Устройство для преобразования перемещений во временной интервал
Владельцы патента RU 2457431:
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Тольяттинский государственный университет" (RU)
Изобретение относится к устройствам для измерения перемещений и может быть использовано в цифровых системах размерного контроля изделий со сложной геометрией. Технический результат: уменьшение погрешности преобразования и получение нескольких шкал измерения перемещений. Сущность: устройство содержит дифференциальный индуктивный датчик перемещений, генератор импульсов тока, первый и второй формирователи импульсов перехода напряжения датчика через ноль, первый и второй блоки счетчиков импульсов переходов напряжения датчика через ноль, блок формирования временного интервала, блок формирования знака перемещения относительно среднего положения датчика, блок управления шкалами. Выходы генератора и входы формирователей импульсов подключены к выходам датчика. Выходы формирователей импульсов подключены к информативным входам счетчиков импульсов. К управляющим входам счетчиков подключен блок управления шкалами. Выходы счетчиков импульсов подключены к блоку формирования временных интервалов и блоку формирования знака перемещения. 3 ил.
Изобретение относится к устройствам для измерения перемещений и может быть использовано в цифровых системах размерного контроля изделий со сложной геометрией.
В качестве аналогов изобретения могут быть рассмотрены устройства для преобразования перемещений в частоту, которые содержат дифференциальный индуктивный датчик перемещений, являющийся элементом управления частотой генерируемых колебаний [1-4] (А.с. 478175, 783567, 916964, 974100). Известные устройства могут быть использованы как преобразователи перемещений во временной интервал, которым является период генерируемых колебаний.
Недостатками известных устройств являются наличие дополнительной погрешности преобразования из-за большого количества элементов автоколебательных систем, от которых зависит частота генерируемых колебаний, сложность автоколебательных систем и нелинейность характеристики преобразования при линейной характеристике датчика.
Известно устройство [5] (А.с. 656206, прототип) - аналого-цифровой преобразователь, которое предназначено для преобразования изменения параметров плеч индуктивного дифференциального датчика в изменение длительности временного интервала. Известное устройство содержит тактовый генератор, блок выбора плеч дифференциального индуктивного датчика, измерительные цепи, блок стабилизации параметров измерительных цепей, счетчик числа опросов датчика, формирователь временного интервала, блок сравнения напряжений, реверсивный счетчик, селектор, генератор, линию задержки, блок управления, причем выход блока сравнения напряжений соединен с первым входом линии задержки, второй вход которой соединен с выходом генератора, а выход соединен с ее установочным входом и входом блока выбора плеч датчика, выход счетчика числа опросов соединен с входом блока управления, выходы которого соединены со счетчиком числа опросов, с реверсивным счетчиком, с блоком выбора плеч датчика и с формирователем временного интервала, а оба плеча датчика объединены на одном образцовом резисторе.
Недостатками известного устройства являются наличие дополнительной погрешности преобразования из-за использования пороговых уровней напряжения на датчике в алгоритме формирования временного интервала, сложность устройства и нелинейность его характеристики преобразования при линейной характеристике датчике.
Задачей изобретения является уменьшение погрешности преобразования и получение нескольких шкал измерения перемещений.
С этой целью в устройство для преобразования перемещений во временной интервал, содержащее дифференциальный индуктивный датчик перемещений, введены: генератор импульсов тока, первый и второй выходы которого подключены к первому и второму выходам дифференциального индуктивного датчика, первый и второй формирователи импульсов перехода напряжения датчика через ноль, входы которых подключены соответственно к первому и второму выходам дифференциального индуктивного датчика перемещений, а выходы подключены соответственно к информативным входам первого и второго блоков счетчиков импульсов переходов напряжения датчика через ноль, блок управления шкалами, выход которого подключен к управляющим входам блоков счетчиков импульсов переходов напряжения датчика через ноль, блок формирования временного интервала, первый и второй входы которого подключены к выходам первого и второго блоков счетчиков импульсов переходов напряжения датчика через ноль, а выход является первым выходом устройства, блок формирования знака перемещения относительно среднего положения датчика, первый и второй входы которого подключены к выходам первого и второго блоков счетчиков импульсов переходов напряжения датчика через ноль, а выход является вторым выходом устройства.
Техническими результатами, которые будут получены при использовании изобретения, являются простые устройства сбора информации с датчиков перемещений без использования аналого-цифровых преобразователей в цифровых системах размерного контроля сложных изделий, увеличение точности контроля за счет уменьшения дополнительной погрешности, что позволит использовать данные системы в цеховых условиях.
На фиг.1 изображена структурная схема устройства.
На фиг.2 изображены эпюры напряжений после возбуждения датчика коротким импульсом тока.
Эпюра 1 - напряжение на первом выходе датчика, эпюра 2 - напряжение на втором выходе датчика. Шток датчика смещен относительно среднего положения. Эпюра 3 - временной интервал, сформированный по десятым переходам напряжений датчика через ноль.
На фиг.3 изображена зависимость погрешности от нелинейности характеристики преобразователя при линейной характеристике датчика.
