Многоканальное измерительное устройство для дифференциальных индуктивных датчиков

Многоканальное измерительное устройство для дифференциальных индуктивных датчиков

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения деформаций вращающихся объектов. Цель изобретения упрощение устройства и расширение его функциональных возможностей за счет введения автоматической балансировки измерительных каналов. Запитывание дифференциальных индуктивных датчиков 8.1-8.N пилообразным током, формируемым ЦАП 4, и применение в измерительных преобразователях на основе операционных усилителей (ОУ). 11,.1-n.N схемы с делением тока позволяет получить на выходах ОУ 11.1- ll.N постоянные напряжения, величина которых пропорциональна разности индуктивностей обмоток соответствующих датчиков 8.1.-8.N, и благодаря этому обойтись без детектирования, что позволяет упростить измерительные преобразователи . Автоматическая компенсация начальных смещений датчиков 8.1- 8.N и ОУ 11.1-11.N с помощью дифферен-а циального усилителя 13, делителя 14 напряжения, ЦАП 15, АЦП 16 и блока 17 памяти расширяет функциональные возможности устройства за счет возможности дистанционной подготовки устройства к работе. 1 ил. i (Л

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

И АВТОРСКОМ,К СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Вf

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И OTHPbITHSIM

ПРИ ГКНТ СССР (2l) 4181696/24-21 (22) 10.01.87 (46) 07.01.89. Бюл. I@ 1 (72) С. Т. Свирин, В. Н. Антюшеня, А. М. Ганн и А. Г. Стрижко (53) 531;71.531.14(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

9 1150480, кл. G 01 D 5/22, 1983.

Авторское свидетельство СССР

0 1185063, кл. Г 01 В 7/00, 1983. (54) МНОГОКАНАЛЬНОЕ ИЗМЕРИТЕЛЬНОЕ

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫХ ИНДУКТИВНЫХ ДАТЧИКОВ (57) Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения деформаций вращающихся объектов. Цель изобретения— упрощение устройства и расширение его функциональных возможностей за счет введения автоматической балансировки измерительных каналов. Запи„„Я0„„144 45 (51)4 С 01 D 5/22 тывание дифференциальных индуктивных датчиков 8.1-8.К пилообразным током, формируемым ЦАП 4, и применение в измерительных преобразователях на основе операционных усилителей (ОУ)

ll,.1-11.N схемы с делением тока позволяет получить на выходах ОУ 11.1ll.N постоянные напряжения, величина которых пропорциональна разности индуктивностей обмоток соответствующих датчиков 8.1.-8.0, и благодаря этому обойтись без детектирования, что позволяет упростить измерительные преобразователи. Автоматическая компенсация начальных смещений датчиков 8.18.Ь и ОУ 11.1-11.Я с помощью дифференциального усилителя 13, делителя 14 напряжения, ЦАП 15, АЦП 16 и блока

17 памяти расширяет функциональные возможности устройства за счет возможности дистанционной подготовки устройства к работе. 1 ил.

l449845

Изобретение относится к измери" тельной технике и может быть использована для измерения на вращающихся объектах различных физических вели5 чин, например ускорения, перемещения, давления и т.п.

Цель изобретения — упрощение устройства и расширение его функциональныс возможностей за счет введения автоматической балансировки измери" тельных каналов.

На чертеже представлено предлагаемое устройство.

Устройство содержит импульсный ге- 15 нератор l, шину 2 управления, первый счетчик 3, первый цифроаналоговый преобразователь (ЦАП) 4, первый коммутатор 5, элемент 6 задержки, второй счетчик 7, N индуктивных преобразова- !0 телей, каждый из которых выполнен в виде датчика 8.1-8Л, первого резистора 9.1-9.N, второго резистора

10. 1:10.N и операционного усилителя

11.1-11.N, а также второй коммутатор 25

12, дифференциальный усилитель 13, делитель 14 напряжения, второй ЦАП 15, аналого-цифровой преобразователь (MgI) 16, блок 17 памяти и регистратор 18. !

