шестой элементы ИЛИ, введены счетный триггер, третий и четвертый Формирователи импульсов и четыре компаратора уровня, выход первой индуктивной измерительной це- пи через параллельно соединенные первый и второй,компараторы уровня соединен с вторыми входаье первого и второго элементов И, входами первого элемента ИНИ ипервьзч и вторым .входами блока определения направления перемещения, выход второй индук- З 5 тивной измерительной цепи через параллельно соединенные третий и четвертуий компараторы уровня соединен с вторымж входами третьего и четвертого элементов И, входами второго 40 элемента КПИ и третьим и четвертым входами блока определения направления перемещения выходы первого и Второго, третьего и четвертого эле" мЕитой И попарно соединены соответственно с четвертым и пятьгм элементами ИПИ, выходы которых через третий и четвертый формирователи импульсов соответственно соединены с Входами шестого элемента ИЛИ, выход которого через счетный триггер соединен с третьим входом парафазного усилителя, счетный вход счетного триггера соединен с клеммойггг.бросг,На фиг,1 представлена функциональная схема преобразователя; на фиг.2-4 " эпюры, поясняющие работу преобразователя.Преобразователь перемещеиий в код содержит индуктивные измерительные 60 цепи 1 и 2, ключевые элементы 3 и 4, парафазный усилитель 5, компараторы уровня 6-9, блок 10 определения направления перемещения, элементы ИЛИ, 11 и 12, элементы И 13-16, элемен- . 65 ты ИЛИ 17 и 18, формирователи импульсов 19 и 20, элемент ИЛИ 21, формирователи импульсов 22 и 23, элемент ИЛИ 24 и счетный триггер 25.Индуктивные измерительные цепи1 и 2, содержащие также фазочувствительные выпрямители и фильтры пульсаций, выполнены в виде катушек индуктивности с сердечниками и общегогребенчатого якоря, причем сердечникисмещены друг относительно друга наодну позицию (шаг), в зависимостивыходных сигналов О,. индуктивныхизмерительных цепей 1 и 2 от перемещения г гребенчатого якоря имеютвид, показанный на Фигурах 2 а, За,Ключевые элементы 3 и 4 подключаютвыходные сигналы Ог,О индуктивныхизмерительных цепей 1 и 2 к первомуи второму входам парафазного усилителя 5, если на управляющие входыключевых элементов 3 и .4 поступаютуправлякщие сигналы нз элементов ИЛИ11 и 12, Знак коэффициента усиленияпарафазного усилителя 5 может бьп ьлибо положительньм, либо отрицательным. Компараторы уровня 6-9 предназначены для выдачи высокого уровняна выходах, когда выходные сигналыизмерительных цепей 1 и 2 удовлетворяют условиямгО 6 = 1 ф если О ) ОггО = 1, если О с-ОгОу = г 1 , если О ъ ОО 9 = 1р если О с-Ор ггде +О - опорное напряжение компараторов уровня 6-9, равноевыходным сигналам ООизмерительных цепей 1 й 2,в точках пересечения характеристик преобразования(Фиг. 2 а,За),Блок 10 определения направленияперемещения предназначен для выдачивысокого уровня иа прямом выходе,когда М/Ж 1 О, и выдачи, высокогоуровня на инверсном выходе, когдай 6/Ж с О, где 8 - перемещение гребенчатого якоря.Элементы ИЛИ 11 и 12 предназначены для управления работой. ключевыхэлементов 3 и 4 и совместно с первыми вторым формирсвателями импульсов22 и 23 и третьим элементом ИЛИ 24для выдачи дискретных импульсовсоответствующих числу. пройденных фякорем позиций (шагов).1Как видно из фиг. 2 а и За, чтобыполучить кусочно-линейную характеристику преобразования, показаннуюна фиг. 2 б, для формирования которойиспользуются начальные наиболее линейные части харктеристик преобразования индуктивных измерительных цепей1 и 2, необходимо инвертировать отрицательные наклоны характеристикпреобразования,Для получения кусочно-линейной характеристики преобразования, показанной на фиг. 2 б, предназначены элементы И 13-16, элементы ИЛИ 17 и 18, формирователи импульсов 19 и 20, элемент ИЛИ 21, счетный триг гер 25 совместно с компараторами уровня 6-9, ключевыми элементами 3 и 4, блоком 10 определения направления перемещения и парафазным усилителем 5, Элементы И 13-16 10 имеют. высокие уровни на выходах при одновременном воздействии высоких уровней на .