Кодирующий преобразователь перемещения

 

. 1. КОДИРУЮЩИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПЕРЕМЕЩЕНИЯ, содержащий трансформатор напряжения, включающий основную вторичную обмотку с отводами и дополнительную вторичную обмотку, емкостный датчик с неподвижными крайними и подвижной средней пластинами и логический блок, отличающий с я тем, что, с целью повышения точности -и упрощения преобразователя , в него введены два коммутатора, блок ключевых элементов, индикатор фазы и генератор тактовых импульсов, а основная вторичная обмотка вьтолнена с отводом в средней точке, выход генератора тактовых импульсов соединен с тактовым входом логического блока, одни управляющие выходы которого соединены с соответствующими входами блока ключевых элементов, выходы которого соединены с отводамиосновной вторичной обмотки трансформатора напряжения, начало и конец которой соединены соответственно с первыми и вторыми входами первого и второго коммутаторов, третьи входы коммутаторов соединены с неподвижными крайними пластинами емкостного датчика, подвижная средняя пластина которого соединена спервым входом индикатора фазы, выход индикатора фазы соединен с управляющим входом логического бло- . ка, другие управляющие выходы которого соединены с четвертыми входами соответствующих коммутаторов, второй вход индикатора фазы соединен с началом дополнительной вторичной обмотки трансформатора напряжения, конец которой и отвод средней точки основной . вторичной обмотки трансформатора напряжения подключены к общей шине. 2. Преобразователь по п.1, о т - S личающийся тем, что логический блок содержит группы элементов И, группы элементов ИЛИ, элементы И, триггеры разрядов и знака, регистр сдвига с (К.+2) выходами и инэертор , выход которого соединен с первыми входами первого, второго элементов И и первой группой элементов И, выходы которых соединены с первыми входами первой группы элементов ИЛИ, выходы которых соединены с первыми входами триггеров разрядов, первые выходы триггеров разрядов соединены с первыми входами второй группы элементов ИЛИ, выходы которой и вторые выходы триггеров разрядов являются одними управляющими выходами логического блока, тактовый вход логического блока соединен с входом инвертора, с первыми входами второй группы элементов И и третьего элемента И и входом регистра сдвига, первый выход регистра сдвига соединен с вторыми входами второй группы элементов ИЛИ

СОЮЗ СООЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (191 (И) 3tsD G 08 С 9/02

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕНН1 1й НОМИТЕТ СССР

flO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3319368/18-24 (22) 08 ° 01.82 (46) 23.06.84. Бюл. И - 23 (72) С.П. Григорян и В.Н. Лысяков (71) Специальное конструкторское бюро геофизического приборостроения Научного центра "Геофизика" АН Аз. ССР (53) 68t.325(088.8) (56) t. Авторское свидетельство СССР

У 499843, кл. G 08 С 9/02, 19?О.

2. Авторское свидетельство СССР

В 643936, кл. 0 08 С 9/02, 1976 (прототип) . (54)(57). 1. КОДИРУЮЩИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПЕРЕМЕЩЕНИЯ, содержащий трансформатор напряжения, включающий основную вторичную обмотку с отводами и дополнительную вторичную обмотку, емкостный датчик с неподвижными крайними и подвижной средней пластинами и логический блок, о т л и ч а ю— шийся тем, что, с целью повышения точности -и упрощения преобразователя, в него введены два коммутатора, блок ключевых элементов, индикатор фазы и генератор тактовых импульсов, а основная вторичная обмотка выполнена с отводом в средней точке, выход генератора тактовых импульсов соединен с тактовым входом логического блока, одни управляющие выходы которого соединены с соответствующими входами блока ключевых элементов, выходы которого соединены с отводами основной вторичной обмотки трансформатора напряжения, начало и конец которой соединены соответственно с первыми и вторыми входами первого и второго коммутаторов, третьи входы коммутаторов соединены с неподвижными крайними пластинами емкостного датчика, подвижная средняя пластина которого соединена с первым входом индикатора фазы, выход индикатора фазы соединен с управляющим входом логического бло-.. ка, другие управляющие выходы которого соединены с четвертыми входами соответствующих коммутаторов, второй вход индикатора фазы соединен с началом дополнительной вторичной обмотки трансформатора напряжения, конец которой и отвод средней точки основной вторичной обмотки трансформатора напряжения подключены к общей шине.

