Устройство для измерения перемещений

 

Изобретение относится к измерительной технике. Цель изобретения - повышение производительности. Для измерения смещения сигнальной пластины 5 относительно квадратных токопроводящих пластин 1, 2, 3, 4, расположенных в одной плоскости, по координате Y с помощью ключей 18, 20, управляемых триггером 9, замыкаются пластины 1, 2 и 3, 4. По сигналам с выходов триггеров 9 и 8 к перестраиваемому генератору 11 подключаются сигналы пластин 1, 2, а затем 3, 4, площадь перекрытия которых с сигнальной пластиной 5 определяет частоту генератора 11. Сигнал с генератора 11 через схему 12 ЗИ-НЕ поступает на суммирующий вход реверсивного счетчика 14 (при подключении пластин 1 и 2) или через схему 13 ЗИ-НЕ-на вход вычитания (при подключении пластин 3 и 4). В результате на выходе счетчика 14 вырабатывается сигнал, пропорциональный разности частот генератора 11, т.е. разности суммарных емкостей пластин 1, 2 и 3, 4. Результат в виде кода записывается в регистр 16 перемещения по координате Y. Измерение смещения по координате X определяется аналогично по разности суммарных емкостей пластин 2, 3 и 1, 4 и начинается сразу по окончании измерения перемещения по координате Y. 1 ил.

СООЭ СОВЕТСКИХ

РЕСПУБЛИК ()9) ()1) (sD4 (01 В 7 QO

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМ СВИ4ЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЭОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ П(НТ СССР (21) 4220164/24-28 (22) 27.02.87 (46) 30.06.89. Бюл. 1) 24 (71) Дальневосточный политехнический институт им. В.В.Куйбышева (72) А.С.Суляев и С.Л.Полещук (53) .62).317.39.53).717(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

I) )09)205, кл. Н 03 M )/22, 1984.

Патент США N 4310806, кл. G 0) R 27/26, 1982. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПЕРЕ "

МЕ)))ЕНИЙ (57) Изобретение относится к измерительной технике. Цель изобретения— повышение производительности, Для измерения смещения сигнальной пластины 5 относительно квадратных токопрово дящих пластин 1-4, расположенных в одной плоскости, по координате Y c помощью ключей 18, 20, управляемых триггером 9, замыкаются пластины 1, 2 и 3, 4. По сигналам с выходов триг2 геров 9 н 8 к перестраиваемому генератору )1 подключаются сигналы пластины 1, 2, а затем 3, 4, площадь перекрытия которых с сигнальной пластиной 5 определяет частоту генератора

11. Сигнал с генератора 11 через схему 12 ЗИ-НЕ поступает на суммирующий вход реверсивного счетчика 14 (при подключении пластин 1 и 2), или через схему 13 ЗИ-HE — на вход вычитания (при подключении пластин 3 и 4), В результате на выходе счетчика 14 вырабатывается сигнал, пропорциональный разности частот генератора 11, т.е. разности суммарных емкостей пластин 1, 2 и 3, 4. Результат в ви- ф де кода эаписьгвается в регистр 16 перемещения по координате Y Измерение .смещения по координате Х определяется аналогично по разности суммарных емкостей пластин 2, 3 и 1, 4 и начинается сразу по окончании измерения перемещения по координате Y. 1 ил. 1490444

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано в машиностроении для измерения линейных перемещений. Целью изобретения является повыI шение производительности за счет возможности за один цикл измерений измерить перемещение по двум координатам. 10

На чертеже представлена блок-схема устройства.

Устройство для измерения перемещений содержит емкостный датчик, чувст- вительные элементы которого,в виде 15 четырех квадратных токопроводящих пластин 1-4, изолированных друг от друга и расположенных в одной плоскости в виде квадрата, сигнальный элемент датчика, выполненный в виде 20 токопроводящей пластины 5, расположенной с зазором параллельно пластинам l-4, последовательно соединенные генератор 6 импульсов, три счетных триггера 7-9, связанный с источ- 25 ником питания первый одновибратор 10, выход которого подключен к входам обнуления триггеров 7-9, перестраиваемый генератор 11, две схемы ЗИ-НЕ 12, 13,первые входы которых соединены с ЗР выходом перестраиваемого генератора

11 вторые входы — с выходом счетного триггера 7, третьи входы — соответственно с инверсным к прямым выходами триггера 8, реверсивный счетчик 14,. два регистра !5, 16, входы которых подключены к выходам реверсивного счетчика 14, суммирующий и вычитающий входы которого соединены соответственно с выходами схем ЗИ-ИЕ l2 40 и 33, четыре управляемых ключа 17-20, через которые соединены соседние чувствительные элементы датчика, соЬтветственно пластины 1 и 4, 1 и 2, 2 и 3, 3 и 4, управляющие входы клю- 45 чей 17 и 19 соединены с инверсным выходом счетного триггера 9, управляющие входы ключей 18 и 20 соединены с прямым выходом счетного триггера

