Дифференциальный индуктивный измеритель перемещения



Дифференциальный индуктивный измеритель перемещения
Дифференциальный индуктивный измеритель перемещения
Дифференциальный индуктивный измеритель перемещения

 


Владельцы патента RU 2502949:

Куролес Владимир Кириллович (RU)

Изобретение относится к измерительной технике и может применяться в датчиках различных физических величин: давления, ускорения, силы, угла, момента, перемещения. Индуктивный дифференциальный измеритель перемещения содержит две индуктивные катушки с размещенным между ними ярмом на упругом подвесе, в котором каждая из катушек соединены через диод с конденсатором так, что они образуют индуктивно-диодно-емкостной мост (LDC) с выходной диагональю между точками подключения конденсаторов с соответствующим диодом и входной диагональю между общей точкой обоих индуктивных обмоток и общей точкой конденсаторов, источник постоянного напряжения и два ключа. Для управления ключами введен широтно-импульсный модулятор (ШИМ). Ключи соединены с общими точками соответствующих катушек и диодов и подключены к общей точке источника питания. Второй выход источника подключен к общей точке индуктивных катушек. Дифференциальный вход ШИМ соединен с выходной диагональю LDC-моста ШИМ имеет прямой и инверсный выход, которые подключены к базам ключей таким образом, что реализуется отрицательная обратная связь, стабилизирующая напряжение в выходной диагонали LDC-моста, а каждый из ключей с соответствующей LDC-ветвью моста образует повышающий преобразователь ДС-ДС. Технический результат заключается в повышении разрешающей способности измерителя. 2 ил.

 

Предлагаемое устройство относится к измерительной технике и может применяться в датчиках различных физических величин: давления, ускорения, силы, угла, момента, перемещения.

Наиболее широко известна схема индуктивного дифференциального измерителя перемещений, которая содержит: две обмотки индуктивности с ярмом на упругом подвесе, расположенным в зазоре между обмотками, индуктивные обмотки соединены с резисторами так, что образуют LR-мост, выходная диагональ моста подключена к фазочувствительному выпрямителю, выход которого связан с входом инструментального усилителя. LR-мост запитан от генератора гармонического сигнала. С незначительными изменениями по этой схеме реализован измеритель по патенту №2194242.

Основным недостатком таких преобразователей является значительные температурные погрешности коэффициента передачи (ТКЧ), вызванные изменением амплитуды генератора синусоидального напряжения, изменения частоты генератора и изменения сопротивления резисторов моста. При этом также такой преобразователь имеет значительное потребление тока источника питания.

Последний недостаток устранен в схеме измерителя на основе автогенератора с трансформаторной положительной обратной связью. В ней индуктивные обмотки дифференциального преобразователя образуют мостовую схему совместно с диодами кольцевого детектора и с конденсаторами (мост LDC), входная диагональ моста при этом подключена первой точкой к прямому входу ключей автогенератора, а второй точкой через обмотку обратной связи к инверсному входу ключей автогенератора. Такой измеритель реализован в микробарометре завода «Гидрометприбор» г. Рига (см. электронный портал kazus.ru). Достоинством этого измерителя является исключение зависимости частоты от напряжения питания и от изменения элементов моста - конденсаторов. Однако его работа на резонансной частоте приводит к большой температурной погрешности коэффициента передачи, до 0,5% / градус при малом температурном уходе «начального тока». Как измерители с питанием первичного индуктивного элемента от генератора гармонического сигнала, так и измерители с питанием от автогенератора, обладают недостаточной термостабильностью ТКЧ. Это вызвано применением трансформатора в цепях генераторов.

В схеме автогенератора информационным сигналом является ток в выходной диагонали LDC-моста, нагруженной на измеритель тока, определяемый по формуле:

I в ы х . = 0.9 U п и т . X L + R H Δ x / x 0 ω L 0 ( Δ x x 0 ω L 0 ) 2 + R H 2 ,

где Δ x x 0 - относительное изменение перемещения ярма,

RH - сопротивление нагрузки - измерителя тока,

XL - индуктивное сопротивление одной из обмоток при изменении Δx.

Линейный диапазон такого датчика ограничен существенно. Расширить его можно только повышением разрешающей способности вторичного преобразователя - измерителя тока, которое также имеет ограничение.