2. Преобразователь по п.1, о т — Э л и ч а ю шийся тем, что логический блок содержит группы элементов И, группы элементов ИЛИ, элементы И, триггеры разрядов и знака, регистр сдвига с (К+2) выходами и ин- ф вертор, выход которого соединен с первыми входами первого, второго элементов И и первой группой элементов И, выходы которых соединены с первыми входами первой группы элементов ИЛИ, выходы которых соединены с первыми входами триггеров разрядов, первые выходы триггеров разрядов соединены с первыми входами второй группы элементов ИЛИ, выходы которой и вторые выходы триггеров разрядов являются одними управляющими выходами логического блока, тактовый вход логическо- ДЭ

ro блока соединен с входом инвертора, с первыми входами второй группы элементов И и третьего элемента И и входом регистра сдвига, первый выход регистра сдвига соединен с вторыми входами второй группы элементов ИЛИ

1099320 и вторым входом первого элемента И, выход которого соединен с первым входом триггера знака, выходы триггера знака являются другими управляющими выходами логического блока, управляющий вход логического блока соединен с третьим входом первого элемента И и вторыми входами первой группы элементов И,1r следующих выходов регистра сдвига соединены с треть. ими входами первой группы элементов И, вторыми входами второй группы эле1

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано в технике линейных и угловых измерений при сейсмических исследованиях. 5

Известен преобразователь перемещения, содержащий емкостно-чувствительные элементы, высокочастотный генератор, соединенный с входом порогового устройства f1) .

Однако известный преобразователь не обладает высокой точностью.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является кодирующий преобразователь перемещения, 15 содержащий трансформатор напряжения с первичной, основной вторичной и дополнительной вторичной обмотками и емкостной датчик с переменным зазором, причем основная вторичная об- 20 мотка выполнена с отводами, а емкостный датчик с переменным зазором выполнен с двумя крайними и одной средней пластинами; подстроечные конденсаторы, логический блок, включающий фазочувствительные детекторы и элементы НЕ и И, причем трансформатор напряжения соединен с емкостным датчиком по мостовой схеме, каждый отвод трансформатора напряжения через З0 соответствующий подстроечный конденсатор соединен со средней пластиной емкостного датчика, крайние пластины которого соединены с началом и концом оснОВНОЙ вторичной обмотки трансфор- 35

1 матора напряжения j2) .

Недостатками известного преобразователя являются низкая точность нз-за нелннеЙности выходного KArlA o I и.зме ментов И, выходы которых соединены с вторыми входами триггеров разрядов, вторые выходы триггеров разрядов соединены с первыми входами третьей, группы элементов И, последний выход регистра сдвига соединен с вторыми входа.ми второго и третьего элементов И, выход третьего элемента И соединен с вторыми входами третьей группы элементов И, а выход второго элемента И соединен с вторыми входами первой группы элементов ИЛИ и триггером знака. ряемого перемещения и влияния внешних возмущающих факторов на параметры под строечных конденсаторов и сложная конструкция, обусловленная.тем, что число отводов основной вторичной обмотки трансформатора напряжения, коли чество подстроечных конденсаторов, фазочувствительных детекторов и логи° ческих элементов возрастает прямо пропорционально числу градаций преобразователя измеряемого перемещения в цифровой код.

Цель изобретение — повышение точности и упрощение кодирующего преобразователя перемещения.

