Задатчик микроперемещений

Задатчик микроперемещений

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может использоваться в качестве задйтчика эталонных микроперемещений при аттестации и поверке средств измерений в статическом и динамическом режимах, а также в качестве исполнительного механизма высокоточных микроперемещений в системах автоматического управления . Цель - повышение точности и производительности задатчика. Поставленная цель достигается тем, что заг датчик микроперемещений содержит электромеханическое исполнительное устройство и блок управления. Электромеханическое исполнительное устройство состоит из корпуса, пьезопакета, выполненного в виде полого цилиндра, направляющего штока, выполненного в виде ступенчатого вала, и индуктивной катушки. Две шейки штока образуют с корпусом направляющие, а третья - является измерительным стержнем, уста новленным соосно с индуктивной катушкой . Блок управления содержит усилитель напряжения, преобразователь напряжения , подключенный к индуктивной катушке, и согласующий усилитель. К выходу усилителя напряжения, выполненного по ключевой схеме с гальванической развязкой на оптоэлектронныхпарах, подключен пьезопакет, а к вхо ду - преобразователь перемещений. 2 ил. сл Nd со со СП

СОЮЗ CQBETCHHX

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК др 4 С 05 0 3/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСНОЬ У СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО.ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 4208930/24-24 (22) 16.03.87 (46) 30.09.88. Бюл.У 36 (71) Всесоюзный заочный машиностроительный институт (72) А.Г.Ершов и И.Л.Николаев (53) 62-50(088.8) (56) Виноградов В.Д. и др. Электрон ные измерительные системы для контроля малых перемещений. М.: Машиностро» ение, 1976, с.116-134.

Шачнев 1О.А. и др. Автоматическое управление точностью обработки при помощи пьезокерамических исполнительных механизмов.- Технология производства, научная организация труда и управления, 1979, В б, с.18-20 ° (54) ЗАДАТЧИК МИКРОПЕРЕМЕЩЕНИЙ (57) Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может использоваться в качестве эадатчика эталонных микроперемещеннй при аттестации и поверке средств измерений в статическом и динамическом режимах, а также в качестве исполнительного механизма высокоточных микроперемеще„„SU „„1427336 А 1 ний в системах автоматического управ" ления. Цель - повышение точности и производительности задатчика. Постав" ленная цель достигается тем, что эа-. датчик микроперемещений содержит электромеханическое исполнительное устройство и блок управления. Электромеханическое исполнительное устройство состоит из корпуса, пьезопакета, выполненного в виде полого цилиндра, направляющего штока, выполненного в виде ступенчатого вала, и индуктивной катушки. Две шейки штока образуют с корпусом направляющие, а третьяявляется измерительным стержнем уста1 с новленным соосно с индуктивной катуш-@ кой. Блок управления содержит усилитель напряжения, преобразователь на- /Ф пряжения, подключенный к индуктивной С катушке, и согласующий усилитель. К выходу усилителя напряжения, выпол ф ненного по ключевой схеме с гальванической развязкой на оптоэлектронных. парах, подключен пьеэопакет, а к вхо- ду — преобразователь перемещений.

2 ил.

1427336

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может использоваться в качестве задатчика микроперемещений при аттестации и по5 верке средств измерений, а также в качестве исполнительного механизма высокоточных перемещений в системах автоматического управления.

Цель изобретения — повышение стати-!О ческой и динамической точности задатчика микроперемещений при одновременном обеспечении линейности и расширения динамического диапазона перемещений, а также повышение производи=- 15 тельности поверочно-настроенных операций.

На фиг.l показана конструкция электромеханического исполнительного устройства; на фиг.2 - функциональная 20 схема задатчика микроперемещений.

Электромеханическое исполнительное устройство состоит из корпуса 1, пьезопакета 2, направляющего штока 3 с измерительным стержнем 4, являющим- 25 ся третьей шейкой, первой 5 и второй

6 шейками, индуктивной катушки 7 и двух крышек корпуса 8,9. Нижняя торцовая поверхность пьеэопакета неподвижно соединена с основанием корпу- 30 са, являющимся базовой поверхностью для отсчета перемещений направляющего штока. Верхняя торцовая поверхность пьезопакета неподвижно соединена с торцовой поверхностью направляю 35 щего штока. Так как между корпусом, пьезопакетом и штоком обеспечена жесткая механическая связь, то точног" стные и инерционные свойства электромеханического исполнительного устрой- 40 ства определяются практически только точностными и инерционными свойствами пьезопакета. В этом случае обеспечивается разрешающая способность в пределах сотых долей микрометра в 45 диапазоне перемещений не менее

100 мкм. Полоса воспроизводимых частот не менее 1 кГц.

Блок управления состоит из генератора 10 высокой частоты преобразоваУ

S0 теля напряжения ll, согласующего уси; лителя 12, дифференциального усилителя 13, ключевого усилителя, напряжения .14, состоящего из дифференциального усилителя 15, компараторов 16,17 оптоэлектронных пар 18,19, компара» торов 20,21, электронных ключей 22,23

23, делителя напряжения, образованного резисторами 24 и 25, Пьезопакет 26 подключен к обшей точке электронных ключей. Ключевой усилитель предназначен для усиления входного сигнала и образует в задатчике микроперемещений с пьезопакетом канал прямой связи.

