Способ измерения линейных перемещений и устройство для его осуществления

 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в информационно-измерительных системах. Цель изобретения - повышение точности измерения за счет интегрирования напряжения циклического резистивного датчика. После включения питания напряжение с подвижного вывода 2 через ключ 7 и усилитель 12 поступает на вход интегратора 13. Под воздействием напряжения, снимаемого с вывода 2, интегратор 13 заряжается до максимального значения. Блок 16 в период заряжения определяет длительность первого такта интегрирования, после завершения которого начинается второй такт. В этом такте вход усилителя 12 через ключ 9 соединяется с шиной В источника 5 напряжения, которое быстро разряжает интегратор. В течение быстрого разряда интегратора блок

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

P E C fl Y5 JlPIK (5!)5 G 01 В 7/04

ГОСУДАРСТ8ЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

8ЕДОМСТ8О СССР (ГОСПАТ НТ CCCP)

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

seaeh

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4712136/28 (22) 27.06.89 (46) 07 06;93. Бюл. N. 21 (71) Производственное объединение "Завод Арсенал" (72) В.Н.Милютин и Б;Л.Николаенко (56) 1. Авторское свидетельство СССР

М 1116299, кл. 6 01 В 7/00, 1982.

2. Авторское свидетельство СССР .й. 1563729, кл. G 01 В 7/04, 1990. (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ЛИНЕЙНЫХ

ЩРЕМЕЩЕНИЙ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО

ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (57) Изобретение относится к иэмеритель-.

H0A технике и может быть использовано в информационно-измерительных системах, Ж ÄÄ 1820198 А1

Цель изобретения — повышение точности измерения за счет интегрирования напряжения циклического резистивного датчика.

После включения питания напряжение с подвижного вывода 2 через ключ 7 и усилитель

12 поступает на. вход интегратора 13. Под воздействием напряжения, снимаемого с вывода 2, интегратор 13 заряжается до максимального значения. Блок 16 в период заряжения определяет длительность первого такта интегрирования, после завершения которого начинается второй такт. S этом такте вход усилителя 12 через ключ 9 соединяется с шиной В источника 5 напряжения, .которое быстро разряжает интегратор. В те-; чение быстрого разряда интегратора блок

1820198. Изобретенйе относится к измеритель- ной технике и может быть использовано в

° информационно-измерительных системах. .Целью изобретения является повышение точности измерения и счет интегриро- . вания выходных напряжений циклического реэистивного датчика..

По предлагаемому способу измерения линейных перемещений, заключающемуся в том, что интегрируют выходное напряже-. ние резистивного датчика, включенного в цепь источника опорного напряжения, интегрирование проводят за три такта; в пер вом также интегрируют выходное напряжение резистивного датчика, во вто- 1 ром также интегрируют напряжение, противофазное опорному, и одновременно фиксируют длительность второго такта интегрирования путем записи в счетчик серии целых импульсов, следующих с частотой f, в третьем также интегрируют напряжение, противофазное опорному и фиксируют при этом разность между значением сигнала в момент окончания второго такта и проинтегрированным. значением сигнала в момент достижения нулевого значения напряжения и длительность третьего такта. путем записи серии импульсов в счетчик с такой же раз- . рядностью, что и первый, и по значениям зарегистрированных счетчиками кодов определяют величину перемещения, причем интегрируют выходное напряжение циклического резистивного датчика. при этом формируют сигнал направления подвижного вывода резистивного датчика относительно направления измеряемого перемещения и коммутируют сформирован-. ным сигналом зарегистрированный счетчиками код таким образом, что в течение длительности совпадающего движения ре10

25 15 блока 16 управления. К выходу интегратора подключен также нуль-орган 17, выход

35. Четвертый выход 22 подключен к счетному

40 направления движения подвижно о вывода

16 обеспечивает прохождение импульсов на счетчик 29. При равенстве напряжений, подаваемых на компаратор 14 от шинн С и интегратора, компаратор 14 формирует управляющий сигнал для прекращения второго такта интегрирования и начала третьего.