Поставленная цель достигается тем, что в кодирующий преобразователь перемещения, содержащий трансформатор напряжения, включающий основную вторичную отмотку с отводами и дополнительную вторичную обмотку, емкостный датчик с неподвижными крайними и подвижной средней пластинами и логический блок, введены два коммутатора, блок ключевых элементов, индикатор фазы и генератор тактовых импульсов, а основная вторичная обмотка выполнена с отводом в средней точке, выход генератора тактовых импульсов соединен с тактовым входом логического блока, одни управляющие выходы которого соединены с соответствующими входами блока ключевых элементов, выходы которого соединены с отводами основной вторичной обмотки- трансформатора нап.ряжения, начало и конец которой соединены соответственно с первыми и вторыми входами первого и второго коммутаторов, третьи входы коммутато1099320 ров соединены с неподвижными крайними пластинами емкостного датчика, подвижная средняя -пластина которого соединена с первым входом индикатора фазы, выход индикатора фазы соединен 5 с управляющим входом логического блока, другие управляющие выходы которого соединены с четвертыми входами соответствующих коммутаторов, второй вход индикатора фазы соединен с началом дополнительной вторичной обмотки трансформатора напряжения, конец кото<рой и отвод средней точки основной вторичной обмотки трансформатора напряжения подключены к общей шине. 15

Логический .блок содержит группы элементов И, группы элементов ИЛИ, элементы И, триггеры разрядов и знака, регистр сдвига с (К+2) выходами и инвертор, выход которого соединен 2п с первыми входами первого, второго элементов И и первой группой элементов И, выходы которых соединены с первыми входами первой группы элементов ИЛИ, выходы которых соединены с 2 первыми входами триггеров разрядов, первые выходы триггеров разрядов соединены с первыми входами второй группы элементов ИЛИ, выходы которой и вторые выходы триггеров разрядов являются одними управляющими выходами логического блока, тактовый вход логического блока соединен с входом инвертора, с первыми входами второй группы элементов И и третьего элемен3$ та И и входом регистра сдвига, первый выход регистра сдвига соединен с вто-, рыми входами второй группы элементов

ИЛИ и вторым входом первого элемента

И, выход которого соединен с первым входом триггера знака, выходы триггера знака являются другими управляющими выходами логического блока, управляющий вход логического блока соединен с третьим входом первого элемен- 4 J та И и вторыми входами первой группы элементов И,к следующих выходов регистра сдвига соединены с третьими входами первой группы элементов И, вторыми входами второй группы элементов И, выходы которых соединены с вто.

50 рыми входами триггеров разрядов, вторые выходы триггеров разрядов соединены с первыми входами третьей груп пы элементов И, последний выход регистра сдвига соединен с вторыми входами второго и третьего элементов И, выход третьего элемента И соединен с вторыми входами третьей группы элементов И, а выход второго элемента И соединен с вторыми входами первой группы элементов ИЛИ и триггером знака.

На чертеже приведена функциональная схема кодирующего преобразователя. перемещения.

Преобразователь содержит трансформатор 1 напряжения с первичной 2, основной вторичной 3 и дополнительной вторичной 4 обмотками, емкостной датчик 5 с неподвижными крайними 6 и 7 и подвижной средней 8 пластинами, коммутатор 9, блок 10 .ключевых элементов, электронные ключевые элементы 11-1 — 11-К вЂ” 11-2-К, коммутатор

12, индикатор 13 фазы, генератор 14 тактовых импульсов, логический блок

15, включающий элементы HJIH 16-1

16-К, триггера 17-1 — 17-К разрядов, триггер 18 знака, элементы И 19-1 !9-К, элемент И 20, элементы ИЛИ

21-1 — 21-К, элементы И 22-1 — 22-К, элемент И 23, элементы И 24-1 — 24-К, элемент И 25, инвертор 26,.регистр 27 сдвига, общую шину 28.

Основная вторичная обмотка 3 трансформатора 1 напряжения предназначена для выработки напряжения, уравновешивающего напряжение на подвижной срепней пластине 8 емкостного датчика 5.

Она выполнена со средней точкой, подключенной к общей шине 28, причем верх няя и нижняя половины обмотки состоят иэ согласно включенных секций, заключенных между каждыми двумя соседними отводами.

