Преобразователь перемещения в напряжение

Преобразователь перемещения в напряжение

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано для контроля перемещений и деформаций. Целью изобретения является расширение диапазона измерений и области применения за счет обеспечения проходного режима работы преобразователя. Для достижения поставленной цели в преобразователь , содержащий излучатель, коллиматор , анализатор, фотоприемник, формирователь импульсов начала отсчета, первый формирователь импульсов, первый RS-триггер, источник опорного напряжения , пять ключей, два интегратора, два устройства выборки и хранения, введены два токосъемника, усилитель-ограничитель, два формирователя, два счетных триггера, вгорой RS-триггер, активный участок анализатора выполнен в виде двух спиралей Архимеда, дополнительный - в виде сектора . В совокупности активные учзстки образуют фоточувствительный прозрачный слой, заключенный между прозрачными электродами и соединенный с кольцевыми контактами , электрически сопряженными с тохосьемными. При вращении анализатора на выходе первого токосъемника (второй соединен с общей шиной) формируются два импульса, соответствующих основному и дополнительному участкам фотоприемника анализатора, которые селектируются формирователями и одновибратором по каналам и управляют работой соответствующих ключей, посредством которых за время измеряемого перемещения осуществляется интегрирование выходного напряжения источника опорного напряжения. Устройства выборки и хранения формируют выходные напряжения, пропорциональные измеряемому перемещению, в течение п циклов измерения (цикл равен периоду-вращения анализатора). При этом результат не зависит от эффективного радиуса опорного луча Зил. fSsa-v

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ с» л

»

Ь» (21) 4153353/24 (22) 28.11.86 (46) 30.09,91. Бюл. М 36 (71) Институт электросварки им. E.O.Ïàòîíà (72) В,И.Махненко, В.M.Ëóíèí и Я.Ф,Кисилевский (53) 681.325 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

М 1605309, кл. Н 03 M 1/24, 1985.

Авторское свидетельство СССР

М 1156255, кл. Н 03 M 1/24, 1983.

Авторское свидетельство СССР

N 1367813, кл. Н 03 M 1/24, 1985. (54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПЕРЕМЕЩЕНИЯ

В НАПРЯЖЕНИЕ (57) Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано для контроля перемещений и деформаций. Целью изобретения является расширение диапазона измерений и области применения за счет обеспечения проходного режима работы преобразователя.

Для достижения поставленной цели в преобразователь, содержащий излучатель, коллиматор, анализатор, фотоприемник, формирователь импульсов начала отсчета, первый формирователь импульсов, первый

RS-триггер, источник опорного напряжения, пять ключей, два интегратора, два устИзобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано, в частности, в сварочном производстве для оперативного контроля сварочных перемещений и деформаций крупнбгабаритных сварных конструкций в процессе сварки, а также для создания авЯ2,„, 1681383 А1 (s>)s Н 03 М 1/24 // 6 06 6 7/22 ройства выборки и хранения, введены два токосъемника, усилитель-ограничитель, два формирователя, два счетных триггера, вгорой RS-триггер, активный участок анализатора выполнен в виде двух спиралей

Архимеда, дополнительный — в виде сектора, В совокупности активные участки образуют фоточувствительный прозрачный слой, заключенный между прозрачными электродами и соединенный с кольцевыми контактами, электрически сопряженными с токосъемными. При вращении анализатора на выходе первого токосъемника (второй с0единен с общей шиной) формируются два импульса, соответствующих основному и дополнительному участкам фотоприемника анализатора, которые селектируются формирователями и одновибратором по каналам и управляют работой соответствующих ключей, посредством которых за время измеряемого перемещения осуществляется интегрирование выходного напряжения источника опорного напряжения. Устройства выборки и хранения формируют выходные напряжения, пропорциональные измеряемому перемещению, в течение и циклов измерения (цикл равен периоду "вращения анализатора). При этом результат не зависит от эффективного радиуса опорного луча.

