Изобретение относится к измерительной технике и станкостроению и может быть применено в металлорежущих станках с программным управлением, а также в других автоматических системах управления в качестве датчика обратной связи.

Известны датчики перемещений, содержащие плоскую короткозамкнутую обмотку, нанесенную на диэлектрической основе в виде проводящих линий. Относительно этой обмотки перемещаются плоские индикаторные о6мотки, сдвинутые одна относительно другой на четверть шага и состоящие из ряда секций.

Однако для этих датчиков требуется высокостабилизированное напряжение и сложная электронная отсчетная схема. Кроме того, обмотка их измерительной линейки должна быть соединена с измерительной схемой. Это осложняет работу устройства при больших перемещениях органов станка (например, порядка нескольких метров), так как требует наличия скользящих контактов или других конструктивных усложнений, что снижает надежность и уменьшает скорость перемещения линейки.

Цель изобретения вЂ” создать датчик перемещений, нечувствительный к колебаниям питающего напряжения, имеющий несложную электронную схему, а также исключить гальваническую связь измерительной линейки с источнпком питания обмоток и увеличить надежность и быстродействие устройств, работающих с датчиком.

Для осуществления этого индикаторная обмотка выполнена в виде трех секционированных обмоток, выходы секций которых соединены с оммическими сопротивлениями и образуют ряд соединенных последовательно звеньев фазовращателя. Входы обмоток индикаторной

lo линейки соединены с источником опорного напряжения. При перемещении индикаторной линейки относительно измерительной на шаг фаза сигнала на выходе каждой из трех обмоток меняется на 360 . Эти обмотки соединены

1б с логической схемой, снимающей сигнал только с одной из двух обмоток и использующей фазу сигнала третьей обмотки для определения момента переключения первых двух обмоток. Это обеспечивает изменение фазы сигна20 ла на выходе датчика от 0 до 360 при перемещении индикаторной линейки на половину шага. Далее обмотки переключаются, и при перемещении еще на половину шага на выходе устройства опять происходит плавное изменение

25 фазы от 0 до 360 .

Такое выполнение датчика дает возможность исключить контакты (гальваническую связь) измерительной линейки с электрической схемой датчика. Это преимущество можЗО но использовать, если индикаторную линейку

399896

5 и

15 го г5

3О

65 выполнить неподвижной, а измерительную линейку вЂ” связанной с подвижными органами станков, перемещение ко.1орых необходимо измерить.

На фиг. 1 изображена измерительная линейка датчика; на фиг. 2-- индикаторная линейка; на фиг. 3- вЂ” приведена блок-схема, в которой показано соединение обмоток и все узлы датчика; на фиг. 4 вЂ” зависимость фазы сигнала на выходе обмоток индикаторной линейки датчика от перемещения; на фиг. 5 вЂ” векторная диаграмма для одной секции любой из обмоток индикаторной линейки, поясняющая возникновение фазового угла между входным и выходным напряжением; на фиг. 6 вЂ” временные диаграммы, поясняющие работу логического устройства; на фиг. 7 вЂ” развернутая схема логического устройства.

Датчик состоит из неподвижной измерительной линейки 1 (фиг. 1), выполненной в виде диэлектрической основы 2 с нанесенной на ней в виде проводящих линий, следующих с шагом g, обмоткой 3 (вход и выход которой соединены проводящей линией) подвижной индикаторной линейки 4 (фиг. 2). На изоляционной основе 5 этой л1шейки нанесены три обмотки 6, 7 и 8, проводящие линии которых следуют с шагом g. Обмотка 7 сдвинута на 1/4 g, а обмотка 8 сдвинута на 1/2дотносительно Обмотки G, и 10 мож110 Выразить как

n1g+1/4g и и д+1/2g соответственно, где п1 и

n2 вЂ” целые числа. Каждая из обмоток состоит из последовательных секций, имеющих каждая по пять выводов (ответвлений).

Обмотка 6 имеет выводы с 9 по 13, обмотка

7 вЂ” с 14 по 18, обмотка 8 вЂ” с 19 по 23.

К этим выводам присоединены сопротивления 24 вЂ” 27, 28 вЂ” 31 и 32 вЂ” 35 соответственно (фиг. 3). Таким образом, к выходу ка кдой секции присоединено сопротивление. Последовательно соединенная индуктивность и сопротивление представляют звено фазовращателя.

Таким образом, все обмотки с подключенными к ним сопротивлениями образуют каядая по четыре соединенных последовательно звена фазовращателя. Ко входа.,1 обмоток (9, 14 и

19 фиг. 3) подключено входное напряяение

U», которое подается также и на вход фазовращателя. Выходы обмоток (13, 18 и 23 фиг. 3), с которых снимаются напряжения

1 вых1 С1вых2 И U 3, СОЕДИНЕНЫ СО ВХОДаМИ логического устройства 36, один из входов которого соединен также с выходом фазовращателя 37. На выходы логического устройства 37 и 38 выдаются опорные импульсы и измерительные импульсы, несущие информацию об измеряемом перемещении.

