Преобразователь перемещений в код
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
Союз Соаетских
Социалистических
Реслублнк
)$)) + Кд 3 С 08 С 9/04 с присоединением заявки ¹ Государственный комитет СССР но делам изобретений н открытий (23) Приоритет Опубликовано 150782, Бюллетень ¹ 26 ДЗ)УДК 681.325 (088. 8) Дата опубликования описания 15.0782 К.С. Крищюнас, В.В. Лаурушка, В.Ю. Гяляжявичюс, В.A Марцинкявичюс и А.Б. АдоМавичюс а «" Й а: (72) Авторы изобретения (71) Заявитель Каунасский политехнический институт нм. нтанаса:Снечкуса с зв « (54) ПРЕОБРАЗОВА1ЕЛЬ ПЕРЕМЕЩЕНИЧ В КОД Изобретение относится к системам автоматического контроля и регулирования. Известен двухканальный индуктивный преобразователь перемещений, который содержит четыре индуктивных измерительных цепи, усилители-ограничители, компараторы знака, ключи, парафазный усилитель, триггер, много" фазный триггер, элементы ИЛИ и И и блок определения направления пере,мещения (1) . Недостатком известного преобразователя является его сложность. Наиболее близким к предложенному по технической сущности является преобразователь перемещений в код, который содержит две индуктивных измерительных цепи, выходы которых подключены к первым входам первого и второго ключей, к вторьм входам которых подключены соответственно выходы второго и первого элементов ИЛИ, а выходы ключей подключены к первому и второму входам парафазного усилителя, третий элемент ИЛИ, к входам которого подключены выходы первого и второго формирователей импульсов, .блок определения направления перемещения, первый выход кото-. рого подклочен к первым входам первого и второго элементов И, а инверсный - к первым входам третьего и четвертого элементов И, первый и второй компараторы уровня, к входам которых подключены выходы измерительных цепей, неинвертирукщие выходы подключены к входам блока определения направления перемещения и соответственно к другим входам первого и пятого элементов И и к другим входам второго и шестого элементов И, а инвертирующне выходы подклочены соответственно к другим входам третьего и седьмого элементов И и четвертого и восьмого элементов И, и четвертый, пятый и шестой элемент ИЛИ (2). Недостатком этого преобразователя является низкая точность преобразования, обусловленная нелинейностью кусочно-аналоговой характеристики преобразования, которая формируется из характеристик преобразования отдельных индуктивных измерительных цепей, которые в краях линейных кусков характеристик обладают значи« тельной нелинейностью, обусловленной изгибом характеристик преобразования 1 отдельных индуктивных измерительных 943796 цепей, имеющих периодически повто-, ряющуюся синусоидальную форму от перемещения якоря. Цель изобретения - повышение точности преобразования. Поставленная цель достигается тем, что в преобразователе перемещений в код, содержащем две индуктивных измерительных цепи, выходы которых подключены к первьм входам ключевых элементов, выходы которых 10 соединены с первым и вторым входами парафазного усилителя, вторые входы ключевых элементов соединены с выходами первого и второго элементов ИЛИ, блок определения направления перемещения, прямой выход которого соединен с первыми входами первого и второго элементов И, а инверсный выход - с первыми входами третьего и четвертого элементов И, выходы первого и второго элементов MJIH через первый и второй формирователи импульсов соответственно соединены с входами третьего элемента ИЛИ, и четвертый, пятый и шестой элементы ИЛИ, введены счетный триггер, третий и четвертый формирователи импульсов и четыре компаратора уровня, выход первой индуктивной измерительной це- пи через параллельно соединенные первый и второй,компараторы уровня соединен с вторыми входаье первого и второго элементов И, входами первого элемента ИНИ и первач и вторым . входами блока .