Устройство для измерения линейных перемещений

Устройство для измерения линейных перемещений

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ЛИНЕЙНЬК ПЕРЕМЕГЦЕНИЙ, содержащее группу индуктивностей, выполненных в виде прямолинейных проводников, уложенных с Определенным шагом в одной плоскости,. концы которых с одной стороны плоскости соединены в общей точке, эталонный трансформатор, генератор синусоидального тока, подключенный через .первичную обмотку эталонного трансформатора к общей точке проводников группы индуктивностей , блок токовых ключей, выход каждого яэ которых подключен к соответствующему проводнику группы.индуктивностей , регистр сдвига, выходами соединенный с входами блока токовых ключей, счетчик блок управления, первый выход которого соединен с установочными входами регистра сдвига и счетчика, а второй выход - с управляющим входом генератора синусоидального тока, делитель частоты, вход которого соединен с третьим выходом блока управления, а выход со счетными входами регистра сдвига и счетчика, детектор, входом подключенный к вторичной облютке эталонного трансформатора, вычислительный блок, старшие информационные входы которо.го соединены с выходами счетчика , а .управляющий вход - с четвертым выходом блока управления, и указатель перемегр.ения, отличающееся тем, что, с целью повьаиения точности и расширения функционал;;ных возможностей, оно снабжено двумя идентичными магнитометрическими датчиками , pacпoлoжeнны o на указателе перемещения шестью аналоговыми ключами , информационные входЪа которых связаныс соответствующими выходами магнитометрических датчиков, управляющие входы первых трех аналоговых ключей подключены к пятому выходу блока управления, а управляющие входы остальных трех - к шестому выходу блока управления, дискриминатором инвариантного сигнала, входы которого подключены к попарно соединенным выходам первой и второй тройки аналоговых ключей, аналого-цифровым преобразователем, информационныйС/З вход которого подключен к выходу дискриминатора инвариантного сигнала , опорный вход - к выходу детек .тора, управлякщий вход - к седьмому выходу блока управления, а выходы к младшим информационным входам вычислительного блока, и пороговым элементом, вход которого подключен к выходу дискриминатора инвариантного сигнала, а выход - к входу блока управления. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что дискриминатор инвариантного сигнала выпопнся в вике трех узкополосных усилителей, первого сумматора, первый вход которого подключен к выходу третьего уси лителя, фазовращателя, включенного меж.цу выходом второго усилителя и вторым вхрдоул первого сумматора, управляемого фазовращателя, вход которого подключен к выходу первого сумматора, а управляющий вход - к выходу первого усилителя, второго сумматора, первый вход которого подключен к выходу первого усилителя. а второй вход - к выходу управляемо

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (19) (11) 26 А

3(51) G 01 В 7/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

5" (Я) фф)щ g

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ,, .",,!3

Х АВТОРСХОМ У СВИДЕТЕЛЬСТВ,Ф

Ы1 ЮИ1)ЦТ;. (21) 3510983/18-28 (22) 09.11.82 (46) 30.01.84. Бюл, Р 4 (72) Б.Я.Жевелев (71) Центральное конструкторское бюро с опытным производством AH БССР (53) 621.317.39 531.717(088.8) (56) 1, Авторское свидетельство СССР

У 691680, кл, G, 01 В 7/00, 1980.

2. Авторское свидетельство СССР по заявке У 3346358, кл. О 01 В 7/00, 1982 (прототип)., (54)(57) 1. УСТРОИС1ВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ

ЛИНЕИНЫХ ПЕРЕМЕЩЕНИЯ, содержащее группу индуктивностей, выполненных в виде прямолинейных проводников, уложенных с определенным шагом в одной плоскости, концы которых с одной стороны плоскости соединены в общей точке, эталонный трансформатор, генератор синусоидального тока, подключенный через первичную обмотку эталонного трансформатора к общей точке проводников группы индуктивностей, блок токовых ключей, выход каждого из которых подключен к соотв етствующему проводнику группы индуктивностей, регистр сдвига, выходами соединенный с входами блока токовых ключей, счетчик, блок управления, первый выход которого соединен с установочными входами регистра сдвига и счетчика, а второй выход — c управляющим входом генератора синусоидального тока„ делитель частоты, вход которого соединен с третьим выходом блока управления, а выход— со счетными входами регистра сдвига и счетчика, детектор, входом подключенный к вторичной обмотке эталонного трансформатора, вычислительный блок, старшие информационные входы которого соединены с выходами счетчика, а .Управляющий вход - с четвертым выходом блока управления, и указатель перемещения, о т л и ч а ю— щ е е с я тем, что, с целью повышения точности и расширения функционал=ных возможностей, оно снабжено двумя идентичными магнитометрическими датчиками, расположенными на указателе перемещения шестью аналоговыми ключами, информационные входЪ которых связаны с соответствующими выходами магнитометрических датчиков, управляющие входы первых трех аналоговых ключей подключены к пятому выходу блока управления, а управлякщие входы остальных трех — к шестому выходу блок а управления, дискриминатором инвариантного сигнала, входы которого подключены к попарно соединенным выходам первой и второй тройки Е аналоговых ключей, аналого-цифровым пре образов ат ел ем, информационный вход которого подключен к выходу дискриминатора инвариантного сигна- С ла, опорный вход - к выходу детек. тора, управлякиций вход — к седьмому Я выходу блока управления, а выходы— к младшим информационным входам вычислительного блока, и пороговым элементом, вход которого подключен к выходу дискриминатора инвариантного сигнала, а выход — к входу блока упр авл ени я.