9, три управляемых мультиплексора

21 23, первые входы мультиплексоров

21 и 22 подключены соответственно к пластинам 4 и 2, вторые входы мультиплексоров 21 и 22 соединены с пластиной 3 емкостного датчика, управляю-55 щие входы мультиплексоров 21-23 соединены соответственно с прямым и инверсным выходами триггера 8 и инверсным выходом триггера 9, выходы мультиплексоров 21 и 22 подключены к входам мультиплексора 23, выход которого соединен с входом управления перестраиваемого генератора 11, второй и третий одновибраторы 24 и 25, входы которых подключены к прямому выходу третьего счетного триггера 9, схему 3 ИЛИ 26, первый и второй входы которой подключены соответственно к выходам одновибраторов 24 и 25 и одновременно к входам разрешения записи регистров 15 и 16, третий вход схемы 3 ИЛИ 26 соединен с выходом первого одновибратора 10, четвертый одновибратор 27, вход которого соединен с выходом схемы 3 ИЛИ 26, а выход— с входом обнуления реверсивного счетчика 14.

Двухкоординатный датчик работает следующим образом.

Токопроводящие пластины 1-4 расположены на неподвижном основании.

Сигнальная пластина 5 закреплена на подвижном объекте и заземлена, Пластины 1-5 образуют систему емкостей

Сl-С4. Измерение изменений емкостей, пропорциональных смещениям по координатам Х, Y производится в измерительном устройстве, содержащем перестраиваемый генератор 11; схемы ЗИ-НЕ

12, 13, счетчик 14„ регистры 15, 16 и одновибраторы 24, 25, 27, под улранлением управляющего устройства.

Последнее включает генератор 6 импульсов и счетчик на триггерах 7-9.

При включении питания срабатывает одновибратор 10, связанный с источником питания, и устанавливает в нулевое состояние счетчик на триггерах

7-9. Выходной сигнал одновибратора

10, пройдя через схему 3 ИЛИ 26, запускает одновибратор 27, устанавливающий в нулевое состояние счетчик 14, Таким образом, происходит начальная установка измерительного устройства, после чего начинается измерение смещения объекта по.координате У, Смещение по координате У определяется по выражению

Y (Cl + С2) — (СЗ + С4)) (1)

rpe СК вЂ” емкость между токопроводящей пластиной с номером К и сигнальной пластиной 5.

Напряжением "0" с прямого выхода триггера 9 открываются ключи 18, 20, замыкая между собой токопроводящие пластины 1, 2 и 3, 4. Пластины 2 н

3 подключены к первому и второму ин1490444

5 формационным входам мультиплексора

22. По сигналу "1" с инверсного выхода триггера 9 мультиплексор 23 подключает выход мультиплексора 22 к пе5 рестраиваемому генератору II. По сиг11 1! налу 1 с инверсного выхода триггера 8 мультиплексор 22 подключает к гегенератору ll токопроводящие пластины 1 и 2, площадь перекрытия которых с сигнальной пластиной 5 определяет частоту генератора 11. Выходной сигнал генератора 11 через схему ЗИ-НЕ

12 подается на суммирующий вход счетчика 14. Счетчик 14 начинает суммиро- !5 вать импульсы. Появление на первых двух входах схемы ЗИ-HE 12 запрещающих (напряжение "0" ) сигналов с выходов триггеров 7 и 8 запрещает прохождение импульсов генератора 11 на сум- 20 мирующий вход счетчика 14, и счетчик

14 останавливается, при этом он хранит код, пропорциональный емкости между токопроводящими пластинами 1, 2 и сигнальной пластиной 5. По сиг- 25 и налу 0 с инверсного выхода триггера 8 мультиплексор 22 подключает к генератору 1! токопроводящие пластины 3, 4. Площадь перекрытия последних с сигнальной пластиной 5 определяет часто- ЗО ту генератора 11. Выходной сигнал генератора 11 через схему ЗИ-НЕ 13 с приходом на ее второй и третий входы разрешающих (напряжение "1" ) сигналов с выходов триггеров 7 и 8 поступит на 35 вычитающий вход счетчика 14. Счетчик

14 начинает из хранимого кода вычитать частоту генератора 11. Появление. на втором и третьем входах эапре1 щающих сигналов запрещает прохожде- 40 ние выходного сигнала генератора

11, и счетчик 14 останавливается.

Причем код последнего пропорционален разности емкостей пластин 1, 2 и 3, 4 с сигнальной пластиной 5. В это вре-45 время по перепаду напряжений из "0" в в "1" (т.е. по переднему фронту импульса) на прямом выходе триггера 9 запускается одновибратор 25, по выходному сигналу которого код счетчи- 5р ка 14 фиксируется в регистре 16. Выходной сигнал одновибратора 25, пройдя также через схему 3 ИЛИ 26, запустит одновибратор 27, который установит в нулевое состояние счетчик

14, и начинается процесс измерения смещения объекта по координате К.

Смещение по координате Х определяется по выражению

К = (С2 + СЗ) — (С! + С4). (2)

По сигналу "0" с инверсного выхода. триггера 9 открываются ключи 17, 19, замыкая между собой токопроводящие пластины I 4 и 2, 3. Пластины 3 и 4 подключены к первому н второму информационным входам мультиплексора 21.

