Емкостно-электронный преобразователь перемещения

 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для автоматизации процессов контроля и измерения перемещения. С целью повышения быстродействия осуществляется преобразование перемещения в длительность импульса , знак которого Соответствует направлению перемещения, с последующим преобразованием этих величин в два цифровых двоичных кода. Один из них соответствует значению перемещения, а другой - позиции перемещения. Преобра

союз советских социмистических

РЕСПУБЛИК ((9) (! I) (я)з G 01 В 7/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4712833/28 (22) 03.07.89 (46) 23.03.92. Бюл. М 11 (75) В, С. Мельник, А. А. Пчолинский, В. П. Кантемиров и Ю. П. Бородин. (53) 621.317.39:531.717(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

hL 1355858, кл. G 01 В 7/00, 1987.

Авторское свидетельство СССР

Я 1221483, кл. G 01 В 7/00. 1986. (54) ЕМКОСТНО-ЭЛЕКТРОННЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПЕРЕМЕЩЕНИЯ

2 (57) Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для автоматизации процессов контроля и измерения перемещения, С. целью повышения быстродействия осуществляется преобразование перемещения в длительность импульса, знак которого Соответствует направлению перемещения, с последуйщим преобразованием этих величин в два цифровых двоичных кода, Один из них соответствует значению перемещения, а другой — позиции перемещения, Преобра1721434

15

30

45 эователь содержит цифровые блоки; генератор 1 импульсов, делитель 2 частоты, ключи

3, 5 и 36, синхронизатор 17, звщелку 27, реверсивный блок 28, блок 29 предварительной установки счетчика 28, буферный регистр 30, одновибратор 32, дискриминаторы 33 длительности импульсов и элементы 34 памяти, дешифратор 35, а также аналоговые блоки: две интегрирующие RCцепи, емкости которых образованы плечами

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для автоматизации процессов контроля и изме-, рения перемещений.

Цель изобретения - повышение быстро- 5 действия и расширение функциональных воэможностей путем получения информации о фиксированных позициях перемещения.

На чертеже приведена блок-схема емкостно-электронного преобразователя перемещения.

Преобразователь содержит генератор 1 импульсов, подключенный к его выходу делителя 2 частоты, связанный непосредственно с управляющим. входом первого ключа 3 и через контакты переключателя 4

"Режим работы" в первом положении с управляющим входом второго ключа 5, первую интегрирующую цепь в виде последовательно соединенных резисторов 6 и емкости первого плеча дифференциального емкостного датчика 7, соединенного с шиной нулевого потенциала, вторую интегрирующую цепь в виде последовательно соединенных резистора 8 и емкости второго плеча датчика 7, входы интегрирующих цепей связаны с выходом ключа 3, nepsye пару повторителей 9 и 10, связанных с выходами интегрирующих цепей, и вторую пару повторителей 11 и 12, связанных с выходом ключа 3, два вычитателя 13 и 14, первые входы которых соединены с выходами повторителей 11 и 12, а вторые — с выходами повторителей.9 и 10, первую пару компараторов 15 и 16, входы которых связаны с выходами вычитателей 13 и 14, а выходы подключены к информационным входам блока 17 синхронизации, сиихровход которого соединен с выходом делителя 2 частоты, а выходы — с входами вычитателя 18, первук> диодио-резисториую цепь в виде последовательно соединенных диода 19 и резистора 20, вторую диодно-резисторную цепь в виде последовательно соединенных диода 21 и резистора 22, в которых резисторы 20 и 22 связаны с шиной нулевого потеидифференциального емкостного первичного преобразователя .7, повторители 9-12, вычитатели 13, 14 и 18 напряжения, компэраторы 15, 16, 25 и 26 и усилители 23 и 24.

Управление работой преобразователя может осуществляться как по сигналам от внутреннего источника импульсов — делителя частоты, так и по сигналам от внешнего устройства, в зависимости от положения переключателя

4 "Режим работы". 1 з. и. ф-лы, 1 ил. циала, выход вычитателя 18 связан с анодом диода 21 и катодом диода 19, точка соединения катода диода 21 и резистора 22 подключена к входу усилителя 23, а точка соединения анода диода 19 и резистора

20 — к входу инвертирующего усилителя 24, вторую пару гзмпарэторов 25 и 26. связыва-. ющих выходы усилителей 23 и 24 с установочными входами триггера-"защелки" 27. счетный вход которой соединен с выходом генератора 1 импульсов, реверсивный счетчик 28 импульсов, реверсивный вход которого связан с первым выходом триггера-"защелки." 27, а прямой вход — с ее вторым выходом, соединен с блоком 29 предустановки реверсивного счетчика, буферный регистр 30, входы которого соединены с реверсивным счетчиком 28. а выходы — с индикатором 31 перемещения, связан с одновибратором 32. Управляющие входы блока 17 синхронизации, триггера"защелки" 27, блока 29 предустановки реверсивного счетчика и одновибратора 32 соединены с выходом ключа 5.

