Устройство для определения угла наклона объекта

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ УГЛА НАКЛОНА ОБЪЕКТА, содержащее последовательно соединенные чувствительный элемент и дифференциальный усилитель, а также селектор и последовательно соединенные блоки младших и старших разрядов реверсивногосчетчика , преобразователь код - напряжение и магнитоэлектрический механизм , жестко связанный с чувствительным элементом, о т л и ч а ющ е е ся тем, что, с целью повышения быстродействия, в него введены шифратор, коммутатор, три пороговых блока и генератор опорной частоты , причем коммутатор включен между блоками младших и от арши.х раз рядов реверсивного счетчика, сигнальные входы каждого их трех пороговых блоков соединены с Е« 1ходом дифференциального усилителя, а на входы пороговых блоков поданы опорные на .пряжения, выход первого порогового блока соединен с управлякицим входом селектора, сигнальный вход которого соединен с выходом генератора опорной частоты, входы шиф9 ратора соединены с выходами второго и третьего пороговых блоков, выход шифратора соединен с управляющим входом коммутатора, соединенного через дополнительную группу входов с выходом селектора.

8 А

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

l9

РЕСПУБЛИК (!9) (!!) 3(50 С 01 С 9/18

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ГЮ ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЬППФ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ н двтоескомм сеидятельствм (21) 3390190/18-10 (22) 02 ° 02 ° 82 (46) 07.11.84 Бюл.11 41 (72) Е.Н.Быстрова и В.Л.Кудрявцев (53) 528.531.74(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

У 50222!, кл. С 01 С 9/06,22,03.78.

2. Авторское свидетельство СССР

У 853390, кл. G 01 С 9/18,14.06.79 (прототип). (54) (57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ

УГЛА НАКЛОНА ОБЪЕКТА, содержащее последовательно соединенные чувствительный элемент и дифференциальный усилитель, а также селектор и последовательно соединенные блоки младших и старших разрядов реверсивного. счетчика, преобразователь код — напряжение и магнитоэлектрический механизм, жестко связанный с чувствительным элементом, о т л и ч а юш е е с я тем, что, с целью повышения быстродействия, в него введены шифратор, коммутатор. трн пороговых блока и генератор опорной частоты, причем коммутатор включен между блоками младших и старших разрядов реверсивного счетчика, сигнальные входы каждого их трех пороговых блоков соединены с выходом дифференциального усилителя, а на входы пороговых блоков поданы опорные на.пряжения, выход первого порогового блока соединен с управлякицим входом селектора, сигнальный вход которого соединен с выходом генератора опорной частоты, входы шифратора соединены с выходами второго и третьего пороговых блоков, выход шифратора соединен с управляккцим входом коммутатора, соединенного через доголнительную группу входов с выходом селектора.

1 11228

Изобретение относится к приборостроению, в частности к устройствам для определения угла наклона объектов и может быть использовано в аппаратуре систем контроля и сигна- 5 лизации измерений положения тел относительно первоначального состояния, в измерительной технике для измерения угла наклона объектов относительно горизонта и т.д. tO

Известны устройства для опреде- . ления угла наклона относительно горизонта, содержащие чувствительный элемент в виде жидкостного уровня— конденсатора или электромагнитного маятника, усилитель и следящий привод или исполнительный магнитоэлектрический элемент (11.

Недостатками таких устройств являются потеря точности при съеме информации, так как измерительный эле-, мент ке охвачен петлей обратной .связи, съем информации в аналоговом виде, что вызывает необходимость введения дополнительных преобразователей информации, имеющих собственную погрешность, при использовании устройств в цйфровой технике.

Известно устройство для определения угла наклона объекта относительно горизонта, содержащее чувствительный элемент, дифференциальный усилитель, селектор, реверсивный счетчик, преобразователь код— напряжение и исполнительный магнитоэлектрический механизм. При от-., клонении устройства относительно горизонта с выхода чувствительного элемента снимается сигнал рассогла- сования, пропорциональный углу отклонения, который поступает на вход фазочувствительного усилителя, являющегося знаковым звеном и формирующего знак "+" при одной фазе сигнала и знак "-". при другой фазе сигнала. Зта информация, заполненная частотой, через селектор управляет реверсным счетчиком. С выхода счетчика цифровая информация в виде параллельного кода поступает ка вход преобразователя код — напряжение и преобразуется в напряжение постоянного тока. Под действием этого напряжения в катушках магнитоэлектрического механизма возникает электрический ток, силы взаимодействия ко" торого с магнитным полем постоянного магнита ротора исполнительного магнктоэлектрического механизма отклоняют ротор индукционного датчика чувствительного элемента, механически жестко связанного с магнитоэлектрическим механизмом, в сторону уменьшения сигнала рассогласования да величины статической ошибки следящей системы. Йри этом с выхода реверсивного счетчика, являющегося выходом устройства, снимается цифровой код, пропорциональный и соответствующий углу наклона (2) .

