Устройство измерения перемещений

 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть испопьзовано для измерения малых линейных перемещений или других физических величин, преобразованных в линейные перемещения. Целью изобретения является повышение точности измерения перемещений путем снижения величины погрешности, обусловленной воздействием помех. Для этого в устройство введены вторая б и третья 7 дополнительные обмотки генератора переменного тока, сумматор 8, интегратор 9, блок 10 выборки и хранения, блок 14 формирования сигнала выборки, блок 13 формирования стробирующего сигнала, управляемый делитель 12 напряжения и блок 11 управления. 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (5l)5 6 01 В 7/00

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) Ъ

ОПИСАНИЕ ИЗОБPETEНИЯ/

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ 4

О

О

О

0 (21) 4821295/22 (22) 04.04.90 (46) 07.12.92. Бюл. F4. 45 (75) В,В.Суслов, В.А.Демчук и В.С.Хлебников (56) Прибор цифровой "Микрон-02" техн ич. о и ис, ТУЧ.АУ Р М3.440.002.

Авторское свидетельство СССР

М 1441175, кл. G 01 В 7/00, 1987. (54) УСТРОЙСТВО ИЗМЕРЕНИЯ ПЕРЕМЕ-:

ЩЕНИЙ (57) Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для. ЫД 1779906 Al измерения малых линейных перемещений или других физических величин, преобразованных в линейные перемещения. Целью изобретения является повышение точности измерения перемещений путем снижения величины погрешности, обусловленной воздействием помех. Для этого в устройство введены вторая 6 и третья 7 дополнительные обмотки генератора переменного тока, сумматор 8, интегратор 9, блок 10 выборки и хранения, блок. 14 формирования сигнала выборки, блок 13 формирования стробирующего сигнала, управляемый делитель 12 напряжения и блок 11 управления. 1 ил.

177990б

30

45

Изобретение относится к измерительной технике и мо>кет быть использовано в различных областях техники и науки для измерения лежалых линейных перемещений или других физических величин, преобразованных в линейные перемещения.

Известен преобразователь перемещений. имеющий индукционный преобразователь, источник питания, два формирователя с элементом задержки, компенсационные обмотки, резисторы, блоки выборки-хранения, компаратор и блок деления.

К основному недостатку этого преобразователя можно отнести его недостаточную устойчивость от воздействия импульсных помех, При запоминании измерительной информации импульсные помехи, длительность которых совпадает по длительности и фазе с сигналол выборки, запоминаются полностью, и при малых сигналах на выходе измерительной схемы величина запомненного напряжения импульсной помехи может Во много раз превышать напря>кение полезного сигнала, а случайное распределение помех Во времени и в пространстве(месте приложения) не позволяет компенсировать их воздействие в схеме отношений.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому техническому решению является прибор измерения перемещений с индуктивными преобразователями, выбранный в качестве прототипа.

Зтот прибор содер>кит дифференциальный индукционный преобразователь перел ещений, входы которого подключены к выходам генератора переменного тока с основной обмоткой, выполненной в виде двух идентичных обмоток, включенных последовательно и синфазно, точки соединения обмоток- заземлены. Сигналы, на выходах генератора переменного тока отличаются по фазе наЯ; а их амплитуды равны. Выход преобразователя перемещений соединен с нагрузочным резистором. Сопротивление нагрузки включено между выходом преобразователя и шиной "земля". Напряжение с нагрузочного резистора подается на вход масштабирующего усилителя, с выхода которого напряжение подается на один из входов фазочувствительного детектора, измеряющего отношение напряжений на выходе и на входе преобразователя. Выход фазочувствительн0го детектора соединен с входом аналого-цифрового преобразователя, позволяющего в циклах "калибровка" и

"установка нуля" производить заполнение значения напряжения на шине "зел1ля" и значение напряжения на входе преобразователя перемещений. а в цикле "измерение" производить измерения отношения между напряжением на выходе генератора питания и напряжением на выходе преобразователя перемещений.

Одним из недостатков приведенной схемы прототипа является недостаточная точность измерения, объясняемая отсутствием компенсации косинусоидальной составляющей сигнала на выходе измерительного преобразователя. зависящей от наличия активной составляющей комплексного сопротивления индукционного преобразователя.

