Электромагнитный преобразователь перемещения в код

Электромагнитный преобразователь перемещения в код

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано для преобразования линейных перемещений в код. Целью изобретения является повышение точности преобразователя. Для этого в электромагнитный преобразователь угла поворота вала в код, содержащий подвижный элемент, неподвижный магнитопровод, обмотку возбуждения, первую группу измерительных обмоток, блок компараторов и преобразователь кода, введены вторая группа измерительных обмоток, дешифратор, два компаратора, функциональный преобразователь , сумматор, инвертор-повторитель , аналого-цифровой преобразователь и источник опорного напряжения . Поставленная цель достигается за счет того, что в преобразователе по отдельности формируются старшие и младшие разряды выходного кода. Старшие разряды выходного кода формируются Преобразователем кода, а млад- SS шие - дешифратором, коммутаторами, сумматором, функциональным преобразователем , инвертором-повторителем и аналого-цифровым преобразователем . 3 ил., 1 табл. (Л

А1

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (19) (Н) (51) 4 Н 03 M 1/30

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

H АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ HOMHTFT СССР

ПО.ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 4180805/24-24 (22) 12.01.87 (46) 23.11.88. Бюл. У 43 (72) А.И.Никонов, Ю,Б.Дудик, Т.M.Õàéðóëëèíà и В;В.Черных (53) 681.325(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Ф 228104, кл. Н 03 М 1/30, 1967.

Авторское свидетельство СССР

В 664187, кл. Н 03 М 1/24, Н 03 М 1/30, 1978. (54) ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПЕРЕМЕЩЕНИЯ В КОД (57) Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано для преобразования линейных перемещений в код, Целью изобретения является повышение точности преобразователя. Для этого в электромагнитный преобразователь угла поворота вала в код, содержащий подвижный элемент, неподвижный магнитопровод, обмотку возбуждения, первую группу измерительных обмоток, блок компараторов и преобразователь кода, введены вторая группа измерительных обмоток, дешифратор, два компаратора, функциональный преобразователь, сумматор, инвертор-повторитель, аналого-цифровой преобразователь и источник опорного напряжения. Поставленная цель достигается за счет того, что в преобразователе по отдельности формируются старшие и младшие разряды выходного кода.

Старшие разряды выходного кода формируются преобразователем кода, а младшие — дешифратором, коммутаторами, сумматором, функциональным преобразователем, инвертором-повторителем и аналого-цифровым преобразователем. 3 ил., 1 табл.!

439736

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано для преобразования линейных перемещений в код. 5

Целью изобретения является повышение точности преобразователя, На фиг.1 показана конструкция электромагнитного преобразователя перемещений в код и электронная схе- 10 ма устройства; на фиг.2 — принципиальная схема инвертора-повторителя; на фиг.3 — графики выходных напряжений блока детекторов, функционального преобразователя и инвертора-повторителя.

Устройство содержит ферромагнитный подвижный элемент 1, неподвижный магнитопровод 2, двухсекционную обмотку 3 возбуждения, измеритель- 20 ные обмотки 4-7, число которых для конкретности принято равным четырем, I блок 8 детекторов, блок 9 компараторов, дешифратор 10, коммутаторы 11,1 и 1).2, преобразователь 12 кода, источник 13 опорного напряжения, функциональный преобразователь J4, сумматор 15, инвертор-повторитель 16, аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 17. 30 !

Магнитопровод 2 состоит из основания 18, стержня 19.1 и стержней

19.2 и 19.3 с зубцами 20.

Блок 8 детекторов выполнен на детекторах 21-24, блок 9 компараторов

35 содержит пороговый элемент 25, компаратор 26, пороговые элементы 27 и

28, компаратор 29, пороговые элементы 30 и 31, компаратор 32, пороговый элемент 33; дешифратор 10 выполнен на элементах И 34-39; коммутатор 11,1 содержит элементы ИЛИ 40 и 41 и ключи 42-45; коммутатор 11,2 выполнен на переключателе 46; преобразователь 45 .12 кода имеет прямой выход 47; выходы 48 АЦП 17 и выходы 49 являются выходом преобразователя перемещения в код.