Описанный индуктивный преобразователь с LDC-мостом и принят за прототип.

Предлагаемое решение направлено на повышение разрешающей способности дифференциальных индуктивных измерителей перемещений.

Указанная цель в измерителе, содержащем две индуктивные обмотки, которые соединены с конденсаторами через диоды так, что образуется LDC-мост с выходной диагональю между точками соединения диода с конденсатором, источник постоянного напряжения, достигается подключением моста входной диагональю непосредственно к источнику питания и подключением индуктивных катушек первичного преобразователя к этому источнику через, транзисторные ключи так, что каждая из стоек LDC-моста образует повышающий ДС-ДС преобразователь, в котором входы ключей соединены с выходами широтно-импульсного модулятора дифференциальными" входами, подключенным к выходной диагонали LDC-моста. Информационным выходом в такой схеме являются импульсы модулятора. Причем, первый ключ управляется этими импульсами, а второй ключ - инверсными им.

В такой схеме реализуется отрицательная обратная связь, которая стремит к 0 разность между энергиями накопления каждой из индуктивных обмоток:

ΔЭ=Э12→0 Э 1 = U п и т . 2 ( T 0 / 2 Δ t ) ω 0 ( L 0 Δ L ) Э 2 = U п и т . 2 ( T 0 / 2 + Δ t ) ω 0 ( L 0 + Δ L ) ,

где

Uпит. - напряжение питания,

T0/2 - половина периода модулятора,

ω 0 = 2 π T 0 - круговая частота модулятора,

Э1, Э2 - соответственно, энергия накопления первой и второй обмоток за период модулятора,

Δt - изменение скважности импульсного меандра широтно-импульсного модулятора,

ΔL - изменение индуктивностей обмоток.

При достаточной добротности замкнутого контура регулирования получим:

T 0 / 2 Δ t L 0 Δ L = T 0 / 2 + Δ t L 0 + Δ L ,

откуда следует

Δ L L 0 = Δ t T 0

Таким образом, в данной схеме происходит преобразование изменения индуктивностей первичного преобразователя перемещений в изменение скважности импульсов ШИМ-модулятора. Как известно, измерение отрезков времени и их сравнение обладают наибольшей разрешающей способностью из всех физических величин (тока, напряжения, мощности, сопротивления и т.д.).

Таким образом, за счет такого преобразования при проектировании датчиков можно допустить большую жесткость подвеса ярма, меньший его ход, а разрешающую способность датчика повысить за счет применения измерителей скважности импульсов.

При этом повышается линейность зависимости Δ L L 0 = Δ x x 0 k , повышается линейность упругого подвеса, снижается температурная погрешность датчика в целом, поскольку информационный сигнал не зависит от напряжения источника питания. При одинаковых энергиях накопления индуктивными обмотками, одинаковы температуры обоих обмоток, что также сказывается положительно на термостабильности измерителя перемещений.

На рис.1 приведена схема предлагаемого индуктивного дифференциального измерителя перемещений. Схема содержит:

1 - первичный преобразователь перемещения в изменение индуктивностей катушек.

2 - повышающий ДС-ДС преобразователь.

3 - широтно-импульсный модулятор.

На рис.2 - входная цепь модулятора. На рис.2 обозначены:

4 - резистивный делитель.

5 - инструментальный усилитель.

6 - генератор пилообразного напряжения (ГЛИН).

7 - компаратор.

8 - инвертор.

Измеритель работает следующим образом.

При L1-L2=L0 начальное напряжение усилителя 5 таково, что на выходе компаратора имеют место симметричные импульсы со скважностью 0,5 и периодом Т0.

При этом в течение периода Т0 обмотки L1 и L2 подключены через ключи повышающих преобразователей 2 одинаковое время они накапливают одинаковую энергию и отдают ее в течение паузы, равной T0/2, на одинаковые нагрузки 4. При этом на дифференциальных входах инструментального усилителя 5 напряжение равно 0.

Рассогласование индуктивных обмоток из-за перемещения ярма приводит к изменению напряжений на выходах повышающих преобразователей, что приводит к появлению напряжения на входах инструментального усилителя 5, а, следовательно, напряжение на его выходе изменяется и поскольку оно сравнивается на компараторе 7 с напряжением ГЛИНа 6, то скважность импульсов на выходе компаратора изменяется.