Другим недостатком является малое быстродействие устройства и высокая чувствительность к помехам, Устранение этого недостатка у всех приведенных аналогов требует усложнения устройства, ведет к снижению помехоустойчивости и, как следствие, к сНМжению точности измерения, Целью изобретения является повышение точности измерения за счет снижения величины погрешности, обусловленной воздействием помех.

Поставленная цель достигается тем, что в генератор переменного тока питания предлагаемого устройства измерения перемещений введены вторая и третья дополнительные обмотки, а в измерительную схему введены сумматор, интегратор, блок выборки и хранения, блок формирования сигнала выборки, блок формирования стробирую5 щего сигнала, управляемый делитель напряжения и блок управления, при этом выход масштабируемого усилителя соединен с первым входом сумматора, второй вход которого соединен с выходом управляемого делителя напряжения, а выход сумматора соединен с первым входом интегратора, второй вход которого соединен с выходом блока формирования стробирующего сигнала, а выход соединен с первым входом блока выборки и хранения, второй вход которого соединен с выходом блока формирования сигнала выборки, а выход соединен с входом блока. управления, первый выход кото-. рого соединен с первым входом управляемого делителя напряжения и является выходом устройства, а второй выход блока управления соединен с первыми входами блока формирования стробирующего сигнала и блока формирования сигнала выборки, первый и второй выводы первой доflолнительной обкатки генератора переменного тока соединены соответственно с вторым и третьим входами управляемого делителя напряжения. первые выводы второй и третьей дополнительной обмоток

1779906

15

40

55 генератора переменного тока соединены соответственно с вторыми входами блока формирования страбирующего сигнала и блока формирования сигнала выборки, а вторые выводы второй и третьей дополнител ьных облюток генератора перемен ного тока заземлены.

Функциональная схема предлагаемого устройства измерения перемещений представлена на чертеже.

Устройство состоит из генератора 1 с его основной обмоткой 2 и первого дополнительного индукционного преобразователя 3 перемещений, нагрузочного резистора

4, масштабирующего усилителя 5, второй и третьей дополнительных обмоток 6 и 7, генератора переменного тока и измерительной схемы, в состав которой включены сумматор 8, интегратор 9, блок 10 выборки и хранения. блок 11 управления, управляемый делитель 12 напряжения, блок формирования стробирующего сигнала 13, блок 14 формирования сигнала выборки.

Переменный ток из генератора 1 поступает с его основной разделенной обмотки на входы дифференциального индукционного преобразователя 3 перемещений, выход которого соединен с нагрузочным резистором 4, один конец которого заземлен. а другой соединен с.вхадам масштабирующего усилителя 5, У предлагаемого устройства выход усилителя 5 соединен с первым входом сумматора 8, выход которога соединен с входом интегратора 9, выход которого соединен с входом блока выборки и хранения, выход блока 10 выборки и хранения соединен с входом блока 11 управления, один выход которого соединен с первым входом делителя 12 управляемого напряжения, два других входа делителя 12 соединены с первой дополнительной обмоткой 2 генератора 1 переменного тока, выход управляемого делителя 12 соединен с вторым входом сумматора 8, управляющий вход интегратора 9 соединен с выходам блока 13 формирования стробирующего сигнала, первый вход которого соединен с второй дополнительной обмоткой 6 генератора 1, а второй вход блока 13 соединен с вторым выходом блока 11 управления, который соединен также с первым входом блока 14 формирования сигнала выборки, второй вход которого соединен с третьей дополнительной обмоткой 7 генератора 1, выход блока 14 формирования сигнала выборки соединен с вторым входам блока 10 выборки и хранения IO.

Предлагаемое устройство измерения перемещений работает следующим образом.

По обмоткам дифференциального индукционного преобразователя 3, двум идентичным обмоткам генератора переменного тока и нагрузочному резистору 4 протекают два тока, имеющих противоположные направления, В случае нахождения сердечника преобразователя 3 в нулевом положении сумма токов через резистор 4 нагрузки равна."0", в случае отклонения от нулевого положения эта сумма отлична от "О", Величина напряжения на резисторе 4 нагрузки пропорциональна величине перемещения сердечника, а фаза зависит. от его направления относительнонулевого положения. Усиленное масштабирующим усилителем 5 напряжение поступает на один вход сумматора 8, на второй вход которого подается напряжение с выхода управляемого делителя 12 напряжения. разность напряжений поступает на вход интегратора 9. Сигнал с выхода сумматора

8 наряду с измерительной информацией содержит и сигнал импульсной помехи, За время интегрирования напряжение шумовой помехи равно

Un = —,), U(t)dt, где Т вЂ” период интегрирования;

U(t) — величина помехи.