8 процессе третьего такта на вход интегратора поступает напряжение с шины C блока

5, под воздействием которого он медленно разряжается, и одновременно импульсы от блока 16 поступают на вход счетчика 31. По достижении напряжения на выходе интегратора 13, равного нулю. срабатывает нульорган 17, который формирует управляющий сигнал на приращение третьего такта интегрирования и начало первого. Напряжение с подвижного вывода 35 подается на второй вход дополнительного нуль-органа 38, при срабатывании которого изменяется управляющий сигнал для коммутаторов 41 и 42 кода счетчиков 29 и 31. Последние индици руют прямой код, если движение вывода не совпадает с измеряемым перемещением, 2 с. и 1 э.п.ф-лы, 2 ил. зультат измерения определяют по значениям зарегистрированных счетчиками прямых кодов, а в течение длительности несовпадающего движения результат измерения определяют по инверсным значениям зарегистрированных счетчиками кодов.

На фиг.1 представлена схема устройства для измерения линейных перемещений; на фиг.2 — временная диаграмма его работы.

Устройство содержит циклический резистивный датчик 1 с подвижным валом 2 и неподвижными выводами 3 и 4. Выводы 3 и

4 подключены соответственно к шинам О и

А блока 5 питания, который имеет шины В и

С с отрицательным потенциалом относительно шины О, Подвижный вывод 2 через аналоговый вход 6 электронного ключа 7, шина В блока 5 питания через аналоговый вход 8 электронного ключа 9, шина С через аналоговый вход 0 электронного, ключа 11 подключены к входу усилителя 12 п.остоянного тока, К выходу усилителя 12 подключены последовательно соединениьге интегратор 13, компаратЬр 14 и первый вход которого подключен к второму входу 18 блока 16 управления. Второй вход нуль-органа

17 соединен с шиной О блока питания. Блок

16 управления имеет шесть выходов 19. 20, 21. 22. 23 и 24. Первый выход 19 подключен к входу 25 синхронизации ключа 7, выход 20 — к входу 26 синхронизации ключа 9, а выход

21 — к входу 27 синхронизации ключа 11. входу 28 счетчика 29, пятый выход 23 — к счетному входу 30 счетчика 31. а шестой выход 24 — к обнуляющим входам 32 и 33 каждого счетчика. Формирователь сигнала

1820198 циклического датчика относительно напряжения измеряемого перемещения выполнен в виде дополнительного. циклического резистивного датчика 34 с подвижным выводом 35 и двумя неподвижными выводами

36 и 37. Кроме того, формирователь содержит второй нуль-орган 38, выход которого подключен к управляющим входам 39 и 40 двух коммутаторов 41 ил 42 кодов. Сигнальные входы.43.1...43.m и 44.1...44лп каждого иэ коммутаторов подключены к соответствующим выходам счетчиков 31 и 32. Неподвижные выводы 36 и 37 дополнительного датчика 34 подключены соответственно к шинам А и В блока 5 питания, а подвижный вывод 35 подключен к одному входу нуль. органа 38, к другому входу которого подключена шина О блока питания. Датчики 1 и 34 установлены соосно вдоль оси 45 с возможностью совместного движения относительно измеряемого перемещения.

Устройство работает следующим абразом.

При измерении линейных перемещений подвижной вывод 2 датчика 1 совершает один оборот вдоль направления измеряемого перемещения. Характер изменения напряжение выходного напряжения, снимаемого с подвижного вывода, имеет, вид, представленный на фиг.2а, В моменты совпадающего движения, определяющего одну половину пути, нап ряжение увеличивается, а при несовпадающем движении (на другой половине пути) напряжение уменьшается. Устачовленный соосно с датчиком