3 ил. томатизированных систем контроля сварочных деформаций.

Целью изобретения является расширение диапазона измерения и области применения путем обеспечения проходного режима работы преобразователя.

1681383

На фиг. 1 приведена блок-схема преоб )азователя перемещения в напряжение; на фиг, 2 — выполнение диска анализатора, на фиг. 3 — временные диаграммы работы преобразователя, Преобразователь содержит излучатель

1, коллиматор 2, анализатор 3, состоящий из диска с нанесенным на нем фотоприемником 4, формирователь 5 импульсов начала

Отсчета, формирователи 6 — 8 импульсов, григгеры 9 и 10, токосъемники 11 и 12, усилитель-ограничитель 13, одновибратор 14, элементы И 15, 16, триггеры 17 и 18, источник 19 опорного напряжения, ключи 20 — 24, интеграторы 25 и 26,. устройства 27 и 28 выборки-хранения.

Формирователь 5 импульсов начала отсчета содержи излучатель 29, фотоприемник 30, диафрагму 31. Анализатор 3 состоит из прозрачного диска 32. фотоприемника

33, непрозрачной зоны 34, прозрачного сектора 35, кольцевых контактов 36, 37, прозрачных электродов 38, 39, фоточувствительного слоя 40, соединительных проводников 41, 42, отверстия 43 под ось, зоны 44 нечувствительности. Интегратор 25 содержит резисторы 45, 46, конденсатор 47, операционный усилитель 48, Интегратор 26 содержит резисторы 49, 50, конденсатор 51,. операционный усилитель

52.

На временных диаграммах (фиг. 3) обозначены следующие сигналы53 — сигнал на выходе формирователя 5 импульсов начала отсчета; 54 — на выходе усилителя 13; 55— на выходе формирователя б; 56 — на выходе фррмирователя 7; 57 -- на выходе формирователя 8; 58 — на выходе одновибратора 14;

59 — на выходе элемента И 15; 60- на выходе триггера 17; 61 — на выходе триггера 18; 62 — на выходе триггера 9; 63 — на выходе триггера 10; 64 — на выходе элемента И 16, Преобразователь работает следующим образом, Излучатель 1, в качестве которого может быть использован геллий-неоновый лазер, с закрепленным на нем коллиматором

2 устанавливают на неподвижной базовой оснастке и используют для задания опорного направления. Анализатор 3 и связанные с ним двигатель 4 и формирователь 5 начала отсчета, а также токосъемники 11 и 12 расположены в контролируемой точке объекта.

При вращении анализатора 3 вокруг своей оси с угловой скоростью u) на выходе формирователя 5 начала отсчета возникает fl0следовательность 53 "импульсов Т о (фиг, 3) длительностью т,, а на выходе двухсекторного фотоприемника 33 после усилителяограничителя 13 вырабатывается последовательность 54 импульсов Т». За время одного оборота диска вырабатывается два импульса 54 в последовательности Tna . пер5 вый импульс Т -„соответствует пересечению опорного луча радиальным сектором фотоприемника 33, а второй импульс Тп— сектором, образованным спиралями Архимеда. Причем длительности импульсов Т«к

10 и Тсп содержат основные постоянные компоненты 2 т и т, соответственно, а также дополнительные компоненты, обусловленные конечным эффективным радиусом r опорного луча в плоскости анализатора. Эта

15 дополнительная компонента является источником методической погрешности преобразователя, поэтому ее необходимо скомпенсировать, Под эффективным радиусом опорного луча r понимается расстояние

20 от центра сечения луча до точки, интенсивность излучения в которой равна порогу срабатывания двухсекторного фотоприемника

32 (фиг. 2). Из фиг. 2 видно, что дополнительными компонентами для импульсов ТсеК ÿâ25 ляется 2 т1 =2

Т«т +iз =гд(р + рз)(точки В,.С и D, Е соответс гвуют точкам вхождения пятна излучателя в двухсекторный фотоприемник при r- О), Интервалы времени между пере30 дними M 33+HvlN|w фронтами имп jjBbcoB TceK и Тсп определяются выражениями, которые легко могут быть получены из временных диаграмм фиг. 3, 35 4 Б(e+P1 9 ), 1 ф = — „, (Яо — ф1 + A — РО ), (1) где pp — фазовый угол, про порционал ьн ый полярной координате р центра А опорного

40 луча в плоскости анализатора 3.