Однако недостатком данного устройства является увеличение времени переходного процесса при больших углах рассогласования, т.е. в момент включения системы.

Целью изобретения является уменьшение времени переходного процесб са т,е. повышение быстродействия; ск стемы.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для определения угла наклона объекта, содержащее последовательно соединенные чувствительный элемент и дифференциальный усилитель, а также селектор и последовательно соединенные блоки младб ших и старших разрядов реверсивйогоб счетчика, преобразователь код — напряженке и магнитоэлектрический механизм, жестко связанный с чувствительным элементом,. введены шифратор, коб.мутатор, три пороговых блока к генератор опорной частоты, причем коммутатор включен между блохами младших и старших разрядов реверсивного счетчика, сигнальные входы каждого иэ трех пороговых блоков соединены с выходом дифференциального усилителя, а на входы пороговых блоков поданы опорные напряжения, выход первого порогового блока соединен с управляющим вхо цом селектора, сигнальный вход ко-! торого соединен с выходом -генератора опорной частоты, входы шифратора соединены с выходами второго и третьего пороговых блоков, выход шифратора соединен с управляющим входом коммутатора, соединенного через дополнительную группу входов с выходом селектора, На фкг,! приведена блок-схема предлагаемого устройства с малым временем переходного процесса", ка фиг.2 - графики переходных процессов системы (б — при регулировании с постоянным шагом, 3 — прк регулировании с переменным шагом1б.!

122888

При отклонении устройства относительно горизонта его ротор в силу маятниковых свойств остается вертикальным, а статор перемещается.

Расположение катушек ротора относи55

Устройство содержит индукционный датчик 1 угла (чувствительный элемент), дифференциальный усили° ( тель 2, первый пороговый блок 3, второй пороговый блок 4, третий лоро 5 а говый блок 5, генератор 6 опорной частоты, селектор 7, шифратор 8, реверсивный счетчик 9 (1О) младших и старших разрядов, коммутатор 11, преобразоватейь 12 код — напряжение, магнитоэлектрический механизм

l3.

Индукционный маятниковый датчик I угла отклонения состоит из статора, жестко закрепленного на 15 корпусе, и ротора, подвешенного к корпусу на двух пластинчатых пружинах, которые позволяют ротору перемещаться в заданной плоскости измерения. 20

На роторе имеется магнит, который вместе с катушками,.прикрепленными к корпусу датчика, образует магнитоэлектрический механизм 13.

Дифференциальный усилитель 2 представляет собой звено, формирующее сигнал постоянного тока, пропорциональный величине входного сигнала и имеющий полярность в зависимости от полярности входного сигнала.ЗО

Пороговые блоки 3 — 5 представляют собой дифференциальные усилители, работающие в ключевом режиме, настроенные на определенный порог срабатывания по входному сигналу и выдающие сигнал логической единицы при превышении входного сигнала над пороговым. Селектор 7 является логической схемой и выдает импульсы частоты на суммирующий или вычитающий вход реверсивного счетчика в

4Q зависимости от управляющего сигнала. Шифратор 8 и коммутатор 11 представляют собой набор логических схем

И совпадения и логических схем ИЛИ, сложения. Реверсивный счетчик 9 (10)

45 является П-разрядным последовательным счетчиком.

В качестве преобразователя 12 код — напряжение используется диодная матрица в сочетании с операционным усилителем, смещенным относи-" тельно нулевого уровня. тельно статора становится несимметричным, а напряжения с роторных обмоток, включенных по дифференциальной схеме, — неодинаковыми. С выхода индукционного датчика I снимается разностный сигнал, пропорциональный углу отклонения, который поступает на вход дифференциального усилителя формирующего сигнал постоянного тока, пропорциональный величине входного сигнала и имеющий полярность в зависимости от полярности входного сигнала, с выхода дифференциального усилителя 2 сигнал поступает на вход первого лоро" гового блока 3, настроенного на нулевой порог срабатывания и выдающе% сигнал логической единицы в случае положительного входного сигнала.