Инвертор-повторитель 16 содержит вход 50, выход 51, операционный усилитель 52, аналоговые электронные ключи 53 и 54, транзистор 55, стабилитрон 56 и резисторы 57-62.

Электромагнитный преобразователь

55 перемещения в код работает следующим образом, Выходы каждого из компараторов 26, 29 и 32 блока 9 находятся в единичГрафики их зависимостей от координаты Х, центра подвижного элемента

1 на оси Х показаны на фиг.3.

Когда центр подвижного элемента 1 находится в пределах участка 0 с Х ( с 0,25Т действительны следующие соотношения уровней выходных напряжений блока 8 и пороговых уровней:

Пл< ) 11<в Ucz ) 11пп 3„с Пн, Ц4 с 4н где U — напряжение высокого уровня пь (единичного);

U — напряжение низкого уровня пи (нулевого).

Поэтому на выходе элемента 37 устанавливается напряжение высокого ном состоянии, когда сигнал на его втором входе по уровню превосходит сигнал, подаваемый на первый в1од компараторов 26, 29 и 32, Уровень выходного напряжения каждой измерительной обмотки 4-7 при перемещении подвижного элемента 1 от упора в каркас (на фиг,l) обмотки 3 возбуждения до правого торца стержня

l9,l возрастает до положения противостояния подвижного элемента и того из зубцов 20, на котором размещена одна из измерительных обмоток 4-7 (когда координата центра зубца 20 совпадает с координатой центра подвижного элемента !), В этом положении, характеризуюшемся максимальным значением магнитной проницаемости зазора, образуемого подвижным элементом 1, с зубцами

20 и соответственно максимальным значением взаимоиндуктивности M обмотки

3 возбуждения и..одной из измерительных обмоток 4-7, уровень выходного сигнала последней достигает максимума (например, для измерительной обмотки 6 положение подвижного. элемента 1 соответствует максимальному уровню ее выходного напряжения,фиг.l).

При дальнейшем перемещении подвижного элемента 1 вправо его расхо-. ждение с данным зубцом 20 увеличивается, магнитная проводимость и взаимоиндуктивность М уменьшаются и соответственно уменьшается амплитуда напряжения данной обмотки, Совокупность выходных напряжений детекторов

21-24 блока 8 обозначим цв (П2, 022 Ц21 44 ) 14397

24 ПН

15 (единичного) уровня, а на выходах остальных логических элементов дешифратора 10 — напряжение низкого уровня (соответствующее логическим нулям), Такой комбинации состояний выходов дешифратора 10 соответствует нулевое значение старших разрядов общего двоичного кода перемещений, выдаваемых с выходов 49.

Когда центр элемента 1 находится в пределах участка 0,25< Х < 0,5Т, и,,ОП, O Uz< ) Unni и напряжение высокого уровня устанавливается на выходе элемента И 34, с выхода остальных элементов И 35-39 дешифратора 10 снимаются напряжения

20 низкого нулевого уровня, Этой комбинации состояний выходов дешифратора

10 соответствует значение N„ 001 старших разрядов кода преобразователя, 25

Соответствие значений N, кода перемещений (снимаются с выходов 49) участкам (диапазонам) протяженностью

0,25Т, на которые разбит весь диапазон перемещения Ос Х <1,5T, приведено в таблице.

Обозначим координату центра подвижного элемента l, отсчитываемую от начала любого из поддиапазонов через

Х . Тогда для первого поддиапазона

Хт=Х; для второго — Х =X-0,25Т; для

35 третьего — Х =.Х-0,5T для четвертого—

Х- =Х-0,75Т; для пятого — Х =Х-Т; для шестого — X =Х-1,25Т (нумерация поддиапазонов соответствует таблице).

В пределах интервала (U<,П„ ) по п пв оси U (фиг.3) для первого, третьего и пятого поддиапазонов зависимости

Б (X ), U (Х,.), U (Хт) могут быть представлены единой возрастающей функ-45 цией f(Х ),а для второго, четвертого и шестого поддиапазонов одинаковой убывающей функцией Е (Хт) представляются зависимости U (Х ), П (Х .), Uеь (Хт)50

Графики функций f, (Х ), f (Х ) выделены на фиг.3 жирной ломаной линией, функции f,,f имеют разномерность напряжения, Формирование кода точного отсчета производится следующим образом, Если координата подвижного элемента 1 находится в первом поддиапазоне перемещения, на управляющий вход

36

4 ключа 43 с выхода элемента И 37 через элемент ИЛИ 40 поступает напряжение высокого уровня и ключ 43 переводится в замкнутое состояние, на вход функционального преобразователя 14 подается выходное напряжение детектора 22.