Из фиг. 3 видно также, что интервалы времени между передним и задним фронтами Т«к и задним фронтом Тно определяются выражениями:

45 1

4р =-(pp+p1 +pъ) 4 = р (PP - _#_ - Р ) (2) где рр- фазовый угол, пропорциональный

50 полярной координате р .

Из выражений (1) и (2) нетрудно получить следующие соотношения: р = — ä Яо = — 2 (<р + р + o ) — — 2 (<3 — г );

55 1 1 тр = — рр = — (г ф + r p )

1 учитывая. что — (x3 — ip ) =0 (поскольку

2 спирали Архимеда в точках захода пятна

1681383 опорного луча имеют практически равные параметры), получим:

2(1

Tp= — (Tp +(ф )

1 (3)

Таким образом, из выражениий (3) видно, что погрешность измерения интервалов времени тр и rp не зависит от эффективного радиуса r пятна опорного луча в плоскости анализатора 3 при реализации данного алгоритма. Интервалы времени

Тс()1 и Т((() формируются при помощи триггеров 9 и 10, устанавливаемых импульсами Тз и Ть соответственно и сбрасываемых импульсом Тр, Интервалы времени 44 и 45 (Тр и Тр(1 ) формируются при помощи счетных триггеров 17 и 18, на счетные входи которых подаются импульсы 56, 57, соответствующие передним и задним фронтаМ Т1 И Т2 ИМПУЛЬСОВ Таа дВуХСтатсрНОГО фотоприемника 33. Длительность импульсов 58 (Тс) одновибратора 14, используемых для временной селекции импульсов Тсак и

Т,п, выбирается из соотношения то +T2 макс + Тз макс < тс < 2 (Tp + 1 макс ) (4)

Учитывая (4) и временные диаграммы на фиг. 3, видно, что импульс из Тр всегда соответствует заднему фронту импульса

Тсак. Этот импульс используется для установки триггера 10 и триггеров 17 и 18, Импульс, 64 (Тз) всегда соответствует переднему фронту импульса Тса и используется для установки триггера 9, Известно, что полярные координаты контролируемой точки обьекта при использовании широтно-фазоимпульсного анализатора (2) определяются выражениями: р=2ла ; р=2л (5) где а — постоянная спирали Архимеда.

Подставляя (3) и (5), получим — М" а! р=ла

TQp в Тщ (6)

Канал формирования координаты р состоит из источника 19 опорного напряжения, ключей 20, 21; интегратора 25 и устройства 27 выборки-хранения. В каждом цикле работы канала осуществляются: интегрирование интегратором 25 выходного напряжения + Ео источника 19 опорного напряжения в течение интервалов времени импульсов 46 и 47 (Та()1 и Tp ) через ключи 20 и 21 соответственно; интегрирование интегратором 25 выходного напряжения устройства 27 выборки-хранения в течение времени цикла импульсов Т11о =- Т, ;

5 выборка выходного напряжения интегратора 25 устройством 27 выборки-хранения в момент времени Т(у). соответствующий заднему фронту импульсов Тно.

Предположим, что перед началом преобразования напряжение на выходе устройства 27 выборки-хранения равно 011. Тогда после первого цикла это напряжение станет

15 U1 я 2С (Р }(" ((1г..

Ео КЛ 1 (1, Kn Y(d 2 С- (tP +тРл ) + U„„Q, (7) где R1 и R2 — номиналы сопротивлений резисторов 45, 46 интегратора 25 по саответ20 ствующим входам:

С вЂ” емкость конденсатора 47 интегратора 25;

Кп — коэффициент передачи устройства

27 выборки-хранения.

