Устройство для измерения линейных перемещений

Устройство для измерения линейных перемещений

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ЛИНЕЙНЫХ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ, содержащее группу Индуктивных измерительных преобразователей, коммутатор, блок управления, вычислительный и измерительный блоки,- О-т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения диапазона измерений-, оно снабжено формирователем тактов, реверсивным сдвиговым регистром, подключенным к первому выходу формирователя тактов , генератором синусоидального., тока , связанным с вторым выходом формирователя тактов, эталонным трансформатором , один из концов первичной обмотки которого связан с выходом генератора синусоидального тока, формирователем эталонных сигналов, подключенным информационным входом квторичной обмотке эталонного трансформатора , группа индуктивных измерительных преобразователей выполнена в виде N п зямолинейных проводников, расположенных в одной плоскости параллельно один другому с заданным шагом, индуктивного датчика перемещений в виде катушки индуктивности, имеющей возможность перемещения отно .сительно проводников, одни концы всех проводников объединены и подключены к второму концу первичнойобмотки эталонного трансформатора, вторые концы каждого из проводников соединены с соответствующим выходом коммутатора , измерительный блок выполнен в виде цепи из последовательно соединенных аналогового ключа, интегратора и компаратора, одновибратора; вход аналогового ключа соединен с выходом индуктивного датчика, вход интегратора - с выходом формирователя эталонных сигналов, выход.одновибратора подключен к установочным входа1М формирователя эталонных сигналов и интегратора, вход - к а 3 первому выходу формирователя тактов и управляющему входу формирователя 0 С эталонных сигналов, блок управления .выполнен в виде совокупности генератора импульсов, двух элементов ЗИ, элемента 2И, элемента 2-ЗИ/ИЛИ, и счетчика команд, выход генератора импульсов связан с входом формирователя тактов, вторым входом первого элемента ЗИ, .первым и пятым входами элемента 2-ЗИ/ИЛИ,первым входом второго элемента ЗИ, первый выход счетчика команд соединён с СР третьим и четвертым входами элемента 2-ЗИ/ИЛИ, первым входом первого KJ элемента ЗИ и вторим входом элемен: та 2И, второй выход счетчика команд связан с вторым и шестым входами элемента 2-ЗЙ/ИЛИ и третьим входом первого элемента ЗИ, вход счетчика .команд соединен хз выходом компаратора , управляющим входомреверсий- : ного сдвигового регистра и третьим входом второго элемента ЗИ, второй вход второго элемента ЗИ соединен с первым выходом формирователя тактов , первый вход элемента 2И подключен к выходу второго .элемента ЗИ вычислительный блок выполнен в виде двух счетчиков и блока деления, информационные выходы счетчиков под

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК 5п G 01 B 7 00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

hO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЬП ИЙ (21) 3346358/18-28 (22) 19. 1{) . 81 (46) 23.04. 83-. Бюл. Р 15 (72) Г. П. Шадурский, В. И. Тихоненко, Б.Я. Жевелев, М.Я. Никифоров, В.A. Рудой, Л.Б. Рубинштейн и С.Л. Ермаков (71) Центральное конструкторское бюро с опытным производством AH Велорусской ССР (53) 621. 717: 531 .717(088. 8) .(56) 1. Авторское свидетельство

СССР. !! 697800, кл. G 01 В 7/00, 1979 .

2. Авторское свидетельство СССР

Р 691680, кл. G 01 В 7/00! 1978 .(прототип ). (54) (57) 1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ

ЛИНЕЙНЫХ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ, содержащее группу индуктивных измерительных преобразователей, коммутатор, блок управления, вычислительный и измерительный блоки; о-т л и ч а ю щ ее с я тем, что, с целью расширения диапазона измерений., оно снабжено формирователем тактов, реверсивным сдвиговым регистром, подключенным к первому выходу -формирователя тактов, генератором синусоидального, тока, связанным с вторым выходом формирователя тактов, эталонным трансформатором, один из концов первичной обмотки которого связан с выходом генератора синусоидального тока, формирователем эталонных сигналов, подключенным информационным входом к вторичной обмотке эталонного трансформатора, группа индуктивных измерительных преобразователей выполнена в виде N прямолинейных проводников, расположенных в одной плоскости параллельно один другому с заданным шагом, индуктивного датчика перемещений в виде катушки индуктивности, имеющей возможность перемещения отно.сительно проводников, одни концы всех