их входах. Элементы ИЛИ 17 и 18 имеют высокие уровни при воздействии высоких уровней на их входах, формирователи импульсов 19 и 20 формируют короткие импульсы, которые через толстой элемент ИЛИ 21 каждый раз меняют состояние счетного триггера 25, а тем самым и знак коэфФициента усиления парафазного усилителя 5.Цепь фСброс.предназначена для установки начального состояния счетного триггера 25, в котором на выходе триггера имеется низкий уровень, а коэффициент усиления парафазного усилителя 5 является отрицательным. При этом в начальном состоянии гребенчатый якорь должен находиться в области, в которой характеристика преобразования первой индуктивной измерительной цепи 1 имеет отрицательный наклон, а У с -Б . Кроме того, следует учитывать, что в начальном состоянии вырабатывается 35 ложный дискретный импульс О , так как на выходе второго элеме та ИЛИ 12 имеется высокий уровень и второй формирователь импульсов 23 формирует короткий импульс, который 40 появляется на выходе третьего элемента ИЛИ 24, гТаким образом, для получения кусочно-линейной характеристики преобразования (Фиг. 2 б, Зб) при движе нии якоря направо парафазный усилитель 5 должен менять знак коэффициен-. та усиления после каждого импульса (Фиг. 2 л, 2 о) третьегоформирователя импульсов 19 и после каждого импульса (Фиг. Зм,о) четвертого Формирователя импульсов 20.При движении якоря направо до точки О (фиг. 2 а) к входу парафазного усилителя 5, имеющего отрицательный коэффициент усиления, подключается первая индуктивная измерительная цепь 1 (фиг. 2 а,к,о), Когда якорь достигает точки О (фиг, 2 а), на.выходе второго компаратора уровня 7 появляется высокий уровень (Фиг.2 г) 6 О и к входу парафазного усилителя 5 подключается вторая индуктивная измерительная цепь 2 (фиг. 2 и), В тоте момент на прямом выходе блока 10пределения направления перемещения 65 появляется высокий уровень (фиг. 2 ж), который совместно с высоким уровнем выходного сигнала второго компаратора уровня 7 способствует. появлению высокого уровня на выходе второго элемента И 14, действие которого через четвертый элемент ИЛИ 17, третий Формирователь импульсов 19 и шестой элемент ИЛИ 21 меняет состояние счетного триггера 25 (фиг. 2 о). При этом знак коэффициента усиления парафазного усилителя 5 становится положительным. Кроме того, первый формирователь импульсов 22 формирует короткий импульс, который появляется на выходе третьего элемента ИЛИ 24 (фиг. 2 н) .При дальнейшем передвижении якоря выходной сигнал П второй индуктивной измерительной цепи 2 становится больше Ч ,и на выходе третьего компаратора уровня 8 появляется высокий уровень .(Фиг. 2 д), а на управляющем входе первого ключевого элемента 3 появляется высокий уровень .(Фиг.2 к) и к входу парафазного усилителя 5 подключается первая индуктивная измерительная цепь 1, а вторая индуктивная цепь 2 отключается ключевьм элементом 4. Так как на выходе второго элемента ИЛИ 12 появляется высокий уровень, то второй формирователь импульсов 23 формирует короткий импульс, который появляется на выходе третьего элемента ИЛИ 24 (Фиг2 н). Состояние счетного триггера 25 и знак коэффициента усиления парафазного усилителя 5 не меняется (фиг, 2 о), так как на инверсном выходе блока 10 определения направления имеется низкий уровень (фиг, 2 з) и на выходе третьего элемента И 15 - низкий уровень, который не меняет, состояния пятого элемента ИЛИ 18, и четвертый формирователь импульсов 20 не формирует короткого импульса.При дальнейшем передвижении якоря выходной сигнал П первой индуктивной измерительной цепи 1 становится больше П , и на выходе .первого компаратора уровня 6 появляется высокий уровень П (фиг. 2 в), под действием которого на выходе первого элемента ИЛИ 11 появляется высокий уровень Б(Фиг. 2 и), и первый формирователь импульсов 22 Формирует короткий.импульс, который появляется на выходе третьего элемента ИЛИ 24 (Фиг. 2 и) . Кроме того, под действием управляющего импульса П второй ключевой элемент 4 подключает к входу парафазного усилителя 5 выходной сигнал П второй индуктивной измерительной цепи 2. Знак коэффициента усиления парафазного усилителя 5 становится отрицательным (фиг. 2 о), так как третий формирователь импульсов 19 Формирует короткий импульс, который, пройдяшестой элемент ИЛИ 21, меняет состояние счетного триггера 25.