Устройство содержит дифференциальный индуктивный датчик перемещений 1 (фиг.1), к выходам которого подключены выходы генератора импульсов тока 2, формирователи 3 и 4 импульсов перехода напряжения датчика через ноль, входы которых подключены к выходам дифференциального индуктивного датчика перемещений 1, а выходы подключены к информативным входам блоков 5 и 6 счетчиков импульсов переходов напряжения датчика 1 через ноль, блок 7 управления шкалами, выход которого подключен к управляющим входам блоков 5 и 6 счетчиков импульсов переходов напряжения датчика 1 через ноль, блок 8 формирования временного интервала, первый и второй входы которого подключены к выходам блоков 5 и 6 счетчиков импульсов переходов напряжения датчика 1 через ноль, а выход является выходом устройства (7), блок 9 формирования знака перемещения относительно среднего положения датчика 1, входы которого подключены к выходам блоков 5 и 6 счетчиков импульсов переходов напряжения датчика 1 через ноль, а выход является выходом устройства (±).
Устройство работает следующим образом.
Дифференциальный индуктивный датчик перемещений 1 возбуждается короткими импульсами тока, которые подаются с выходов генератора 2. Генератор 2 является источником тока и имеет высокое внутреннее сопротивление. Входное сопротивление блоков 3 и 4 также является высоким. Индуктивности плеч датчика 1, емкости кабелей подключения датчика и подстроечные емкости в блоках 3 и 4 образуют резонансные контуры, обладающие достаточной добротностью, чтобы в них возбуждались свободные колебания. В блоках 3 и 4, в моменты перехода напряжений датчика 1 через ноль, формируются короткие импульсы, которые затем поступают в блоки 5 и 6. Блок управления 7 задает количество импульсов, которое надо отсчитать, чтобы подать сигналы на формирование временного интервала с выходов блоков 5 и 6. Среднее положение датчика 1 определяется равенством периодов свободных колебаний напряжения на входах блоков 3 и 4. В этом случае импульсы, сформированные в блоках 5 и 6, будут совпадать во времени, и временной интервал, формируемый в блоке 8, будет равен нулю. При изменении контролируемого перемещения х относительно среднего значения индуктивности плеч датчика 1 будут изменяться в противоположные стороны. Соответственно будут меняться и периоды свободных колебаний напряжения на входах блоков 3 и 4. Импульсы, сформированные в блоках 5 и 6, будут поступать в блок 8 с задержкой относительно друг друга. Первый приходящий импульс формирует начало временного интервала Т, а второй его окончание. Очередность прихода этих импульсов на входы блока 9 определяет знак изменения контролируемого перемещения относительно среднего значения.
На фиг.2 показано, как формируется временной интервал 3 по десятым переходам напряжений через ноль при изменении контролируемого перемещения. Видно, что чем больше отсчитывается количество переходов напряжений через ноль, тем больше длительность формируемого временного интервала, и тем больше чувствительность преобразователя. Это позволяет получить грубые и точные шкалы измерения перемещений.
В устройстве исключено влияние амплитудного фактора на точность преобразования перемещений во временной интервал. В системах сбора информации с большого количества датчиков перемещений упрощается ввод информации в системный процессор, так как не требуются аналого-цифровые преобразователи. Временной интервал и его знак определяются логическими уровнями.
Период свободных колебаний является нелинейной функцией индуктивности резонансного контура. При использовании дифференциальных индуктивных датчиков перемещений погрешность от нелинейности характеристики преобразования в основном компенсируется. На фиг.3 приведена остаточная погрешность от нелинейности характеристики данного устройства.
Таким образом, предлагаемое устройство позволяет уменьшить погрешность преобразования, получить несколько шкал измерения перемещений и упростить ввод информации в числовой процессор.
Литература
1. А.С. 478176, G01B 7/00. Устройство для измерения перемещений. Авторы Гарибов М.А., Алескеров Ф.Г., Алескеров А.К. Опубл. 25.07.1975. Бюл. №27.
2. А.С. 783567, G01B 7/00. Устройство для измерения перемещений с частотным выходом. Авторы Шакурский В.К., Моргунов Ю.И. Опубл. 30.11.1980. Бюл. №44.
3. А.С. 916964, G01B 7/00. Устройство для измерения перемещений с частотным выходом. Автор Шакурский В.К. Опубл. 30.03.1982. Бюл. №12.
4. А.С. 974100, G01B 7/00. Устройство для измерения перемещений с частотным выходом. Авторы Конюхов Н.Е., Шакурский В.К., Опубл. 15.11.1982. Бюл. №42.
5. А.С. 656206, Н03К 13/20. Аналого-цифровой преобразователь. Авторы Глухов В.П., Любимкин В.Г., Скобелев О.П. Опубл. 05.04.1979. Бюл. №13.
Устройство для преобразования перемещений во временной интервал, содержащее дифференциальный индуктивный датчик перемещений, отличающееся тем, что в него введены генератор импульсов тока, первый и второй выходы которого подключены к первому и второму выходам дифференциального индуктивного датчика, первый и второй формирователи импульсов перехода напряжения датчика через ноль, входы которых подключены соответственно к первому и второму выходам дифференциального индуктивного датчика перемещений, а выходы подключены соответственно к информативным входам первого и второго блоков счетчиков импульсов переходов напряжения датчика через ноль, блок управления шкалами, выход которого подключен к управляющим входам блоков счетчиков импульсов переходов напряжения датчика через ноль, блок формирования временного интервала, первый и второй входы которого подключены к выходам первого и второго блоков счетчиков импульсов переходов напряжения датчика через ноль, а выход является первым выходом устройства, блок формирования знака перемещения относительно среднего положения датчика, первый и второй входы которого подключены к выходам первого и второго блоков счетчиков импульсов переходов напряжения датчика через ноль, а выход является вторым выходом устройства.