определения направления перемещения, выход второй индук- 35 тивной измерительной цепи через параллельно соединенные третий и четвертый компараторы уровня соединен с вторыми входами третьего и четвертого элементов И, входами второго 40 элемента КПИ и третьим и четвертым входами блока определения направления перемещения выходы первого и второго, третьего и четвертого эле ментов и попарно соединены соответ- 45 ственно с четвертым и пятьгм элементами ИЛИ, выходы которых через третий и четвертый формирователи импульсов соответственно соединены с входами шестого элемента ИЛИ, выход которого через счетный триггер соединен с третьим входом парафазного усилителя, счетный вход счетного тРиггеРа соеДинен с клеммой г брос На фиг.l представлена функциональная схема преобразователя; на фиг.2-4 - эпюры, поясняющие работу преобразователя. Нреобраэователь перемещений в код содержит индуктивные измерительные 60 цепи 1 и 2, ключевые элементы 3 и 4, парафазный усилитель 5, компараторы уровня 6-9, блок 10 определения направления перемещения, элементы ИЛИ, ll и 12, элементы И 13-16, элемен- . 65 ты ИЛИ 17 и 18, формирователи импульсов 19 и 20, элемент ИЛИ 21, формирователи импульсов 22 и 23, элемент ИЛИ 24 и счетный триггер 25. Индуктивные измерительные цепи 1 и 2, содержащие также фазочувствительные выпрямители и фильтры пульсаций, выполнены в виде катушек индуктивности с сердечниками и общего гребенчатого якоря, причем сердечники смещены друг относительно друга на одну позицию (шаг), в зависимости выходных сигналов U. индуктивных измерительных цепей 1 и 2 от перемещения 8 гребенчатого якоря имеют вид, показанный на фигурах 2а, За. Ключевые элементы 3 и 4 подключают выходные сигналы (1г,U индуктивных измерительных цепей 1 и 2 к первому и второму входам парафазного усилителя 5, если на управляющие входы ключевых элегентов 3 и .4 поступают управлякицие сигналы из элементов ИЛИ 11 и 12. Знак коэффициента усиления парафазного усилителя 5 может бьп ь либо положительньм, либо отрицательным. Компараторы уровня 6-9 предназначены для выдачи высокого уровня на выходах, когда выходные сигналы измерительных цепей 1 и 2 удовлетворяют условиямг > Пгг Uy = 1, если U с-Ua U9 = е11 г Ф если U2 ъ Ue Ue = 1, если И с-U где +Uo - опорное напряжение компараторов уровня 6-9, равное выходным сигналам U,U измерительных цепей 1 и 2, в точках пересечения характеристик преобразования (фиг. 2а,За) . Блок 10 определения направления перемещения предназ начен для выдачи высокого уровня иа прямом выходе, когда М/dt > О, и выдачи, высокого уровня на инверсном выходе, когда ЙВ/dt с О, где 8 — перемещение гребенчатого якоря. Элементы ИЛИ 11 и 12 предназначены для управления работой. ключевых элементов 3 и 4 и совместно с первым и вторым формирсвателями импульсов 22 и 23 и третьим элементом ИЛИ 24 для выдачи дискретных импульсов соответствующих числу. пройденных > якорем позиций (шагов). Ка к видно из фиг. 2а и За, чтобы получить кусочно-линейную характеристику преобразования, показанную на фиг. 2б, для формирования которой используются начальные наиболее линейные части харктеристик преобразования индуктивных измерительных цепей 1 и 2, необходимо инвертировать отрицательные наклоны характеристик преобразования. 943796 Для получения кусочно-линейной характеристики преобразования, показанной на фиг. 2б, предназначены элементы И 13-16, элементы ИЛИ 17 и 18, формирователи импульсов 19 и 20, элемент ИЛИ 21, счетный триг- 5 гер 25 совместно с компараторами уровня 6-9, ключевыми элементами 3 и 4, блоком 10 определения направления перемещения и парафазным усилителем 5. Элементы И 13-16 10 имеют. высокие уровни на выходах при одновременном воздействии высоких уровней на .их входах. Элементы ИЛИ 17 и 18 "имеют высокие уровни при воздействии высоких уровней на их входах. формирователи импульсов 19 и 20 формируют короткие импульсы, которые через шестой элемент ИЛИ 21 каждый раз меняют состояние счетного триггера 25, а тем самым и знак коэффициента усиления парафазного усилителя 5. Цепь Сброс .