Устройство для бесконтактного измерения перемещений

 

Использование: для измерения перемещений . Цель - повышение точности преобразования . Сущность изобретения: устройство для бесконтактного измерения перемещений содержит подвижную обмотку возбуждения, неподвижную обмотку, источник переменного напряжения, первый усилитель-ограничитель, избирательный фильтр низкой частоты, фазосдвигающий блок, делитель напряжения, первый сумматор , второй усилитель-ограничитель, элемент И, блок удвоения чувствительности преобразования, выполненный в виде последовательно соединенных фазовращателя , делителя напряжения, сумматора, усилителя-ограничителя, последовательно соединенные фильтр низкой частоты, усилитель напряжения, блок регистрации и шину нулевого потенциала. 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (5!)5 G 01 В 7/00

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ,> в

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4921253/28 (22) 21,03.91 (46) 15.07.93. Бюл, М 26 (71) Научно-исследовательский институт физических измерений (72) Н,Д.Конаков, Н.Н.Трофимов, О.Д.Глухов и Г.С.Лыгина (S6) Авторское свидетельство СССР

М 694766, кл. G 01 В 7/00, 1975.

Авторское свидетельство СССР

N 1388700, кл. G 01 В 7/00, 1986, (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ БЕСКОНТАКТНОГО

ИЗМЕРЕНИЯ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ (57) Использование: для измерения перемещений, Цель — повышение точности преобразования. Сущность изобретения:

Изобретение относится к контрольноизмерительной технике и может быть использована для измерения перемещений.

Цель изобретения — повышение точности измерений, На фиг. 1 изображена блок-схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 — векторные диаграммы работы устройства.

Устройство содержит подвижную обмотку 1 возбуждения, неподвижную обмотку 2, источник 3 переменного напряжения, первый усилитель- ограничитель 4, избирательный фильтр 5 низкой частоты, фазосдвигающий блок 6, делитель 7 напряжения, первый сумматор 8, второй 9 усилитель-ограничитель, выход которого подключен к второму входу элемента И 10, блок 11 удвоения чувствительности преобразования, выполненный а виде последовательно

„„. ЖÄÄ 1827526 А1 устройство для бесконтактного измерения перемещений содержит подвижную обмотку возбуждения, неподвижную обмотку, источник переменного напряжения, первый усилитель-ограничитель, избирательный фильтр низкой частоты, фазосдвигающий блок, делитель напряжения, первый сумма- " тор, второй усилитель-ограничитель, элемент И, блок удвоения чувствительности преобразования, выполненный в виде последовательно соединенных фазовращателя, делителя напряжения, сумматора, усилителя-ограничителя, последовательно соединенные фильтр низкой частоты, усилитель напряжения, блок регистрации и шину нулевого потенциала. 2 ил. соединенных фаэовращателя 12, делителя

13 напряжения. сумматора 14, усилителя-ограничителя 15, выход которого подключен к первому входу элемента И 10, подключен.ные к выходу элемента И последовательно . соединенные фильтр 16 низкой частоты, усилитель 17 постоянного напряжения, блок

18 регистрации, шину 19 нулевого потенциала.

Устройство работает следующим образом, По подвижной обмотке 1, подключенной к источнику 3 переменного синусоидального напряжения, проходит переменный ток, создающий переменный магнитный поток, который проходит зазор X между подвижной 1 и неподвижной 2 обмотками, пересекает витки последней и на об1827526 мотке 2 появляется синусоидальное напряжение (си гнал)

При перемещении подвижной 1 обмотки, установленной на подвижной части изделия. изменяется величина переменного воздушного зазора Х (фиг. 1), вследствие чего изменяется коэффициент вэаимоиндуктивной связи между обмотками 1 и 2, а следовательно, и синусоидальный сигнал

Ор(х) на входе усилителя-ограничителя 4 и на вторых входах сумматоров 8 и 14.

Синусоидальное напряжение Ор(х) связано с изменением зазора (перемещением)

Х зависимостью, близкой к экспоненциальной

0,(õ) = U» (1) где Ор — синусоидальное напряжение с второго (сигнального) вывода обмотки 2 при Х

=Омм; х — текущее значение измеряемого перемещения; а- показатель степени экспоненциальной функции.

С помощью усилителя-ограничителя 4 из синусоидального сигнала Ор(х) формируется .периодическая последовательность стабилизированных по амплитуде двухполярных прямоугольных импульсов U> с частотой следования„равной частоте сигнала

Ор(х), которая поступает на вход избирательного фильтра 5 низкой частоты. На выходе фильтра 5, из последовательности прямоугольных импульсов, формируется инверсный относительно сигнала Up(x) опорный синусоидальный сигнал U< такой же частоты, что и сигнал Up(x).

С помощью фазосдвигающего блока 6 и фазовращателя 12 блока удвоения 11 чувствительности на их выходах формируются сигналы Uoi и Оо2,сдвинутые по фазе относительно сигнала Оо в сторону опережения (сигнал Uo>} и в сторону отставания (сигнал (Uoz) соответственно на углы ф1 и ф меньше 45 (фиг. 2).

Синусоидальные сигналы Uo> и Uoz c выхода фазосдвигающего блока 6 и фаэовращателя 12 поступают соответственно через делители напряжения 7 и 13 на первые входы сумматоров 8 и 14, а на вторые входы сумматоров 8 и 14 поступает сигнал Ор(х) с точки соединения сигнального вывода обмотки 2 и входа усилителя-ограничителя 4.