Когда подвижный элемент I находится в третьем поддиапазоне перемещения, на управляющий вход ключа 44 через элемент ИЛИ 41 поступает напряжение высокого уровня с выходного элемента И 38, а при переводе центра подвижного элемента 1 в пределы пятого поддиапазона выходным напряжением высокого уровня элемента И 39 замыкается ключ 45, в этих случаях на вход функционального преобразователя

14 подаются соответственно напряжения Ugg и Б 4 °

Когда координата подвижного элемента 1 находится во втором поддиапазоне преобразования, на управляющий вход ключа 42 подается выходное напряжение высокого уровня элемента

И 34, Если центр подвижного элемента

1 перемещается в четвертый поддиапазон, то напряжение высокого уровня с элемента И 35, через элемент ИЛИ

40 поступает на управляющий вход ключа 43, а при нахождении подвижного элемента 1 в пределах шестого поддиапазона элемент ИЛИ 41 транслирует на упрацляющий вход ключа 45 выходное напряжение элемента И 36, Таким образом, в каждом из указанных случаев нахождения подвижного элемента

1 во втором, четвертом и шестом поддиапазонах перемещения на вход функционального преобразователя 14 поступают соответственно напряжения U<

М 23

Поскольку зубцы 20 с измерительными обмотками 4 и 6 расположены симметрично относительно зубцов 20 с обмоткой 5, а зубцы 20 с обмотками 5 и

7, расположенные симметрично относительно зубца 20 с обмоткой 6, смежны друг с другом, участки функции f<(Х -)

Е (Х .) (фиг.3), симметричны друг другу относительно осей Х=0,25Т;Х=0,5Т;

Х=О, 75Т; Х=Т; Х=1, 25Т, т. е. (Х ) f 2 (0,257-X ) ()

Функциональный преобразователь 14 воспроизводит функцию, обратную зависимости f„(X .), и, следовательно, !

439736 для 1, 3 и 5 поддиапазонов (фиг,3)

его выходное напряжение равно

Ц „, = 4 f Е,(Х )j = КХ„. (2)

С учетом (1) для 2, 4 и 6 поддиапазонов

U„= <(Е (X ) = 0,25 КТ-КХ (3)

Этим случаям соответствуют коды старших рязрядов 00 1, 011, 101 когда сигнал высокого уровня прямого вы10 хода 47 преобразователя 12 кода (поскольку младший разряд любого из данных значений И„ равен единице) управляет подключением к второму входу .15 сумматора 15 выходного напряжения ис- точника 13 питания, значение которо- . го П„„выбрано равным -0,25 КТ, где

К и Т вЂ” известные, задаваемые при проектировании устройства величины, и переводом инвертора-повторителя 16

20 в инвертирующем режиме с коэффициентом усиления 1, В этом режиме 25

1Ь = (5 где П =U +U<4 — выходное напряжение

13 14 сумматора 15;

U — выходное напряже16 ние инвертора-пов- 30 торителя 16, таким образом при нахождении центра подвижного элемента 1 в пределах второго, четвертого и шестого поддиапазонов перемещения на вход АЦП

17 воздействует напряжение

Пь6 (П з U iq ) КХт пропорциональное к оордина те Х цен тТ ра подвижного элемента 1 внутри поддиапазона перемещения. По значению 40 этого напряжения АЦП 17 формирует двоичный код координаты Х .

