Устройство для измерения пространственных перемещений

 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения перемещений указателя координат в заданном объеме пространства. Целью изобретения является расширение функциональных возможностей устройства за счет обеспечения измерения П€ рсме1дений указателя в трехмерном пространстве. После установки указателя 1 перемещений в

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (5l)4G0 B 7 00

ВСЕСЖбп 4%

13.,; ;„1Э

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ВИЫЛИОТВСА

ГОСУДАРСТ8ЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

К А BTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 407686 1/24-28 (22) 13.06.86 (46) 07.03.88. Бюл. Ф 9 (71) Центральное конструкторское бюро с опытным производством АН БССР (72) С.Ю.Ежов, Б.Я.Жевелев, А.Д.Кравчук и Э.Н.Леонович (53) 531.717(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

У 1013734, кл. G 01 В 7/00, 1 981.

Авторское свидетельство СССР

У 1070426, кл. G 01 В 7/00,,1983.

„„SU„„1379598 А 1 (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПРОСТРАНСТВЕННЫХ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ (57) Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения перемещений указателя координат в заданном объеме пространства. Целью изобретения является расширение функциональных воэможностей устройства за счет обеспечения измерения перемещений указателя в трехмерном пространстве, После установки указателя 1 перемещений в

1379598 точку начала координат оператор нажимает кнопку "Пуск". С блока 17 управления на генератор 28 синусоидального тока и на управляющий вход синхронного детектора 18 поступают синхроимпульсы. Одновременно поступает сигнал на управляющий вход токового ключа 22, разрешающего прохождение синусоидального тока на четную подгруппу катушек 30 индуктивностей, В катушках 4, 5, 6 датчика 2 и катушках 7, 8, 9 датчика 3 индуктируются сигналы, параметры которых однозначно связаны с положением этих датчиков в пределах начальной эоны. По сигналам с блока 17 управления через аналоговые ключи 10-15 осуществляется считывание сигналов с катушек 4-9 датчиков 2, 3. Указанные сигналы через усилитель 16, синхронный детектор 18 и интегратор 19 поступают на аналого-цифровой преобразователь 20, с выхода которого снимается цифровой код, соответствующий амплитуде синуИзобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения перемещений указателя координат в заданном объеме пространства. 5

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей устройства за счет обеспечения измерений перемещений указателя в трехмерном пространстве. 10

На чертеже представлена структурная схема предлагаемого устройства, Устройство содержит указатель 1 перемещений с двумя магнитометрически ми датчиками 2 и 3, расположенными соосно между собой и с острием указателя 1. Расстояние между датчиками и острием известно и зафиксировано.Каждый из магнитометрических датчиков

2 и 3 включает по три катушки 4-6 и

7-9 индуктивности, расположенные вокруг общего центра и развернутые друг относительно друга на прямой угол.

Выходы катушек 4-9 подключены к входам аналоговых ключей 10-15, выходы

25 которых объединены и связаны с входом

I соид на выходах катушек 4-9. Сигналы цифрового кода поступают в вычислительный блок 21. Аггалогично после открытия ключа 23 сигнал с генератора

28 через фазовращатель 29 поступает на нечетную подгруппу катушек 31 индуктивностей. При этом с выхода аналого-цифрового преобразователя 20 в вычислительный блок 21 также поступают сигналы с катушек 4-9> соответствующие напряженности электромагнитного поля в точках размещения датчиков 2, 3. После обработки результатов измерений в вычислительном блоке

21 получают начальную координату Х острия указателя 1 перемещений. Аналогично находят начальные координаты

Уо, Za ° При этом используются ключи

24-27 и катушки 31-35 индуктивностей.

При перемещении указателя 1 перемещений в точку измерений в вычислительном блоке 21 вычисляются текущие координаты острия указателя. 1 ил. усилителя 16. Управляющие входы ключей подключены к соответствующим выходам блока 17,управления. Выход усилителя 16 соединен с синхронным детектором 18, управляющий вход которого соединен с соответствующим выходом блока 17 управления, а выход — с аналоговым входом интегратора 19 ° Управляющий вход интегратора 19 связан с соответствующим входом блока 17 управления, а выход — с аналоговым входом аналого-цифрового преобразователя (АЦП) 20, цифровые выходы которого соединены с входами вычислительного блока 21. Вход и выход синхронизации вычислительного блока 21 подключены к соответствующим выходу и входу блока 17 управления. Устройство содержит также токовые ключи 2227, управляющие входы которых подключены к соответствующим выходам блока