На вход ключа первого повышающего преобразователя приходит импульс с компаратора 7, на вход второго с инвертора 8. Если ключ первого преобразователя подключается на время Т0+Δt, то ключ второго на время T0-Δt. Изменение индуктивности обмоток при этом компенсируется изменением времени подключения их напрямую к источнику питания. При этом возвращается баланс энергий накапливаемых катушками. Так реализуется отрицательная обратная связь, в которой поддерживается нулевое напряжение между выходами повышающих преобразователей, работающих от одного источника на одинаковые нагрузки.

Общими признаками предложенного устройства и устройства прототипа являются:

1. Наличие одинакового первичного преобразователя перемещений.

2. Подключение индуктивностей первичного преобразователя последовательно с диодом и конденсатором так, что они образуют LDC-мост.

3. Использование в схеме вторичного преобразователя импульсного генератора.

4. Питание схемы источником постоянного напряжения.

Отличительными признаками являются:

1. Подключение LDC-моста непосредственно к источнику питания.

2. Подключение индуктивностей через транзисторные ключи непосредственно к источнику питания.

3. Управление ключами прямым и инверсным выходами широтно-импульсного модулятора, дифференциальными входами, подключенным к выходной диагонали LDC-моста.

ДС-ДС преобразователь подробно описан в журнале «Электронные компоненты» №2, 2002 г.

За счет отличительных признаков, в совокупности с общими, присущими и прототипу, удалось преобразовать изменение индуктивности обмоток в скважность импульсов, которыми управляется два ключа схемы.

Измерение скважности импульсов, в отличие от измерения тока (как это реализовано в прототипе) возможно с большей разрешающей способностью, что повышает термостабильность датчика и его динамический диапазон. За счет этого расширяется его применение в условиях больших диапазонов температур и больших значениях виброударов, исключается влияние на информацию источника питания.

Таким образом, предложенное устройство обладает и новизной, и удовлетворяет требованию «промышленно применимо». В измерителе допускается применение нестабилизированных источников питания.

Индуктивный дифференциальный измеритель перемещения, содержащий две индуктивные катушки с размещенным между ними ярмом на упругом подвесе, в котором каждая из катушек соединена через диод с конденсатором так, что они образуют индуктивно-диодно-емкостной мост (LDC) с выходной диагональю между точками подключения конденсаторов с соответствующим диодом и входной диагональю между общей точкой обоих индуктивных обмоток и общей точкой конденсаторов, источник постоянного напряжения и два ключа, отличающийся тем, что для управления ключами введен широтно-импульсный модулятор (ШИМ), ключи соединены с общими точками соответствующих катушек и диодов и подключены к общей точке источника питания, второй выход источника подключен к общей точке индуктивных катушек, дифференциальный вход ШИМ соединен с выходной диагональю LDC-моста ШИМ имеет прямой и инверсный выход, которые подключены к базам ключей таким образом, что реализуется отрицательная обратная связь, стабилизирующая напряжение в выходной диагонали LDC-моста, а каждый из ключей с соответствующей LDC-ветвью моста образует повышающий преобразователь ДС-ДС.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения угловых положений преобразователем положения индукционного типа. Технический результат: расширение диапазона измерений, упрощение конструкции датчика, повышение точности измерений.

Изобретение относится к области автоматизации производственных технологических процессов. .

Изобретение относится к области контроля перемещения и положения нагретых металлических изделий. .

Изобретение относится к измерительной технике. .

Изобретение относится к измерительной технике. .

Изобретение относится к испытательной технике и может найти применение для определения нагрузок при строительстве и эксплуатации наземных и подземных сооружений.

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к устройствам для измерения параметров перемещения пишущего узла при записи рукописного текста. .

Изобретение относится к области автоматизации производственных технологических процессов и предназначено для контроля направления перемещения и положения металлических и неметаллических изделий.

Изобретение относится к области контрольно-измерительной техники и может быть использовано для контроля линейных перемещений, например для контроля тепловых перемещений оборудования и трубопроводов на АЭС.

