Способ измерения линейных перемещений и устройство для его осуществления

 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в информационно-измерительных системах. Цель - расширение диапазона и повышение быстродействия при измерении перемещений за счет выбора постоянной интегрирования. После включения питания напряжение с подвижного вывода 2 через ключ 7 и усилитель 12 поступает на вход интегратора 13. Под воздействием напряжения, снимаемого с резистивного датчика 1 с подвижным выводом и неподвижными выводами, интегратор заряжается до максимального напряжения. Счетчик блока управления в период заряжения интегратора подсчитывает количество импульсов, поступающих от генератора. Количество импульсов счетчика блока управления определяет длительность первого такта интегрирования. После переполнения счетчика блока управления регистр сдвига обеспечивает прохождение импульсов в счетчик 31. С момента открывания электронного ключа 9 интегратор разряжается от шины B блока 5 питания. При равенстве напряжений, подаваемых на компаратор 14 от шины C блока 5 и от интегратора, компаратор 14 обеспечивает срабатывание регистра сдвига, после чего второй такт преобразования сигнала заканчивается и начинается третий такт интегрирования, в процессе которого на вход интегратора поступает напряжение с выхода шины C блока 5 и одновременно импульсы от генератора поступают на счетчик 29. По достижении напряжения на выходе интегратора, равного нулю, срабатывает нуль-орган 17, происходит сдвиг регистра, после чего одновибратор обеспечивает повторение цикла преобразования сигнала датчика 1. Входное напряжение определяется результирующим кодом счетчиков 29, 31. 2 с. и 1 з.п.ф-лы, 3 ил.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 G 01 В 7 04

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

gt F,t:t!ë i . 4

1 ! 1 аЬ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГННТ СССР (2) ) 4394770/25-28 (22) 21 . 03 . 88 (46) 15.05. 90. Бкл. ¹- 18 (72) Б.Л. Николаенко и .В.Н. Милютин ) (53) 531.717(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 1.1 1 6299, кл. С 01 В 7 f00, 1982. (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ЛИНЕЙНЫУ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУ)11ЕСТВЛЕНИЯ ! (57) Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано. в информационно-измерительных системах. Цель изобретения — расширение диапазона и повышение быстродействия при измерении перемещений за счет выбора постоянной интегрирования.

После включения питания напряжение с

„„Я0„„1563729 А 1 подвижного вывода 2 через ключ 7 н усилитель 12 поступает на вход интегратора 13. Под воздействием напряжения, снимаемого с резистивного датчика 1 с подвижным выводом и неподвгзкными выводами, интегратор заряжается до максимального напряжения, Счетчик блока управления в период заряжения интегратора подсчитывает количество импульсов, поступаюших от генератора.

1(оличество импульсов счетчика блока управления определяе-. длительность первого такта интегрирования. После переполнения счетчика блока ->гравления, регистр сдвига обеспечивает прохождение импульсов в счетч;и< 31.

С момента открывания электронного ключа 9 интегратор разряжается от шины В блока 5 питания. Гри равенстве

1563729! напряжений, подаваемых на к омпа ра тор

I(4 от шины С блока 5 и от интегратора, компаратор 14 обеспечивает срабатывание регистра сдвига, после че5 го второй такт преобразования сигнала заканчивается и начинается третий такт интегрирования, в процессе которого на вхрд интегратора поступает напряжение с выхода шины С блока 5 10 и одновременно импульсы от генерато! Изобретение относится к измерительной технике, в частности к преобразователям линейных перемещений, и

МО>1ет быть использовано в информационно-измерительных системах.

Цель изобретения — расширение диапазона и повышение быстродействия при и мерении перемещениЯ за счет выбора постоянной интегрирования.

На Фиг..1 показана схема устройства для измерения линейных перемещений; н Фиг, 2 — вариант выполнения блока

1 равления; на фиг . 3 — временная диаграмма формирования счетных импуль- 3р сов .

Устройство содержит резистивный д тчик 1 с подви>кным выводом 2 и неи движными выводами 3 и 4. Неподвижнье выводы 3 и 4 подключены соответственно к шинам "0" и +А" блока 5 питания, который имеет шины "В и С с отрицательным потенциалом относительно шйны 0", Подвижный вывод 2 через а 1алоговый вход 6 электронного ключа 40

7, шина "В" блока 5 питания через а 1алогoBblH вход 8 электронного ключа

9 и шина "С" через аналоговый вход

1 0 электронного ключа 11 подключены к входу усилителя 12 постоянного тока. К выходу последнего подключены последовательно соединенные интегратор 13, компаратор 14 и вход 1 5 блока

