Дифференциальный емкостной измеритель перемещений

 

Изобретение относится к измерительной технике и имеет целью повышение точности дифференциального емкостного измерителя перемещений, потенциальный электрод которого выполнен в виде расположенных на общей диэлектрической пластине секций, объединенных в четыре группы и подсоединенных к двум коммутаторам , управляемым через делитель частоты от питающего генератора. Токовый электрод измерителя выполнен в виде параллельно соединенных секций, которые подключены через усилитель и третий коммутатор ко входу блока обработки Сигналов. По количеству импульсов на выходе этого блока определяется величина перемещения . 3 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 G 01 В 7/00

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ПАТЕНТУ

Я)цр ... „

> 84@gр

Яр к .. """ ÆÙô I ботки (21) 4927032/28 (22) 11;04.91 (46) 30,04.93, Бюл. M 16 (76) В.А. Павленко (56) 1; Авторское свидетельство СССР

И. 1504493, кл. G 01 В 7/00, 1989.

2. Авторское свидетельство СССР

М 1696846, кл. G 01 В 7/00, 1989. (54)ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫЙ ЕМКОСТНОЙ

ИЗМЕРИТЕЛЬ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ (57) Изобретение относится к измерительной технике и имеет целью повышение точности дифференциального емкостного

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано во всех областях народного хозяйства.

Цель изобретения: увеличение диапазона измерений, На фиг. 1 представлена блок-схема дифференциального емкостного измерителя перемещений. На. фиг. 2.3 — эпюры напряжений в точках блок-схемы, указанные на фиг. 1 в зависимости от времени t u величины перемещения — 4.

Дифференциальный емкостной измеритель перемещений содержит секционированный потенциальный 1 и токовый 2 электроды, образующие два дифференциальных конденсатора, Питающий генератор

3 предназначен для подключения к секциям потенциального электрода. Усилитель 6 и последовательно соединенный с ним .первый коммутатор 5 включены между секциями токового.элекгрода и двумя первыми входами блока обработки сигналов 8.

„„Я2„„1813198 АЗ измерителя перемещений, потенциальный электрод которого выполнен в виде расположенных на общей диэлектрической пластине секций, обьединенных в четыре группы и подсоединенных к двум коммутаторам, управляемым через делитель частоты от питающего генератора, Токовый электрод измерителя выполнен в виде па.раллельно соединенных секций, которые подключены через усилитель и третий коммутатор ко входу блока обработки сигналов.

По количеству импульсов на выходе этого блока определяется величина перемещения. 3 ил.

К двум вторым входам блока абра сигналов присоединен первый выход питающего генератора, к которому параллельно подсоединяется делитель частоты 7, связанный с управляющими входами трех коммутаторов. Второй коммутатор 4 присоединен (ф своим входом непосредственно к второму выходу питающего. генератора. К нему, че- ) рез инвертор 9 подсоединяется и вход третьего коммутатора 10. Выходы второго коммутатора подсоединены к двум крайним секциям в группе потенциального электрода 11 и 12. Выходы третьего коммутатора подсоединены к двум средним секциям в группе потенциального электрода 13 и 14. (А)

Секции потенциального электрода соединены между собой с интервалами в три секции

11 с 15; 13 с 16: 14 с 17 и 12 с 18, образуя четыре группы секций, при этом все секции расположены с интервалом, равном половине ширины секции. Токовый электрод выполнен в виде параллельно соединенных .секций 19, расположенных на расстоянии

1813198 друг от друга, равном ширине секции, Ширина секций токового и потенциального электрода одинаковы. Минимальное количество секций потенциального электрода равна четырем, а минимальное количество секций токового электрода равно трем.

B угловых датчиках длинь1 потенциального и токовога электрода одинаковы, В линейных — длина токового электрода значительно превышает длину потенциального электрода и определяет заданный диапазон перемещений.

Блок обработки сигналов содержит фазочувствительныедемодуляторы 20 и 21, образующие два канала прохождения сигнала, Выход первого из них подключен ко входу блока формирования импульсов 22, а выход второго — ко входу блока формирования импульсов 23. Выходы этих блоков соединень| со входом блока определения направления перемещения 24, Дифференциальный емкостнай измеритель перемещений работает следующим образом.

С первого выхода питающего генератора 3 сигнал треугольной формы 0ги поступает ко входу второго коммутатора 4, этот же сигнал через инвертор 9 поступает на вход третьего коммутатора 10 (эпюра 0ы, фиг, 2).

Со второго выхода питающего генератора 3 сигнал прямоугольной формы поступает на оба канала блока обработки сигнала 8 и делитель частоты 7 (02т), Таким образом генератор одновременно вырабатывает синхронизированные сигналы треугольной и прямоугольной формы. Делитель частоты. осуществляет деление частоты сигнала генератора 3 в четное число раз 2m, где m— целое число. На эпюре фиг. 2 представлен сигнал Usa для просгейшего случая — деления на 2 (m=1), который определяет состояние всех трех коммутаторов 4,5 и 10.

В течение времени 0-11, выход второго коммутатора 4 будет связан с секцией 11 потенциального электрода, В это же время выход третьего коммутатора 10 окажется соединенным с секцией 14 потенциального электрода.

