Устройство для измерения перемещений

 

Изобретение относится к измерительной технике. Цель изобретения - повышение точности устройства для измерения перемещений за счет повышения его чувствительности . Устройство содержит индуктивный датчик перемещения с рабочей и компенсационной, обмотками, размещенными на разомкнутом магнитопроводе и соединенными своими концами. К началам этих обмоток присоединен через регулируемые резисторы блок питания переменного тока, а также входы дифференциального усилителя. К точке соединения первого резистора и компенсационной обмотки присоединен фаэосдвйгающий блок, к выходу которого присоединены масштабирующее звено и сумматор. К второму входу сумматора присоединена точка соединения второго резистора и рабочей обмотки. Выходной сигнал представляет собой разность фаз сигналов, получаемых на выходах дифференциального усилителя и сумматора. 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) 012 (51)5 6 01 В 7/00

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4952544/28 (22) 28.06.91 (46) 23.05.93. Бюл. РЬ 19 (71) Научно-исследовательский институт физических измерений (72) Н.Д.Конаков, М.В.Карпов, О.Д,Глухов и

Г.С.Л ыгина (56) Авторское свидетельство СССР

l4 1647228, кл. G 01 В 7/00, 1989.

Авторское свидетельство СССР

t4 1737259, кл. 6 01 В 7/00, 1990., (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ (57) Изобретение относится к измерительной технике. Цель изобретения — повышение точности устройства для измерения перемещений за счет повышения его чувстИзобретение относится к контрольноизмерительной технике и может быть использовано для измерения перемещений объектов.

Цель изобретения — повышение точности измерения перемещений.

На чертеже изображена блок-схема устройства для измерения перемещений.

Это устройство содержит блок 1 питания переменного тока, индуктивный датчик

2 перемещений (чувствительный элемент), выполненный в виде размещенных на разомкнутом магнитопроводе рабочей обмотки

6 и компенсационной обмотки 7, последовательно с которыми включены регулируемые по величине резисторы 14, 13 и сумматор 8. вительности. Устройство содержит индуктивный датчик перемещения с рабочей и компенсационной обмотками, размещенными на разомкнутом магнитопроводе и соединенными своими концами. К началам этих обмоток присоединен через регулируемые резисторы блок питания переменного тока, а также входы дифференциального усилителя. К точке соединения первого резистора и компенсационной обмотки присо-, единен фвэосдвигающий блок, к выходу которого присоединены масштабирующее звено и сумматор, К второму входу сумматора присоединена точка соединения второго резистора и рабочей обмотки, Выходной сигнал представляет собой разность фаз 3 сигналов, получаемых на выходах дифференциального усилителя и сумматора, 1 ил, К точке соединения резистора 14 с компенсационной обмоткой 7 подключен первый вход дифференциального усилителя (сумматора) 8. Второй вход сумматора 8 подключен к точке соединения резистора 13 с рабочей обмоткой 6; Свободные выводы резисторов

14 и 13 соединены с выходом блока питания

1 ° К общей точке соединения рабочей 6 и компенсационной 7 обмоток присоединена шина нулевого потенциала. Она присоединена также к общим выводам блока питания

1 дифференциального сумматора (элементы

26 и 27). Фазосдвигающий блок 9 выполнен в виде двух последовательно соединенных.фазосдвигающих цепей типа RC (элементы

15 — 18), к выходу которого присоединено масштабирующее звено 10, выполненное

1816962 по схеме неинвертирующего усилителя (элементы 19 — 21).

К выходу масштабирующего звена 10 присоединен первый вход сумматора 11, выполненного на операционном усилителе (элементы 22 — 25), второй вход сумматора

11 присоединен к точке соединения резистора 13 с рабочей обмоткой 6, Вход фазосдвигающего блока 9 подключен к точке соединения резистора 14 с компенсационной обмоткой 7. Выходным сигналом устройства является разность фаз ф,, =pu<> — ру, изменяющаяся в функции перемещенйя Х между выходными сигналами дифференциального усилителя сумматора 8 Ugq и выходным сигналом сумматора 11. Индуктивный датчик 2 перемещений содержит размещенные в ферромагнитном корпусе 12 разомкнутый ферромагнитный сердечник 5, на котором расположены рабочая 6 и компенсационная

7 обмотки, 8 компенсационной половине ддтчика расположен на неизменном расстоянии компенсационный якорь 3, а рабочий якорь

4 установлен с возможностью перемещения

Х, Устройство работает следующим образом.

Синусоидальное напряжение питания с выхода блока напряжения переменного тока, имеющего малое внутреннее сопротивление, через резисторы 14, 13 поступает на рабочую 6 и компенсационную 7 обмотку датчика 2, При перемещении рабочего якоря 4, например, в сторону увеличения заза ра Хр уменьшается индуктивность, а также индуктивное и полное сопротивление рабочей обмотки 6 датчика. Так как блок питания

1 имеет малое внутреннее сопротивление, та при уменьшении полного сопротивления обмотки 6 уменьшается амплитуда напряжения Ор(Х), снимаемого с точки соединения резистора 13 с обмоткой 6, по закону, близкому к экспоненциальному.