1 6 управления. К выходу интегратора подключен также нуль-орган 17, выход которого подключен к другому входу

18 блока 16 управления. Вторые входы компаратора 1 4 и нуль-органа 1 7 соединены соответственно к шинам "С" и

0 блока питания. При этОм полярнОсть подключения к входу усилителя

12 и интегратора 13 выбирается таким образом, что на выходе интегратора

ФОрмируется положительное напряжение ра поступают на счетчик 29. По достижении напряжения на выходе интегратора, равного нулю, срабатывает нульорган 17, происходит сдвиг регистра, после чего одновибратор обеспечивает повторение цикла преобразования сигнала датчика 1. Входное напряжение определяется результирующим кодом счетчиков 29 и 3I ., 2 с . и 1 з .п .Ф-лы, 3 KTI. по отношению к нулевому потенциалу

11 II шины 0 . Потенциалы на шинах "А" и

И Ik

В равны и противофазны,. а отношение потенциала "В" к потенциалу шины "С равно числу N> I . Блок 16 управления имеет шесть выходов 19-24. Первый выход 19 подключен к входу 25 синхронизации ключа 7, выход 20 — к входу

26 синхронизации ключа 9, а выход 21 к входу 27 синхронизации ключа 11 .

Четвертый выход 22 подключен к счетному входу 28 счетчика 29 младших разрядов, пятый выход 23 — к счетному входу 30 счетчика 3l, а шестой выход 24 — к обнуляющим входам 32. и 33 каждого счетчика.

Блок управления включает схему

ИЛИ 34, регистр 35. сдвига, одновибратор. 36, генератор 37, счетчик 38, первую 39, вторую 40 и третью 41 схемы И и вторую схему ИЛИ 42. Выход схемы ИЛИ 34 подключен к управляющему входу 43 регистра 35, пер". вый выход 44 регистра подключен параллельно к первому выходу 1 9 блока 16 и к первому входу первой схемы

И 39, второй выход 45 регистра под,ключен параллельно к второму выходу

20 блока 1 6 и g первому входу второй схемы И. 40, третий выход 46 регистра подключен параллельно к выходу 21 блока 16 и.к первому входу второй

cxewr, И 41, а четвертый выход 47 регистра Подключен к вХоду одновибратора 36. Выход одновибратора подключен параллельно к установочному входу 48 регистра 35, к установочному входу 49 счетчика 38 и к выходу 24 блока 16. Выход первой схемы И 39 подключен к счетному входу 50 счетчика 38, а выход генератора 37 импульсов подключен соответственно через схемы И 39-41 к входу 50 счетчика 38 где интегрирования; напряжение, снимаемое с подвижного вывода 2.

Изменения U,„ ñ÷èòàþòñÿ медленнее относительно длительности первого такта интегрирования, тогда

t ho л (2) инт. q 6x

После подсчета определенного количества импульсов на выходе счетчика

38 появляется лог. "1 ", которая через схемы ИЛИ 34 и 42 поступает на управляющий вход 43 и вход 51 синхронизации регистра 35, обеспечивая тем самым сдвиг лог. "1" с выхода 44 на выход 45. С выхода 45 лог. "1" подается на вход 26 ключа 9 и первый вход схемы И 40. Через схему И 40 начинают поступать импульсы с частотой f на выход 23 блока и далее на счетный вход счетчика 31. Поскольку уровень лог. 1 сместился с одного выхода регистра на другой, то соответственно ключ 7 и схема И 39 закрыты для прохождения сигналов. С момента откры- вания ключа 9 начинается разряд интегратора 13 от шины В", полярность которой противоположна измеряемому напряжению. Разряд длится до поступления первого импульса с частотой .f с момента срабатывания компаратора 14.

Срабатывание компаратора выполняется при равенстве напряжений, подаваемых на компаратор 14 от шины "С" н от интегратора. В момент равенства напряжений компаратор 14 вырабатывает импульс, который через вход 15 подается на схему ИЛИ 34 и далее на управляющий вход регистра ° В результате поступления управляющих сигналов лог.

"1 " с входа 1 5 регистра сдвигается на выход 46. На этом второй такт преобразования сигнала заканчивается и поступление первого (после срабатывания) такта импульса с частотой f, поступающего с выхода схемы И 40 на вход 51 синхронизации регистра запрещается.

По окончании второго такта напряжение на выходе интегратора достигает величины

1, l инт т 11ьх » 0

1563729 и к выходам 22 и 23 блока 16. Выход счетчика 38 подключен к первым входам схем ИЛИ 34 и 42, а вторые входы этих схем подключены к второму входу 18 блока. К третьему входу схемы ИЛИ 34

5 подключен первый вход 15 блока 16, а третий вход схемы ИЛИ 42 подключен к выходу схемы И 40. Выход схемы ИЛИ 42 подключен к входу 51 синхронизации регистра 35.

