Электронно-механический измеритель линейных размеров

 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения линейный размеров объектов. Предлагаемым изобретением решается задача, которая заключается в повышении помехозащищенности за счет перевода аналогового сигнала в цифровой благодаря амплитудной модуляции несущей частоты на более ранней стадии чем прототип. Сущность изобретения: электронно-механический измеритель линейных размеров содержит подвижный элемент 14, преобразователь 1 линейного перемещения элемента в электрический сигнал в виде индуктивно-дифференциального датчика, генератор 3, усилители 5, 6, компараторы 7, 8, блок 9 распознавания направления движения подвижного элемента, ключи 10, 16, 23, реверсивный счетчик 11 с блоком 12 индикации, дополнительный индуктивно-дифференциальный датчик 4. Преобразователь 1 содержит элемент преобразования линейного перемещения во вращение, выполненный в виде зубчатого диска 13. 4 ил.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения линейных размеров объектов.

Известны емкостные электронно-механические измерители линейных размеров, например емкостной датчик для измерения линейных размеров, который содержит шкалу с измерительной поверхностью, ползушку с измерительной поверхностью и устройство для относительного перемещения в интервале измерения, во время которого измерительные поверхности разделены заданным промежутком. На измерительной поверхности шкалы закреплен первый набор проводимых элементов, выступающих над интервалом измерения. Набор проводимых элементов, закрепленных на измерительной поверхности ползушки, содержит два соединительных электрода, разделенных зазором, и два комплекта передаточных электродов, расположенных параллельно соединительным электродам [1] Устройство, обеспечивающее электрические соединения для электродов ползушки, имеет приспособление для электрического присоединения двух соединительных двух соединительных электродов к внешней цепи. Однако данное устройство, относясь к классу емкостных, обладает присущими данному типу приборов недостатками: имеет низкую помехоустойчивость и требует высокой точности обработки поверхностей деталей устройства.

Известны индуктивные измерители линейных размеров, например устройство с магнит ной шкалой, на которой образована магнитная структура с определенной длиной волны [2] Оно содержит магнитную головку, расположенную против магнитной шкалы и образованную путем намотки обмотки возбуждения и сигнальной обмотки вокруг магнитного сердечника. Через обмотку возбуждения пропускается ток возбуждения определенной частоты, а с сигнальной обмотки снимается выходной сигнал, который определяется моделированием тока возбуждения за счет магнитной структуры шкалы. Параллельно сигнальной обмотке включен конденсатор таким образом, что образующийся при этом колебательный контур имеет резонансную частоту, соответствующую частной составляющей выходного сигнала обмотки, необходимой для получения измеренного сигнала.

Недостатком этого устройства является то, что его разрешающая способность ограничена размерами магнитных меток носителя, которые зависят от длины волны сигнала возбуждения магнитной головки (индуктивного датчика).

Наиболее близким по технической сущности к данному изобретению является электронно-механический измеритель линейных перемещений, содержащий индуктивный датчик с двумя обмотками, конденсатор, резистор, трансформатор с двумя обмотками, генератор переменного напряжения, два усилителя, фазочувствительный детектор [3] Фазочувствительный детектор служит для определения направления движения подвижного элемента в виде сердечника индуктивного датчика.

Для повышения помехозащищенности в данном устройстве аналоговый сигнал преобразуется в дискретный, однако конструкция достаточно сложна. Кроме того, у устройства низкая точность за счет наличия дрейфа нуля.

Предлагаемым изобретением решается задача, которая заключается в повышении помехозащищенности за счет перевода аналогового сигнала в цифровой благодаря амплитудной модуляции несущей частоты на более ранней стадии, чем в прототипе. Кроме того, решается одновременно задача повышения разрешающей способности при снижении требований к точности изготовления механической части устройства.