17 управления ° Токовые входы ключей

22, 24 и 26 подсоединены к выходу генератора 28 синусоидального тока, а токовые входы ключей 23, 25 и 27 — к выходу фазовращателя 29, 1379598 вход которого соединен с генератором

28. Вход синхронизации генератора 28 связан с соответствующим выходом блока 17 управления. Токовый выход ключа 22 подключен к последовательно включенным четным катушкам 30 индуктивности, выход ключа 23 — к нечетным катушкам 31. Катушки 30 и 31 идентичны и установлены вдоль оси Х координат на одинаковом расстоянии друг от друга. Аналогично установлены вдоль осей Y u Z катушки 32, 33 и 34, 35 иидуктивности соответственно, но они подключены к ключам

24, 25,и 26, 27. Вторые концы катушек 30-35, объединенных в группы, подключены к шине нулевого потенциала.

Устройство для измерения пространственных перемещений работает следующим образом.

Оператор устанавливает указатель

1 перемещений в точку начала координат, находящуюся в пределах области, ограниченной координатами Х„ Х,;

Z, Z„)- -координаты области считывания для пар катушек индуктивностей по осям Х, Z u Y соответственно.

После установки указателя 1 оператор нажимает кнопку Пуск (не показана).

Из блока 17 управления на генератор 28 синусоидального тока поступают синхроимпульсы, которые также поступают на управляющий вход "синхронного детектора 18. Кроме того, по сигналу "Пуск" с выхода блока 17 на управляющий вход ключа ?2 поступает сигнал, разрешающий прохождение синусоидального тока с генератора 28 на четную подгруппу катушек 30 индуктивности. В катушках 4-6 датчика 2 и в катушках 7-9 датчика 3 индуктируются электрические сигналы, параметры которь|х однозначно связаны с положением этих датчиков в пределах указанной начальной зоны. Одновременно с выхода блока 17 управления на управляющий вход аналогового ключа 10 поступает сигнал, разрешающий прохождение сигнала от катушки 4 на вход усилителя 16, Усиленный синусоидальный сигнал детектируется при помощи синхронного детектора 18 и интегрируется по нескольким периодам интегратором 19. Разрешение на интегрирование поступает на интегратор 19 с соответствующего выхода блока 17 управления. На выходе интегратора 19 получается постоянный электрический

5 сигнал, амплитуда которого соответствует однозначно амплитуде синусоиды на выходе катушки 4, При помощи

АЦП 20 получают цифровой код, соответствующий амплитуде указанного сиг нала. По сигналам с блока 17 управления осуществляется запоминание цифрового кода в вычислительном блоке 21.

Аналогично производится оцифровывание электрических сигналов, индук15 тированных в катушках 5, 6 и 7-9,при этом соответственно включаются аналоговые ключи 11, 12 и 13-15.

Таким образом, в вычислительном блоке 21 оказываются записанными коды

20 1 1 ь 1 - и N<„ 1 д 1 соответст

12 вующие амплитудам электрических сигналов, индуктированных в катушках

4-6 и 7-.9.

В вычислительном блоке 21 по фор25 мулам

30 определяют величины N„ H N, соответствующие напряженности электромагнитного поля в точках, где размещены центры датчиков 2 и 3.

Затем по сигналам с блока 17 управ ления ключ 22 закрывается„ а ключ 23 открывается. По нечетной подгруппе катушек 31 индуктивности протекает ток синусоидальной формы, генерируе40 мый генератором 28. Далее устройство функционирует аналогично описанному, но при этом определяются величины М, и М, соответствующие напряженности электромагнитного поля в точках, где

45 размещены центры датчиков 2 и 3 .

В связи с тем, что распределение электромагнитного поля имеет квазисинусоидальный вид, по величинам И, N, и N, М определяются значения фазовых сдвигов, Значения фазовых сдвигов и однозначно связаны с величинами X „ X, соответствующими удалению проекций центров обоих магнитометрических датчиков 2

55 и 3 от начала координат, Ny

= ar«rg --, М

1379598

2!1 Х

1 2 х =!.— — х =!,——

211 2 212 где L — шаг установки катушек индук- 5 тивности

Определение величин 11х, 1 2х, Х, и Х1 производится в вычислительном блоке 21, где по пропорции Х о = Х2 А (Х вЂ” Х ) - †-- также вычисляют

2 А-а искомую координату Х, нахождения острия указателя 1 перемещений (константы А — расстояние от острия указателя 1 перемещений до центра дат15 чика 2, а — расстояние между центрами датчиков 2 и 3, которое занесено в память вычислительного блока 2 1 предварительно).