Блок 10 ключевых элементов с электронными ключевыми элементами 11 предназначен для управления числом включенных секций соответственно верхней и нижней полуобмоток основной вторичной обмотки 3.

Коммутаторы 9 и 12 предназначены для подключения конца и начала основной вторичной обмотки 3 соответственно к неподвижным краиним пластина Р

6 и 7 емкостного датчика 5 или наоборот, в зависимости от знака текущего значения измеряемого перемещения. /

Индикатор 13 фазы предназначен для определения сдвига фаз напряжения на подвижной средней пластине 8 емкостного датчика 5 относительно напряжения дополнительной вторичной <-обмотки 4 на 180

1099320

Генератор 14 тактовых импульсов используется для выборки частоты сле- дования импульсов.

Инвертор 26 логического блока предназначен для формирования вре- 5 менной задержки, необходимой для окончания переходных процессов, возникающих при коммутации секций основной вторичной обмотки 3 трансформатора 1 напряжения.

Триггер 18 знака необходим для управления коммутаторами 9 и 12 и формирования результата измерения знака текущего значения измеряемого перемещения. 15

Триггеры 17 разрядов, элементы

И 19, 20 23, 24, 25, элементы ИЛИ 16 и 21, и регистр 27 сдвига предназначены для управления процессом форми-. рования цифрового кода текущего зна- 20 чения измеряемого перемещения.

Элементы И 22 служат для разрешения считывания цифрового кода результата преобразования текущего значения измеряемого перемещения. 25

Уравновешивающее напряжение формируется противофазной коммутацией электронных ключевых элементов 11, шунтирующих соответствующие секции верхних и нижних половин основной ЗО вторичной обмотки 3. Определение знака перемещения при этом осуществляется в первом такте каждого цикла . измерения подключением всей основной вторичной обмотки к неподвижным край-з ним пластинам 6 и 7 емкостного датчика 5 и сравнением фазы напряжения на подвижной средней пластине 8 емкостного датчика 5 с фазой напряжения на дополнительной вторичной обмотке 4. 4О

Считывание результатов преобразовайия осуществляется в последнем такте каж- дого цикла преобразования.

Число секций как в верхней, так и в нижней полуобмотках основной вторич-. 4 ной обмотки 3 выбирается равным требуемому числу разрядов цифрового преобразования, а соотношение витков секций в каждой полуобмотке выбирается в зависимости от принятого мето-5О да кодирования.

Работа кодирующего преобразователя перемещения основана на преобразовании:,измеряемого перемещения в напряжение на подвижной средней пластине 8 емкостного датчика 5 с дискретным уравновешиванием этого напряжения с помощью напряжения на основной вторичной обмотке трансформатора напряжения при выполнении условия постоянства суммы напряжения ее верхней и нижней полуобмоток.

Кодирующий преобразователь перемещения работает следующим образом.

В исходном состоянии все триггеры 17 разрядов и триггер 18 знака устанавливаются в состояние логического 0 на прямых выходах и в состояние логической "1" на инверсных выходах, электронные ключевые элементы 11-1 — 11-К разомкнуты, а электронные ключевые элементы

11-(K+1) — 11-2К замкнуты, коммутатор 9 подключает конец основной вторичной обмотки 3 к неподвижной крайней пластине 6 емкостного датчика 5, а коммутатор 12 подключает начало основной вторичной обмотки 3 к неподвижной крайней пластине 7 емкостного датчика 5, регистр 27 сдвига устанавливается в состояние логической "1" на последнем выходе и в состояние логического "0" на остальных выходах.

С приходом первого тактового импульса с генератора 14 тактовых импульсов в логический блок 15 на первом выходе регистра 27 сдвига появляется логическая "1", все остальные выходы имеют состояние логического "0".