„„SU„„734 А проводникОв объединены и подключены к второму концу первичной обмотки эталонного трансформатора, вторые концы каждого из проводников соединены с соответствующим выходом коммутатора, измерительный блок выполнен в виде цепи из последовательно соединенных аналогового ключа, интегратора и компаратора, одновибратора," вход аналогового ключа соединен с выходом индуктивного датчика, вход интегратора — с выходом формирователя эталонных сигналов, выход одновибратора подключен к установочным входам формирователя эталонных сигналов и интегратора, вход — к первому. выходу формирователя тактов Я и управляющему входу формирователя эталонных сигналов, блок управления

:выполнен в виде совокупности генератора импульсов, двух элементов ЗИ, элемента 2И, элемента 2-ЗИ/ИЛИ.и счетчика команд, выход генератора импульсов связан с входом формирователя тактов, вторым входом первога элемента ЗИ, первым и пятым входами элемента 2-ЗИ/ИЛИ первым ! входом второго элемента ЗИ, первый выход счетчика команд соединен с третьим и четвертым входами элемента 2-ЗИ/ИЛИ, первым входом первого элемента ЗИ и вторым входом элемента 2И, второй выход счетчика команд связан с вторым и шестым входами элемента 2-ЗИ/ИЛИ и третьим входом первого элемента ЗИ, вход счетчика команд соединен .с выходом компаратора, управляющим входом реверсивного сдвигового регистра и третьим входом второго элемента ЭИ, второй вход второго элемента ЗИ соединен с первым выходом формирователя тактов, первый вход элемента 2И подключен к выходу- второго .элемента ЗИ! вычислительный блок выполнен в виде двух счетчиков и блока деления, информационные .выходы счетчиков под1013734 ключены к соответствующим входам блока деления, тактовые входы первого и второго счетчиков соединены ..соответственно.с выходами второго элемента ЗИ и элемента 2И, синхровход блока деления связан с выходом первого элемента ЗИ, а реверсивный сдвиговый регистр своими. выходами соединен с соответствующими управляющими входами коммутатора.

2. Устройство по п. 1, о т л и ч,а ю щ е е с я тем, что формиро1

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения линейных перемещений.

Известно устройство для измерения линейных перемещений, содержащее индуктивные датчйки, измерительный блок, коммутатор, вычислительный блок и блок управления p1).

Недостатком устройства является малый диапазон измерений, обусловленный нелннейностью датчиков при значительных перемещениях.

Наиболее близким к Изобретению является устройство для измерения линейных перемещений, содержащее группу индуктивных измерительных преобразователей, коммутатор, блок управления, вычислительный и изме" рительный блоки (2).

Недостатками устройства являются малый диапазон измерений, обусловленный нелинейным характером зависимости сигналов преобразователей от перемещения, а также конструктивная сложность изготовления строго ориентированных катушек индуктивности.

Целью изобретения является расширение.диапазона измерений.

Поставленная цель достигается тем, что устройство для измерения линейных перемещений, содержащее группу индуктивных измерительных преобразователей, коммутатор, блок управления, вычислительный и измерительный блоки, снабжено формирователем тактов, реверсивным сдви-. говым регистром, подключенным к первому входу формирователя тактов, генератором синусоидального тока, связанным с вторым выходом формирователя тактов, эталонным трансформатором, один из концов первичной обмотки которого связан с выходом генератора синусоидального тока, формирователем эталонных сиг.налов, подключенным информационным ватель эталонных сигналов выполнен в виде цепи из последовательно соединенных выпрямителя, интегратора и аналогового ключа, вход выпрямителя соединен с информационным, установочный вход интегратора — с установочным, управляющий вход аналогового ключа - с управляющими входами, а выход аналогового ключа — с выходом формирователя эталонных сигналов. входом к вторичной обмотке эталонного трансформатора, группа индуктивных измерительных преобразова.телей выполнена в виде N прямолинейных проводников, расположенных в одной плоскости параллельно один другому с заданным шагом, индуктивного датчика перемещений в виде катушки индуктивности, имеющей возможность перемещения относительно

1О проводников, адни концы всех проводников объединены и подключены к второму концу первичной обмотки эталонного трансформатора, вторые концы каждого из проводников соеди-!