При дальнейшем передвижении якоря направо происходят переключения ключевых элементов 3 и 4 и знака коэф- фйциента усиления парафазного усилк" теля 5 согласно эпюрам напряжений,показанным на лиг. 2. Ясли достиг-нувший точки с (фиг. 2 а) якорь начи-. нает двигаться влево, то в точке 6 вЫходной сигнал 0 второй кндуктивной 30 измерительной цепй 2 становится больше 0 , и на выходе третьего компаратора уровня 8 появляется высокий уровейь, под действием которого на вы,ходе второго элемента ИЛИ 12 также15 появляется высокий уровень.(фиг.Зк), под действием которого первый клочевой элемент 3 подключает к входу парафазного усилителя 5 первую индуктив" ную измерительную цепь 1. Кроме того, под действием вьх:окого уровня сигнала 0, второй формирователь импульсов 23 Формирует короткий импульс, который появляется на выходе третьего элемента ИЛИ 24 (фиг. Зн). В тот зе.момейт иа прямом выходе блока 10 определения направления перемещения появляется низкий уро" вень, а на инверсном - ви:окий (Фкг. Зз), действие которого совместно с выходным сигналом 08 третьего компаратора уровня 8 приводит к тому, что четвертый Формирователь импульсов 20 формирует короткий импульс Цо который, пройдя шестой элемент ИЛИ 21, меняет состояние 3 счетного триггера 25, а следовательно, знак коэффициента усиления .пара" фазкого усилителя 5 становится положительным, и характеристика преоб.разования имеет положительный наклой.40При дальнейшем передвижеиии якоря влево нроксходят переключения ключевых элементов 3 к 4 и знака коэффициента усиления парафазного усилителя. 5 согласно эпюрам напряжений, показанным на Фнг. 3.Еусочво-аналоговый сигнал 0 ц несет информацию о положении якоря между позициями, Высокая линейность характеристики преобразования ана логозого сигнала получается эа. счет . того, что используются только началь" . ные части характеристики .синусои дальной Формы.Работа преобразователя перемещений в код поясняется зпюрами, йоказаннюж на Фиг. 4.".В момент времени т 4 гребенчатьЖ якорь, двигаясь направо, переходит границу первой позиции. При этом на инверсном выходе блока 10 опреде" ф лекйя направления перемещения появляется низккй уровень, а на прямом ,выходе - высокий (Фиг, 4 е,ж) . В тот ре момент временина выходе второго компаратора уровня 7 появляет ся высокий уровень 0 (фиг 4 в) под действием которого на выходе первого элемента ИЛИ 11 тозе появляется высоккй уровень 0 , под дей-ствием которого второй ключевой элемент 4 подключает выходной сигнал 0 з второй индуктивной цепи 2 к входу парафазного усилителя 5, коэффициент усиления которого в момент временистановится положительным, так как под действием уровней второго компаратора уровня 7 и блока 10 определения направления перемещения третий формирователь импульсов 19 формирует короткий импульс, который, пройдя жстой элемент ИЛИ 21, меняет состояние счетного триггера 25, а тем самым и знак коэффициента усиления парафазного усилителя 5 (Фиг. 4 н) . Кроме того, под действием высокого уровня второго компаратора 7 уРовня первый формирователь импульсов 22 Формирует короткий импульс, который, пройдя третий элемент ИЛИ 24, появляется на дискретном выходе преобразователя (Фиг.4 м).До момента временина кусочно- аналоговом выходе преобразователя перемещений в код подключен выходной сигнал второй индуктивной измерительной цепи 2 (Фиг. 4 о) . В момент временивыходной сигнал второй индуктивной измерительной цепи 2 превышает опорное напряжение 0 и на выходе третьего компаратора уровня 8 появляется высокий уровень (фиг. 4 г), под действием которого на выходе второго элемента ИЛИ 12 появляется высокий уровень 0 (фиг . 