Сигнал с первого выхода регистра 27 сдвига поступает на первые входы элементов ИЛИ 16, с .выхода которых поступает на управляющие входы электронных ключевых элементов 11-(К+1)

11-2К блока 10 ключевых элементов и размыкает их. Таким образом, к неподвижным крайним пластинам 6 и 7 емкостного датчика 5 подключена вся основная вторичная обмотка 3 на время действия сигнала с первого выхода регистра 27 сдвига. После окончания первого импульса с генератора 14 тактовых импульсов на выходе инвертофа 26 формируется импульс, который одновременно с импульсом на первом выходе регистра 27 сдвига подается соответственно на второй и третий входы элемента И 25, на первый вход которого подается сигнал с выхода индикатора 13 фазы. Если на выходе индикатора 13 фазы логический "0", то выход элемента И 25, подключенный к первому входу триггера 18 знака, не изменяет состояния триггера 18 знака и коммутаторы 9 и 12 — в исходном состоянии. При этом на знаковом

1099320 выходе преобразователя (прямом выходе триггера 18 знака) логический

"0", что соответствует знаку + измеряемого перемещения и указывает на то, что средняя пластина 8 ем- 5 костного датчика 5 находится выше среднего положения.

Если на выходе индикаторы 13 фазы логическая "1" (фаза напряжения на средней пластине 8 емкостного датчика 5 и фаза напряжения на дополнительной вторичной обмотке 4 имеют сдвиг

180 ), то на выходе элемента И 25

0 появляется логическая "!" и изменяет состояние триггера 18 знака на проти- 1З воположное. Коммутатор 9 подключает начало основной вторичной обмотки 3 к крайней пластине 6 емкостного датчика 5, а коммутатор 12 подключает конец основной вторичной обмотки 3 к 20 крайней пластине 7 емкостного датчика 5. На знаковом выходе преобразователя появляется логическая 1, что соответствует знаку "-" измеряемого перемещения. При этом средняя пластина 8 емкостного датчика 5 находится ниже среднего положения. На этом первый такт преобразования — определение знака-заканчивается и знак на выходе преобразователя сохраняется в 30 течение всего цикла преобразования.

С приходом второго тактового импульса с генератора 14 тактовых импульсов логическая "!" появляется на втором выходе регистра 27 сдвига (остальные выходы регистра 27 сдвига имеют состояние логического "0"), который через элемент И 19-1 устанавливает триггер 17-1 первого разряда в состояние логической "1" на прямом выходе и в состояние логического "0" на инверсном выходе. Триггеры 17-2—

17-К остальных разрядов остаются в исходном состоянии. При этом импульсом логической "1" через элемент 4

ИЛИ 16-1 размыкается первый электронный ключевой элемент 11-(К+ 1) блока

10 ключевых элементов. Одновременно замыкается первый электронный клю;чевой элемент 11-1 блока 10 ключевых элементов, подключенный к инверсному выходу триггера 17-1 первого разряда. Все электронные ключевые элементы 11-(К+2) . — 11-2К блока 10 ключевых элементов оказываются в замкнутом состоянии, а все электронные ключевые элементы 11-2К вЂ” 11-К блока 10 ключевых элементов — в разомкнутом состоянии. При этом в нижней полуобмотке основной вторичной обмотки 3 включена только первая секция, соответствующая первому старшему разряду уравновешивающего напряжения U а в верхней полуобмотке основной вторичной обмотки 3 включены все секции, кроме первой (старшего разряда). После окопчания второго тактового импульса производится сравнение напряжения

U1< с напряжением U< на средней пластине 8 емкостного датчика 5. Если

U,cU<, т.е. напряжения старшего разряда уравновешивающего напряжения недостаточно для уравновешивания напряжения Б2 то на выходе индикатора 13 фазы в момент окончания второго тактового импульса устанавливается логический "0" и триггер 17-I первого разряда остается в состоянии логической "1" на прямом выходе (логического "0" на инверсном выходе) на протяжении всего цикла преобразования. Если П 02, т.е. напряжение пер1 ваго старшего разряда уравновешивающего напряжения больше требуемого значения уравновешивающего напряжения, то на выходе индикатора 13 фазы в момент окончания второго тактового импульса устанавливается логическая " 1", которая через элемент И 24-1 и элемент ИЛИ 21-1 устанавливает триггер 17-I первого разряда в сос тояние логического "0" йа прямом выходе и в состояние логической "1" на инверсном выходе и через элемент

ИЛИ 16-1 замыкает первый электронный ключевой элемент 11-(K+I) блока 1О ключевых элементов. Одновременно первый электронный ключевой элемент

11-1 блока 10 ключевых элементов размыкается.