5 иены с соответствующим выходом коммутатора, измерительный блок выполнен в виде цепи из последовательно соединенных аналогового ключа, интегратора и компаратора, с4айовибg0 ратора, вход аналогового ключа соединен с выходом индуктивного датчика, вход интегратора — с выходом формирователя эталонных сигналов, выход одновибратора подключен к

25 установочным входам формирователя эталонных сигналОв и интегратора, вход - к первому выходу формирова.,теля тактов и управляющему входу формирователя эталонных сигналов, gg блок управления выполнен в виде совокупности генератора импульсов, двух элементов ЗИ, элемента 2И, элемента 2-ЗИ/ИЛИ и счетчика команд, выход генератора импульсов связан с входом формирователя тактов, вторым входом первого элемента зЙ, первым и пятым входами элемента

2-ЗИ/ИЛИ и первым входом второго элемента ЗИ, первый выход счетчика команд соединен с третьим и четвер-.

4О тым входами элемента 2-3H/HJIH, первым входом первого элемента зй и вторым входом элемента 2И, второй выход счетчика команд связан с вторым и шестым входамй элемента

45 2-ЗИ/ИЛИ и третьим входом первого элемента ЗИ, вход счетчика команд 1013734

3 соединен с выходом компаратора, управляющим входом реверсивного сдвигового регистра и третьим входом. второго элемента ЗИ, второй- вход второго элемента ЗИ соединен с первым выходом формирователя тактов, первый вход элемента 2И подключен к выходу второго элемента ЗИ, вычислительный блок выполнен в виде двух счетчиков и блока деления, информационные выходы счетчиков подключены к соответствующим входам блока деления, тактовые входы первого и второго счетчиков соединены соответственно с выходами второго элемента ЗИ и элемента 2И, синхроввод блока деления связан с выходом первого элемента ЗИ, .а реверсивный сдвиговые регистр своими выходами . соединен с соответствующими управ-. ляющими входами коммутатора.

Кроме того, формирователь эталонных сигналов выполнен в виде цепи из последовательно соединенных выпрямителя, интегратора и аналогового ключа, вход выпрямителя соеди, нен с информационным, установочный вход интегратора — с установочным, управляющий вход аналогового ключа= с управляющим входами, а выход аналогового ключа — с выходом формирователя эталонных сигналов.

На фиг. 1 представлена блок-.схема устройства> на фиг. 2 - блок-схема построения формирователя эталонных сигналов.

Устройство для" измерения линейных перемещений (фиг. f) содержит группу индуктивных измерительных преобразователей в виде Й прямолинейных проводников 1 и индуктивного датчика 2 перемещений в виде катушки индуктивности, имеющей возможность перемещения относительно . проводников, генератор 3 синусоидального тока, эталонный трансформатор 4, первичная обмотка которого подключена к генератору 3 и объединенным концам группы проводников 1, коммутатор 5, подключенный выходами к соответствующим вторым концам проводников 1, измерительный блок в виде последовательно соединенных аналогового ключа 6, интегратора 7 и компаратора 8, одновибратора 9, выход одновибратора 9 связан с установочным входом интегратора 8, блок управления в виде совокупности генератора 10 импульсов, первого 11 и второго 12 элементов ЗИ, . элемента 13 2И, элемента 14 2-ЗИ/ИЛИ и счетчика-15 команд, генератор 10 импульсов соединен с первым и пятым входами элемента 2-ЗИ/ИЛИ вторым входом первого и первым входом вто-, рого элементов 2И, первый выход счетчика 15 команд, соответствующий старшему разряду, соединен с входами первого 11 элемента ЗИ, элемента 13 2И и элемента 14 2-ЗИ/ИЛИ, второй выход, соответствующий млад-, шему разряду, связан с.входами элементов 14 и 10, вход счетчика 15

5 команд соединен с выходом компаратора 8. устройство содержит также вычислительный блок в виде первого

16 и второго 17 счетчиков, соединен

1О ных с блоком 18 деления,,установочные входы первого 16 и второго 17 счетчиков связаны соответственно с выходами второго элемента 12 ЗИ и элемента 13 2И; синхроввод блока