Аналогично описанному определяются координаты Y u Z „ при этом через ключи 24, 25 и 26, 27 соответственно включаются катушки 32, 33 и

34, 35 индуктивности, расположенные вдоль других осей координат.

После определения начальных координат tX „ Y, и Z, ) оператор пере.мещает указатель 1 в точку измерения.

При этом в вычислительный блок 2 1

Т поступают цифровые эквиваленты N „, N2, N > и М,; М, Мз ТеК Нх ний амплитуд электрических сигналов, индуктируемых в соответствующих катушках указателя 1 перемещений. В вычислительном блоке 21 фиксируется 35 чередование локальных максимумов и минимумов 1 х!" и Ч, которые соответствуют напряженностям электрического поля в точках размещения датчиков 2 и 3. При следовании 40 минимума после максимума указатель 1 перемещается в сторону увеличения координат, а при следовании максимума после минимума — к уменьшению координат. Таким образом, в вычисли- 45 тельном блоке 21 фиксируются периоды размещения катушек индуктивностей по всем осям координат, причем при перемещении указателя 1 в сторону увеличения идет накопление числа П перио- 50 дов, а при перемещении в сторону уменьшения из накопленного числа периодов производится соответствующее вычитание.

Число П периодов размещения кату- 55 шек индуктивностей соответствует гру бому значению координаты положения магнитометрического датчика, Таким образом, в вычислительном блоке 1 фиксируются числа П П и П

12 12

1 у х которые грубо соответствуют положениям датчиков 2 и 3.

После того, как оператор установил указатель 1 перемещений в нужную точку рабочего пространства, он нажимает кнопку "Пуск". Далее аналогично описанному определяются текущие координаты положения острия указателя 1 перемещений в пределах соответствующего периода размещения катушек-излучателей. Нап ример, (Мт)

М

2%

arcing (- )

М2

2 11

Х

Т

Х

Т

2 т т А (Х -Х)

1 А-а

Хо =Х

Величина истинного перемещения указателя 1 перемещений вычисляется в блоке 21 по следующей формуле (для оси Х):

11 (0 О)

Формула-изобретения

Устройство для измерения пространственных перемещений, содержащее указатель перемещений с двумя магнитометрическими датчиками, расположенными соосно с острием указателя перемещений и включающими по три катушки индуктивности, ориентированные взаимно перпендикулярно вокруг общего центра, генератор синусоидального тока, блок управления, аналоговые ключи, информационные входы которых подключены к выходам магнитометрических датчиков, управляющие — к соответствующим выходам блока управления, усилитель, подключенный к объединенным между собой выходам аналоговых ключей, аналого-цифровой преобразователь, вычислительный блок, синхрониэирующий вход и выход которого соединены с соответствующими выходом и входом блока управления, информационный — с выходом аналого-цифрового преобразователя, о т л и ч а ю щ ее с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей, оно снабжено фазовращателем, цепью из последовательно соединенных синхронного детектора и интегратора, включенной

1379598

Составитель Ю,йетраковский

Техред М.Дидык Корректор С.Шекмар

Редактор О.Юрковецкая

Тираж 680

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Заказ 969/41

Подписное

Производственно-полиграфическое предприятие, г.ужгород, ул.Проектная, 4 между выходом усилителя и входом аналого-цифрового преобразователя, входы управления синхронного детектора и интегратора подключены к соответст5 вующим выходам блока управления, тремя группами соосно установленных равноотстоящих одна от другой координатных катушек индуктивности, каждая из групп ориентирована вдоль соответствующей оси координат, в каждой из групп четные и нечетные катушки включены последовательно и образуют две подгруппы координатных катушек, один из выводов в каждой подгруппе соединен с шиной нулевого потенциала, токовыми ключами по числу подгрупп координатных катушек, выход каждого иэ токовых ключей связан с одним из выводов соответствующей подгруппы координатных катушек, входь токовых ключей всех четных подгрупп координатных катушек соединены с генератором синусоидальных колебаний непосредственно, нечетных групп — через фазовращатель, управляющие входы тотовых ключей соединены с соответствующими выходами блока управления, а управляющий вход генератора синусоидальных колебаний соединен с входом управления синхронного детектора.