25 Аналогичным образом после п-го цикла интегрирования

U в . (твт +тутв) с +Ll Q

"=1

30 (8)

Последнее выражение состоит из двух частей; геометрической прогрессии, сходящейся при условии IQ I < 1, и убывающего при этом же условии члена 0н0, Используя формулу для суммы членов геометрической прогрессии

Ql =(1 — С )/(1 — С } в устввсj =1 вишемся режиме (n - оо ), получим

40 я т(+,и

Up = llm U, = E, — — - — (9) о-в- т 2 т щ

R1

Таким образом, если Ео — = 2 л, напряR2 жение на выходе устройства 27 выборкихранения будет пропорционально полярной координате р контролируемой точки объекта, Аналогичным образом работает канал

50 формирования полярной координаты р, состоящий из источника опорного напряжения, ключей 27, 23, 24, интегратора 26 и устройства 28 выборки-хранения. В установившемся режиме, напряжение на выходе устройства 28 выборки-хранения определяется выражением

".. .в .-в" — " твз й) А где Е, — — — л, а напряжение Up nponop-! циОнально полярной кООрдината p KGH po"" лируемой точки объекта, Г!!!о !гHg пока р -! !! f!1 н!. ьобходимофъ;„ !.".!"лО циклОВ и длл досгижения заданной ОтнОСИТВЛ Ь НОЙ ПОГРВЮНО"..:.1 И преобразования gn определлетсл из выр-.,-женил

;! п Uff(I

U

n =- I n t (— — — — ) + l, "!)

В О

ГДЕ 1П(ЦЕЛВЯ "3CTB !!Исла.

Для погра(ц ности п 08go;!33003ния

О, 1 $ реал ьн1:! до1; ffжим!08 число циклов равно 4-6. Георетическ!и пси О =- О Разульга= преобразованил полу!ает! я 33 один ци1(л. ! !!! 7Я

Поскольку Q = 1 — —, "! !! па, !а!4 1ры интеграторов 25 и 26, влияющие на показатель сходимости G, выбираются Одинаковыми (Н И !j) ДЛЯ QCТ03 НВНИЯ 1-:80 ДНОЗ;-13Ч Нос И при получении результата измерения.

При проходном Режиме работь! на or.;. ном onopHQM луч8 пОследовательно Оасположена несколько датчиков, позволя!о!1!Их осуществлять одновраменныи КО11троль f;:оoложения нескольких точек объекта вдоль Gf нОЙ Qcj!f б83 применения дополните(! ь -»ь!х устрОАстВ (полупрозра-!ных Г;л3cTjiнок, !8НТЭПРИЗМ И т П,) ДЛЯ раСщеплания Опорного

ЛУЧ3, ffQCKQf! BK)i ДИСК анаЛИЗат003 . !ЯВЛЯ Г" (Я ПРОЗрач!!! 1М (ф010!ПГ И М II!IV 1 1 т,!! с!

МОЖНО СДЕЛВТЬ ПРОЗРВЧНЫМ ДЛЯ -l(!f Hr rg луча. !Рохпд ной рахки!м работ!!! и ппл;-.3 .. I! i ся нап ример «!О!4 контроле уста! (1вки линии BBJIGï РОВОДОВ Д!Ви. ките(!8Й сУДОБ. !

: ОПИСВННОМ УСТРОЙС ГВ8 СУГ(18СТВЕ .1. !О (о крат!Чл! 1с! i 3 бари I ы! IG { равнфън1!1} !" ;4 !! стн!!м, Г!аско!тьку устранен;!!!!бу(.;. (:::f;ii, (-,," кон !!енсором и фГ! j ofip+;>i!,öi!, Y,"!