На фиг. 7 представлено логическое устройство 36 в развернутом виде. Опо состоит из триггеров Шмидта 39 вЂ” 42, формирователей

43 вЂ” 45, инвертора 46, триггеров 47 и 48, схем совпадения 49 и 50 и схемы сборки 51.

Датчик работает следующим образом.

В начальном положении, когда линейки 1 и

4 одна относительно другой неподвижны, через обмотки 6, 7 и 8 линейки 4 протекает ток

1, величина которого на выходах 13, 18 и 23 обмоток (фпг. 3) зависит от индуктивности обмоток, которая в свою очередь зависит от величины магнитной связи М1, М2 и Мз между короткозамкнутой обмоткой 3 линейки 1 и обмотками 6, 7 и 8 линейки 4. Величина магнитной связи зависит от взаимного положе1шя линеек и меняется при перемещении от некоторой минимальной до некоторой максимальной величины.

Рассмотрим вращение фазы на пример обмотки 6. Ток, протекая через первую секцию обмотки и соединенное с ней последовательно сопротивление 24, вызывает падение напряжения Х I u R I соответственно HB индуктивности секции и на омическом сопротивлении 24, подсоединенном к выходу 10 этой секции.

Здесь X<=yL реактивная составляющая сопротивления звена фазовращателя, 1 вЂ” индуктивность секции, зависящая от магнитной связи М1, а 01 вЂ” циклическая частота входного напряжения U„. Напряжение на выходе 10 звена фазовращателя можно выразить как разность векторов U,,; и (Х .1). Это изображено на векторной диаграмме (фиг. 5). Как видно из диаграммы, напряжение R 1 на выходезвена фазовращателя отстает по фазе от входного напряжения U,, на угол q>. Фаза напряжения, снимаемого с выхода одного фазовращательного звена, может изменяться от 0 до 90 электрических градусов при изменении индуктивности сектора от нуля до бесконечности.

Как видно (фиг. 5), х . 1 в/. р = arctg < вЂ” arctg

При этом полагается, что сопротивление представляет сумму омического сопротивления проводки самой секции и внешнего сопротивления 24. Как видно из формулы, фаза g) выходного напряжения не зависит от амплитуды входного напряжения.

Данная зависимость для ср обладает дастаточной линейностью только для небольших изменений индуктивности. Чтобы получить линейную зависимость для всего диапазона изменений индуктивности, величину

R для каждого звена выбирают таковым, чтобы максимальньш фазовый угол (p соответствовал достаточно линейному участку этой зависимости. На выходе 13 обмотки (при равенстве величин индуктивности каждой секции и сопротивлений 24, 25, 26, 27) фаза сигнала будет сдвинута на величину иср, где и вЂ” количество звеньев фазовращателя. Имеется в виду, что эти рассуждения применимы и к обмоткам

7 и 8. Предположим, что в данном исходном положении линеек сигнал на выходе 13 обмотки 6 отстает, а сигнал на выходе 23 обмотки

8 опережает сигнал на выходе 18 обмотки 7 на 180 . При этом фазовращатель 37 настроен так, что в исходном положении фаза сигнала

U„, на его выходе совпадает с фазой сигнала на выходе 18 секции 7, Предположим, что ко399896

65 личество секций обмоток 6, 7 и 8 (которое на фиг. 2 и фиг. 3 чисто условно принято равным четырем), а также величина внешних сопротивлений, подсоединенных к их выходам, выбраны таковыми, чтобы при перемещении индикаторной линейки на половину шага (g/2) фаза сигналов на выходах обмоток изменялась бы на 360 относительно напряжения Up,. При данном пространственном смещении обмоток это будет описано с помощью графиков 52, 53, и 54 (фиг. 4 а). Логическое устройство датчика работает таким образом, что для определения перемещения используются только нисходящие ветви ав и cd графиков 52 и 54, соотBpTcTBóþùèå сигналам У„„1 и У,„„з, а сигнал

Uпкг (график 53 на фиг. 4,а) используется для определешья того, с какой из двух обмоток 6 и 8 должны сниматься данные о перемс1цении, которые затем выдаются на выход

38 логического устройства 36 в виде смещения фазы импульсов на этом выходе относительно опорных импульсов на выходе 37. В том случ1е, когда сигнал на выходе обмотки

7 (п„.,.. ) опережает по фазе сигнал U, (участок 001 на фиг. 4,а), фаза импульсов на выходе 38 определяется по фазе сигнала U,„„-з (участок ав графика 54 и участок 001 на фиг. 4,в), а когда сигнал и„,,;„отстает от сигнала У,„(участок 010 на фиг. 4,а) то фаза импульсов на выходе 38 (фиг. 3) определяется по фазе сигнала У„,„-1 (участок cd графика 52 и участок 010 на фиг. 4, в). При этом перемещению íà g/2 соответствует изменение фазы выходного сигнала на 360 (фиг. 4,в).