2. Устройство по и. 1, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что дискрими- 4 "натор инвариантного сигнала выполнен в виде трех узкополосных усилителей, ) первого сумматора, первый вход котс- 1Ф-" рого подключен к выходу третьего уси лителя, фазовращателя, включенного между выходом второго усилителя и В вторйм входоМ первого сумматора, управляемого фазовращателя, вход которого подключен z выходу первого сумматора, а управляющий вход — к выходу первoro усилителя, второ-.о сумматора, первый вход которого подключен к выходу первого усилителя, а второй вход — к выходу управляемо< 1070426 го фазовращателя, и детектора, вклю-. магнитометрнческих датчиков выполченного на выходе второго сумматора. нен в виде трех цилиндрических катушек индуктивности, оси чувствитель3. Устройство по и, 2, о т л и ности которых расположены в трех ч а ю щ е е с я тем, что каждый из взаимно перпендикулярных плоскостях.

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

Известно устройство для измерения линейных перемещений, содержащее ряд индуктивностей, элемент возбуждения и блок обработки измерительной информации (1J.

Недостатком указанного устройстаа — невысокая точность измерения, обусловленная погрешностями, воз-. никающими при изменении ориентации элемента возбуждения в процессе измерения.

Наиболее близким по технической сущности является устройство для измерения линейных перемещений, содержащее группу индуктивностей,. выполненных в виде прямолинейных проводников, уложенных с определенным 20 шагом в одной плоскости, концы которых с одной стороны плоскости соединены в общей точке, эталонный трансформатор, генератор синусоидального тока, подключенный через пер- 25 вичную обмотку эталонного трансформатора к общей точке проводников г >уппы индуктивностей, блок токовых ключей, выход каждого из которых подключен к соответствующему провод- 30 нику группы индуктивностей, регистр сдвига, выходами соединенный с входами блока токовых ключей, счетчик, блок управлениЕ, первый выход котоРого соединен с установочными входа- 35 ми регистра сдвига и счетчика, а второй выход - с управляющим входом генератора синусоидального тока, делитель частоты, вход которого соединен с третьим выходом блока управ- 40 ления, а выход - со счетными входами регистра сдвига и счетчика, детектор, входом подключенный к вторичной обмотке эталонного трансформатора, вычислительный блок, старшие инфор- 45 мационные входы которого соединены с выходами счетчика, а управляющий вход — c четвертым выходом блока управления, и указатель перемещения (2 .

Недостатками известного устройства являются невысокая точность измерения, обусловленная погрешностями, возникающими при изменении ориентации измерительного элемента, и неширокие функциональные возможности вследствие того, что измерение возможно производить лишь при неизменной ориентации измерительного элемента в пространстве.

Цель изобретения — повышение точности измерения и расширение функциональных возможностей, Поставленная цель достигается тем, что устройство для измерения линейных перемещений, содержащее группу индуктивностей, выполненных в виде прямолинейных проводников, уложенных с определенным шагом в одной плоскости, концы которых с одной стороны плоскости соединены в общей точке, эталонный трансформатор, генератор синусоидального тока, подключенный через первичную обмотку эталонного трансформатора к общей точке проводников группы индуктивностей, блок токовых ключей, выход каждого из которых подключен к соответствующему проводнику группы индуктив костей, регистр сдвига, выходами соединенный с входами блока токовых ключей, счетчик, блок управления, первый выход которого соединен с установочными входами регистра сдвига и счетчика, а второй выход — с управляющим входом .генератора синусоидального тока, делитель частоты, вход которого соединен с третьим выходом блока управления, а выход — co счетными входами регистра сдвига и счетчика, детектор, входом подключенный к вторичной обмотке эталонно.— го трансформатора, вычислительный блок, старшие информационные входы которого соединены с выходами счетчика, а управляющий вход — с четвертым выходом блока управления, и указатель перемещения, снабжено двумя идентичными магнитометрическими датчиками, расположенными на указателе перемещения шестью аналоговыми ключами, информационные входы которых связаны с соответствующими выходами магнитометрических датчиков, управ-, ляющие входы первых трех аналоговых ключей подключены к пятому выходу блока управления, а управляющие вхо1070426 ды остальных трех — к шестому выходу блока управления, дискриминатором инвариантного сигнала, входы которо.го подключены к попарно соединенным выходам первой и второй тройки аналоговых ключей, аналого-цифровым преоб- 5 разователем, информационный вход которого подключен к выходу дискриминатора инвариантного сигнала, опорный вход — к выходу детектора, управляющий вход — к седьмому выходу блока управления, а выходы — к младшим. информационным входам вычислительно» го блока, и пороговым элементом, вход которого подключен к выходу дискриминатора инвариантного сигна- 15 ла, а выход — к входу блока управления.