предназначена для установки- начального состояния счетного триггера 25, в котором на выходе триггера имеется низкий уровень, а коэффициент усиления парафазного усилителя 5 является отрицательным. При этом в начальном состоянии гребенчатый якорь должен находиться в области, в которой характеристика преобразования первой индуктивной измерительной цепи 1 имеет отрицательный наклон, а U< -и . KpoMe того, следует у итывать, что в начальном состоянии вырабатывается ложный дискретный импульс U так как на выходе второго элеме та ИЛИ 12 имеется высокий уровень и второй формирователь импульсов 23 формирует короткий импульс, который 40 появляется на выходе третьего элемента ИЛИ 24. г Таким образом, для получения кусочно-линейной характеристики преобразования (фиг. 2б, Зб) при движе- 45 нии якоря направо парафазный усилитель 5 должен менять знак коэффициен-. та усиления после каждого импульса (фиг. 2л, 2о) третьего формирователя импульсов 19 и после каждого импульса (фиг. Зм,î) четвертого формирователя импульсов 20. При движении якоря направо до точки О {фиг. 2а) к входу парафазного усилителя 5, имеющего отрицательный коэффициент усиления, подключается первая индуктивная измерительная цепь 1 (фиг. 2а,к,о) . Когда якорь достигает точки 0((фиг. 2а), на.выходе второго компаратора уровня 7 появляется высокий уровень (фиг.2г) и к входу парафазного усилителя 5 подключается вторая индуктивная измерительная цепь 2 (фиг. 2и). В тот 1 е момент на прямом выходе блока 10 пределения направле ния перемещения 65 появляется высокий уровень (фиг. 2ж);:, который совместно с высоким уровнем выходного сигнала второго компаратора уровня 7 способствует. появлению высокого уровня на выходе второго элемента H 14, действие которого через четвертый элемент ИЛИ 17, третий формирователь импульсов 19 и шестой элемент ИЛИ 21 меняет состояние счетного триггера 25 (фиг. 2о). При этом знак коэффициента усиления парафазного усилителя 5 становится положительным. -Кроме того, первый формирователь импульсов 22 формирует короткий импульс, который появляется на выходе третьего элемента ИЛИ 24 (фиг. 2н) . При дальнейшем передвижении якоря выходной сигнал U второй индуктивной измерительной цепи 2 становится больше Ч,и на выходе третьего компаратора уровня 8 появляется высокий уровень (фиг. 2д), а на управляющем входе первого ключевого элемента 3 появляется высокий уровень .(фиг.2к) и к входу парафазного усилителя 5 подключается первая индуктивная измерительная цепь 1, а вторая индуктивная цепь 2.отключается ключевьм элементом 4. Так как на выходе второго элемента ИЛИ 12 появляется высо.кий уровень, то второй формирователь импульсов 23 формирует короткий импульс, который появляется на выходе третьего элемента ИЛИ 24 (фиг.2н). Состояние счетного триггера 25 и знак коэффициента усиления парафазного усилителя 5 не меняется (фиг. 2о), так как на инверсном выходе блока 10 определения направления имеется низкий уровень (фиг. 2з) и на выходе третьего элемента И 15 - низкий уровень, который не меняет, состояния пятого элемента ИЛИ 18, и четвертый формирователь импульсов 20 не формирует короткого импульса. При дальнейшем передвижении якоря выходной сигнал U< первой индуктивной измерительной цепи 1 становится больше U, и на выходе .первого компаратора уровня 6 появляется высокий уровень U (фиг. 2в), под действием которого на выходе первого элемента ИЛИ 11 появляется высокий уровень (фиг. 2и), и первый формирователь импульсов 22 формирует короткий.импульс, который появляется на выходе третьего элемента ИЛИ 24 (фиг. 2и) . Кроме того, под действием управляющего импульса U второй ключевой элемент 4 подключает к входу парафазного усилителя .5 выходной сигнал U второй индуктивной измерительной цепи 2. Знак коэффициента усиления парафазного усилителя 5 становится отрицательным {фиг. 2о), так как третий формирователь импульсов 19 формирует короткий импульс, который, пройдя 94379 $ шестой элемент ИЛИ 21, меняет состояние счетного триггера 25. При дальнейшем передвижении якоря направо происходят переключения ключевых элементов 3 и 4 и знака коэф- фйциента усиления парафазного усилите я 5 согласно эпюрам напряжений, показанным на диг. 2. Всли достиг- нувший точки с (фиг. 2а) якорь начи-. нает двигаться влево, то в точке 6 .