Преобразователь перемещения в код

Авторы патента:

G08C9/02 - Системы для передачи измеряемых переменных величин, управляющих или подобных сигналов (пневмогидравлические передающие системы F15B; чувствительные элементы для определенных физических переменных см. в соответствующих подклассах, например классов G01,H01; индикаторные или регистрирующие устройства см. в соответствующих подклассах, например G01D,G09F; механические средства для преобразования выходного сигнала чувствительного элемента в различные переменные величины G01D 5/00; мостовые схемы с автоматической балансировкой G01R; управление положением вообще G05D 3/00; механические системы управления G05G; системы для передачи только сигналов "включено-выключено", системы для передачи сигналов тревоги G08B;

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПЕРЕМЕЩЕНИЯ В КОД, содержащий дйфференцнальный емкостный датчик, первый и второй усилители, выходы которых подключены к формирователю разности напряжений, генератор, источник напряжения, о тличающийся тем, что, с I целью повышения точности преобразователя , в него введены формирователь бременных интервалов, ключ, токоограничивающий элемент и блок аналогоцифрового преобразования, генератор подключен к формирователю временных интервсшов, один выход которого подключен к одному в::оду ключа, другой вход ключа соединен с выходом источника напряжения, а выход ключа через токоограничивающий элемент подключен к средней пластине дифференциального емкостного датчика и к входам первого и второго усилителей, выходы которых подключены к крайним i пластинам дифференциального емкостного датчика, выход формирователя разности напряжений подключен к одному входу блока анёшого-цифрового преобразования, управляихций вход которого соединен с. другим выходом формирователя временных интервалов.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

ХЮ

РЕСПУБЛИН (1Ю (II) 3(59 С 08 С 9 02

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ILBTOPCKOMM СаиДВтввствм

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ CCOP

ПО ДЕЛАМ ИЭОБРЕТЕНИЙ И OTHPbITHA (21) 3494843/18-24 (22) 14.07 ° 82 (46) .30 11.83. Smi В 44 (72) С.П. Григорян и В.Н. Лысяков (71) Специальное конструкторское бюро геофизического приборостроения

AH A3CCP (53) 681.325(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

Р 643936, кл. G 08 С 9/02, 1976.

2. Новицкий П.В. Электрические измерения неэлектрических величин.

Л., ° Энергия °, 1975, с. 132-133 °

3. Стрыгин В.В. Автоматика и вычислительная техника. И., Высшая школа, 1977, с. 18, рис. 1.9 (прототип) .

1. (54) (57) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПЕРЕМЕЩЕНИЯ

В КОД, содержащий дифференциальный емкостный датчик, первый и второй усилители, выходы которых подключены к формирователю разности напряжений, генератор, источник напряжения, о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения точности преобразователя, в него введены формирователь временных интервалов, ключ, токоограничивающий элемент и блок аналогоцифрового преобразования, генератор подключен к формирователю временных интервалов, один выход которого подключен к одному в::оду ключа, другой вход ключа соединен с выходом источника напряжения, а выход ключа через токоограничивающий элемент подключен к средней пластине дифференциального емкостного датчика и к входам первого и второго усилителей, выходы которых подключены к крайним пластинам дифференциального емкостного датчика, выход формирователя разности напряжений подключен к одному входу блока аналого-цифрового преобразования, управляющий вход которого соединен с другим выходом формирователя временных интервалов.

1057975 изобретение отНосится к измерительной технике и может быть использовано при сейсмических исследованиях.

Известно устройство для измерения. перемещения, содержащее дифференци- 5 альный емкостный датчик с переменным зазором, трансформатор напряжения, подстроечные конденсаторы, фазочувствительный детектор и логические элементы (lj . t0

Недостатком устройства является невысокая точностЬ и сложность конструкции.

Известно также устройство для измерения перемещения, содержащее диф- д ференциальный емкостный датчик с переменным зазором, вкл|ченный в схе.му неравновесного моста переменного тока и указатель выходного напряжения моста (21 .

Однако такое устройство характеризуется невысокой точностью.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому. является преобразователь перемещения в код, содержащий дифференциальный датчик, первый и второй усилители, выходы которых подключены к формирователю разности напряжений, генератор, источник напряжения, выходы генератора подключены к входам усилителей 30 и к крайним пластинам дифференциального емкостного датчика, средняя пластина которого подключена к источнику напряжения (Э) .

Недостатком известного преобразователя также является невысокая точность.

Цель изобретения вЂ” повышение точности. преобразователя. 40

Поставленная цель достигается тем, что в преобразователь перемещения в код, содержащий дифференциальный емкостный датчик, первый и второй усилители, выходы которых 45 подключены к формирователю разности напряжений, генератор, источник напряжения, введены формирователь временных интервалов, ключ, токоограничивающий элемент н блок аналого-цифрового преобразования, генератор .подключен K формирователю временных . интервалов, один выход которого под- ключен к одному входу ключа, другой вход ключа соединен с.выходом источника напряжения, а выход ключа через токоограничивающий элемент подключен к средней пластине дифференциаль-. ного емкостного датчика и к входам первого и второго усилителей, выходы которых подключены к крайним пласти- 60. нам дифференциального емкостного датчика, выход формирователя разности напряжений подключен к одному входу блока аналого-цифрового преобразования, управляющий вход которого сое- 5 дииен с другим выходом формирователя временных интервалов.

