Дифференциальный датчик линейных перемещений

 

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к устройствам для измерения линейных перемещений. Дифференциальный датчик содержит два преобразователя 1 и 2 перемещений, включающих источник 3 и приемник 5 излучения, предназначенные для симметричного расположения относительно объекта контроля, четыре усилителя 7-10, дифференциальный усилитель 11, источник 12 опорного напряжения , два блока 13 и 14 вычитания, блок 15 сравнения, два блока 16 и 17 памяти, блок 18 суммирования. Блок 15 сравнения в случае равенства приращений сигналов на выходах первого и второго усилителей 7 и 8 вырабатывает контрольный сигнал, который разрешает занесение информации в выходные каскады блоков 16 и 17 памяти. Если приращение сигналов на выходах усилителей 7 и 8 не одинаково, то ошибочные значения измерений на выход датчика не попадут. 1 ил. Ј

COIO3 СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (5I)s G 01 В 21/00

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

4

Цл :" у

Ф

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ л 1 (21) 4851759/28 (22) 17,07.90 (46) 07.02.93. Бюл. N 5 (71) Научно-производственное объединение

"Центр" (72) Н.Н,Астраух (56) Авторское свидетельство СССР

М 1265477, кл..G 01 В 21/00, 1985.

Авторское свидетельство СССР

N. 1330467, кл, G 01 В 21/00, 1986. (54) ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫЙ ДАТЧИК ЛИНЕЙНЫХ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ (57) Изобретение относится к измерительной технике, а именно к устройствам для измерения линейных перемещений. Дифференциальный датчик содержит два преобразователя 1 и 2 перемещений, включающих

„„Я „„1793216 А1 источник 3 и приемник 5 излучения, предназначенные для симметричного расположения относительно объекта контроля, четыре усилителя 7 — 10, дифференциальный усилитель 11, источник 12 опорного напря>кения. два блока 13 и 14 вычитания, блок 15 сравнения, два блока 16 и 17 памяти, блок

18 суммирования, Блок 15 сравнения в случае равенства приращений сигналов на выходах первого и второго усилителей 7 и 8 вырабатывает контрольный сигнал, который . разрешает занесение информации в выходные каскады блоков 16 и 17 памяти. Если приращение сигналов на выходах усилителей 7 и 8 не одинаково, то ошибочные значения измерений на выход датчика не

1опадут. 1 ил.

1793216

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к устройствам для измерения линейных перемещений объектов, в частности вращающихся валов, Известен дифференциальный фотоэлектрический датчик линейных перемещений вращающегося объекта, содержащий два фотоэлектрических преобразователя, включающих оптически связанные первый источник излучения, и фотоприемник, предназначенные для симметричного расположения относительно объекта контроля, первый и второй усилители, блок суммирования, два источника опорного напряжения, первый и второй блоки вычитания, блок сравнения, первый и второй блоки памяти, выходы фотоприемников первого и второго фотоэлектрических преобразователей связаны со входами первого и второго усилителей соответственно, выход источника дпорного напряжения соединен с первыми входами первого и второго блоков вычитания, выходы которых соединены, соответственно, с первым и вторым входами блока сравнения, выход которого, являющийся контрольным Bb!xopOM датчика, подключен ко вторым входам первого и второго блоков памяти, первые входы которых соединены, соответственно с выходами первого и второго усилителей и со вторыми входами первого и второго блоков вычйтания, выходы первого и второго блоков памяти соединены с первым и вторым входами блока суммирования, выход которого является измерительным выходом датчика, блока суммирования выполнен в виде дифференциального усилителя. Недостатком известного датчика является низкая точность измерения, Наиболее близким по технической сущности является фотоэлектрический датчик линейных перемещений; содержащий два фотоэлектрических преобразователя, каждый из которых состоит из оптически связанных источника излучения и фотоприемника, предназначенные для симметричного размещенйя относительно объекта первый и второй усилители, первый блок суммирования, выполненный в виде дифференциального усилителя, источник опорного напряжения, два блока вычитания, первый блок сравнения, два блока памяти, два полосовых фильтра, два амплитудных детектора, два блока сравнения, схему И, второй блок суммирования, генератор, управляемый делитель напряжения, третий и четвертый усилитель, причем выходы фотоприемников первого и второго фотоэлектрических преобразователей связаны с входами первого и второго усилителей соот45 зультатов измерений.

Поставленная цель достигается тем, что в дифференциальный датчик линейных перемещений, содержащий два преобрэзова50 теля перемещений, включающих источник и приемник излучения, предназначенные для симметричного расположения относительно объекта контроля, четыре усилителя, дифференциальный усилитель, источник

55 опорного напряжения, два блока вычитания, блок сравнения, два блока памяти, блок суммирования, причем выходы приемников излучения первого и второго преобразователей соединены с входами первого и второго усилителей соответственно; выходы

40 ветственно, выходы блоков вычитания соединены с входами первого блока сравнения, выход блоков памяти соединены с входами первого блока суммирования, выход которого является измерительным выходом датчика, выходы первого и второго усилителей связаны с последовательно соединенными полосовыми фильтрами и амплитудными детекторами, выход первого амплитудного детектора соединен с первыми входами первого блока памяти, первого блока вычитания и второго блока суммирования, выход второго амплитудного детектора соединен с первым a> одом второго блока памяти, второго блока вычитания и вторым входом второго блока суммирования, выход которого соединен с первым входом управляемого