вЫходной сигнал ц второй индуктивной)0 измерительной цепй 2 становится больше 0, и на выходе третьего компара тора уровня 8 появляется высокий уровейь, под действием которого на вы,ходе второго элемента ИЛИ 12 также .появляется высокий уровень.(фиг.Зк), под действием которого первый клочевой элемент 3 подключает к входу парафазного усилителя 5 первую индуктивную измерительную цепь 1. Кроме того, под действием вьх:окого уровня сигнала U второй формирователь .импульсов 23 формирует короткий импульс, который появляется на выходе третьего элемента MJgt 24 (фиг. Зн). В тот we. момент иа прямом выходе блока 10 определения направления перемещения появляется низкий уровень, а на инверсном - ви=окий (фиг. Зз), действие которого совместно с выходным сигналом п8 третье-30 го компаратора уровня 8 приводит к тому, что четвертый формирователь импульсов 20 формирует короткий импульс Цш, который, пройдя шестой элемент ИЛИ 21, меняет состояние 3$ счетного триггера 25, а следовательно, знак коэффициента усиления. парафазиого усилителя 5 становится положительным, и характеристика преоб.разования имеет положительный наклон.g) При дальнейшем йередвижеиии якоря влево нроисходят переключения ключевых элементов 3 и 4 и знака коэффициеига усиления парафазного усилителя. 5 согласно эпюрам напряжений, показанным на фнг. 3. Еусочво-аналоговый сигнал П„ц несет информацию о положении якоря между позициями. Высокая линейность характеристики преобразования ана логозога сигнала:получается за. счет . того, что используйся только началь - .. ные части характеристики .синусои дальной форйы. Работа преобразователя перемещений в код поясняется эпюрами, йоказаннюж на фиг. 4. ::: .В ююмент времен t< гребенчатьЖ якорь, двигаясь. направо, переходит границу первой позиции. при этом на. инверсном выходе блока 10 определемня направления перемещения появляется. низкий уровень, а на прямом ,выходе - высокий (фиг. 4е,ж) . В тот ðå момент времени „на выходе вто:рого компаратора уровня 7 появляет- 4$ ся высокий уровень Ug (фиг.. 4в), . под действием которого на выходе первого элемента ИЛИ 11 тозе появляется высокий уровень 0, под дей- ствием которого второй ключевой элемент 4 подключает выходной сигнал Пз второй индуктивной цепи 2 к входу парафазного усилителя 5, коэффициент усиления которого в момент времени становится положительным, так как под действием уровней второго компаратора уровня 7 и блока 10 определения направления перемещения третий формирователь импульсов 19 формирует короткий импульс, который, пройдя ьюстой элемент ИЛИ 21, меняет состояние счетного триггера 25, а тем самым и знак коэффициента усиления парафазного усилителя 5 (фиг. 4н) . Кроме того, под действием высокого уровня второго компаратора 7 уровня первый формирователь импульсов 22 формирует короткий импульс, который, пройдя третий элемент ИЛИ 24, появляется на дискретном выходе преобразователя (фиг.4м). До момента времени t íà кусочноаналоговом выходе преобразователя перемещений в ксщ подключен выходной сигнал второй индуктивной измерительной цепи 2 (фиг. 4о) . В момент времени + выходной сигнал второй индуктивной измерительной цепи 2 превышает опорное напряжение U и на выходе третьего компаратора уровня 8 появляется высокий уровень (фиг. 4r), под действием которого на выходе второго элемента ИЛИ 12 появляется Высокий уровень О, (фиг . 4и), под действием которого первый ключевой элемент 3 подключает выходной сигНал первой индуктивной измерительнсй цепи l к входу парафазного усилителя 5, знак коэффициента усиления которого не меняется так как выходные уровии блока 10 определения направления перемещения остаются прежними и .третий формирователь импульсов 19 не формирует короткого пульса.; Tax как в момент времени. и иа выходе nepsota элемента ИЛИ 11 псявляется низкий уровень О+, (фиг.4з), то второй ключевой элемент 4 отключает выходной сигнал второй индук тивной измерительной цепи 2. В тот же, ьюяент вражии t< nop действием высокого уровня g .