1 другой ци лический датчик 34 запитан равными по величине и противофазными напряжениями, снимаемыми с шин А и В блока 5 питания. Б этой связи характер напряжения, снимаемого с подвижного выво-. да 35 датчика .34,- имеет вид, представленный на фиг.2 б; Как видно из фиг.2, при увеличении напряжения, снимаемого с вывода 2, напряжение, снимаемое с вывода 35, больше нуля, а при уменьшении напряжения, снимаемого с вывода 2, напряжение на выводе 35 имеет значение меньше нуля. Момент перехода нуля фиксируется дополнительным нуль-органом 38, который в моменты положительного напряжения на . выводе 35 выдает на своем выходе сигнал в виде логической "1". а в моменты отрицательного напряжения — в виде логического

"0". Указанные сигналы поступают на управляющие входы 39 и 40 двух коммутаторов, осуществляя коммутацию кода, зарегистрированного.счетчиками таким образом, что.в моменты положительных значений напряжения, снимаемого с подвижного вывода

35, коммутатор передает на свой выход пря20

- . такта интегрирования, Одновременно в ука35 занный период с выхода 22 на вход счетчика

50

10 мой код. зарегистрированный счетчиками

29 и 31, в моменты отрицательных значений напряжения, снимаемого с подвижного вы- . вода 35, коммутатор передает на свой выход инверсный код, зарегистрированный счетчиками 29 и 31. Регистрация кода счетчиками осуществляется следующим образом, При включении питания, на выходе интегратора 13 напряжение равно нулю. На выходе

19 устанавливается напряжение логической

"1", а на выходе 2 выдается кратковременный импульс, устанавливающий счетчики 29 и 31 в нулевое состояние. На выходах 20 и

21, 22-и 23 устанавливаются логические "0".

Напряжением логической "1" с выхода 19 при включении открывается ключ 7. Через аналоговый вход этого ключа напряжение с подвижного вывода поступает на вход усилителя 12 и далее на вход интегратора 13 (фиг.2в), Под воздействием этого напряжения интегратор заряжается до напряжения

0 вых (фиг.2г). Напряжение логической ""," на выходе 19 сохраняется в течение первого такта интегрирования, 8о втором такте интегрирования, который начинается с момента сдвига логической "1" с выхода 19 олока

16 на выход 20, ключ 7 закрывается, а ключ

9 открывается для прохождения сигналов, Через выход 8 ключа 9 и усилитель 12 на вход интегратора 13 подается напряжение с шины В (фиг.2в). Под воздействием этого напряжения интегратор начинает быстро разряжаться в течение длительного второго

29 поступает серия импульсов с частотой f.

На выходах 19, 21 и 24 в этом такте интегрирования присутствуют логические "0"..В момент достижения на выходе компаратора напряжения, снимаемого с шины С блока 5 питания, срабатывает компаратор 14, который выдает на вход 15 блока 16 соответствующий сигнал. После поступления этого сигнала с первым тактовым импульсом частоты f напряжение логической "1" сдвигается с выхода 20 блока 16 на выход 21. С указанного момента начинается третий такт интегрирования, состоящий в том, что напряжение шины С блока 5 питания через вход 10 ключа 11 и усилитель 12 подается на вход интегратора.13 и последний продолжает разряжаться, но со скоростью меньшей, чем во втором такте, до достижения нулевого напряжения. В третьем такте интегрирования импульсы с выхода 23 подаются на счетный вход 30 счетчика 31, а импульсы с выхода 22 на счетный вход 28 счетчика не подаются. В момент достижения нулевого напряжения срабатывает нуль-орган 17 и формирует при этом соответствующий сиг1820198

20

30

40

55 нал на вход 18,блока 16 управления. Под воздействием этого сигнала с выхода 21 логическая "1" сдвигается на выход 19 и, таким . образом, начинается повторное интегрирование входного сигнала и т.д., до конца работы.