По этому же сигналу мультиплексор 23 подключает выход мультиплексора 21 к перестраиваемому генератору 11, Напряжением "0 с прямого выхода триггера 8 мультиппексор 21 подключает к генератору 11 токопроводящие пластины I, 4. Площадь перекрытия последних с сигнальной пластиной 5 определяет частоту генератора 11. Выходной сигнал генератора ll через схему

ЗИ-Н1 . 12 подается на суммирующий вход счетчика 14 и проходит через схему ЗИ-HE 12 только в том случае, когда на первые два входа поступают разрешающие (напряжения "1") сигналы с триггеров 7, 8. Счетчик 14 начинает суммировать частоту генератора II.

С приходом запрещающих (напряжений

"0") сигналов с триггеров 7, 8 останавливается счетчик 14, при этом он хранит код, пропорциональный емкости между пластинами 1, 4 и сигнальной пластиной 5. По сигналу "I" с прямо1го выхода триггера 8 мультиплексор

21 подключает к генератору ll токопроводящие пластины 2, 3 и теперь уже площадь перекрытия пластин 2, 3 с сигнальной пластиной 5 определяет частоту генератора 11. Выходной сигнал последнего через схему ЗИ-HE 13, поступает на вычитающий вход счетчика 14, при поступлении на второй и третий входы схемы ЗИ-НЕ 13 разрешающих (напряжений "1") сигналов с триг геров 7, 8 счетчик 14 начинает из хранимого кода вычитать частоту генератора 11. Появление на втором или третьем входах схемы ЗИ-НЕ 13 запрещающих (напряжений "0") сигналов останавливает счетчик 14, причем код последнего пропорционален разности емкостей пластин I 4 и 2, 3 с сигнальной 5. Этот код по сигналу с од-. новибратора 24, управляемого триггером 9, переписывается в регистр 15.

Одновибратор 24 соединен с прямым выходом триггера 9 и срабатывает по перепаду напряжения из "1 в "0"

1 (т.е. по заднему фронту импульсов с прямого выхода триггера 9). Выходной сигнал одновибратора 24,пройдя 1490444

Формула изобретения

Составитель В.Мамонтов

Редактор О.Спесивых Техред М.яндык Корректор О.Ципле

Заказ 3738/43

Тираж 683

Подписное

ВНИИПИ Государствейного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-З5, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-изцательскнй комбинат "Патент". г.Ужгород, ул. Гагарина,101 через схему 3 ИЛИ 26, запустит одновибратор 27, устанавливающий в начальное состояние счетчик 14, и начинается процесс измерения смещения объекта по координате У, Устройство для измерения перемеще- 1р ний, содержащее емкостный датчик с чувствительным и сигнальным элементами и генератор импульсов, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения производительности, чувст- 15 вительные элементы выполнены в виде, четырех квадратных токопроводящих пластин, изолированных одна от другой и расположенных в одной плоскости в виде квадрата, сигнальный элемент — 2p пятая токопроводящая пластина — расположена с зазором параллельно плоскости чувствительных элементов, а в устройство введены последовательно соединенные три счетных триггера, 25 вход первого триггера соединен с выходом генератора импульсов, связанный с источником питания первый одновибратор, выход которого подключен к входам обнуления триггеров, пере- 30 страиваемый генератор, две схемы

ЗИ-НЕ, первые входы которых соединены с выходом перестраиваемого генератора вторые входы — с выходом первого счетного триггера, а третьи входысоответственно с прямым и инверсным выходами второго счетного триггера, реверсивный счетчик, два регистра, входы которых подключены к выходам реверсивного счетчмса, суммирующий 40 и вычнтающий входы которого соединены соответственно с выходами схем

ЗИ-НЕ, четыре управляемых ключа, через которые соединены соседние чувствительные элементы емкостного датчика, управляющие входы первого и третьего ключа подключены к инверсному выходу третьего счетного триггера, а управляющие входы второго и четвертого ключа — к прямому выходу третьего счетного триггера, три управляемых мультиплексора, первые входы первого и второго мультиплексоров соединены с четвертым и вторым чувствительным элементами емкостного датчика, расположенными по диагонали, вторые входы - с третьим чувствительным элементом, управляющие входы двух мультиплексоров соединены собтветственно с прямым и инверсным выходами второго счетного триггера, а их выходы подключены к входам третьего мультиплексора, управляющий вход которого соединен с инверсным выходом третьего счетного триггера, а выход — с входом управления перестраиваемого генератора, второй и третий одновибраторы, входы которых подключены к прямому выходу третьего счетного триггера, схему ЗИЛИ, первый и второй входы которой подключены соответственно к выходам второго и третьего одновибраторов и к соответствующим входам разрешения записи первого и второго регистров, третий вход схемы ЗИЛИ соединен с выходом первого одновибратора, и четвертый одновибратор, вход которого соединен с выходом схемы ЗИЛИ, а его выход .— с входом обнуления реверсивного счетчика,