Так как на этих выходах существуют одинаковые flo амплитуде и противофазные сигналы треугольной формы 025, 026, в обоих секциях 11 и 14 появятся токи, зависящие ат емкости этих секций относительна секции 19 токового электрода. В течение времени t1-tz к выходу второго коммутатора 4 окажется подключенной соответствующая секция 12. Коммутатор 10 подсоединит секцию 13. Входная цепь усилителя 6 выполнена резистивной и низкоомной, и поэтому конденсаторы, образованные секциями потенциэльного и токовога электродов, выполняют роль генераторов тока, и напряжение на входе усилителя 6 имеет форму, близкую к прямоугольной. Лмплитуда и полярность этого напряжения определяется расположением секций потенциального электрода относительно секций 19 токового электрода

2. Для представленного на фиг. 1 конкретного расположения потенциального электрода

1 относительно токового в течение времени

О-t1, сигнал на выходе усилителя 6 будет максимальным и иметь форму, соответствующую эпюре 029, а в течение времени с1-12 — минимальным — достаточно близким к ну15 лю, При перемещении потенциального электрода на половину ширины секции на выходе усилителя 6 сигнал в течение времени Π— t1 будет минимальным, а в течение

20 времени t1 — 1з — максимальным (0зо). С помощью первого коммутатора 5, управляемо го тем же делителем частоты 7, сигнал в течение времени О-t1, поступает на первый канал блока обработки сигнала (т,е. через фазочувствительный демодулятор 20, блок формирования 22), а B течение времени i1 t2 на второй канал блока 8 (фазочувствительный демодулятор 21 и блок формирования .23) сигналы с выхода фазочувствительных демодуляторов 20 и 21 (фиг, 3), представленные на эпюрах 031 и 032, поступают на входы блоков формирования 22, 23. С выхода блоков формирования поступают сигналы

033, 031 (фиг. 3), представляющие напряжение прямоугольной формы, сдвинутые относительно друг друга в пространстве на 90О, причем каждый импульс соответствует перемещению, равному ширине секции на чувствительном элементе, Такая форма

40 необходима для построения известных преобразователей для измерения перемещений накапливающего типа — устройства, которое осуществляет измерение перемещения по подсчету количества импульсов, 45 сформированных измерительной схемой в процессе перемещения чувствительного элемента.

В простейшем случае блок определения направления движения 24 состоит из после50 довательно включенных IК-триггера, одновибратора, реверсивного счетчика и логического элемента НЕ, включенного между К-входом триггера и входом реверсивного счетчика.

Блок работает следующим образом, Сигнал с блока 22 (0зз) фиг, 3 поступает на установочный вход триггера I, сигнал с блока 23 (03 1) поступает на вход сброса триггера К, При движении чувствительного элемента в одном направлении сигналы с

1813198 блоков 22 и 23 поступают поочередно и реверсивный счетчик осуществляют подсчет количества импульсов, поступивших с блока

22, Если направление перемещения изме- 5 няется, то изменяется порядок поступления импульсов и если в первом случае на выходе логического элемента была "1" и реверсивный счетчик суммировал входной импульсный сигнал, то теперь на выходе 10 логического элемента устанавливается "0" сигнал и реверсивный счетчик осуществляет операцию вычитания.

Таким образом на выходе реверсивного, счетчика появляется сигнал, однозначно on- 15 ределяющий величину перемещения чувствительного элемента.

Диапазон измеряемого перемещения пропорционален nd, где п — количество секций на неподвижном электроде, а d — шири- 20 на одной секции, поэтому, выбирая ширину и количество секций, можно варьировать диапазон и точность рассматриваемого устройства в весьма широких пределах.

Формула изобретения

Дифференциальный емкостной измеритель перемещений, содержащий секционированные потенциальный и токовый электроды, установленные в параллельных 30 плоскостях с возможностью относительного перемещения в направлении изменения площади их взаимного перекрытия и имеющие одинаковую ширину секций, расстояния между которыми у одного из электродов равны ширине одной секции, а у другого электрода равны половине ширины одной секции, и предназначенные для подключения к секциям потенциального электрода источник питания переменного тока, а к секциям токового электрода — блок обработки сигналов, отличающийся тем, что с целью увеличения диапазона измерений, он снабжен тремя коммутаторами, делителем частоты, усилителем и инвертором, усилитель и последовательно соединенный с ним первый коммутатор включены между секциями токового электрода, которые соединены параллельно, и первым входом блока обработки сигналов, к второму входу которого присоединен первый выход питающего генератора, делитель частоты присоединен входом к этому же выходу питающего генератора, а выходом — к уп равляющим входам трех коммутаторов, второй коммутатор присоединен своим входом к второму выходу питающего генератора непосредственно, а третий коммутатор присоединен к нему же через инвертор, выходы этих коммутаторов присоединены к соответствующим секциям потенциального электрода, которые соединены между собой с интервалами в три секции и образуют четыре группы секций.

1813198

21

1813198

Составитель В.Павленко

Техред М.Моргентал Корректор Л.Пилипенко

Редактор

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород. ул.Гагарина, 101

Заказ 1595 Тираж,Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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