второй формиро.Ватель иьаульсов УЗ формирует корот кий импульс, который, пройдя третий элемент ИЛИ,24, появляется на дискретном выходе преобразователя (Фиг. 4м). ДР момента Фэ больше никакйх переключений не ироисходит. В момент врейеяи t выходной сигнал первой индуктивной измерительной цепи 1 превышает опорное напряжение Uo и на выходе первого компаратора уровня б появляется вы943796 9 .сокий уровень Ue (фиг.46), под действием которого на выходе первого ;элемента HHH 11 появляется высокий уровень 0 (фиг. 4з), действие которого на управляющем входе второго ключа 4 приводит к его переключению, н к входу парафазного усилителя 5 подключается выходной сигнал второй индуктивной измерительной цепи 2. Так как на, находе второго элемента ИЛИ 12 в. момент времени t3 появляет- 10 ся низкий уровень, то первый ключе вой. элемент 3, переключаясь, отключает выходной сигнал первой индуктивной измерительной цепи l. Под действием выходных уровней первого компаратора б а- блока 10 определения направления перемещения третий формирователь импульсов 19 формирует короткий импульс, который, пройдя .шестой элемент HJIH 21, меняет состояние счетного триггера 25 (фиг.4н)„ и коэффициент усиления парафазного усилителя 5 становится отрицательным. В тот же xoM&m времени 0+ 25 первого элемента ИЛИ 11 первый формирователь импульсов 22 формирует короткий импульс, который, пройдя третий элемент ИЛИ 24, появляется на.дискретном выходе преобразователя (фнг. 4м). В момент времени t4 якорь меняет направление перемещения и начинает перЕмещаться влево. В момент времени t4 никаких переключений ключевых элементов 3,4 и знака коэффициента -усиления парафазного усилителя 5 не происходит. В момент времени t выходной:снг5 нал 0 второй индуктивной измери-.,ц), тельной цепи 2 превышает опорное .. напряжение 0„ и нч выходе третьего компаратора уровня,8 появляется высокий уровень UI. (фиг, 4r), под действием которого на выходе эле- .. мейта ИЛИ 12 появляется высокий уровень 0,,действие. которого на .управляющем входе первого клочевого элемента 3 приводит к его переключению, и с входом парафазного усилителя 5 соединяется выходной. сигнал первой индуктивной измерительной цепи 1. В тот we ьюмент времени t на выхо. де первого элемента ИЛИ 11 появляется низкий уровень U и второй ключевой элемент 4, переключаясь, отключает выходной сигнал U второй индуктивной измерительной цепи 2, Под .действием высокого уровня 0 второй формирователь импульсов 23. формирует короткий импульс, который, .60 пройдя третий элемент ИЛИ 24, по- . является. на дискретном вькоде преобразователя (фиг. 4м). В момент времени с на прямом выходе блока 10 определейия направления перемещения 65 появляется низкий уровень (фнг 4е)j а на инверсном выходе - высокий (фнг. 4a), под действием:которого совместно с выходиьм уровнем третье» го компаратора уровня 8 четвертью формирователь ювтульса 20 формирует короткий импульс, который, пройдя шестой элемент или 21, меняет;состоя- . ние счетного триггера 25 (фнг. 4н)р а .следовательно, коэффициент усиления парафазного усилителя 5 стЮновится положительным. В момент времени tj вйходиой csrнал индуктивной йзмерительиой. цепн 1 становится меньше опорного напряжения -U н на выходе второго компа», о ратора уровня 7 появляется высокий уровень 07 (фиг. 4в), под действием которого на выходе первого. элемента .или 11 появляется вжокнй уровень: ! u (фиг. 4з), действие которого на управляющем входе второго ключфзого элемента 4 приводит х его переклочеиию, и к входу парафазного усилителя 5 подключается:выходной сигнал второй индуктивной измерительной цепи 2. Так как в мсмент времени й, на выходе;второго элемента REH 12. появляется инзкнй уровень (фиг» 4а) то первый ключевой элемент 3 от ключает выходной сигнал первой индуктивной измерительной цеци 1 от входа парафазного усилителя 5. Состояние выходных уровней блока .10 оп-. ределения направления перемещения в момент времени t не меняется (фиг. 4е,ж). В момент времени t+ четвертый формирователь 20- короткого импульса не формирует (фиг. 4л), а следовательно, знак коэффициента. усиления парафазного усилителя 5 остается положительным. 