18 деления подключен к выходу второго 11 элемента ЗИ. Коммутатор 5 управляется сигналами с выхода сдвигового регистра 19, который, в свою очередь, подключен к формирователю 20 тактов, связанному вторым своим выходом с генератором 3 синусоидального тока, а входом—

\ с генератором импульсов, формирователь 21 эталонных сигналов под- ключен информационным входом к вторичной обмотке эталонного трансформатора 4, управляющим входом— к первому выходу формирователя 20 тактов. формирователь 21 эталонных диг3О налов (фиг. 2) содержит цепь из последовательно соединенных выпрямителя 22, интегратора 23 и аналогового ключа 24" вход выпрямителя подключен к информационному входу формирователя, выход аналогового ключа — к выходу формирователя, управляющий вход аналогового ключа связан с управляющим входом формирователя, а установочный вход ин4 .тегратора — с установочным входом формирователя.

Устройство работает следующим образом.

При нажатии оператором .кнопки

45 "Пуск" (не показана) сигнал начальной установки устанавливают в начальное состояние первый 16 и второй 17 счетчики, делитель 18 и за писывает единицу в младшие разряды счетчика 15 команд и реверсивного сдвигового регистра 19. Импульсы с генератора 10 импульсов поступают на формирователь 20 тактов, где .происходит их деление-на устайовленный коэффициент. В первый полупериод такта опроса отдельного проводника

1 из группы проводников (при этом проводники можно рассматривать как одновитковую катушку индуктивности с радиусом бесконечности) с форми-.

6О рователя 20 тактов синхронизирующие импульсы поступают на генератор 3 синусоидального тока, вырабатывающий синхронные синусоидальные сиг-, налы тока, протекающие в каждом проводнике 1 группы проводников. Од1013734

Как только синусоидальные сигналы с генератора 3 синусоидального тока поступят в тот проводник из 45 группы проводников, ток в котором возбудит в индуктивном датчике 2 перемещений в первые полупериоды синусоидальных колебаний сигналы положительной полярности, на.выходе компаратора 8 появится единичный сигнал. При этом на интеграторе происходит накопление проинтегрировайных положительных сигналов с . индуктивного датчика 2 перемещений в первую половину такта опроса, причем в конце половины такта ампли.туда на выходе интегратора 7 соответствует расстоянию от индуктивного датчика 2 перемещений до выбранного проводника из группы проводников.

Во второй половине этого такта едц ничный сигнал с выхода формирователя

20 тактов разрешит поступление эталонного сигнала, полученного в пер вой половине такта с формирователя i 65 яовременно единичный сигнал на выходе младшего разряда, нулевой— на выходе старшего разряда счетчика 15 команд разрешают прохождение первых полупериодов прямоугольных импульсов с генератора 10 импульсов через элемент 18 2-ЗИ/ИЛИ на управляющий вход аналогового ключа б, разрешая, тем самым, поступление первых полупериодов синусоидальных колебаний, наводимых в индуктивном датчике 2 перемещений, в интегратор 7, одновременно с этим синусоидальные сигналы, снимаемые со вторичной обмотки эталонного трансформатора 4, поступают в формирователь 21 эталонных сигналов, где происходит их накопление в первую половину такта опроса отдельного проводника группы проводников.

Сигнал с выхода интегратора 7 поступает на вход компаратора 8, где происходит его сравнение с.нулевым уровнем. До тех пор пока на интегратор 7 поступает с индуктивного датчика 2 перемещений в первый полупериод каждого синусоидального колебания отрицательный сигнал на выходе компаратора 8 присутствует нулевой сигнал. При этом ре" версивный сдвиговый регистр 19 сдвигает единицу, записанную в на- ЗО чале определения перемещения, в младший разряд по переднему фронту второго полупериода такта опроса отдельного проводника группы проводников в сторону старших разрядов. 35

В конце каждого такта по отрицательному фронту, поступающего с формирователя 20 тактов, одновибратор 9 переводит интегратор 7 и формяро-ватель 21 эталонных сигналов в на- . 4g чальное состояние.

21 эталонных сигналов на интегратор 7. С этого момента амплитуда на выходе интегратора 7 начнет линейно уменьшаться, одновременно с этим единичные сигналы на выходах компаратора 8 и формирователя 20 тактов разрешат поступление тактовых импульсов с генератора 10 импульсов через второй элемент 12

ЗИ на первый счетчик 16.