Для решения поставленной задачи в электронно-механический измеритель линейных размеров, содержащий элемент, преобразователь линейного перемещения элемента в электрический сигнал в виде индуктивно-дифференциального датчика, первичная обработка которого подключена к генератору, а вторичная через усилитель к компаратору, выход которого через блок распознавания направления движения подвижного элемента и ключ подключен к реверсивному счетчику с блоком индикации, введен дополнительный индуктивно-дифференциальный датчик, блок распознавания подключен вторым входом к компаратору дополнительного датчика, при этом первичная обмотка дополнительного датчика подключена к генератору, а вторичная через усилитель дополнительного датчика к компаратору дополнительного датчика, преобразователь содержит элемент преобразования линейного перемещения во вращение, выполненный в виде зубчатого диска.

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлена блок-схема предложенного устройства, на фиг. 2 вариант выполнения преобразователя, на фиг. 3 вариант выполнения блока распознавания, а на фиг. 4 временные диаграммы работы устройства.

Преобразователь (фиг. 1-3) содержит преобразователь I линейного перемещения во вращение, индуктивно-дифференциальный датчик 2, генератор 3, дополнительный датчик 4, усилители 5, 6, компараторы 7, 8 блок 9 распознавания направления движения подвижного элемента, ключ 10, реверсивный счетчик 11, индикатор 12 счета, диск 13, подвижный элемент 14, плиту 15, ключ 16, схемы 17,18 формирования импульсов, D-триггер 19, логический элемент И 20, логические элементы ИЛИ-НЕ 21,22, ключ 23.

Диск 13 соединен с подвижным элементом 14, связанным с измерительной частью через передаточный механизм. На плате 15 расположены индуктивно-дифференциальные датчики 2,4, входы которых соединены с выходом генератора 3. Выходы датчиков 2,4 соединены со входами усилителей 5,6, выходы которых соединены со входами компараторов 7,8. Выход компаратора 7 соединен со входом блока 9 распознавания направления движения подвижного элемента, выход которого через ключ 10 соединен с прямым и инверсным входами реверсивного счетчика 11, выход которого соединен со входом индикатора 12 счета. Управляющий вход ключа 10 соединен с выходом компаратора 7. Блок 9 распознавания вторым входом подключен к выходу компаратора 8 и состоит из ключа 16, вход которого подключен к выходу компаратора 7, а управляющий вход подключен к выходу схемы 17 формирования импульсов, вход которого соединен со входом схемы 18 формирования импульсов и выходом компаратора 8. Выход схемы 18 соединен с управляющим входом триггера 19, вход которого соединен с выходом компаратора 7; выход соединен со входами логических элементов 20,21, вторые входы которых соединены с выходом ключа 16, выходы соединены со входами логического элемента 22, выход которого соединен с управляющим входом ключа 23, вход которого соединен с выходом схемы 17, а выход соединен со входом ключа 10.

Работа измерителя происходит следующим образом. При линейном перемещении подвижного элемента 14 начинает вращаться диск 13, имеющий по внешней окружности специальный профиль в виде зубчатых выступов. В примере конкретного выполнения количество зубцов выбрано равным 100. Один оборот диска 13 соответствовал при этом 1 мм линейного перемещения элемента 14. При вращении диска 13 вблизи индуктивно-дифференциальных датчиков 2, 4, имеющих возбуждающие первичные и дифференциальные вторичные обмотки, во вторичных обмотках датчиков 2, 4 возникает амплитудная модуляция сигнала генератора 3, импульсы которого поступают на возбуждающие обмотки датчиков 2, 4. Со вторичных дифференциальных обмоток датчиков 2, 4 сигналы поступают на входы усилителей 5, 6, которые усиливают эти сигналы и подают их на входы компараторов 7, 8, преобразующих полученные сигналы в серию импульсов UD1, UD2.

