УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ПАРАМЕТРОВ ИНДУКТИВНЫХ ДАТЧИКОВ Российский патент 2005 года по МПК G01R27/26 

Описание патента на изобретение RU2247401C1

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в системах контроля технологических процессов, осуществляющих измерения механических и магнитных величин с помощью датчиков индуктивного типа.

Среди существующих устройств преобразования параметров индуктивных датчиков имеются устройства, принцип действия которых основан на преобразовании параметров датчика в длительность переходного процесса (Шляндин В.М. Цифровые измерительные устройства. - М.: Высш. школа, 1981). Данные устройства отличаются высоким быстродействием по сравнению с аналогичными устройствами, использующими мостовые схемы или схемы на основе колебательного LC-контура, хотя и уступают последним по чувствительности и точности измерений.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является выбранное в качестве прототипа устройство преобразования параметров датчиков индуктивного и резисторного типов (Патент РФ №2168728 Способ и устройство преобразования сигналов от датчиков индуктивного и резисторного типов / Б.И. №16, 2001 г.). В данном устройстве индуктивный датчик состоит из измерительного и опорного плеч, каждое из которых включает в себя параллельно соединенные катушку индуктивности, резистор и диод с большим временем восстановления обратного сопротивления. Кратковременный импульс тока возбуждает в измерительном и опорном плечах датчика переходные процессы, длительность которых зависит от параметров катушек индуктивности. С помощью компаратора и схемы “Исключающее ИЛИ” выделяют импульс рассогласования, длительность которого с помощью интегратора преобразуют в напряжение и далее с помощью АЦП - в цифровой код.

У прототипа и заявляемого изобретения имеются следующие сходные признаки: оба используют один и тот же принцип действия, основанный на преобразовании параметров датчика в длительность переходного процесса; в обоих устройствах датчик состоит из измерительного и опорного плеч, каждое их которых содержит катушку индуктивности; в обоих устройствах разность длительностей переходных процессов в измерительном и опорном плечах преобразуется в длительность импульса рассогласования.

Недостатком прототипа является то, что использование в измерительном и опорном плечах датчика параллельно соединенных катушки индуктивности, резистора и диода, позволяя обеспечить высокое быстродействие устройства, не дает возможности получить высокую чувствительность, присущую устройствам, использующим мостовые схемы или схемы на основе колебательного LC-контура.

Технический результат - повышение чувствительности преобразователя параметров индуктивных датчиков - достигается тем, что в отличие от прототипа в заявляемом устройстве каждое из плеч датчика содержит транзистор Тi (i=1, 2), к эмиттеру которого подключена катушка индуктивности Li, а между коллектором и эмиттером включен конденсатор Сi (фиг.1). Подача кратковременного электрического импульса U0 на базу транзисторов T1 и Т2 вызывает в измерительном и опорном плечах датчика переходные процессы (сигналы U1 и U2), длительность которых зависит от параметров катушек индуктивности. Чувствительность преобразователя определяется отношением Δτ/ΔL, где Δτ и ΔL изменение длительности переходного процесса и изменение индуктивности катушки соответственно. Как показали результаты схемотехнического моделирования, чувствительность у заявляемого изобретения существенно выше, чем у устройства-прототипа.

Структурная схема устройства представлена на фиг.2. Устройство включает в себя генератор импульсов 1, выход которого подключен к базам транзисторов измерительного и опорного плеч датчика T1 и Т2, к эмиттерам транзисторов подключены сигнальные концы катушек индуктивности L1 и L2, другие концы катушек подключены к общей шине, а между коллекторами и эмиттерами транзисторов включены конденсаторы C1 и C2, при этом коллекторы подключены к источнику напряжения +Un; компараторы 2 и 3, первые входы сравнения которых соединены с сигнальными концами катушек индуктивности датчика, а вторые входы сравнения - с общей шиной; два JK-триггера 4 и 5, тактовые входы которых соединены с выходами компараторов, входы сброса триггеров - с выходом генератора импульсов, а выходы триггеров - с двумя входами схемы “Исключающее ИЛИ 6”; схему “Логическое И” 7, один вход которой соединен с выходом схемы “Исключающее ИЛИ”, а другой вход - с выходом генератора счетных импульсов 8; совокупность последовательно соединенных счетчиков 9 и 10, входы сброса которых соединены с выходом генератора импульсов, тактовый вход первого счетчика - с выходом схемы “Логическое И”, а вывод окончания счета первого счетчика - с тактовым входом второго счетчика.

Работу преобразователя поясняют временные диаграммы напряжений, представленные на фиг.3. Электрический импульс U0 возбуждает в измерительном и опорном плечах датчика переходные процессы U1 и U2. Длительности переходных процессов τ1 и τ2, определяемые моментом времени перехода напряжений U1 и U2 через нулевой уровень, зависят от параметров катушек индуктивности L1 и L2. Компаратор 2 измерительного плеча преобразует аналоговый сигнал U1 в импульсы U3 ТТЛ-логики. Аналогичное преобразование осуществляет компаратор 3 опорного плеча. С помощью JK-триггера 4, устанавливаемого в исходное состояние импульсом U0, выделяют момент времени τ1, при котором выходной сигнал триггера U4 принимает значение лог.1. Аналогичное преобразование осуществляет триггер 5, выделяя длительность переходного процесса в опорном плече, т.е. момент времени τ2, при котором выходной сигнал триггера 5 принимает значение лог.1. С помощью схемы “Исключающее ИЛИ” 6 из сигналов с выходов триггеров выделяют импульс рассогласования U5, длительность которого определяется разностью параметров катушек индуктивности измерительного и опорного плеч датчика. Преобразование длительности импульса рассогласования в цифровой код осуществляют с помощью схемы “Логическое И” 7, на один из входов которой поступает импульс рассогласования, а на другой - счетные импульсы с выхода генератора счетных импульсов 8. Импульсы с выхода схемы “Логическое И” поступают на вход счетчика 9. При переполнении счетчика 9 соответствующий импульс переполнения поступает на вход счетчика 10, что позволяет расширить разрядность цифрового кода. Установку счетчиков в исходное состояние осуществляет импульс U0 с выхода генератора 1.