Компаратор 8 сохранит единичный сигнал на выходе до тех пор, пока сигнал на выходе интегратора 7 не . станет маньше нулевого уровня. После появления нулевого сигнала на выходе компаратора 8, импульсы перестанут поступать через второй элемент 11 ЗИ в первый счетчик 16, и, тем самым, в последнем зафиксируется код, соответствующий времени линейного изменения сигнала на вы- .ходе интегратора 7 от уровня, соответствующего расстоянию между индуктивным датчиком 2 перемещений и выбранным проводником, тем самым, код, зафиксированный первым счетчиком 16, буде соответствовать определяемому расстоянию.

Так как в.момент перехода из нулевого состояния в единичное сигнала, поступающего из формирователя

20 тактов в реверсивный сдвиговый регистр 19, на последний с компарато-. ра 8 поступает единичный сигнал, реверсивный сдвиговый регистр 19 перейдет в предыдущее состояние. Кроме того, отрицательный фронт сигнала на выходе компаратора 8 переведет счетчик 15 команд в следующее состояние, при котором на выходе младшего разряда будет нулевой уровень, а на выходе старшего - единичный.

В следующем такте произойдет определение расстояния от индуктивного датчика 2 перемещений до проводника смежного с выбранным на предыдущем такте. При этом сигналы, наводимые в индуктивном датчике 2 перемещений, будут иметь полярность, обратную сигналам, получаемым в предыдущем такте, поэтому инвертированный сигнал с выхода младшего разряда и единичный сигнал с выхода старшего разряда разрешает прохождение инвертированных сигналов генератора 10 импульсов через элемент 14 2-ЗИ/ИЛИ на управляющий вход аналогового ключа б, тем самым с индуктивного датчика 2 перемещений в интегратор 7 будут поступать положительные сигналы второй полуволны синусоидальных колебаний,. Во время линейного уменьшения сигнала на выходе интегратора 7 одновременно с записью в первый счетчик 16 импульсов, число которых соответствует расстоянию от индуктивного датчика перемещений до фнксирован1013734 ного проводника, единичный сигнал. на выходе старшего разряда счетчика 15 команд разрешит запись этих импульсов через элемент 13 2И во второй счетчик. При-появлении нулевого сигнала на выходе компарато-. ра 8 счетчик 15 команд перейдет в следующее состояние, в первом счетчике 16 будет зафиксирован код, соответствующий расстоянию между двумя смежными проводниками группы, а во втором счетчике 17 — код, соответствующий расстоянию от индук.тивного датчика 2 перемещений до фиксированного проводника из группы проводников, Единичный сигнал на выходах .младшего,и старшего радрядов счетчика 15 команд разрешит прохождение импульсов генератора 10 имнуль- ° сов через первый элемент- 11 ЗИ на синхронизируюший вход делителя 18, по этим импульсам делитель осуществит деление содержимого второго счетчика 17 на содержимое первого счетчика 16 с коэффициентом, равным точному расстоянию между проводниками. После окончания деления код, полученный в делителе 18, совмест- но с кодом на реверсивном сдвиговом .регистре, определяющем выбранный проводник группы 1 нндуктивностей, точно определяет положение индуктивного датчика 2 перемещений относительно первого проводника группы.

Формирователь 21 (фиг. 2) эталонных сигналов работает следующим, ;образом.

Синусоидальные сигналы, поступаю

:щие на информационные входы формирователя 21 эталонных сигналов, выпрямляет. выпрямитель 22, выпрямлен- ные сигналы поступают на интегратор

10 23, где происходит их накопление с интегрированием в первую половину такта .опроса каждого проводника из группы проводников, во вторую половину этого же такта сигнал с уп15 равляющего входа формирователя 21 эталонных сигналов открывает аналоговый ключ 24 и постоянный сигнал, накопленный на интеграторе 23 через аналоговый ключ 24, поступает на

7О выход формирователя. 21 эталонных сигналов.

Устройство позволяет значительно увеличить диапазон измерения линейных перемещений без усложнения кон-, струкции за счет выполнения группы

Индуктивных измерительных -преобразователей в виде параллельно располо:женных прямолинейных проводников с перемещающимся относительно них

ЗО датчиком в виде катушки индуктивности.

1013734

BHHHIIH Заказ 2998/47 Тираж 600 Подйисное

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул.Проектная,4