Генератор !О, преобразователь 11 и усилитель 12 образуют канал обратной связи, предназначенной для уменьшения влияния инструментальных и внешних факторов, вызывающих погрешности отработки перемещения, а также обеспечивает дианеризацию статической характеристики преобразования в

1/(1+К,. К.) число раз, где К+ и К» коэффициенты передачи каналов пряИой и обратной связи соответственно. Таким образом линейность статической характеристики, а также погрешность перемещения определяются, главным образом, характеристиками индуктивной катушКи.

Задатчик микроперемещений работает. следующим образом. При подаче на вход дифференциального усилителя 13 электрического сигнала выходное напряжение, усиленное дифференциальным усилителем 15, переключает компаратор 16 или 17 в зависимости от полярности входного сигнала. При переключении компаратора включается соответствующая оптоэлектронная пара 18 или 19, которая, в свою очередь, переключает компаратор 20 или 21 в единичное состояние и, тем самым, открывает элект-. ронный ключ ?2 или 23 соответственно.

После открытия ключа происходит заряд электроемкости пьезопакета электрическим напряжением от источника высоковольтного питания +V или -V в зависимости от открытого ключа. Постоянная времени заряда определяется произведением сопротивления балласт ного резистора 27-R 8 (28-R 9) и суммарной емкости пьезопакета и конденсатора 29-С1 и выбирается из условия обеспечения необходимого быстродействия в режиме подачи на вход блока переменного сигнала. Обеспечение заданной полосы пропускания достигается выбором постоянной времени заряда, которая определяется по формуле

160

В где f — значение верхней граничной частоты полосы пропускания. Изменение напряжения на пьезопакете при заряде прекращается за счет введения цепи

1427336 местной обратной связи 25 — R 4, за крывающей открытый ключ. Таким образом обеспечивается слежение амплитуды напряжения на пьезопакете за напряжением, поданным на вход усилителя 15. ,5

В зависимости от на ряжения, приложенного к пьезопакету, происходит изменение линейных размеров пьезопакета

2 (фиг.1) в осевом направлении и свя- 1п занные с ним перемещения направляющего штока относительно основания корпуса. Одновременно происходит перемещение измерительного стержня относительно индуктивной катушки. При этом инменяется индуктивность катушки, что вызывает изменение выходного напряжения преобразователя 11 (фиг.2), .

Напряжение, пропорциональное перемещению направляющего штока, сформиро- 2g ванное на выходе согласующего усилителя 12, сравнивается с электрическим сигналом, поданным на вход дифференциального усилителя 13. Если имеет место погрешность перемещения, то 25 ключевая схема работает по описанному выше алгоритму, компенсируя тем самым погрешность отработки перемещения.

Индикатор 30 показывает величину перемещения на выходе задатчика микроЗ11 перемещений, а также служит целям визуального контроля перемещения при задании входного сигнала.

Формула изобретения

35 !. Задатчик микроперемещений, содержащий электромеханическое исполнительное устройство, состоящее из к рпуса, пьезопакета и направляющего 4< штока, и блок управления, содержащий усилитель напряжения и источник питания, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и производительности задатчика электЭ 45 ромеханическое исполнительное устройство содержит индуктивную катушку, блок управления содержит задатчик и последовательно соединенные преобразователь напряжения, согласующий уси литель и дифференциальный усилитель, а направляющий шток электромеханического исполнительного устройства выполнен в виде ступенчатого вала, две ,шейки которого образуют с корпусом 1направляющие, а третья шейка являет) ся измерительным стержнем, причем одна из шеек расположена внутри пого,го пьезопакета, торцовые поверхности

< которого неподвижно соединены с основанием корпуса, являющимся базой для отсчета перемещений, и с торцовой поверхностью второй шейки штока, причем индуктивная катушка расположена в основании корпуса соосно с измери» тельным стержнем штока и подключена к входу преобразователя напряжения, вход дифференционального усилителя связан с задатчиком,а вьжод — с входом усилителя напряжения.

2. Задатчик по и.1, о т л и ч аю шийся тем, что, с целью расширения динамического и частотного диапазонов перемещений, усилитель напряжения содержит ключевую схему и дополнительный дифференциальный усилитель, соединенный выходом с входами первого и второго компараторов, к выходам которых подключены соответствующие оптоэлектронные пары, выходы оптоэлектронных пар подключены через третий и четвертый компараторы соответственно..к входам ключей, соединенных последовательно между собой и подключенных к двухполярному источнику питания, образующему с электронными ключами четырехплечий мост, в диагональ которого включен пьезопакет, причем общая точка электронных ключей через делитель напряжения соединена с входом дополнительного дифференциального усилителя, 1427336

Фие. 2

Составитель Л.Цаллагова

Редактор М.тортик Рехред А.1(раичук Корректоре.lleмчик

Тираж 866 Подписное

ВПИИПИ Государственного комитета СССР по делам Изобретений и открытий

1.13035, Москва, Ж-35, Раушская набее д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, r. Ужгород, ул. Проектная, 4