Изобретение относится к медицинской технике, а именно к устройствам для исследования движения тела человека. В первом варианте устройство выполнено с возможностью установки на голове пользователя в области его височной и/или жевательной мускулатуры и включает датчик Холла, по меньшей мере, один постоянный магнит, установленные с возможностью взаимного смещения в упруго деформируемом корпусе, и блок управления и обработки информации. Во втором варианте устройство снабжено упругой дужкой, посредством которой упруго деформируемый корпус прижимается к голове пользователя. Наушник для слежения за жевательными движениями помимо датчика Холла, по меньшей мере, одного постоянного магнита, установленных в упруго деформируемом корпусе с возможностью взаимного смещения при его упругой деформации, содержит блок управления и обработки информации, соединенный с динамиком. Использование изобретения позволяет повысить качество фильтрации механических колебаний, вызванных жевательными движениями, на фоне других колебаний. 3 н. и 14 з.п. ф-лы, 9 ил.

Относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения линейных перемещений с помощью преобразователя перемещения индукционного типа. Техническим результатом заявленного изобретения является существенное повышение надежности работы индукционного датчика положения. Технический результат достигается благодаря тому, что индукционный датчик положения дополнительно содержит вторую, аналогичную первой, пару плоских катушек (7) и (8) с длинной неподвижной и короткой подвижной катушками, причем длина неподвижной катушки (7) должна быть такой, чтобы при максимальном смещении короткая подвижная катушка (8) не выходила за пределы неподвижной катушки (7), подвижные плоские катушки (4) и (8) обеих пар частей индуктивного датчика разделены и жестко связаны между собой, ко второй неподвижной длинной катушке (7) подведено питание от генератора синусоидального сигнала, подвижные катушки (8) и (4) обеих пар соединены между собой проводниками. Неподвижная часть первой пары плоских катушек индукционного датчика положения может содержать две идентичные катушки, установленные вдоль направления перемещения подвижной части с катушкой, которая при этом расположена в первоначальном состоянии по центру между неподвижными катушками неподвижной части. 7 ил.

Изобретение относится к области автоматизации в машиностроении и предназначено для контроля положения и идентификации изделий с учетом их вида материала и термического состояния в автоматизированных высокопроизводительных производствах по сборке изделий. Технический результат - расширение функциональных возможностей с повышением надежности работы адаптивного датчика и улучшение его эксплуатационных характеристик. Адаптивный датчик включает чувствительный элемент, образованный расположенными вдоль прямой линии индуктивным чувствительным элементом, емкостным чувствительным элементом, установленным внутри центрального сквозного отверстия индуктивного чувствительного элемента, и двумя инфракрасными фотоприемниками, логический элемент ИЛИ-НЕ, первый и второй блоки индикации, первый и второй диоды, точка соединения выводов катодов которых и второго входа логического элемента ИЛИ-НЕ является первым выходом адаптивного датчика, счетный триггер, прямой и инверсный выходы которого являются соответственно -вторым и третьим выходами адаптивного датчика. При перемещении в одном или другом противоположном направлении нагретых металлических или ненагретых металлических изделий относительно чувствительного элемента адаптивного датчика на его первом выходе отрабатываются потенциальные информационные сигналы напряжения с уровнем логической "1", несущие информацию о контроле положения нагретых металлических или ненагретых металлических изделий, на втором и третьем выходах соответственно двухразрядные двоичные цифровые коды 10 и 01 идентификации этих изделий. Визуальные сигналы контроля положения и идентификации этих изделий снимаются с соответствующих блоков индикации. Адаптивный датчик обеспечивает автоматический контроль изделий без механического контакта с ними и автоматическую адаптацию его к конкретному виду контролируемого изделия. 2 ил.

Использование: для уменьшения температурной погрешности датчиков физических величин: микроперемещений, давлений, ускорений, сил, моментов. Сущность способа заключается в том, что в случае применения его для индуктивных и емкостных датчиков требуется преобразование изменения индуктивности при постоянной емкости или изменение емкости при постоянной индуктивности с применением повышающего LDC-моста в изменение потенциалов его выходной диагонали. У пьезодатчиков и тензорезисторных мостовых датчиков на выходе уже образуются потенциалы, изменение которых под воздействием измеряемой величины происходит в противофазе, а под воздействием температуры - синфазно. Это обстоятельство и используется для термокоррекции без применения термометров. С этой целью, кроме усиления разности потенциалов инструментальным усилителем, вычисляется также сумма этих потенциалов, которая вычитается из выходного сигнала усилителя. Причем коэффициент передачи сумматора K∑ рассчитывается из условия: , где Kу - коэффициент инструментального усилителя, и - коэффициенты зависимости дифференциальных потенциалов моста от температуры. Технический результат: снижение трудозатрат для настройки термокоррекции чувствительных дифференциальных индуктивных или емкостных элементов и расширение температурного диапазона, в котором корректируются эти погрешности. 1 ил.