Выход импульсно го генератора 1 соединен с входом первого счетчика

3, первый и второй выходы которого подключены соответственно к входу .первого ЦАП 4 и объединенным входам элемента 6 задержки и второго счетчика 7, выход которого подсоединен к объединенным адресным входам первого и второго коммутаторов 5 и 12, блока

17 памяти и регистратора 18, Выход первого ПАП 4 подключен к входу первого коммутатора 5, выходы которого соединены со средними выводами датчи— ков 8,1-8.N, крайние выводы которых 45 подключены к входам операционных усилителей 11.1-11.N, неинвертирующие входы которых через первые резисторы

9.1-9.N соединены с общей шиной, а инвертирующие входы и выходы соединены через вторые резисторы 10.1 — 10,N, 1ч

Входи и выход второго коммутатора 1 соединены соответственно с выходами операционных усилителей 11. 1-11„N и первым входом дифференциального уси, лителя 13, выход которого подключен к входу АЦП 16, Выход элемента 6 задержки соединен с управляющим входом

АЦП 16, первый и второй выходы которого соединены соответственно с объо едине иными информационными входами блока 17 памяти и регистратора 18 и с первым управляющим входом блока 17 памяти, второй управляющий вход и выход которого соединены соответственно с шиной 2 управления и через последовательно соединенные второй

ЦАП 15 и делитель 14 напряжения с вторым входом дифференциального усилителя 13. Управляющий вход второго

ЦАП 15 соединен с шиной 2 управления.

Устройство работает следующим образом.

Первый счетчик 3 подсчитывает импульсы, поступающие с импульсного генератора 1 на его счетный вход.

При этом с первого выхода первого счетчика 3 на вход первого ЦАП 4 поступает линейно возрастающий цифровой код и первый ЦАП 4 преобразует его в пилообразный ток, поступающий в средний вывод одного из датчиков

8.1-8.N (например 8.1) через первый коммутатор 5, являющийся коммутатором тока. С второго выхода первого счетчика 3 на счетный вход второго счетчика 7 поступают импульсы переноса.

Второй счетчик 7 является адресным счетчиком, определяющим .номер опрашиваемого датчика, подключение выхода соответствующего измерительного преобразователя к первому входу дифференциального усилителя 13, выбор соответствующего адреса в блоке 17 памяти, по которому записывается цифровая информация о начальном смещении этого датчика, и регистрацию информации о состоянии выбранного датчика совместно с его номером в регистраторе 18. В измерительных преобразователях остальных каналов, средпие выводы датчиков 8,2-8.N которых подключены коммутаторы 5, входы операционных усилителей 11.2-11.N оказываются закороченными по постоянному току через датчики 8.2-8.N, поэтому напряжения на выходах этих операционных усилителей 11.2-11.11 близки к нулю.

Пилообразный ток, поступающий в среднюю точку выбранного датчика 8.1 разделяется на две части, протекающие по соответствующим обмоткам датчика 8.1 При равенстве сопротивлений первого и второго резисторов 9,1 и

10.1 и идентичности обмоток. датчика

8,1 (равенстве их активных сопротивз 1449845 лений) пилообразные напряжения на где I входах операционного усилителя 11.1, вызываемые протеканием пилообразных токов через активные резисторы 9.1 и

l0.1, равны и ослабляются операцион5 ным усилителем 11.1 как синфазная помеха. Операционный усилитель l! .1 усиливает разность напряжения на обмотках датчика 8.1, возникающую за счет разности их индуктивностей: — максимальный выходной ток первого ЦАП 4, соответствующий цифровому коду на его входе "Все единицы".

1 1

ВУ - (L + aL) — — (Ь - !Ь) —2 2

То гда

LI aLI LI d LI

- — + — - — + — - HALI.

2 2 2

Напряжение на выходе операцион3!! = U — U = L - L — J, ного усилителя 11,1 равно г di i die 1

1I.dt 2 dt )

U „= I(R(R + 2) 3L, причем

=L+dL Ь =L-4Ь, 1 У

35 тогда

ЛП (L+DL) а(х,c) 40 (Ь вЂ” Л Ь)

d(I t) 45

= (L + ЛЬ}Т, — (L — аЬ)Т .