1 делителя напряжения, вторыми входами блоков вычитания и первым входом второго блока сравнения, выход источника опорного напряжения соединен с третьим входом второго блока суммирования и вторым входом второго блока сравнения, выход которого соединен с первым входом схемы И, второй вход которого соединен с выходом первого блока сравнения, а выход, являющийся контрольным выходом датчика, соединен с вторым входами первого и второго блоков памяти, выход генератора соединен с вторым входом управляемого делителя напряжения, выход которого соединен с входами третьего и четвертого усилителей, выходы которых. соединены соответственно с вхОдами первого и второго источников излучения.

Недостатком датчика является низкая точность измерения, связанная с осуществлением процесса регулирования мощности источников излучения в случае измерения параметров или выхода из строя только одного из фотоприемников, т.е. даже тогда, когда на контрольном выходе датчика присутствует сигнал ошибки, что в конечном счете может повести к появлению на выходе датчика не контролируемых ошибочных ре1793216 блоков вычитания соединены с входами ники3,4и приемники 5,6иэлучения, предблока сравнения, выход которого, являю- назначенные для симметричного "располо- щийся контрольным выходом датчика, сое- жения относительно объекта контроля, длинен с первыми вхОдами блока памяти, четыре усилителя 7 — 10, дифферециальный восходы третьего и четвертого усилителей 5 усилитель 11, источник 12 опорного напрясоединей ы соответственно с входами жения, два блока 13 и 14 вычитания, блок 15 первого и второго источников излучения, сравнения, два блока 16 и 17 памятй, блок введены суммирующий интегратор и регу- 18 суммирования, суммирующий интегра-. лируемый усилитель, причем выходы перво- тор 19 и регулируемый усилитель 20, го и второго усилителей соединены 10 На пути отраженного от объекта измеI соответственно с первыми входами блоков . рения излучейия, сОздаваемого первый и" .

Bt. читания, входами дифференциального вторым источниками 3 и 4 оптического излуус лителя и входами блока суммирования, чения, расположены первый и второй при- . в ход которого соединен с последовательно емники 5 и 6 излучения, входящие в первый; . вк юченными суммирующим интегратором, 15 и второй преобразователи перемещения, первым блоком памяти и регулируемым уси- выходы которых соединены с входами перлигелем, выход которого соединен с входа- вого и вторОго уСилителей 7 и 8 соответстм третьего и четвертого усилителей, - .венно, выходы блоков 13 и 14 вычитания первый выход источника опорного напря- соединены с входами блока 15 сравнения, : ждния соединен с вторым входом суммиру- 20 выход которого, являющийся контрольным ющего интегратора, второй выход со выходом датчика, соединен с первыми вхо- вторым входом регулируемого усилителя, а дами блоков памяти 16 и 17, выходы треть. тр тий — c вторыми входами блока вычита- его и четвертого усилителей 9 и 10 ниЬ, выход дифференциального усйлителя соединены соответствейно с входами персоединен с вторым входом второго блока 25 вого и второго источникой 3 и 4 излучения, па ляти, выход которого является измери- выходы первого и второго усилителей 7 и 8 теЛьным выходом датчика.. . соединены соответственно с" первыми вхо- "

Вклачение в схеме датчика между вы-- дами блоков l3 и 14 вычитания входами хоДом суммирующего интегратора и пер- дифференциального усилителя 11 и входавым входом регулируемого усилителя 30 ми блока l8 суммирования, выход которого

I второго блока памяти позволило повысить соединен с последовательно включенными то4ность измерения датчика за счет исклю- суммирующим" интегратором l9, первым чения воэможности появления на выходе блоком 16 памяти и регулируемымусилитедатчика не контролируемых ошибочных ре- лем 20, выход которого соединен с входами зультатов измерений путем исключения 35 третьего и четвертого усилителей 9 и 10, прЬцесса регулирования мощности излуче-. первыйвыходисточника12опорногонапряния источников оптического излучения во жения соединен с вторым входом суммйру- " время появления на контрольном выходе . ющего интегратора 19, второй выход — с датчика сигнала ошибки, обусловленного вторымвходомрегуЛируемогоусилителя20, изменением параметров (или выходом из 40 а третий — с вторыми входами блоков 13 и 14 строя) только одного фотоприемника. Таким вычитания, выход дифференциального усиобразом, сопоставительный анализ с прото- - лителя 11 соединен с вторым" входом втор6- " типом показывает, что заявляемый датчик го блока 17 памяти, выход которого является соответствует критерию "новизна", измерительным выходом датчика, Сравнение заявляемого технического 45 решения не только с прототипом, но и с Все узлы, на базе которых выполнен другими техническими решениями, извест- датчик, является известными и описаны в ными в данной области, не позволило выя- литературе. вить в них признаки, отличающие данное 1. Микроэлектронные фотоприемные техническое решение от прототипа, а имен- 50 устройства (M., Энергоатомиздат, 1980, но налйчие суммирующего интегратора, ре- с.96) — источники 3, 4 и приемники 5, 6 излугулируемого усилителя, блока памяти и их чения. взаимосвязей позволяет сделать вывод о . 2. Полупроводниковая схемотехника соответствиикритериюиэобретения "суще- (У.Титце, К.Шенк, M., Мир, 1983, с.137)— ственные отличия". 55 блок суммирования 18, дифференциальный Сущность изобретения поясняется чер- усилитель 11, блоки 13 и 14 вычитания, блок теЖом. 15 сравнения (c.138), источник 12 опорного