С приходом третьего тактового импульса с генератора 14 тактовых импульсов логическая "1" появляется на третьем .выходе регистра 27 сдвига, и с помощью триггера 17-2 второго разряда размыкает второй электронный ключевой элемент 11-(К+2) блока 10 ключевых элементов и замыкает второй электронный ключевой элемент 11-. 2.

При этом в нижней полуобмотке основ ной вторичной обмотки 3 включается вторая секция, соответствующая второму разряду уравновешивающего напряжения U>, а в верхней полуобмотке основной вторичной обмотки 3 отключаетI ся (закорачивается) вторая секция.

9 1099320 10

Поэтому с приходом третьего тактового импульса управновешивающее напряжение в нижней полуобмотке равно

» «» 2»12 где а и а — переключательные коэффициенты, которые могут принимать значения

»О« или «1».

° 1О

Коэффициент а» был определен после второго тактового импульса, причем а =1 соответствует включенному состоянию первой секции нижней полуобмот. ки (триггер 17-I первого разряда находится в состоянии логической «1» на прямом выходе), а =О соответствует выключенному состоянию первой секции нижней полуобмотки (триггер 17-I первого разряда находится в состоянии логического »О» на прямом выходе). В момент окончания третьего тактового

HMB ëü» cI, еcJIH а,» U»1 t +cI2U«2 (U2 то на выходе индикатор 13 фазы устанавлива ется логический »0« р триггер 17-2 второго разряда остается в состоянии логической »1» на прямом выходе, т.е. а2=1, а если а»П«» +aUp то на выходе индикатор 13 фазы устанавливается логическая «1" и триггер 17-2 второго разряда устанавливается в состояние логического «0« на прямом выходе, т.е. а становится равным нуаю.

Аналогично, с приходом каждого очередного тактового импульса состоя- 3S ние логической «1» на прямом выходе устанавливается в соответствующем триггере 17 разряда, а после окончания очередного тактового импульса в зависимости от состояния на выходе 4О индикатора 13 фазы соответствующий триггер остается в этом состоянии или переходит в инверсное состояние. При этом соответствующие коэффициенты а;,, где I. — номер тактового импульса в данном цикле преобразований, принимают соответственно значение

«1» «О»

Таким образом, после окончания предпоследнего тактового импульса данного. цикла преобразования процесс формирования уравновешивающего напряжения завершается и уравновешиваемое напряжение Б2 преобразуется в цифровой код N« равный

t и»

N» = а)Ц

j- » где ) — номер разряда;

m . . — — число разрядов.

С приходом последнего тактового импульса данного цикла преобразования на последнем выходе регистра 27 сдвига появляется логическая »1", элементы И 22 через элемент И 20 открываются и цифровой код уравновешивающего напряжения М через элементы

И 22, а также код знака с прямого выхода триггера 18 знака подаются на выход преобразователя. В момент окончания последнего тактового импульса на выходе инвертора 2 появляется логическая »1", которая через элемент И 23 и элементы ИЛИ 21-1 — 21-К устанавливает триггер 18 знака и все триггеры

17-1 — 17-К разрядов в исходное сос— тояние. На этом цикл преобразования заканчивается.

Экономический эффект от использования предлагаемого кодирующего преобразователя перемещения определяется его техническими преимуществами.

Составитель Б. Барбараш

Редактор И.Касарда Техред M.Ãåðãåäü Корректор А. Тяско

Заказ 4374/40 Тираж 569 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4