5роме того,. в момент времени t< под действием высокого уровня с первый формирователь. импульсов 22 формирует короткий импульс, который появляется на дискретном выходе преобразователя (фиг.. 4м). До момента времени t> к кусочно-аналоговому выкоду преобразователя подключен выходной сигнал второй индуктивной измерительной цепи 2. В момент времени t выходной сигнал второй индуктивной измерительной цепи 2 становится .меньше опорного напряжения -0е и происходят.перекпочения:ключевых элементов 3 и 4,.ана- . логичные переключениям момейта времени t. при этом знак коэффициента усиления парафазного усилителя 5 становится отрицательныа (фнг. 4н). Таким образом, полное перемеще- . ние можно определить, установив количество дискретных шагов (позиций) уменьшенных единицей, так как при .начальной установке нарабатывается .. ложный дискретный шаг, н прибавив к результату величину перемещения 943796 12 в зоне одной позиции, определяемую по выходному кусочно-аналоговому сигналу. Причем дискретное число :шагов определяют, суммируя число импульсов, выданных, когда на прямом выходе блока 10 определения направления перемещения имеется.высокий уровень, считая их положительными, с числом импульсов дискретного выхода преобразователя, выданных, когда на инверсном выходе блока 10 10 определения направления перемещения имеется высокий уровень, считая их отрицательными. Применение предложенного преобра« эователя перемещений в код позволяет I5 повысить точность преобразования, ° так как для формирования кусочноаналоговой характеристики преобразования используются начальные наиболее линейные части характеристик преобразования индуктивных измерительных цепей. Формула изобретения Преобразователь перемещений в код, содержащий две индуктивных измеря» тельных цепи, выходы которых подключены к первым входам ключевых элементов, выходы которых соединены с первым и вторым входами парафаэного усилителя, вторые входы ключевых элементов соединены с выходами первого и второго элементов ИЛИ, блок определения направления перемещения, 35 прямой выход которого соединен с nepsaem входами первого и второго элементов И, а инверсный выход - с первыми входами третьего и четвертого элементов И, выходы первого 40 и второго элементов ИЛИ через первый и второй формирователи импульсов соответственно соединены с входами третьего элемента ИЛИ, и четвертый, пятый и шестой элементы ИЛИ, о т,л и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения точности преобразо. дания, в него введены счетный триг- гер, третий и четвертый формирователи импульсов и четыре компаратора уровня, выход первой индуктивной измерительной цепи через параллельно соединенные первый и второй компараторы уровня соединен с вторыми входами первого и второго элементов И, входами первого элемента ИЛИ и первым и вторым входами блока определения направления перемещения, выход второй индуктивной измерительной цепи через параллельно соединенные третий и четвертый комнараторы уровня соединен с вторыми входами третьего и четвертого элементов И, входами второго элемента ИЛИ и третьим и четвертым входами блока определения направления перемещения, выходы первого н второго, третьего и четвертого элементов И попарно соединены соответственно с четвертым и пятым элементами ИЛИ, выходы которых через третий и четвертый формирователи импульсов соответственно соединены с входами шестого элемента ИЛИ, выход которого через счетный триггер соединен с третьим входом парафаэного усилителя, счетный вход счетного триггера соединен с клеммой Сброс . Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. АвтОрское свидетельство СССР 9 670954, кл. 6 08 С 9/04, 1977. 2. Авторское .свндетельство СССР по заявке Р 2913620/18-24, кл. G 08 С 9/04, 1980 (прототип) .