Преобразователь содержит также 2N временных дискриминаторов 33, первая половина которых подключена к выходу интегрирующего усилителя 24, а вторая — к выходу усилителя 23, 2N+2 элементов 34 памяти, информационные входы которых соединены с выходами дискриминаторов 33 и усилителей 23 и 24, а выходы — с дешифратором 35; 2N+3 ключей 36, управляющие входы которых подключены к-дешифратору

35, э выходы связаны с первой выходной шиной 37. Управляющие входы элементов

34 памяти и (28+3 -й вход дешифратора 35 соединены с выходом ключа 5, управляющий вход которого через контакты переключателя 4 "Режим работы" во втором положении соединен с входом 38 управления. Выходы буферного регистра 30 связаны с второй выходной шиной 39, сигнальные входы ключей 3, 5 и 36 подключены к выходу

40 источника опорного напряжения.

1721434

Емкостно-электронный преобразова- 26 поступают на первый установочный вход тель перемещения работает следующим об- триггера-"защелки" 27. разом. Триггер-"защелка" 27 после подачи на . Генератор 1 вырабатывает перио- нее управляющего напряжения с выхода дическую последовательность счетных -5 ключа 5 из периодической последовательимпульсов высокой частоты, которые после ности импульсов, поступающих на один из делителя 2 частоты поступают на управля- входов, выделяет первый разностный имющий вход ключа 3, С выхода ключа 3 пря- пульс и обеспечивает его заполнение счетмоугольные импульсы подаются на две ными импульсами с выхода генератора 1. интегрирующие цепи, содержащие резисто- 10 Если разностный импульс поступает с выхоры 6 и 8 и емкости плеч дифференциального да компаратора 25, то счетные импульсы ,емкостного датчика 7 относительно шины подаются с второго выхода триггера-"занулевого потенциала. Перемещение х объ- щелки" 27 на прямой вход реверсивного екта вызывает изменение этих емкостей в счетчика 28. Если разностный импульс противоположных направлениях, что отра- 15 поступает с компаратора 26. то счетные жается в изменении длительностей фронтов импульсы с первого выхода триггера-"заи спадов импульсных напряжений на выхо- щелки" 27 поступают на реверсивный вход, дах интегрирующих цепей. счетчика 28, С помощью блока 29 предустаС выходов интегрирующих цепей через . новки реверсивного счетчика по сигналу с повторители 9 и 10 импульсы поступают на 20 выхода ключа 5 в счетчик 28 можно ввести вторые входы вычитателей 13 и 14, на пер- код требуемого смещения начала отсчета вые входы которых через повторители 11 и перемещения. Содержимое реверсивного

12 подаются прямоугольныеимпульсысвы- счетчика 28 по сигналу одновибратора 32, хода ключа 3. Повторители 9 — 12 обеспечи- управляемого напряжением с выхода ключа вают высокое входное сопротивление 25 5, передается в буферный регистр 30, выходизмерительной части преобразователя. На ная шина которого связана с индикатором выходах вычитателей 13 и 14 образуются 31 перемещения и второй выходной шиной остроконечные спадающие импульсы, 39 для связи, например, с 3ВМ. времена спада которых пропорциональны Длительность Л t разностного импульемкостям плеч дифференциального емкост- 30 са, записанная в буферный регистр 30, в ногодатчика7. Спомощьюкомпараторов15 пределах линейного участка выходной хаи 16 зти времена преобразуются в дли- рактеристики дифференциали ого емкосттельности импульсов прямоугольной ного датчика 7 связана с перемещением х формы, фронты которых жестко синхрони- соотношением Л t= kx, где k — коэффициент зируются по фронтам импульсов с выхода 35,пропорционально ти,зависящийотпараметделителя 2 частоты с помощью блока 17 ров дифференциального емкостного датчика синхронизации, управляемого напряжени- 7, сопротивления резисторов 6 и 8 и уровня ем с выхода второго ключа 5. напряжения настройки компараторов 15 и 16.

На выходе вычитателя 18 формируются изменение знака Лт при изменении знака прямоугольные импульсы с длительностью, 40 х обеспечивается изменением полярности равной разностидлительностей импульсов, импульсов на выходе вычитателя 18. снимаемых с выходов блока 17 синхрониза- С выхода усилителя 23 и 24 последовации. Длительность разностных импульсов тельность разностных импульсов поступает прямо пропорциональна разности емкостей на входы одной из половин временных дис плечдифференциального емкостного дат- 45 криминаторов 33, Дискриминаторы 33 срачика 7 и, следовательно, прямо пропор- батывают в том случае. если длительность циональна перемещению х в пределах разностных импульсов превышает опрелинейного участка выходной характеристи- - деленные пороговые значения, устанавки датчика 7, а полярность импульсов зави- ливаемые на дискриминаторах 33, Сигналы сит от направления перемещения. 50 с выходов сработавших дискриминаторов

Диодно-резисторные цепи, состоящие 33, а также с выхода усилителя 23 и 24 из элементов 19-22, осуществляют селек- поступают на элементы 34 памяти, управцию импульсов нознакуих полярности, По-. ляющие входы которых связаны с выходом ложительные импульсы после усиления их ключа 5. С помощью дешифратора 35 логиусилителем 23 и коррекции формы с по- 55 ческие уровни напряжения на выходах мощью компаратора 25 поступают на вто- элементов 34 памяти вместе с уровнем нарой установочный вход триггера-"защелки" пряжения, поступающего с выхода ключа 5

27. Отрицательные импульсы после усиле- на(2й+3 -й вход дешифратора 35, распознания их с помощью инвертирующего усили- ются. теля.24 и коррекции формы компаратором

1721434

10

30

50

В результате открывается один из ключей 36, напряжение на выходе которого фиксирует определенную позицию перемещения. Количество 2N временных дискриминаторов 33, а следовательно, и количество 2N+2 элементов 34 памяти и 2N+3 ключей 36 устанавливают по потребности.