Датчики 2, 4 установлены на плате 15 таким образом, что фронтоны импульсов на выходе компаратора 7 будут на 90^o сдвинуты относительно соответствующих фронтов импульсов на выходе компаратора 8. Это необходимо для определения направления движения подвижного элемента 14 блоком 9, входы которого подключены к выходам компараторов 7, 8. Блок 9 вырабатывает сигнал счета и анализирует очередность состояний импульсов: поступающих через компараторы 7, 8 и усилители 5, 6 с датчиков 2, 4 следующим образом. После окончания импульса UD1, идущего с компаратора 8, во время τ = τ_ис1/2 с компаратора 7 в зависимости от направления перемещения будет поступать либо логический ноль, либо логическая единица импульса UD2 (фиг.4, где UD1 импульс на выходе компаратора 7; UD2 импульс на выходе компаратора 8; UC1- импульс на выходе схемы формирования импульсов 17; UC2- импульс на выходе схемы формирования импульсов 18).

Для определения этого схема 17 вырабатывает по заднему фронту импульса UD1с импульс UC1 τ_ис1<τ. Импульс UC1 через ключи 23 и 10 поступает для счета на прямой или инверсный вход реверсивного счетчика 11 в зависимости от состояния импульса UD2, управляющего ключом 10.

Для устранения ошибки счета при смене направления перемещения либо при колебаниях диска импульс UC1 подается на ключ 10 через ключ 23, управление которым осуществляется элементами 18^oC22. Схема 18 формирует по переднему фронту импульса UD1 импульс UC2, который подается на управляющий вход D-триггера 19 и разрешает изменение состояния на его выходе по состоянию на входе, определяемом состоянием импульса При поступлении на управляющий вход ключа 16 сигнала UC1 со схемы 17 через ключ 16 на входы логических элементов 20, 21 поступает импульс UC2. Логические элементы 20, 21, 22 сравнивают состояние импульса UD2 с состоянием сигнала, поступающего с выхода компаратора на вторые входы логических элементов 20, 21. Если они равны (произошла смена направления), то сигнал, поступающий с выхода логического элемента 22 на управляющий вход ключа 23, закрывает его и на ключ 10 сигнал не поступает. В противном случае ключ 23 открывается и импульс UC1 через ключ 10 поступает в зависимости от состояния импульса UD2 на прямой или инверсный вход реверсивного счетчика 11, т.е. происходит счет, результат которого отображается индикатором счета 12.

В предлагаемом решении в отличие от прототипа благодаря переводу аналогового сигнала в цифровой на самой ранней стадии повышается помехозащищенность устройства, увеличивается его точность за счет снижения дрейфа нуля, упрощается электронная часть схемы вследствие исключения элементов, необходимых для обработки аналоговых сигналов, при этом оказывается возможным подключение вторичных обмоток дифференциальных датчиков через усилитель непосредственно без дополнительных схемных элементов к компаратору, повышается разрешающая способность при снижении требований к точности изготовления механической части устройства.

Формула изобретения

Электронно-механический измеритель линейных размеров, содержащий преобразователь линейного перемещения подвижного элемента в электрический сигнал в виде индуктивно-дифференциального датчика, первичная обмотка которого подключена к генератору, а вторичная обмотка через первый усилитель к входу компаратора, выход которого через блок определения направления движения подвижного элемента и ключ соединен с входом реверсивного счетчика, выход которого подключен к входу блока индикации, второй усилитель, второй компаратор, отличающийся тем, что в него введен дополнительный индуктивно-дифференциальный датчик, а преобразователь линейного перемещения подвижного элемента в электрический сигнал выполнен с возможностью преобразования линейного перемещения во вращательное и содержит зубчатый диск, установленный с возможностью взаимодействия с индуктивно-дифференциальными датчиками, при этом первичная обмотка дополнительного индуктивно-дифференциального датчика подключена к генератору, а вторичная обмотка к входу второго компаратора, выход которого соединен с вторым входом блока определения направления движения подвижного элемента, выполненного в виде блока определения направления вращательного движения.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4