На сумматоре 8 происходит геометрическое сложение сигналов Uo1 и Ор(х) и на выходе сумматора 8 формируется первый суммарный (результирующий) сигнал U 1, вектор которого вращается (на фиг, 2 показано стрелкой м ) вследствие изменения по амплитуде сигнала Up(x) в функции перемещения.

Фаза суммарного синусоидального сигнала 0- { определяется выражением

5 sin йз1

pt = arctg - — — — —, (2)

cos g> +

Uoi

Ор х где 01 — фаза суммарного сигнала 0< с выхода первого сумматора; фц — сдвиг фаз между синусоидальными сигналами Ор(х) и Оо1

Ор(х) — синусоидальный сигнал с точки соединения сигнального вывода обмотки 2 и входа усилителя-ограничителя 4, промоду15 лированный в функции перемещения Х;

Uo> — синусоидальный опорный сигнал с выхода избирательного фильтра 5, сдвинутый по фазе фазосдвигающим блоком 6 и подвергнутый масштабированию делите20 лем 7 напряжения, Одновременно на сумматоре 14 происходит геометрическое сложение гармонических сигналов 092 и Up(x) и на выходе сумматора 14 формируется второй суммарный сигнал Оур,вектор которого вращается в противоположном направлении (на фиг. 2 показано стрелкой cd } относительно сигнала Ugg, Вращение вектора сигнала 0 происходит вследствие изменения по амп30 литуде сигнала Up(x) в функции перемещения.

Фаза суммарного синусоидального сигнала 0 р определяется выражением

35 уд-= scag 0 . (3)

ccs ®z + -„—Оp х где у2 — фаза суммарного сигнала Ugg c выхода сумматора 14; фи — сдвиг фаз между синусоидальными сигналами Up(x) и Uozi

Uoz — синусоидальный опорный сигнал с выхода избирательного фильтра 5, сдвинутый по фазе фазовращателем 12 и подверг45 нутый масштабированию делителем 13, напряжения.

Суммарные синусоидальные сигналы

О,и U zc выходов сумматоров 8 и 14 поступают соответственно через усилители-ограничители 9 и 15 на второй и первый входы схемы И, выполняющей функцию фазового детектора, В результате одновременного вращения двух суммарных векторов Оп и Upz в

Разных направлениЯх Разность фаэ ДЪых = (х) - p> + p2 между суммарными сигналами на входах фазового детектора 10 изменяется с удвоенной скоростью и определяется выражением (4), которое является функцией преобразования перемещений

1827526 Ъь х = $1 + Р2 з1п 01

= arctg

U0

cos 951 + О-. р х (4) + arctg

Оо2

cos фд + U — „-

На выходе элемента И (фазового детектора) 10 формируется последовательность импульсов, площадь которых пропорциональна изменению разности фаз +» = @1+

+ щ = f(x) между двумя суммарными сигналами 0 1 и Ugz íà его входах, а следовательно,и измеряемому перемещению Х.

С помощью фильтра 16 низкой частоты и усилителя 17 площадь последовательности импульсов преобразуется в уровень аналогового сигнала, регистрируемого блоком 1 8.

К усилителям-ограничителям 9 и 15 предъявляются требования по стабильности уровней ограничения. Особенно жестко это требование для усилителя-ограничителя

4, так как изменение уровня на его выходе ведет к изменению амплитудного значения опорного напряжения Uo, а следовательно, и напряжений Upl и Uo2, т.е, к уменьшению точности измерения перемещений.

Из векторной диаграммы (фиг. 2) и из выражения (4) видно, что у предлагаемого устройства для бесконтактного измерения перемещений диапазон изменения разности фаэ на входах фазового детектора 10, между суммарными сигналами Ug u Qz в 2 раза больше, т.е, устройство обладает повышенной в 2 раза чувствительностью преобразования по сравнению с известным устройством, а следовательно и повышенной точностью измерения перемещений.

Формула изобретения

Устройство для бесконтактного измерения перемещений, содержащее подвижную обмотку возбуждения, подключенную к ис5 точнику переменного напряжения, неподвижную обмотку, первый вывод которой подключен к шине нулевого потенциала, последовательно соединенные первый усилитель-ограничитель, избирательный фильтр

10 низкой частоты, фазосдвигающий блок, делитель напряжения. выход делителя напряжения подключен к первому входу сумматора, второй вход которого объединен с входом первого усилителя-ограничителя и

15 подключен к второму выводу неподвижной обмотки. вход сумматора через второй усилитель-ограничитель подключен к второму входу элемента И, выход элемента И через последовательно соединенные фильтр низ20 кой частоты, усилитель напряжения постоянного тока подключен к входу блока регистрации, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерения, оно снабжено блоком удвоения чувстви25 тельности преобразования, выполненным в аиде последовательно соединенных фаэовращателя и делителя напряжения, сумматора и усилителя-ограничителя, вход фазовращателя блока удвоения чувстви30 тельности преобразования подключен к выходу избирательного фильтра низкой частоты, выход делителя напряжения подключен к первому входу сумматора, второй вход которого подключен к точке соедине35 ния второго вывода неподвижной обмотки с входами первого усилителя-ограничителя и второго входа сумматора, выход сумматора блока удвоения чувствительности преобразования- через усилитель-ограничитель под40 ключен к первому входу элемента И.

1827526

1827526

Фиг.2

Составитель Н.Конаков

Техред М.Моргентал. Корректор М.Петрова

Редактор С.Кулакова

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

Заказ 2352 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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