Зан имав(1! ИЙ ЗН3ЧИ Г1 Л ЬЯЧГ18 Ма(то,к .!!!1-.!", > в(ЦИЯ ДВТЧИК3 Ir! IPOCТИЛВСЬ, С!Н СТВЛ ПЛОСК! более удобным Длл vcfановки B тоуojfr.:!и!сТ /и нь1х местах контполиру8КОГО Ооьак! 3:

Ф О р М Л «» И 3 O (1 О = 3 !-: И ". ! !Реобразователь n8p8f!агцени-! в напряже!!ие! Сод8ржащий излучатель, Оптича" ски с01 дин8нный чеоез I(olin!è .."1атоо

3 l-,, 3 TI j!f 3 3 TQ р и м с 0 е ди н! 8 н н 1.! м с 0 бъ !3 к-т !т м фQ, ОП РИВМНИ К f!П-1 ИЧВСКИ СО8 !114H!8jf f-„ 1-,1 Ó3

3! а !jиаат Оggfr! OAРВЫИ фOОМИРОк>3"!- Л, ПУЛЬСО=: НЗЧ3Л3 ОТС4!ета, ВЫХОД КОТОВО: О ПО!!;.

КЛЮЧЕ Н K УП Р3ВЛЯ!О!!11! -,My ВХОДУ П!Р11Г!41Г1 °

КЛЮЧа И ЧЕРаа П8РВЫй фОРУИРОВат!-"Л1Ь И!!!!.

ПУЛЬСО — К !ГПРВВГ1Я!1О!!ОИМ ВХОДВМ !!!:!ОВОГ(И

Вто!РОГО устpQAcTB Выборки и хоанания, KG+!i x0 fop .K Являются Выходами поаобо;=.: эователя и подключены K Г1арв!я!!! ВХG(113 :. : первого и второго интеграторов ссответственно, первый RS-триггер, вь!ход которого подключен к управляющему входу ВTGpofo ключа, ВыхОд KGTGpgfÎ подключен к второму

5 входу первого интегратора, третий вход коTogo! Q подключен к Выходу третьего ключа, а выход — «Bxgpy первого устройства Выборки и хоанения, четвертый кл:Оч, инФормационный Вход которого и ин5Ьормационнь!а

1(1! Входы первого, второю и третьего ключей (:Г1(, ДИНЕНЬ! С ВЫХОДОМ ИС ГОЧНИК3 ОПОРНОГО напряжения, пятый ел10 i! BBfходы парВОГО, "!ВТВЕРТОГО И ПЯТОГ10 !(Ë !ОЧЕЙ СОЕДИНЕНЫ С вторь!м, третьим H чегвартым BxgpHJvlvl BTQ

n;;:!g ИН-ГЕГР3-,(ОР3 Соотв! -, .ГВЕН Н(ВЫХОД YO i 0p(i "0 Г!ОДKp ОН!ан к Б .Оду ВТОРОГО !!Ст! ООЙСТБа !выборки и xif 3!-:.ения, анализа fop

ЫГ!Олнен в Вида диска! на KOTGDО!" Bbfnof:, jf- Ны H nP(.1с.-!-f f433 З 13 !! Ь!И "8 г;! !!,,Ца G ... !

2д раничанного окру,:HGGTBìn с падиусами В и Г(- - ji! !-(И ИМаЮ!(1аго ПРОЗР3!1!1Ь!й! СВКТОР !

КГГ!ОВЫМ 03!С В! !О(1М ((Д" ОСНОВ!IQf j ах И ВН Ы И

,"-ВСТОК, ВНУТР!3Н НЯЯ "TG, G!13 КОТОРОГС ВЫ .-",Олнена в виде спирали АР1хи..;:=!да. дополни-! )! к.О Т* .-;Л!Ь1-!!ЯЙ 3KTNBH!=1V> У!-!ЯC! GK, ВЬ1 ПОЛ НЕННЫЙ В виде радиаль!!Ого са1(тора, соп!Ряженного с и! Озрачным cBKTGDGI ь!апрозрачнОЙ збны, О Т Л f!j 3 10 03, И и . . R TB! ;Ë ITO, С !18ЛЬ!3