С выхода первого порогового блока 3. снимается информация о знаке ошибки, и эта информация управляет селектором 7, на сигнальный вход которого поступает частота с выхода генератора 6 опорной частоты. В зависимости от знака сигнала ошибки селектор 7 выдает импульсы частоты на суммирующий или вычитающий вход младших разрядов реверсивного счетчика 9, а также на вторую группу входов коммутатора 11. Сигналы переноса младших разрядов счетчика поступают на первую группу входов коммутатора II. С выхода дифферанциального усилителя 2 сигнал ошибки в виде напряжения постоянного тока, пропорционального величине входного сигнала и имеющего знак 1 + или "- в зависимости от полярности входного сигнала, поступает на сигнальные входы второго и третьего пороговых блоков 4 и 5, каждое из которых настроено Hà ogределениую величину порога срабаты-. вания соответственно по положительному и отрицательному напряжению.

Тогда в случае малых по величине входных сигналов любой полярности на выходе второго порогового блока

4 всегда формируется логический нуль, на выходе третьего порогового блока

5 - логическая единица, при больших положительных сигналах (больше порогов срабатывания) с выл ода обоих пороговых блоков 4 и 5 выдается сигнал логической единицы, а при больших по величине, но отрицательных сигналах, на выходе обоих блоков

4 и 5 формируется логический нуль.

1122888

С выхода пороговых блоков 4 и 5 логические сигналы поступают на входы шифратора 8, с выхода которого выдается сигнал логической единицы при больших углах рассогласования (т.е. при наличии на входах шифратора сигналов: "1" — 1 или "0" - 0 ).

На выходе шифратора 8 формируется, таким образом, управляющий сиrнал для коммутатора 11. Если этот управляющий сигнал соответствует логической единице, что имеет место при больших углах рассогласования, то информация об ошибке с выхода селектора 7 подключается к старшим разрядам реверсивного с гетчика 10, а сигналы переноса с выхода младших разрядов реверсивного счетчика 9 блокируются. В противном случае, если управляющий сигнал равен нулю, что имеет место при малых углах рассогласования, сигналы переноса с выхода младших разрядов реверсивного счетчика 9 поступают на вход старших разрядов реверсивного счетчика 10, а информация с выхода селектора 7 блокируется. Например, при восьмираэрядном счетчике величина выходного сигнала при больших углах рассогласования становится в

16 раз больше, чем при малых углах рассогласования.

С выхода реверсивного счетчика 9 и (10) цифровая информация в виде параллельного кода поступает на вход преобразователя 12 код — напряжение и преобразуется в напряжение постоян ного тока.

Под действием этого напряжения в катушках магнитоэлектрического ,механизма 13 возникает электрический ток, силы взаимодействия которо1о с магнитным полем постоянного магнита ротора отклоняют маятник в противоположном направлении., Маятник отклоняется на угол, при ко.

5. тором статор одинаково перекрывает обе катушки ротора, при этом с выхода реверсивного счетчика снимается цифровой код, пропорциональный и соответствующий углу наклона. Вы-!

О ход реверсивного счетчика является выходом устройства. В известном устройстве регулирование осуществляется с постоянным шагом (h=l3 ) и, следовательно, время переходного процес-!

5 11твх са составляет c = К- — — — — (фиг 2@ пп

Ю

Для уменьшения времени переходного процесса при больших углах рассогласования в системе исполь20 эуется нелинейная коррекция, посредством которой осуществляется скачкообразное изменение коэффициента усиления. При больших углах рассогласования. сигнал ошибки через

25 коммутатор подключается к входу старших разрядов счетчика, в этом случае величина шага становится в и раз больше (например, в случае восьмиразрядного реверсивного счет5О чика п=16). При попадании величи ны ошибки в туубку допусков (+4U) сигнал ошибки подключается к млад- . шим разрядам реверсивного счетчика, чем уменьшается коэффициент усиления системы. В данном случае вре-мя переходного процесса уменьшает-, ся в 10 раз (фиг.2 ). Использование .изобретения поэ40 волит существенно повысить быстродействие системы измерения (в 10 раз) .

1122888

1122888

Составитель В. Васильев

Редактор И.Шулла Техред М.Гергель Корректор Н.Король

Заказ 8124/33 Тираж 586 Подписное

ВНИИПИ Государственного коми-.ета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал 1П1П "Пагент", r.ужгород, ул.Проектная, ч