Кроме того, дискриминатор инвариантного сигнала выполнен в виде трех узкополосных усилителей, перво- 20 го сумматора, первый вход которого подключен к выходу третьего усилителя, фаэовращателя, включенного между выходом второго усилителя и вторым входом первого сумматора, управ- 25 ляемого фазовращателя, вход которого подключен к выходу первого сумматора, а управляющий вход — к выходу первого усилителя, второго сумматора, первый вход которого подклю- З0 чен к выходу первого усилителя,, а второй вход - к выходу управляемого фаэовращателя, и детектора, включенного на выходе второго сумматора.

При этом каждый из магнитаметрических датчиков выполнен в виде трех цилиндрических катушек индуктивности, оси чувствительности которых расположены в трех взаимно перпендикул ярных плоск ост ях.

На чертеже приведена блок-схема предлагаемого устройства.

Устройство содержит группу 1 индуктивностей, выполненную в виде прямолинейных проводников, уложенных 45 с шагом L в одной плоскости, эталонный трансформатор 2, генератор 3 синусоидального тока, блок 4 ключей, выходами подключенный к проводникам группы 1 индуктовностей, регистр 5 сдвига, счетчик б, блок 7 управления,50 первый вход которого соединен с установочными входами регистра 5 сдвига и счетчика б, делитель 8 час- .тоты, указатель 9 перемещений, два идентичных магнитометрических датчи- 55 ка 10.1 и 10.2, расположенные на указателе перемещений, выполненные каждый в виде трах цилиндрических кату-. шек индуктивности, оси чувствительности которых расположены в трех . 60 взаимно перпендикулярных плоскостях

C шесть аналоговых ключей 11-16, управляющие входы которых объединены в группы по три и подключены соответственно к пятому и шестому выходам 65 блока 7 управления, дискриминатор 17 инвариантного сигнала, аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 18, включенный на выходе дискримийатора 17, пороговый элемент 19, включенный между выходом дискриминатора 17 и входом блока 7 управления, детектор .20 и вычислительный блок 21, причем дискриминатор 17 инвариантного

:сигнала выполнен в виде трех узко полосных усилителей 22-24, первого сумматора 25, подключенного первым входом к выходу третьего усилите. ля 24, фазов,ращателя 26, включенного между выходом второго усилителя 23 и вторым входом сумматора 25, управляемого фаэовращателя 27, второго сумматора 28, входами подключенного к выходам первого усилителя 22 и управляемого фаэовращателя 27, и детектора 29, включенного на выходе второго сумматора.

Устройство работает следующим образом.

После установки острия указателя 9 перемещений в точку измерений устройство работает автоматически в следующей последовательности.

1. Иэ блока 7 управления по первому выходу на установочные входы регистра 5 и счетчика б поступает импульсный сигнал, устанавливающий указанные блоки в исходное состояние (в счетчике б 1 и в первом разряде регистра 5 l" ).

2. С второго выхода блока 7 управления поступают сигналы на управляющий вход генератора 3, а с третьего выхода через делитель 8 — на счетные входы регистра 5 и счетчика 6.

Таким образом, на каждый и сигналов (n — коэффициент деления делите-. ля 8) вырабатываются и периодов синусоидального тока, которые протекают по одному иэ проводников группы 1 индуктивностей, коммутируемых блоком 4 в соответствии с состоянием регистра 5. При этом счетчик 6 фиксирует номер коммутируемого проводника. При протекании синусоидального тока по одному из упомянутых проводников вокруг него формируется переменное электромагнитное поле, которое преобразуется в электрические синусоидальные сигналы при помо,ци магнитометрических датчиков 10.1 и 10.2.