I1 Т1 2ъ

ty t «+ tun + t )1+ "д где L — индуктивность обмотки дат- 0 датчика в спокойном положении;

ДЬ вЂ” величина, на которую изменяются индуктивности обеих обмоток датчика при механическом воздействии (перемещение, давление и т.д.); и i — токи протекаю)щие по обУ моткам датчика 8.1.

Так как токи имеют пилообразную форму, то о

i = Т1t; i = I

На обмотках датчика 8.1 при протекании по ним токов пилообразной д)ормы падают постоянные напряжения, 50 поэтому он практически не влияет на распределение тока, поступающего в его среднюю точку, и при равенстве сопротивлений резисторов 9.1 и 1О. l переменные составляющие токов, про55 текающие по обмоткам датчика 8. 1, равны, т.е. где R — сопротивление резисторов

9.1 и 10.1;

R — активное сопротивление обL моток датчика 8.1.

Величина тока I определяется опорным напряжением первого ЦАП 4 и практически неизменна, поэтому выходное напряжение измерительного преобразователя линейно зависит от изменения индуктивности обмоток датчика 8.1 и для последующего преобразователя величины U („ в цифровую форму не требуется детектирования.

Перед началом измерения сигналов, снимаемых с датчиков 8.1-8.К, осуществляется измерение и запоминание их начальных смещений, а также начальных смещений операционных усилителей

11.1-11.N и дифференциального усилителя 13. Для этого по шине 2 управления на управляющий вход второго

ЦАП 15 и второй управляющий вход блока 17 памяти передается сигнал логического нуля. При этом второй ЦАП 15 обнуляется и на второй вход дифференциального усилителя 13 подается нулевое напряжение, а блок 17 памяти переводится в режим записи. Напряжение с выхода измерительного преобразователя выбранного датчика 8.1-8.N через второй коммутатор 12 поступает на первый вход дифференциального усилителя 13, где дополнительно усиливается и затем подается на вход АЦП 16, преобразующего его в цифровую форму, причем преобразование начинается по сигналу, поступающему на управляющий вход АЦП 16 с выхода элемента 6 задержки. Величина задержки определяется иэ выражения

1449845 6 чика 8.1-8.N, считываемого из блока

17 памяти. Второй ЦАП 15 осуществляет преобразование цифровой информации в напряжение, а коэффициент деления делителя 14 напряжения выбирается равным коэффициенту усиления дифференциального усилителя 13. При этом напряжение на выходе дифференциального усилителя 13 зависит только от изменения индуктивности обмоток датчика 8.1-8,N, возникающего из-за механического воздействия, и не зависит от начального смещения измерительного преобразователя за счет различия индуктивностей обмоток датчика 8.1-8.N и смещения операционноro усилителя 11.1 — 11.N, а также начального смещения дифференциального усилителя 13. Напряжение полезного сигнала преобразуется с помощью

AIlII 16 в цифровую форму и поступает в регистратор 18 совместно с номером опрашиваемого канала. При этом запи2В си в блок 17 памяти не происходит, так как он находится в режиме считывания и информация о начальных смещениях датчиков и усилителей сохраняется в течение всего процесса измерегде k, Фо рмул а из об ре те ния

Многоканальное измерительное устройство для дифференциальных индуктивных датчиков, содержащее индуктивные преобразователи, каждый из которых состоит из дифференциального ин— время переключения первого коммутатора 5; — время установления напрячп жения на выходе измеритель ного преобразователя; время переключения второго коммутатора 12; й,1„- время установления напряж ния на выходе дифференциально Го усилителя 1 3 е

Тогда АЦП 16 начинает преобразов ние через временной интервал, равныи после окончания импульса перено са на втором выходе первого счетчик

3 и начала нарастания пилообразного тока на выходе первого ЦАП 4. Необх димо отметить, что если в качестве первого счетчика 3 применяются микр схемы 564 ИЕ11, у которых сигнал пе реноса представляет собой короткий отрицательный импульс, а в качестве

l АЦП 16 применяется микросхема 1113

i ПВ1, у которой преобразование начин ется по сигналу, имеющему вид корот кого положительного импупъса, элеме б задержки должен дополнительно осу ществлять инвертирование сигнала.