Способ реализукт следующим образом .

При включении питания в одновибраторе вырабатывается импульс, поступающий на установочные входы регистра 35,15 счетчика 38 и счетчиков 29 и 31 При поступлении импульса на установочный вход регистра 35 íà его выходе 44 устанавливается уровень лог. 1", а на остальных выходах — лог. 0 . При 20 поступлении импульса на установочные входы всех счетчиков они устанавливаются в состояние, когда на их выходе присутствуют лог. "0". Прн включении напряжение интегратора равно ну- 25 лю. Вследствие наличия на выходе 44 регистра 35 лог, "1 ", которая присут-

1 ствует также на входе 25 ключа 7, после включения питания напряжение с подвижного вывода. 2 через ключ 7 и 3-0 усилитель 12 поступает на вход интегратора 13. Под воздействием напряжения, снимаемого с датчика 1, ин— тегратор заряжается до напряжения

Б,х(на Фиг. 3 показаны два значения

Usx и U „, причем диаграмма для

1 ьх

Б х показана пунктирными. линиями) .

Ключи 9 и ll после включения закрыты для прохождения через них напряжений через входы 8 и 10, поскольку на входах 26 и 27 находятся лог. "0". Лог.

"!" с выхода 44 регистра 35 подается также на первый вход схемы И 39, чем обеспечивается прохождение импульсов с частотой f на вход счетчика 38. Та- 45 ким образом, с началом первого такта интегрирования напряжения резистивного датчика начинается одновременный счет количества импульсов, следующих с частотой на вход 50 счетчика 38.

Количество импульсов, на которое рассчитан счетчик 38, определяет длительность Первого такта интегрирования;. В результате интегрирования на .выходе интегратора присутствует на- 55 пряжение — постоянная времени интегратора; — длительность первого такта

1563729

tg- t2

02 с

45 (6) м 5

+ . Э.

U sx N 2. 1102 N (8) где C2 t = Ng/f — длительность второго такта, UD1 — высокое опорное напряжение,, снимаемое с шины В .

Учитывая, что UО,„„= =сопяЕ, получим

v„»,- и„„,, — и„— —,- - . < )

t2- t

С поступлением лог. "1" на выход 10 ,46 регистра 35 начинается третий

; !такт интегрирования, в процессе ко торого через ключ ll на вход .интегра-! тора поступает напряжение с выхода ши11 t I :ны С блока 5 питания и одновременно 15 импульсы с выхода генератора 37. через .схему И 41 и выход 22 поступают на ход ?8 счетчика 29. Do достижении на1тряжения на выходе интегратора, равного нулю, срабатывает нуль-орган 17, 20

При этом импульс поступает через вход

18 блока 16 на третьи входы схем ИЛИ

34 и 42 и далее на входы 43 и 51 регистра 35. Происходит очередной сдвиг

)rotor, "1" на выход 47 регистра, с которого сигнал поступает на одновибратор 36, срабатывание которого приводит к повторению цикла преобразования сигнала резистивного датчика 1.

С учетом того, что в конце третьего 30 такта интегрирования напряжение на

Выходе интегратора равно нулю, имеем

t3

11инт 3 11ннг 2 Ue2 lt ( где и -t2 - длительность третьего такта ;

11 2 - низкое опорное напряжение, снимаемое с шины

"С" блока питания.

Поскольку U « = const, то после подстановки в (5), (4) и (2) имеем

5 ь

BX О 2

Так как t,— t = N,/f, (t2 — t, )

-Я2Я, (Е,— t) - —, 1 1э

2 и 3 2 50

1 вх 111. U о N 2 U02N>

Если выражение (7) разделить на Бв, N» то из (7) получаем

У4итывая, что Uo /Uo2 К, то

Ь 11

+ (9)

1 1

В (9) значение К N = N = const . емкость счетчиков 29 и 31, Таким образом, 1вх (К 1" г з) о т.е. входное напряжение определяется результирующим кодом переза4иксированными счетчиками 29 и 31. Как следует из (10), весовое значение счетчика старших разрядов уменьшается на отношение двух опорных напряжений, а вес одного импульса счетчика младших разрядов равен значению высокого опорного напряжения, деленному на общую емкость счетчиков, регистрирующих результат измерения.

Таким образом, на выходе одного счетчика оказывается зафиксированное целочисленное значение входной величины, а на выходе другого — доли целочисленного значения.