Между компенсационным напряжением О»-, снимаемым с точки соединения резистора 14 и компенсационной обмотки 7, и рабочим напряжением Ор(Х), путем изменения величины сопротивления резистора 13, устанавливают угол сдвига фаз уъ более Оо, но менее 10 (в сторону опережения вектора напряжения Ор(Х) относительно вектора напряжения 0»). Напряжения Ор(Х) и О», изменяющиеся в функции перемещения Х, поступают соответственно на прямой и инверсный входы сумматора 8.

На инверсном входе дифференциального усилителя-сумматора 8 производится ин х =фйых1 +фЪыа Мвжду НИМИ ИЗМЕНяЕтся с удвоенной скоростью. Посколькудиапа45 зон изменения разности фэз между этими сигналами в 2 раза больше, устройство обладает повышенной в два раза чувствительностью преобразования по сравнению с устройством-прототипом, а следовательно и повышенной точностью йзмерения перемещений.

Повышение линейности выходной характеристики устройства обеспечивается путем выбора необходимых углов сдвига фэз ф фц между сигналами U» и Ор (Х), U»> и Upр (Х) с помощью резисторов 13, 14 и фазосдвигающего блока 9, соответственно (путем изменения величины сопротивления элементов 15, 18) и изменением с помощью масштабирующего звена 10 и резисторов

3О

40 версия напряжения Up(X} по фазе на 180, и сдвиг фаз уЪ между напряжением U» и ин1 вертированным рабочим напряжением Up (Х) определяется выражением

180î — 1p ф

Напряжения О» и Ор(Х), сдвинутые по фазе на угол уЪ, геометрически суммируются на дифференциальном усилителе-сумма-. торе 8. с выхода которого снимается суммарное напряжение Q c изменяющейся фазой умных, в функции перемещения Х.

Таким образом, при изменении напряжения Ор(Х) в функции перемещения меняется величина и направление вектора суммарного напряжения Q, т.е. меняется угол дьем».1 °

Одновременно с помощью фазосдвигающего блока 9 синусоидальное напряжение

О» в точке соединения резистора 14 с обмоткой 7 сдвигают по фазе на угол ур1 =ф, в сторону опережения относительно вектора напряжения Ц(Х) путем изменения величины сопротивления резисторов 15, 18 блока

9. На выходе блока 9 формируется при этом синусоидальный сигнал О», который через масштабирующее звено 10 (элементы 19—

21) поступает на первый вход (Вх.1) сумматоре 11 (элементы 22 — 25), а на второй вход: (Вх,2) сумматора 11 поступает синусоидальный сигнал ЩХ) с точки соединения резистора 13 с обмоткой 6. Hs сумматоре 11 происходит геометрическое сложение синусоидальных сигналов О» и Ор (Х). В резуль-, тате иа Вых.2 сумматора 11 формируется: второе суммарное напряжение Ugg вектор которого поворачивается в противоположном направлении относительно поворота вектора напряжения Q». 8 результате одновременного поворота двух векторов суммарных сигналов Ug) и Од В разных направлениях разность фаз

1816962

20, 21, соответственно амплитуды сигналов

U»> и U»таким образом, что отношения сигналов - и т- - будут равны единиU»> U»

Uð Äê ОДк) це в точке, соответствующей концу диапазона измерения. орректор H.Ãóíüêî ехред М.Моргентал

Редактор

Заказ 1717 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

Формула изобретения

Устройство для измерения перемещений, содержащее индуктивный датчик перемещения с компенсационной и рабочей обмотками, которые соединены между собой своими концами, блок питания переменного тока, подключенный к началам этих обмоток соответственно через первый и второй резисторы, и дифференциальный усилитель, к прямому входу которого подключеноо начало компенсационной обмотки, а к инверсному входу — начало рабочей обмотки, отлич а ющееся тем, что,с целью повышения точности, оно снабжено соединенными последовательно фазосдвигаю5 щим блоком, масштабирующим звеном и сумматором, фазосдвигаюшрюй блок выполнен в виде двух соединенных последовательно Я-С-цепей, масштабирующее звено выполнено по схеме неинвертирующего

10 усилителя, а сумматор — на основе операционного усилителя, вход фазосдвигающего блока подключен к точке соединения первого резистора с компенсационной обмоткой, второй вход сумматора подключен к точке

15 соединения второго резистора с рабочей обмоткой, а ВыхОдОм òðÎÀñò98 яВляются Выходы дифференциального усилителя и СУММЭТОРЭ.