РВСГВИРЕНИЛ ДИВП33(гна ИЗМВО„=,НИЯ И 06Ла3 ! (! и и (1 !!1 м е ф 8 Ig I i@ ) е м и б 1 - (! 1е н и я г р О х Од

Но!0 pеж, м"-,. Раб!ОТ11 пра бразователя, в !! Го :,Вела!1ы вва токос:,амник: —, усилительО!,;,ЛП1!Ч". 1ТВЛЬ, Два ;)qGГ1. ИРОВЗТЕЛЯ ИМПУЛЬ сов, ДВВ зламента N. Одновиб03тор, два (". -! 1.-, ! ". Ь1 х т Р и ! 8 Р! 3 „В О Р 0 и ! -т 0 f!! Г f 8 Р а

B,:",8f(fHfjfj сторона основного активного уча .s3 ВНВЛИЗВТОР3 В1-! По:H .Í3 В ВИДО !.ПИРЗЛИ ,- -!,:ОХИ!МВДа, ВКВИДИСТВНТНай ВНУТРЕННаИ CTOр!ть!а Основного 3KTj!BHGI G участка, актив

40! I!ый участо!(имеет начало в центра диска.

Ра;-.а .:!Р;Р т Ãfo Рад1иУС У 1(! à if off 2:!т -- Оо сапr;:, .К8 ъ с ie!-Розра 4ной JOHGA M дополни :.!! вf! h f . 3КТИВНЫМ УЧВСТ1:ОМ, КОТОРЫЙ !ИМ88Т .!г:..,! Раз:..:; рота 2у11, при ятом Оба активных !, Ча!r Kа Я". Л :- .!О - . Я !ООТО!1Р1!!а".М:HiY!:GМ., ООРВЗО

: а! !- .!.:.If! ";:,)ОТОчув1 тви Галь!11Ым слоем, нан8

"j :. i!",, Г! .! f!>i j П !1 0 3 O а Ч Н В! М И а!!8!-;I Pg@oми, СОСДИНВННЬ1Ь1И! КОЛЬ !1.-.ВЫМИ

".OH f :",-;KT3rËf!f аналйьзато 3, 3(!8КТ РИЦЕСКИ CQ пря;-:-..ен-fj»r ii с токосьамниками, Выход nepR0го токосьемника соединен с общей

ГВ!!ИОЙ, 3 ВыхОд 3101. ...! о токосъемника через

Уэ,-„ИЛИТВЛЬ-ОГРаНИЧИ 8ЛЬ 808Д!!HBH С ВХОДами одновибраторь! 1:! ВТОРОГО и -: ратьего Фор-!

35 мироваталай импульсов, "".:.,:ход Второго

ЬППМ!дРОВ31ЕЛЯ И1МПУЛЬг 1;, О!: Динан ОДHi .iff входам первого 3!лам!ан !3 И и с-!:атным х foi!f перво!0 счатнОГО т01И:" аоа. Выход (хГГОРО! О (. -Оедин8н с упраBл!с" U.fим ВхОдОм

1б81383

10 четвертого ключа и другим входом первого элемента И, выход которого подключен к одному входу первого RS-триггера, другой вход которого подключен к выходу первого формирователя импульсов и к одному входу второго RS-триггера, выход одновибратора подключен к одному входу второго элемента

И, другой вход которого подключен к выходу третьего формирователя импульсов, а выход соединен с установочными входами счетных триггеров и другим входом второго

RS-триггера, выход которого подключен к управляющему входу третьего ключа, выход третьего формирователя импульсов

5 подключен к счетному входу второго счетного триггера, выход которых подключен к управляющему входу пятого ключа, информационный вход которого подключен к выходу источника опорного

10 напряжения.

1681383 (Ъ

5Х(Тц) б(Т, Х7(Т, Д(7С

Составитель М, Сидорова

Редактор А. Маковская Техред М.Моргентал Корректор M. Максимишинец

Заказ 3316 Тираж 440 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул,Гагарина, 101