Предлагаемые способ измерения линейных перемещений и устройство для его реализации обеспечивают оптимизацию между длительностью и быстродействием преобразований при заданной точности за счет выбора такой постоянной интегрирования Р, при которой достигается требуемая помехозащищенность и необходимое сокращение времени преобразования. В результате по сравнению с прототипом повьппается диапазон и быстродействие преобразования измеряемых линейных перемещений.

Формула и з о б р е т е н и я

1. Способ измерения линейных пере мещений, заключающийся в том, что ин. тегрирукт выходное напряжение резистивного датчика, включенного в цепь источника опорного напряжения, и по результату судят о перемещении, о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью расширения диапазона и повьппения производительности измерений, интегрирование проводят.sa три такта, в первом такте интегрируют выходное напряжение резистивного датчика, во втором такте интегрируют напряжение, противофазное опорному, и при этом

Фиксируют разность между проинтегрированными величинами до получения напряжения в К раз меньшего, чем опор1563729 ное, и длитель ность второг о так та интегрирования . путем записи в счетчик серии целых импульсов, следукщих с частотой f, в третьем такте интегрируют напряжение, противофазное и в К раз меньшее, чем опорное, и фиксируют при этом новую разность между значением сигнала в момент окончания второго такта и проинтегрированным значением сигнала в момент достижения нулевorо значения напряжения и дли— тельность третьего такта путем записи серии импульсов в счетчик с такой же разрядностью, что и первый, но и в

К раз меньшим отношением массы между разрядами, а величину перемеп,ения определяют по значениям зарегистрированных счетчиками кодов.

1О

2. Устройство для измерения линейных перемещений, содержащее резистивный датчик с подвижным выводом, двумя неподвижными выводами, блок питания, усилитель постоянного тока, ин- 25 тегратор и компаратор, неподвижные выводы резистивного датчика соединены соответственно с положительной и нулевой шинами блока питания, о т л и— ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения диапазона и повышения производительности измерений, оно снабжено тремя электронными ключами, нульорганом, первым входом соединенным с ним .блоком управления и двумя m-разрядными счетчиками, выходы электрон35 ных ключей объединены и соединены с входом усилителя постоянного тока, выход которого соединен с входом интегратора, выход последнего соединен с первыми входами нуль"органа и компаратора, выход компаратора соединен с вторым входом блока управления, первый, второй и третий выходы которого соединены соответственно с син- 45 хронизирующими входами первого, второго и третьего электронных ключей, четвертый и пятый выходы блока управления соединены соответственно с первыми входами ш-разрядных счет50 чиков, шестой выход блока управления соединен с вторыми входами ш-разрядных счетчиков, выходы которых являются выходами устройства, подвижный вывод резистивного датчика и отрицательные шины блока питания соединены соответственно с аналоговыми входами первого, второго и третьего электронных ключей, а нулевая и вторая отрицательная шины блока питания соединены соответственно с вторыми входами нуль-органа и компаратора .

3. Устройство по п. 2, о т л и— ч а ю щ е е с я тем, что блок управления выполнен в виде двух схем ИЛИ, регистра сдвига, одновибратора, генератора импульсов, счетчика и трех схем И, выход первой схемы ИЛИ соединен с управляющим входом регистра сдвига, первый выход которого является первым выходом блока управления и соединен с первым входом первой схемы И, второй выход регистра сдвига является вторым входом блока управления и соединен с первым входом второй схемы И, третий выход регистра сдвига является третьим выходом блока управления и соединен с первым входом третьей схемы И, четвертый выход регистра сдвига соединен с входом одновибратора, выход которого является четвертым выходом блока управления и соединен с обнуляющим входом регистра сдвига и счетчика, выход генератора соединен со счетным входом счетчика через второй вход первой схемы И, с вторыми входами второй и третьей схем

И, выходы последних являются соответственно пятым и шестым выходами блока управления, выход счетчика соединен с первыми входами схем ИЛИ, вторые входы которых объединены и являются первым входом блока управления, третий вход первой схемы ИЛИ является вторым входом блока управления, выход второй схемы И,соединен с третьим входом второй схемы ИЛИ, выход которой соединен с вторым управляющим входом регистра сдвига.

1 5637 29

f 1 1

1фщвв4

111

1 11

1 1!

Составитель Л. Крюкова

Текред M.Õoäàíè÷ Корректор Л.Бескид

Редактор М. Петрова

Заказ 1116 Тираж 499 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и откр тк ытиям и и ГКНТ СССР р

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

Производственно-издательскии комбинат Пат

"П тент" r Ужгород, ул. "àãàðèíà,,101