Выходной сигнал без учета напряжения помехи интегратора 9 можно представить в виде:

Uex = Uaf(I)COSp Sin or (+

+ Ы®япpCOSвt — 0,Ksin вt, где f(I) — козффициент передачи индуктивный преобразователь 3 — масштабирующий . усилитель 5;

К вЂ” козффициент деления управляемого делителя 12 напряжения.

Uex = Ua(f(l) — К)з1п ori + Ы1(1)ЯП or t COS or t, Сигнал на выходе стробируемого интегратора:

Us x = f, 0 (٠— К)з!п в tdt + +/ 2

l4f(l)cos ortdt = Ua(f(l) К) / s I A и тджх + Uaf(l)

/2соз м tdt, При tl = 0 и tz = Т(2п+1)

Uevx = -2Ua(f(l) — K), где Т вЂ” длительность полупериода.

Таким образом после интегратора 9 имеет место напряжение с усредненным значением величины помехи и отфильтрованной косинусоидальной составляющей

1779906

Составитель Б.Курочкин

Техред M. Моргентал Корректор А.Мотыль

Редактор

Заказ 4428 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, ул.Гагарина, 101 выходного сигнала индуктивного дифференциального преобразователя 3.

Величина этого напряжения запоминается схемой 10 выборки и хранения и с ее выхода поступает на вход блока 11 управле- 5 ния.

Блок 11 управления по любому известному алгоритму (например последователь- . ного приближения) оценивает величину напряжения на выходе схемы 10 выборки и 10 хранения, формирует на втором входе сумматора 8 путем деления напряжения запитки управляемым делителем напряжения 12 компенсирующее напряжение и формирует команды разрешения работы блока 13 фор- 15 мирования стробирующего сигнала и запуска блока 14 формирования сигнала выборки, Код, управляющий управляемым .делителем 12 переменного тока, несет информацию о измеряемой величине. 20

Предлагаемым устройством реализуется возможность одновременно с исключением воздействия на результаты измерения косинусоидальной составляющей повысить точность измерения за счет снижения вели- 25 чины погрешности, обусловленной воздействием помех.

Форйула изобретения

Устройство измерения перемещений, 30 .содержащее генератор переменного тока, включающий основную и первую дополни-, тельную обмотки, индукционный преобразователь перемещений, нагрузочный резистор, масштабирующий .усилитель, 35 причем основная обмотка генератора переменного тока соединена с обмоткой индукционного преобразователя перемещений, выход которого через нагрузочный резистор .соединен с входом масштабирующего уси- 40 лителя, отл и ч а ю щ ее с я тем, что, с целью повышения точности измерения перемещений путем снижения величины погрешности, обусловленной воздействием помех, введены вторая и третья дополнительные обмотки генератора переменного тока, сумматор; интегратор, блок выборки и хранения, блок формирования сигнала выборки, блок формирования стробирующего сигнала, управляемый делитель напряжения и блок управления, при этом выход масштабирующего усилителя соединен с первым входом сумматора, второй вход которого соединен с выходом управляемого делителя напряжения, а выход сумматора соединен с первым входом интегратора. второй вход которого соединен с выходом блока формирования стробирующего сигнала, а выход соединен с первым входом блока выборки и хранения, второй вход которого соединен с выходом блока формирования сигнала выборки. а выход соединен с входом блока управления, первый выход которого соединен с первым входом управляемого делителя напряжения и является выходом устройства, а второй выход блока управления соединен с первыми входами блока формирования стробирующего сигнала и блока формирования сигнала выборки, первый и второй выводы первой дополнительной обмотки генератора переменного тока соединены соответственно с вторым и третьим входами управляемого делителя напряжения, первые выводы второй и третьей дополнительных обмоток генератора переменного тока соединены соответственно с вторыми входами блока: формирования стробирующего сигнала и блока формирования сигнала выборки, а вторые выводы второй и третьей дополнительных обмоток генератора переменного тока заземлены.