4 и), под действием которого первый ключевой элемент 3 подключает выходной сигнал первой индуктивной измерительйсй цепи 1 к входу парафазного усилителя 5, знак коэффициента усиления которого не меняется так как выходные,уровни блока 10 определения направления перемещения остаются прежними и третий Формирователь импульсов 19 не формирует короткого ющульса; Так как в моМент времени. й йа выходе первого элемента ИЛИ 11 появляется низкий уровень О+, (Фиг,4 з), то второй ключевой элемент 4 отключает выходной сигнал второй индуктивной измерительной цепи 2. В тот же, момент времени й од действием высокого уровня Ц .второй Формирователь иьаульсов УЗ Формирует короткий импульс, который, пройдя третий элемент ИЛИ,24, появляется на дискретном выходе преобразователя (Фиг. 4 м). Др момента Фз больше никакйх переключений не ироксходит,В момент врейевй й. выходной сигнал первой индуктивной измерительйой цепи 1 превышает опорное напряженкеО и на выходе первого компаратора уровня б появляется вы.сокий уровень Оа (фиг.4 б), под действием которого на выходе первого ;элемента КПИ 11 появляется высокий уровень 0 (Фиг. 4 з), действие которого на управляющем входе второго ключа 4 приводит к его переключению, Ъ и х входу парафазного усилителя 5 подключается выходной сигнал второй индуктивной измерительной цепи 2. Так как на, находе второго элемента ИЛИ 12 в. момент времени 3 появляет ся низкий уровень, то первый ключевой,элемент 3, переключаясь, отключает выходной сигнал первой индуктивной измерительной цепи 1. Под действием выходных уровней перво 1 о компаратора б в блока 10 определения направления перемещения третий Формирователь импульсов 19 форкирует короткий импульс, которнй, пройдя .шестой элемент ИЛИ 21, меняет состояние счетного триггера 25 (Фиг.4 н) и коэффициент усиления парафазного усилителя 5 становится отрицательным. В тот же момент времени . под действием высокого уровня О.н первого элемента ИЛИ 11 первый Формирователь импульсов 22 формирует короткий импульс, который, пройдя третий элемент ИЛИ 24, появляется на.дискретном выходе преобразователя (Фнг, 4 м),В момент времени ( якорь меняет направление перемещения и начинает перЕмещаться влево. В момент времениникаких переключений ключевых элементов 3,4 и знака коэффициента З 5 усиления парафазного усилителя 5 не происходит. В момент времени 1 выходной:сиг" нал 0 второй индуктивной измери". 4 О тельной цепи 2 превышает опорноенапряжение 0 и нч выходе третьего компаратора уровня,8 появляется высокий уровень О. (Фиг, 4 г), под действием которого на выходе эле-, . мейта ИЛИ 12 появляется высокий уро" вень О действие. которого на .управляющем входе первого клочевого элемента 3 приводит к его переключению, и с входом парафазного усилителя 5 соединяется выходной. сигнал первой индуктивной измерительной цепи 1. В тот же юмент времени с на выходе первого элемента ИЛИ 11 появляется низкий уровень Ои второй ключевой элемент 4, переключаясь, . отключает выходной сигнал 0 второй индуктивной измерительной цепи 2, Под действием высокого уровня Оо второй Формирователь импульсов 23. формирует короткий импульс, который, .60 пройдя третий элемент ИЛИ 24, по- . является. на дискретном вькоде преоб" разователя (фиг. 4 м). В момент времени на прямом выходе блока 10 определейия направления перемещения 65 появляется низкий уровень (фнг 4 е)а на инверсном выходе - высокий(Фиг. 4 ж), под действием:которогосовместно с выходным уровнем третьего компаратора уровня 6 четвертьюформирователь ющульса 20 Формируеткороткий импульс, который, пройдяшестой элемент или 21, меняет;состояние счетного триггера 25 (Фнг. 4 и)ра .следовательно, коэффициент усиления парафазиого усилителя 5 становится положительным,В момент времени 1 вйходиой сигнал индуктивной йзмерительиой. цепи 1становится меньше опорного. напряжения -0 и на выходе второго компа",оратора уровня 7 появляется высокийуровень Оз (Фиг. 4 в), под действиемкоторого на выходе первого. элемента.или 11 появляется ванский уровеньоч (фиг. 4 з), двйствие котороЮ науправляющем входе второго клвчвзогоэлемента 4 приводит к его переклочеиию, и к входу парафвзного усилителя 5 подключается:выходной сигналвторой индуктивной измерительнойцепи 2. Так как в мсмент времени й,на выходе;второго элемента ИБИ 12.появляется низкий уровень (фиг, 4 а)то первый ключевой элемещ 3 отключает выходной сигнал первой индуктивной измерительной цепи 1 отвхода парафазного усилителя 5. Состояние вЫходных уровней блока .10 оп-.