Изобретение относится к области метрологии и предназначено для контроля положения и идентификации изделий. Адаптивный датчик содержит чувствительный элемент, образованный индуктивной катушкой, емкостной металлической пластиной и двумя инфракрасными фотоприемниками, логический элемент ИЛИ-НЕ, первый и второй блоки индикации, первый и второй диоды, точка соединения катодов которых и второго входа логического элемента ИЛИ-НЕ является первым выходом адаптивного датчика, счетный триггер, прямой и инверсный выходы которого являются соответственно вторым и третьим выходами адаптивного датчика. При перемещении в одном или другом противоположном направлении ненагретых металлических или ненагретых неметаллических изделий относительно чувствительного элемента адаптивного датчика на его первом выходе отрабатываются потенциальные информационные сигналы напряжения с уровнем логической "1", несущие информацию о контроле положения ненагретых металлических и ненагретых неметаллических изделий, на втором и третьем выходах - соответственно двухразрядные двоичные цифровые коды 10 и 01 идентификации этих изделий. Технический результат - расширение функциональных возможностей. 2 ил.

Изобретение относится к области автоматизации в машиностроении и предназначено для контроля положения и идентификации изделий с учетом их вида материала и термического состояния в автоматизированных высокопроизводительных производствах по сборке изделий, а также для решения общих задач автоматизации различных производственных процессов. Технический результат - расширение функциональных возможностей и улучшение эксплуатационных характеристик. Адаптивный датчик идентификации и контроля положения изделий содержит чувствительную поверхность, датчик контроля двух видов изделий, первую, вторую и третью выходные клеммы, логический элемент ИЛИ-НЕ, два логических элемента И, счетный триггер, первый и второй блоки индикации, генератор электрических колебаний с их соответствующими электрическими связями. При перемещении относительно чувствительной поверхности одного (например, нагретого металлического) или другого (например, ненагретого неметаллического) вида изделия на первой выходной клемме отрабатываются потенциальные сигналы контроля положения этих изделий с уровнями логической "1". При этом на втором и третьем выходах формируется двухразрядный двоичный цифровой код, значения 10 и 01 которого являются кодами идентификации соответственно одного или другого вида контролируемого изделия. Информационные сигналы об идентификации одного и другого видов контролируемых изделий в виде визуальных сигналов снимаются соответственно с первого и второго блоков индикации. Адаптивный датчик обеспечивает автоматический контроль одного или другого вида изделия без механического контакта с ними и автоматическую адаптацию его к конкретному виду контролируемого изделия. 11 з.п. ф-лы, 2 ил., 1 табл.

Изобретение относится к измерительной технике. Техническим результатом заявляемого изобретения является повышение точности измерения. Технический результат достигается тем, что в устройство для определения поступательного перемещения, содержащее источник излучения и приемник, введены измеритель амплитудно-частотных характеристик, элементы ввода и вывода электромагнитных колебаний, чувствительный элемент выполнен в виде открытого резонатора с вогнутой металлической пластиной и плоской металлической пластиной, снабженной металлической трубкой, причем выход источника излучения соединен с элементом ввода электромагнитных колебаний, элемент вывода электромагнитных колебаний через приемник подключен к измерителю амплитудно-частотных характеристик. 1 ил.

Изобретение предназначено для измерения размеров конструкций, в частности для определения протяженности и размеров здания или транспортного средства. Измерительное устройство 1 содержит два инерциальных измерительных блока 3 и 4, размещенных на расстоянии друг от друга, каждый из которых содержит по меньшей мере два акселерометра и по меньшей мере два гироскопа для восприятия вращений. Устройство снабжено средством для сопряжения с измеряемыми конструкциями. Указанное измерительное устройство и базовый пункт, обеспечивающий получение реперной точки для измерительного устройства, могут входить в состав измерительной установки. Изобретение позволяет повысить надежность результатов измерений. 4 н. и 10 з.п. ф-лы, 6 ил.