Структурная схема преобразователя представлена на чертеже.

Преобразователь содержит генератор 1, Формирователь 2 временных интервалов, источник 3 напряжения, ключ 4, общую шину 5, токоограиичивающий элемент (резистор) 6, два усилителя 7 и 8,. дифференциальный емкостный датчик 9 с переменным зазором, формирователь 10 разности на-. пряжений и блок 11 аналого-цифрового преобразования. Резистор -6, усилитель 7 и конденсатор, образованный первой крайней пластиной и средней пластиной емкостного датчика 9, входят в состав первого интегратора.

Резистор 6, усилитель 8 и конденса-. тор, образованный второй крайней пластиной и средней пластиной емкостного датчика 9, входят в состав второго интегратора.

Принцип работы преобразователя закпючается в том, что в,каждом цике измерения через заданное время от начала интегрирования производится измерение разности выходных напряжений интеграторов, интегрирующих одно и то же напряжение, причем времязадающие цепи интеграторов образуются плечевыми. емкостями дифференциального емкостного датчика с переменным зазором, благодаря чему измеренное значение разности выходных напряжений интеграторов становится пропорционально измеряемому перемещению.

Известно, что в дифференциальном емкостном датчике с одной средней и двумя крайними пластинами при перемещении средней пластины одновременно изменяются емкости между первой крайней и средней пластинами С и между второй крайней и средней пластинами

С в соответствии со следующими выра-. жениями где 1 вЂ” расстояние между крайними и средней пластинами в среднем положении средней пластины; й4 вЂ” ИЗМЕРЯЕМОЕ ПЕРЕМЕЩЕНИЕ1

m - конструктивный параметр..

При подаче на вход интеграторов, в которых в качестве времязадающих емкостей используются емкости С и

С дифференциального емкостного датчика, скачка напряжения ер на выходах интеграторов напряжения U 8bixi и

0»,х будет изменяться по следующим законам

"4ых,"- RC " о < > ВЬ|х1= йс 21

Ц Ц = йод (8) 1057975

Составитель A ° Смирнов

Редактор О. Сопко Техред А. Бабинец Корректор. А, Тяско.Тираж 618 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по щелам изобретений и открытий

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

Заказ 9583/53 филиал ППП Патент, r. Ужгород, ул. Проектная, 4 где R С< вЂ” постоянная времени первого интегратора;

RC> вЂ” постоянная времени второго интегратора; время интегрирования первого интегратора1 - время интегрирования второго интегратора.

Учитйвая выражение (1) выходные напряжения интеграторов будут иметь вид о 1 о 4 ()8ы (Ио )> ()Вых „1о. о ®)

Если принять, что,(=

= const, то разность выходных напряжений интеграторов также будет пропорциональна измеряемому перемещению

М (4)

"Вых "Вы 1

Откуда измеряемое перемещение бу-. дет равно

1 (Д = КД0 З ® < 0 Эых11 "о " Выъ 1 5) ((rn где (о= вЂ” вЂ” коэффициент пропорциональности.

Таким образом, используя плечи дифференциального емкостного .датчика в качестве времязадающих емкостей интеграторов, измеряя разность выходных напряжений интеграторов через заданное время от начала интегриро- вания эталонного напряжения 1о одновременно двумя интеграторами, получим линейную зависимость между измеряемым перемещением, и выходным напряжением д()вых °

Преобразователь работает следующим образом.

С приходом переднего фронта им, пульса генератора 1 на вход формиро" вателя 2 временных интервалов, последний подключает источник 3 напряжения через ключ 4 к входам интеграторов и одновременно начинает формировать фиксированный временной интервал 1 . При этом на входы обоих интеграторов (на резистор б) поступает напряжение с выхода источника

3. Интеграторы начинают. интегрировать зто напряжение. Напряжения

Ugq q и ()9ы на выходах усилителей

7 и 8 начинают изменяться по линейному закону, причем угол наклона выходных напряжений усилителей 7 и 8 прямо пропорционален плечевым емкостям дифференциального емкостного датчика 9. Выходные напряжения уси10 лителей 7 и 8 поступают на выкоды формирователя 10 на выходе которого формируется разностное напряженке.

В момент окончания формирования временного интервала интегрирования

15 формирователь 2 временного интервала вырабатывает импульс управления, по переднему фронту которого блок

11 аналого-цифрового преобразования осуществляет преобразование в код выходного напряжения формирователя .

10.

Код на выходе блока ll хранится до прихода переднего фронта следующего импульса от формирователя 2 временного интервала. По заднему фронту импульса управления от формирователя 2 временного интервала ключ 4 отключает источник 3 напряжения от входов интеграторов и подклю- . чает их к общей шине 5. При этом на входы интеграторов подается напряжение равное нулю, выходные нацряжения интеграторов и выходное напряжение формирователя 10 начинают убывать до нуля. На этом цикл измерения

35 заканчивается.

В таком преобразователе интегрирование напряжения производится от одного источника 3 через общий токоограничивающий элемент (резистор)

6, а время интегрирования задается исходя иэ заданной разрешающей способности формирователем 2. В результате точность преобразователя повышается.

Экономический эффект от использования преобразователя определяется его техническим преимуществом.