Рассмотрим работу логического устройства

36 при некотором смещении Х, индикаторной линейки (фиг. 4,а) относительно измерительной. Этому смещению соответствуют значения магнитной связи М 1, М > и М, отличные от величин связи в исходном положении. При этом сигналы У„„,,- и Utlb„, опережают по фазе сигнал U,„íà ср и срэ соответственно (фиг. 4,а), а сигнал U»,„отстает от него по фа"-.ñ на геличину фазового угла <о1. Смешепи1о Х соответствуют временные диаграммы этих .".;-:палов, (фиг. 6а, d, в и с), изображен.1ые с одинаковыми амплитудами. Эти сигналы через входы 55, 56, 57 и 58 (фиг. 3 и 7) логического устройства поступают на входы триггеров

Шмидта 39, 40, 41 и 42 (фиг. 7), ня выходе которых формируются прямоугольнь1е сигналы (фиг. 66, f, i и 1 соответственно). На вь1ходе триггера Шмидта 40 подключен пнвертор 46, выдающий прямоугольный сигнал (фиг. 6g).

Сигналы с этого триггера и инвертора подаются на входы $ запуска триггеров 47 и 48 соответственно. KBI(вичим (фиг. 7), запуск триггера 47 возможен при совпадении сигнала с триггера 40 с сигналом на выходе триггера 42 при незапущенном триггере 48, нулевое плечо которого соединено с тем же входом $ триггера 47. Запуск триггера 48 возможен при совпадении сигналов с инвертора 46 и с триггера

Шмидта 42, а также при отсутствии запрещающего сигнала с выхода нулевого плеча

55 триггера 4?. Поэтому при смещсниях, соответствующих участку 00, (что действительно и для смещения Х1), когда сигнал UBblx2 опережает сигнал U,n в самом начале периода сигнала U„„ происходит совпадение сигналов с триггеров Шмидта 40 и 42, срабатывает триггер 47 и запре1цает запуск триггера 48.

От переднего фронта сигналя с триггера 42 с помощью формирователя 45 формируются прямоугольные импульсы (фиг. 6), которые выдаются «а выход 37 (фиг. 3 и 7) как опорные импульсы, а также для сброса триггеров

47 и 48 через входы R в нуль. При этом в нуль сбрасывается только тот триггер, который в данный момент не устанавливается в единицу. От заднего фронта импульсов с триггеров

Шмидта 39 и 41 формируются короткие импульсы, которые через схемы совпадения 49 и

50 и схему сборки 51 выдаются па выход 38 (фиг. 3 и 7) как измерительные импульсы.

При смещении Х, схема совпадения 49 открыта разрешающими сигналами (фиг. 6,m) сединичного плеча триггера 47, а схема 50 закрыта, поэтому сигнал со схемы совпадения 49 (фиг. 6) на выходе 38 соответствует заднему фронту сигнала с -.рнггер". Шмидта 39, а фаза (p4 импульсов со схгмы совпадения 49 (фиг.4,а и 6) пропорционал, а перемещению Х1.

При увеличении перемещения до величины

X1(00 фаза q» сигнала U,,„„ будет меняться по закону, соответствующему участку графика ав (фиг. 4а), а фаза q;1 измерительного импульса будет меняться по закону, соответствующему участку 001 граф1:ка 4в. При смещениях 001(Х1(010. сигнал Г...., отстает от сигнала U„„;1 поэтому в начале периода сигнала U,„ïðîèñ.;îди1 совпадение сигналов с выхода инвертора 46 и триггера Шмидта 42.

Поскольку совпадения сигналоп с триггеров

Шмидта 40 и 42 в начале периочя цет, то триггер 47 гасится импульсам11 с формиI)оватсля

45, а триггер 48 запускается через вход $, упомянутым совпадением импульсов. На выход 38 через схему совпадения 50 11 схему сборки 51 выдаются импульсы с выхо <а формирователя 44. При изменении фазы сигнала

U„„1 по закону, соответствующему участку

cd графика 52 (фиг. 4а), фаза измерительного импульса будет меняться по закону, соответствующему участку 010 (фиг. 4,в).

Очевидно, что изменение в некоторых пределах амплитуды питающего напряжения не будет влиять на точность работы датчика, поскольку это почти»с влияет на точность работы триггеров Шмидта.

Предмет изобретения

Индуксив ый фазовый датчик перемещений, содержащий измерительную линейку с нанесенной на ней короткозамкнутой обмоткой и индикаторную линейку с нанесенными на ней несколькими обмотками, сдвинутыми одна относительно другой и выполненными в виде ряда секций, отличающийся тем, что, с целью

20 /9

10 упрощения устройства и повышения точности

его работы, в него введены резисторы, логическая схема и фазовращатель, причем выход каждой секции подключен к соответствующему резистору, выходы обмоток индикаторной линейки подключены ко входам логической схемы, другой вход которой соединен с выходом фазовращателя, вход которого и входы обмоток индикаторной линейки подключены к клеммам входного напряжения, 17

399896

Составитель Л. Сергеева

Техред Л. Богданова

Корректор В. Брыксина

Редактор Е. Гончар

Типография, пр. Сапунова, 2

Заказ 221(10 Изд, № 34 Тираж 602 Подписное

UHHHIIH Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5