Изобретение относится к инвазивным медицинским устройствам. Медицинский зонд содержит вводимую трубку, имеющую продольную ось и дистальный конец, дистальный кончик, расположенный на дистальном конце вводимой трубки и сконфигурированный для введения в контакт с тканью тела, стык, который соединяет дистальный кончик с дистальным концом вводимой трубки, и датчик стыка, заключенный внутри зонда, для распознавания положения дистального кончика относительно дистального конца вводимой трубки, причем датчик стыка содержит первый и второй подузлы, которые расположены внутри зонда на противоположных соответствующих сторонах стыка, и каждый подузел содержит один или более магнитных измерительных преобразователей. Стык содержит упругий элемент, который сконфигурирован, чтобы деформироваться в ответ на давление, прикладываемое на дистальный кончик, когда он входит в соприкосновение с тканью, при этом упругий элемент содержит трубчатую деталь из эластичного материала, имеющую винтовой срез вдоль части длины детали. Устройство для исполнения медицинской процедуры включает зонд и процессор, который присоединен с возможностью подавать ток к одному из первого и второго подузлов, заставляя тем самым один из подузлов генерировать, по меньшей мере, одно магнитное поле, и для приема и обработки одного или более сигналов, выводимых другим из первого и второго подузлов относительно указанного, чтобы обнаруживать изменения в положении дистального кончика относительно дистального конца вводимой трубки. Устройство для обнаружения перемещения стыка в узле содержит первый и второй сенсорные подузлы, которые расположены внутри узла на противоположных соответствующих сторонах стыка, при этом каждый подузел содержит один или более магнитных измерительных преобразователей, и процессор, выполненный с возможностью обнаруживания посредством обработки одного или более сигналов осевое сжатие стыка и угловое отклонение стыка. Способ выполнения медицинской процедуры на ткани в теле пациента включает применение в теле зонда и продвижение его таким образом, чтобы дистальный кончик входил в соприкосновение и прикладывал давление на ткань, подачу тока к одному из первого и второго подузлов и прием и обработку одного или более сигналов, выводимых другим из первого и второго подузлов относительно указанного, по меньшей мере, одного магнитного поля так, чтобы обнаруживать изменение в положении дистального кончика. Использование изобретения позволяет повысить надежность и легкость манипулирования катетером в теле. 4 н. и 23 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к области автоматизации в машиностроении и предназначено для контроля положения и идентификации изделий с учетом их вида материала и термического состояния в автоматизированных высокопроизводительных производствах по сборке изделий. Технический результат - расширение функциональных возможностей. Адаптивный датчик идентификации и контроля положения трех видов изделий содержит чувствительную поверхность, бесконтактный датчик идентификации трех видов изделий, логический элемент ИЛИ-НЕ, шесть логических элементов И, блок установки в исходное состояние, двоичный счетчик электрических импульсов, первый, второй и третий блоки индикации, тактовый генератор с их соответствующими электрическими связями. Точка соединения выходов четвертого, пятого, шестого логических элементов И и второго входа логического элемента ИЛИ-НЕ является первым выходом адаптивного датчика. Выходы третьего, второго и первого логических элементов И являются соответственно вторым, третьим и четвертым выходами адаптивного датчика. При перемещении относительно чувствительной поверхности одного, или другого, или третьего вида изделия на первом выходе отрабатываются потенциальные информационные сигналы контроля положения этих изделий с уровнями логической “1”. При этом на втором, третьем и четвертом выходах формируется трехразрядный двоичный цифровой код, значения 100, 010 и 001 которого являются кодами идентификации соответственно одного, или другого, или третьего вида контролируемого изделия. Информационные сигналы об идентификации одного, другого, третьего видов контролируемых изделии в виде визуальных сигналов снимаются соответственно с первого, второго, третьего блоков индикации. Адаптивный датчик обеспечивает автоматический контроль изделий без механического контакта с ними и автоматическую адаптацию его к конкретному виду контролируемого изделия. 8 з.п. ф-лы, 1 табл., 1 ил.
Наверх