Чем больше дискриминаторов 33 содержит преобразователь, тем большее число позиций перемещения он способен фиксировать. Выходы ключей 36 соединены с первой выходной шиной 37 для связи, например, с исполнительными устройствами робототехнологического комплекса. Сигнальные входы ключей 36 соединены с выходом 40 источника опорного напряжения.

Управление работой емкостно-электронного преобразователя перемещения может осуществляться как по сигналам от внутреннего источника импульсов — делителя 2 частоты, так и по сигналам от внешнего устройства в зависимости от положения переключателя

4 "Режим работы". Внешние управляющие сигналы поступают на вход 38 управления, Формула изобретения

1. Емкостно-электронный преобразователь перемещения, содержащий генератор импульсов, два ключа, емкостный датчик, два диода, четыре резистора, источник опорного напряжения, шину нулевого потенциала, первые выводы соответственно . первого и второго резисторов подключены соответственно к аноду первого и катоду второго диодов, первый вывод третьего резистора подключен к первому выводу четвертого резистора, отличающийся тем, что, с целью повышения быстродействия, в него введены делитель частоты, четыре повторителя, три вычитателя, четыре компаратора, блок синхронизации, усилитель, инвертирующий усилитель, триггер-"защелка", реверсивный счетчик, блок предустановки реверсивного счетчика, одновибратор, буферный регистр, индикатор и переключатель, а емкостный датчик выполнен дифференциальным, выход генератора импульсов через делитель частоты подключен к первому входу переключателя, управляющему входу первого ключа и синхровходу блока синхронизации, выходы которого подключены к входам первого вычитателя, выход которого подключен к катоду первого и аноду второго диодов, шина нулевого потенциала через соответственно первый и второй резисторы подключена к входам соответственно инвертирующего усилителя и усилителя, выходы которых через соответственно первый и второй компараторы подключены к первому и второму установочным входам триггера-"защелки", первый и второй выходы которого подключены, соответственно к реверсивному и прямому входам реверсивного счетчика, выход которого подключен к входу буферного регистра, выход которого подключен к входу индикатора, выход источника опорного напряжения подключен к сигнальным входам первого и втОрого ключей, выход первого ключа через, соответственно, первый и второй повторители подключен к первым входам соответственно, второго и третьего вычитателей и через третий и четвертый резисторы к входам соответственно третьего и четвертого повторителей, выходы которых подключены к вторым входам соответственно второго и третьего вычитателей, выходы которых через третий и четвертый компараторы подключены соответственно к первому и второму информационным входам блока синхронизации, выход генератора импульсов подключен к счетному. входу триггера-"защелки", выход переключателя подключен к управляющему входу второго ключа, выход которого подключен к управляющим входам блока синхронизации и триггера-"защелки" и через блок предустановки реверсивного счетчика и одновибратор к входам предварительной записи соответственно реверсивного счетчика и буферного регистра, шина нулевого потенциала подключена к входу дифференциального емкостного датчика, первый и второй выходы которого подключены к входам соответственно третьего и четвертого повторителей, 2, Преобразователь по и. 1, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей путем получения информации о фиксированных позициях перемещения, в него введены 2N временных дискриминаторов, 2N+2 элементов памяти, дешифратор, 2M+3 ключей, вход управления и две выходных шины, входы (1,...,N)-го дискриминаторов подключены к выходу инвертирующего усилителя, входы (N+1,...,2й)-го дискриминаторов подключены к выходу усилителя, выходы (1....,2Й)-го дискриминаторов подключены к информационным входам соответственно {1,...,2N)го элементов памяти, выходы усилителя и инвертирующего усилителя и инвертирующего усилителя подключены к информационным входам соответственно (2N+1)-ro u (2N + 2)-го элементов памяти, выходы

2N + 2 элементов памяти подключены к (2N + 2)-м входам дешифратора, к. (2Й+3)-му входу которого и управляющим входам элементов памяти подключен выход второго ключа, (1,...,2N+3)-й выходы дешифратора подключены к уп10

1721434

Составитель В. Подолян

Техред М;Моргентал Корректор М. Кучерявая

Редактор И. Шулла

Заказ 945 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, yn,Гагарина, 101 равляющим входам соответственно (1„...2N+3)-ro ключей, сигнальные входы которых подключены к выходу источника опорного напряжения, а выходы — к первой

5 выходной шине, выход буферного регистра подключен к второй выходной шине. вход управления подключен к второму входу переключателя,