3. В блоке 7 управления вырабаты- вается сигнал, который, поступив с пятого выхода на управляющие входы первых трех аналоговых ключей, разрешает прохождение электрических сигналов с каждой иэ трех катушек индуктивности датчика 10.1 на входы узкополосных усилителей 22-24, где они усиливаются (с одновременной фильтрацией) . На первый вход сумматора 25 поступает сигнал с усилите1070426 ля 24, а на .второй вход через фазовращатель 26, поворачивающий фазу сигнала на Я(2, поступает сигнал с усилителя 23. Результирующий сигнал с сумматора 25 сдвигается по фазе на л/2 при помощи фазовращателя 27 и поступает на один из входов сумматора 28,,на другои вход которого поступает сигнал с первого усилителя 22, выходной сигнал сумматора 28 детектируется детектором 29 и поступает 1О на выход дискриминатора 17 инвариантного сигнала, амплитуда выходного сигнала которого будет инвариантна к ориентации датчика 10.1 ° Таким образом, на выходе дискриминатора 17 15 формируется сигнал, величина которого соответствует расстоянию датчика 10. 1 от коммутируемого проводника группы 1 индуктивностей, но не зависит от ориентации датчика 10. 1 относительного этого проводника.

4. Операции, изложенные в пп. 2 и 3, повторяются до тех пор, пока при помощи порогового элемента 19. не будет зафик сирован си гнал дост аточной амплитуды на выходе дискриминатора 17, свидетельствующий о непосредственной близости коммутируемого проводника и датчика 10.1, При этом в счетчике 6 оказывается записанным код коммутируемого проводника.

5. По команде от порогового Элемента 19, поступившей на вход блока 7 управления, прекращается коммутация проводников группы 1 индуктивностей и синусоидальный ток протекает по зафиксированному проводнику. Сигнал с вторичной обмотки трансформатора 2 детектируется в детекторе 20 и подается на опорный вход аналого-цифрового преобразователя 40 (АЦП) 18, на выходе которого формируется цифровой код, соответствующий амплитуде сигнала, поступающего с выхода дискриминатора 17.

6.После того,как с выхода АЦП 18 45 цифровой код поступит в вычислитель-. ный блок 21, что синхронизируется блоком 7 управления, на третьем выходе последнего вырабатываются сигналы, благодаря которым коммутирует- 6 ся следующий проводник.

7. Операции, изложенные в пп, 5 и 6, повторяются до тех пор, пока на выходе порогового элемента 19 существует выходной сигнал, свидетельствую-55 щий о достаточно большой амплитуде сигнала на выходе дискриминатора 17.

Таким образом, на выходе АЦП 18 будет последовательно получен ряд цифровых родов, которые передаются в вычислительный блок 21 и представ— ляют собой ряд значений (решетчатую функцию) амплитудно-пространств еннои характеристики магнитометрического датчика.

8. По сигналу с блока 7 в вычислительном блоке 21 производится определение экстремума упомянутой решетчатой функции, который соответствует положению центра магнитометрического датчика. Совокупность кода в счетчике (грубый отсчет) и кода, полученного при вычислении экстремума (точный отсчет) решетчатой функции (например, при помощи полинома Ньютона), соответствует коду Х положения первого датчика 10.1. 1(од 1 запоминается в блоке 21.

9. Все операции, изложенные в пп. 1-8 повторяются, но при этом из блока 7 управления разрешающий сигнал поступает с шестого выхода на управляющие входы аналоговых ключей 14-16, при этом производится обработка сигнала магнитометрического датчика 10.2, в результате чего в вычислительном блоке 21 фиксируется код Х> положения второго магнитометрического датчика 10.2.

10. По сигналу блока 7 управления в блоке 21 производится вычисление кода Хр соответствующему положению острия указателя 9 перемещений по формуле

Э1

0 " ("2 "1)

2 где 1)1 — расстояние между точкой измерения и первым магнитометрическим датчиком 10.1;

Р2 — расстояние между магнитометрическими датчиками

10.1 и 10.2.

На этом цикл измерения заканчивается.

Переместив острие указателя 9 перемещений в другую точку области измерения, можно определи1ь описанным образом координату этой точки.

Разность координат этих двух точек будет соответствовать линейному перемещению острия указателя 9 пере мещению при»произвольной ориентации последне го.

Изобретение позволяет повысить точность измеренИя и расширить функциональные воэможности устройства для измерения линейных перемещений за счет обеспечения инвариантности результатов измерений относительно пространственной ориентации измерительного элемента.

1070426

Составитель В. Николаев

Редактор С.Квятковская Техред X. Кастелевиц Корректор А.Ференп

Заказ LL663/40 Тираж 591 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам иэобретений и открытий

ll3035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Ч

Филиал ППП Патент, г.ужгород, ул .Про йтная, 4