Применение предложенных способа измерений линейных перемещений и устройства для его реализации обеспечивает повышение точности измерений за счет интегрирования выходных напряжений циклических резистивных датчиков, Ф о р мул а.и зоб ретения

1. Способ измерения линейных переме- . щений, заключающийся в том, что интегрируют выходное напряжение реэистивного датчика, включенного в цепь источника опорного напряжения, интегрирование проводят за три такта, в первом такте интегрируют выходное напряжение резистивного датчика, во втором интегрируют напряжение, противофазное опорному, и одновременно фиксируют . длительность второго такта интегрирования путем записи в.счетчик серии целых импульсов, следующих с частотой f, в третьем такте интегрируют напряжение, противофазное опорному, и фиксируют при этом разность значений сигнала в момент окончания второго такта и проинтегрированного значения сигнала в момент достижения нулевого значения напряжения и длительность третьего такта пу. тем записи серии импульсов в счетчик с такой же разрядностью, что и первый, и по значениям зарегистрированных счетчиками кодов определяют величину перемещения, отличающийся тем, что, с целью точности измерения, интегрируют выходное напряжение циклического резистивного датчика,. при этом формирует сигнал . направления движения подвижного вывода резистивного датчика относительно направления измеряемого перемещения и коммутируют сформированным сигналом зарегистрированный счетчиками код так, что в течение длительности совпадающего движения результат измерения определяют по значениям зарегистрированных счетчи ком прямых кодов, à s течение длительности несовпадающего движения результат измерения определяют по инверсным значениям, зарегистрированным счетчиком кодов.

2. Устройство для измерения линейных перемещений. содержащее резистивный датчик с подвижным выводом. двумя неподвижными соединенными с положительной и нулевой шиной блока питания выводами, блок питания, усилитель постоянного тока, интегратор,. компаратор, неподвижные выводы резистивного датчика соединены соответственно с положительной и нулевой шинами блока питания, первый, второй и третий электронные ключи, нуль-орган, первым входом соединенный с ним блок управления, два m-разрядных счетчика, выходы электронных ключей объединены и соединены с входом усилителей постоянного. тока, выход которого соединен с входом интегратора; выход последнего соединен с первыми входами нуль-органа и компаратора, выход.компаратора — с вторым входом блока управления, первый, второй и третий выходы. которого соединены соответственно с синхронизирующими входами первого, второго и третьего электронных ключей, четвертый и пятый выходы блока управления соединены соответственно с первыми входами mразрядных счетчиков, шестой выход блока управления — с вторыми входами m-разрядных счетчиков, выходы которых являются выходами устройства, подвижный вывод резистивного датчика и отрицательные шины блока питания соединены. соответственно с аналоговыми входами первого, второго и третьего электронных ключей, а нулевая и вторая отрицательная шины блока питания — соответственно с вторыми входами нульоргана и компаратора, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что. с целью повышения точности измерений, оно снабжено циклическим резистивным датчиком, формирователем сигнала направления движения подвижного вывода датчика относительно направления измеряемого перемещения и двумя m-разрядными коммутаторами кодов, выходы формирователя подключены к управляющим входам коммутаторов, m- сигнальные выходы первого m-разрядного счетчика подключены к соответствующим m-сигнальным входам первого коммутатора, а m-сигнальные выходы второго m-разрядного. счетчика подключены к соответствующим m-сигнальным входам второго коммутатора.

3. Устройство по п.2, о т л и ч.а ю щ е ес я тем, что формирователь сигналов направ45» ления движения. подвижного вывода относительно направления измеряемого перемещения выполнен в виде второго циклического резистивного датчика, подвижный вывод которого установлен соосно и с возможностью совместного вращения с подвижным выводом первого резистивного датчика и второго нуль-органа. соединенных друг с другой и блоком питания так, что подвижный вывод второго резистивного датчика подклю- . чен к первому входу второго нуль-органа, а неподвижные выводы — соответственно к двум .равным по величине противофазным шийам блока питания, при этом вход дополнительного второго нуль-органа подключен к нулевой шине блока питания.

1820198

Составител 6. Николаенко

Техред ММоргентал Корректор Е. Папп

Редактор

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

Заказ 2022 Тираж, . Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035. Москва, Ж-35, Раушскзя нэб., 4/5