Дифференциальный датчик линейных напряжения. перемещенийсодержитдвапреобразовате- . 3. Аналоговые и цифровые интегральля 1 и 2 перемещений, включающих источ- ные микросхемы блоки 16 и 17 памяти.

1793216

20

30

Датчик перемещений работает следующим образом.

Сигнал с выхода ретулируемого усили-. теля 20 через третий и четвертый усилители

9, 10 подается в преобразователи 1, 2 перемещения на входы источников 3 и 4 излучения, Часть потока излучения создаваемого каждым из них отражаясь-от перемещающегося объекта, попадает на фотоприемники 5, б где преобразуется в электрический сигнал который затем усиливается усилителями 7, 8 и в виде напряжения. величина которого пропорциональна линейным перемещениям объекта измерения поступает: через входы дифференциального усили теля 11 и второй блок 17 памяти на измерительный выход датчика; на входы блока 18 суммирования, выходной сигнал которого, поступая нэ первый вход суммирующего интегратора 19, а с его выхода через первый блок 16 памяти на первый вход регулируемого усилителя 20 обеспечйвает регулирование мощности источников 3 и 4 излучения при изменении коэффициентов К1 отражения от объекта и .коэффициента К2 пропускания среды в которой распространяется излучение. Управляющий сигнал в этом случае измейяется до тех пор, пока суммарный сигнал на выходах . первого и второго усилителей 7 и 8 не достигнет номинального значения, опредепяемого сигналом, поступающим с первого выхода источника 12 опорного напряжения

Формула изобретения

Дифференциальный датчик линейных перемещений, содержащий два преобразователя перемещений, включающих источник и приемник излучения, симметрично расположенные относительно объекта конт- роля, первый и второй, третий и четвертый входы первого и второго усилителей связаны соответствеЪйо"с выходами "первого и второго преобразователей перемвщенйя, входы которых связаны соответственно с выходами третьего и четвертого усилителей, первый и второй блоки вычитания, первый и второй блоки памяти, дифференциальный усилитель, блок сравнения, источник опорного напряжения, блок суммирования, первые входы первого и второго блоков вычйтания соединены с выходом источника ойорного напряжения, вторые входы — соответственно с выходами первого и второго усилителей и с первым и вторым входами на второй вход суммирующего интегратора

19. Сигнал, поступающий на второй вход регулируемого усилителя 20 с второго входа источника 12 опорного напряжения, определяет минимальное значение мощности источников 3, 4 излучения. Сигнал с третьего выхода источника 12 опорного напряжения поступает в качестве опорного на первые входы блоков 13 и 14 вычитания, затем на блок 15 сравнения; который в случае равенства приращений сигналов на выходах первого и второго усилителей 7 и 8 вырабатывает контрольный сигнал, который разрешает занесение информации в выходные каскады блоков .1 6 и 17 памяти, следовательно, на измерительный выход датчика и на первый вход регулируемого усилителя

20. Если приращения сигналов на выходах первого и второго усилителей 7 и 8 не одинаковы, что может быть в случае изменения параметров одного из преобразователей 1 и 2 перемещений (например, неравномерности осаждения пыли нэ входных окнах приемников 5 и 6 или источников 3 и 4 излучения, частичного повреждения одного из них), то ошибочные значения измерений на первый управляющий вход регулируемого усилителя и измерительный выход датчика не попадут.

Таким образом, предлагаемый датчик по сравнению с прототипом имеет преимущества, которые позволяют повысить точность измерения. дифференциайьного усилителя, выход которого соединен с первым входом второго блока памяти, второй вход которого соединен с выходом блока сравнения и с входом первого блока памяти, первый и второй входы которого соединены соответственно с выходами первого и второго блоков вычитания, первый и второй входы блока суммирования соединены соответственно с выходами первого и второго блоков вычитания, первый и второй входы блока суммирования соединены соответственно с выходами первого и второго усилителей, о ти и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения точности измерения, оно снабжено интегрэтором и регулируемым усилителем, первый вход интегратора соединен с вторым выходом источника опорного напряжения блока суммирования, третий выход источника опорного напряжения соединен с первым входом регулируемого усилителя, выход которого соединен с входами третье10

1793216 б.

Составитель Н.Астраух

Техред М.Моргейтал . Корректор С.Пекарь

Редактор

Заказ 494 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государствейного 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

to и четвертого усилителей, второй вход ре- первого блока памяти, второй вход которого гулируемого усилителя соединен с выходом соединен с выходом интегратора. !