Таким образом, независимо от того используются ли в качестве источника первичной измеряемой информации возрастающие или убывающие участки зависимостей U!! (фиг.3, жирная ломаная линия) с выходов 48 АЦП 17 выдается код точного отсчета перемещений, Совокупность значений N< кода грубого отсчета перемещений (т.е, код поддиапазона подвижного элемента 1), выдаваемого с выходов 49, и кода точного отсчета (код координаты Х ), выдаваемого с выходов 48, образует общий выходной код грубого отсчета, представляющий собой старшие, а код точного отсчета младшие разряды этого общего выходного кода устройства, Рассмотрим случай перемещений подвижного элемента 1 н пределах первого, третьего и пятого поддиапаэонов перемещения, этим случаям соответствуют значения разрядов общего кода перемещений

N 000,010,!00, когда сигнал низкого уровня прямого выхода 47 преобразователя 12 кода (поскольку младший разряд любого из приведенных значений равен нулю) управляет, подключением к второму входу сумматора 15 общей шины устройства и переводом инвертора-повторителя 16 в режим простого (неинвертирующего) повторителя напряжения, Таким образом, для первого, третьего и пятого поддиапазонов нахождения подвижного элемента 1 на выходе функционального преобразователя 14 формируется напряжение, пропорциональное координате Х, отсчитываемой внутри того поддиапазона, где находится центр подвижного элемента 1, Поскольку второй вход сумматора

15 в этих случаях подключается к общей шине, а инвертор-повторитель

16 функционирует как простой повторитель, выражаемое формулой (2) напряжение

" 4 т без каких-либо изме ений транслируется сумматором 15 и инвертором-повторителем 16 в АЦП !7, где оно преобразуется в двоичный код точного отсчета (младшие разряды общего выходного кода перемещений), поступающий на выходы 48.

Формула изобретения

Электромагнитный преобразователь перемещения в код, содержащий магнитопровод, выполненный в виде основания, на котором расположены первый и второй стержни, на втором стержне, расположенном с одной стороны от первого стержня, выполнены зубы через равное расстояние, обмотку возбуждения, расположенную на основании магнитопровода, первую группу измерительных обмоток, размещенных на зубцах второго стержня магнитопровода, ферромагнитный подвижный элемент, расположенный на первом стержне магнитопровода, блок компараторов, преобразователь кода, о т л и ч а ю

736

Соотношение уровней и по- Значение роговых уровней 12

У Поддиапаэон пп

0 < Х <0,25Т

U22 оп н, Uzl

11га 11 па

23 " пн 24

22 и& ) «3

Unн "г

Цпн

Ппн пн

ПН

> Пн пи

000

2 0,25TcX<0,5Т

001

3 0,5ТаХ c0,75T

4 О, 75Т(Х (T

010

011

U<> ) Ппь ) 22 ) пн

1пн 24 "- пн 2 пВ ) 24 пн

100

5 Т (Х < 1,25Т

U,, (пн, аг б 1 25T< X <1,5T

IOI

U2 11пн У П23

Це! (Uпн 022 пн

Пн ПН

7 1439 шийся тем, что, с целью повышения точности преобразователя, в него введены вторая группа измерительных обмоток, дешифратор, два коммутатор функциональный преобразователь, сумматор, инвертор-повторитель, аналого-, во-цифровой преобразователь, источник опорного напряжения, а в магнитопровод введен третий стержень с зуб- Ið цами, на которых расположена вторая группа измерительных обмоток, третий стержень расположен с другой стороны относительно первого стержня, зубцы третьего стержня обращены в сторону )5 зубцов второго стержня, зубцы третьего стержня сдвинуты вдоль оси контролируемых перемещений относительно зубцов второго стержня на половину расстояния между зубцами, выходы иэ- 2р мерительных обмоток соединены с входами блока детекторов, выходы которого соединены с входами блока компараторов и сигнальными входами первого коммутатора, выход которого соединен через функциональный преобразователь с первым входом сумматора, выходы блока компараторов соединены через дешифратор с управляющими входами первого коммутатора и входами преобразователя кода, информационные выходы которого являются выходами старших разрядов преобразователя, а прямой выход соединен с управляющими входами инвертора-повторителя и второго коммутатора, выходы источника опорного напряжения соединены с сигнальными входами второго коммутатора выход которого соединен с вторым входом сумматора, выход которого соединен через инвертор-повторитель с входом аналого-цифрового преобразователя, выходы которого являются выходами младших разрядов преобразователя.

1439736

1439736

1Ч

Редактор Л.Гратилла

Заказ 6088/55 Тираж 929 Подписное

БНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5,;

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

Ю ИН

Составитель Е,Бударина

Техред М.Дидык Корректор О.Кравцова