По окончании преобразования на втором .выходе АЦП 16 вырабатывается им- 30 пульс "I"oòîâíoñòü данных", по которому цифровая информация о начальном смещении выбранного датчика записывается на блок 17 памяти по адресу,, совпадающему с номером выбранного датчика 8,1-8,N. Одновременно эта информация поступает в регистратор 18, . где определяется исправность датчика.

Адресный счетчик 7 последовательно опрашивает все каналы и, таким образом, в блок 17 памяти записывается цифровая информация о начальных смещениях всех датчиков 8.18.N.

В процессе измерения по шине 2 управления на управляющий вход второ- го ЦАП 15 и второй управляющий вход блока 17 памяти поступает логическая единица, при этом снимается обнуление с второго ЦАП 15, а блок 17 па- ВО мяти переводится в режим считывания.

При этом дифференциальный усилитель

13 осуществляет вычитание из выходного напряжения измерительного преобразователя, поступающего на первый вход дифференциального усилителя 13 и представляющего собой сумму напряжений начального смещения и полезного сигнала, напряжения смещения датния.

Таким образом, запитывание дифференциальных индуктивных датчиков

8,1-.8.N пилообразным током и применение в измерительных преобразователях схемы с делением тока позволяет получить на выходах операционных усилителей 11,1-11 Л постоянные напряжения, пропорциональные разности индуктивностей обмоток датчиков 8.1-8.N u обойтись без детектирования в отличие от известных устройств, в которых измерительные преобразователи преобразуют изменение индуктивностей обмоток датчиков в переменное напряжение. При этом упрощается схема. измерительного преобразователя. Кроме того, автоматическая компенсация начальных смещений датчиков 8.1-8.N и операционных усилителей 11.1 — 11.N расширяет функциональные возможности устройства за счет его дистанционной подготовки к работе.

14498

Составитель В. Быков

Редактор В. Бугренкова Техред М.Ходанич Корректор N. Васильева

Заказ 6957/41 Тираж 717 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 дуктивного датчика, операционного усилителя и двух резисторов, а также импульсный генератор, делитель напряжения и регистратор, о т л и ч аю щ е е с я тем, что, с целью упро5 щения и расширения функциональных возможностей устройства, в него введены шина управления, два счетчика, два цифроаналоговых преобразователя, два коммутатора, элемент задержки, дифференциальный усилитель, аналогоцифровой преобразователь и блок памяти, причем вход первого счетчика. подключен к выходу импульсного генеpampa, à его первый и второй выходы соединены соответственно с входом первого цифроаналогового преобразователя и объединенными входами элемента задержки и второго счетчика, выход которого соединен с объединенными адресными входами обоих коммутаторов, блока памяти и регистратора, выход первого цифроаналогового преобразователя через первый коммутатор подклю- р5 чен к средним выводам датчиков, крайние выводы которых соединены с входаI

45 8 ми операционных усилителей, неинвертирующие входы которых через первые резисторы соединены с общей шиной, а инвертирующие через вторые резисторы соединены с выходами операционных усилителей и входами второго коммутатора, выход которого соединен с первым входом дифференциального усилителя, выход которого соединен с входом аналого-цифрового преобразователя, первый и второй выходы которого соединены соответственно с объединенными информационными входами регистратора и блока памяти, и первым управляющим входом блока памяти, выход которого через последовательно соединенные второй цифроаналоговый преобразователь и делитель напряжения подключен к второму входу дифференциального усилителя, управляющий вход аналого-цифрового преобразователя подсоединен к выходу элемента задержки, а объединенные второй управляющий вход блока памяти и управляющий вход второго цифроаналогового преобразователя подсоединены к шине управления °