ределения направления перемещенияв момент временине меняется(Фиг, 4 е,ж). В момент времени йечетвертый формирователь 20 короткогоимпульса не формирует (фиг. 4 л), аследовательно, знак коэффициентаусиления парафазного усилителя 5остается положительным. Щоме того,.в момент времени с под действиемвысокого уровняпервый Формиро"ватель. импульсов 22 Формирует корот"кий импульс, который появляется надискретном выходе преобразователя(Фиг 4 м). До момента времени йк кусочно-аналоговому выкоду преобразователя подключен выходной сиг"нал второй индуктивной измерительнойцепи 2.В момент времени й выходной сигнал второй индуктивной измерительнойцепи 2 становится меньше опорногонапряжения -Ое и происходят.перекаочения:ключевых элементов 3 и 4,ана- .логичные переключениям момейта времени е при этом знак коэффициентаусиления парафазного усилителя 5становится отрицательныа (Фиг, 4 н).Таким образом, полное перемеще- .ние можно определить, установив количество дискретных шагов (позиций),уменьшенных единицей, так как при.начальной установке аюрабатывается,.ложный дискретный шаг, и прибавивк результату величину перемещенияформула изобретения 25 в зоне одной позиции, определяемуюпо выходному кусочно-аналоговомусигналу. Причем дискретное число.шагов определяют, суммируя числоимпульсов, выданных, когда на прямом выходе блока )О определения направления перемещения имеется.высокий уровень, считая их положительными, с числом импульсов дискретного выхода преобразователя, выдан"ных, когда на инверсном выходе блока 1 О10 определения направления перемещения имеется высокий уровень, считаяих отрицательными.Применение предложенного преобраэователя перемещений в код позволяет 5повысить точность Преобразования,так как для Формирования кусочноаналоговой характеристики преобра"эования используются начальные наи"более линейные части характеристикпреобразования индуктивных измерительных цепей,Преобразователь перемещений в код, содержащий две индуктивных измеря тельных цепи, выходы которых подключены к первым входам ключевых элементов, выходы которых соединены с первым и вторым входами парафаэного усилителя, вторые входы ключевых элементов соединены с выходами первого и второго элементов ИЛИ, блок определения направления перемещения, 35 прямой выход которого соединен с первыми входами первого и второго элементов И, а инверсный выход - с первыми входами третьего и четвертого элементов И, выходы первого 40 и второго элементов ИЛИ через первый и второй формирователи импульсов соответственно соединены с входамитретьего элемента ИЛИ, и четвертый,пятый и шестой элементы ИЛИ, о т,л и ч а ю щ и й с я тем, что, сцелью повышения точности преобразо.вания, в него введены счетный триг.гер, третий и четвертый Формирователи импульсов и четыре компараторауровня, выход первой индуктивнойизмерительной цепи через параллельно соединенные первый и второй компараторы уровня соединен с вторымивходами первого и второго элементовИ, входами первого элемента ИЛИ ипервым и вторым входами блока определения направления перемещения,выход второй индуктивной измерительной цепи через параллельно соединенные третий и четвертый комнараторы уровня соединен с вторыми входами третьего и четвертого элементовИ, входами второго элемента ИЛИ итретьим и четвертым входами блокаопределения направления перемещения,выходы первого н второго, третьегои четвертого элементов И попарносоединены соответственно с четвертым и пятым элементами ИЛИ, выходыкоторых через третий и четвертыйформирователи импульсов соответственно соединены с входами шестогоэлемента ИЛИ, выход которого черезсчетный триггер соединен с третьимвходом парафаэного усилителя, счетный вход счетного триггера соединенс клеммой Сброс. Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. АвтОрское свидетельство СССР9 670954, кл. 6 08 С 9/04, 1977,2. Авторское .свйдетельство СССРпо заявке 9 2913620/18-24,кл, 6 08 С 9/04 у 1980 (прототип) .943796 НИИПИ Закаэ 5117/60 ираж 642 Подписное Филиал ППП "Патент" г.Ужгород,ул.Проект