Положительный эффект данного технического решения состоит в том, что использование в качестве чувствительного элемента индуктивного датчика транзистора с катушкой индуктивности в эмиттерной цепи и конденсатора, включенного между коллектором и эмиттером, вместо чувствительного элемента из параллельно соединенных катушки индуктивности, резистора и диода позволяет существенно повысить чувствительность преобразователя параметров индуктивных датчиков.

Похожие патенты RU2247401C1

название год авторы номер документа
УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ПАРАМЕТРОВ ДАТЧИКОВ ИНДУКТИВНОГО ТИПА 2007
  • Смирнов Виталий Иванович
  • Сальников Ярослав Валентинович
  • Урлапов Олег Владимирович
RU2339047C1
ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПАРАМЕТРОВ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ДАТЧИКОВ 2003
  • Ильин М.Г.
  • Смирнов В.И.
RU2241236C1
Преобразователь угла поворота вала в код 1980
  • Гайворонский Владимир Григорьевич
  • Дулькин Александр Исаакович
  • Севрюков Борис Николаевич
  • Сикорский Юрий Михайлович
  • Чубанова Любовь Федоровна
SU900306A1
Цифровой датчик линейных перемещений 1990
  • Астанин Геннадий Филиппович
  • Брио Николай Андреевич
  • Ломакин Андрей Владимирович
  • Плахов Виктор Николаевич
  • Зайчиков Виктор Александрович
SU1739185A1
Способ обнаружения дефектов обмоток якоря электрической машины и устройство для его осуществления 1989
  • Тимченко Леонид Иванович
  • Марцев Николай Павлович
  • Пригоцкий Александр Михайлович
  • Бабий Анатолий Иванович
  • Ходяков Евгений Александрович
  • Беляев Сергей Николаевич
SU1698846A1
ДАТЧИК ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ДЕФОРМАЦИЙ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ИЗДЕЛИЙ 2006
  • Шнитковский Олег Евгеньевич
  • Рассомагин Василий Радионович
RU2312305C1
ДАТЧИК ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ДЕФОРМАЦИЙ КОНТРОЛИРУЕМЫХ ОБЪЕКТОВ 2006
  • Шнитковский Олег Евгеньевич
  • Артемов Николай Иванович
  • Рассомагин Василий Радионович
RU2323411C1
РЕГУЛЯТОР НАПРЯЖЕНИЯ ГЕНЕРАТОРА ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА 2019
  • Кремлёв Валерий Александрович
RU2715992C1
УСТРОЙСТВО ДЛЯ БЕСКОНТАКТНОГО ИЗМЕРЕНИЯ ПЕРЕМЕЩЕНИЯ 2000
  • Стариков А.В.
RU2191346C2
СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ КОНТРОЛИРУЕМЫХ ОБЪЕКТОВ 2002
  • Рассомагин В.Р.
  • Рассомагин С.Р.
RU2207498C1

Иллюстрации к изобретению RU 2 247 401 C1

Реферат патента 2005 года УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ПАРАМЕТРОВ ИНДУКТИВНЫХ ДАТЧИКОВ

Изобретение относится к измерительной технике. Технический результат: повышение чувствительности. Сущность: устройство содержит генератор импульсов, выход которого соединен с измерительным и опорным плечами индуктивного датчика, схему, обеспечивающую выделение импульса рассогласования между длительностями переходных процессов в измерительном и опорных плечах. Длительность импульса рассогласования определяется разностью параметров катушек индуктивности измерительного и опорного плеча. Каждое из плеч датчика содержит катушку индуктивности, транзистор и конденсатор. Базы транзисторов соединены с выходом генератора импульсов. Сигнальные концы катушек индуктивности подключены к эмиттерам транзисторов и к входам сравнения компараторов. Другие концы катушек подключены к общей шине. Между коллекторами и эмиттерами транзисторов включены конденсаторы. Коллекторы обоих транзисторов подключены к источнику напряжения. 3 ил.

Формула изобретения RU 2 247 401 C1

Устройство для преобразования параметров индуктивных датчиков, включающее в себя генератор импульсов, выход которого соединен с измерительным и опорным плечами индуктивного датчика; два компаратора, первые входы сравнения которых соединены с сигнальными концами катушек индуктивности датчика, а вторые входы сравнения - с общей шиной; два JK-триггера, тактовые входы которых соединены с выходами компараторов, входы сброса триггеров - с выходом генератора импульсов, а выходы триггеров - с двумя входами схемы “Исключающее ИЛИ”; схему “Логическое И”, один вход которой соединен с выходом схемы “Исключающее ИЛИ”, а другой вход - с выходом генератора счетных импульсов; совокупность последовательно соединенных счетчиков, входы сброса которых соединены с выходом генератора импульсов, тактовый вход первого счетчика - с выходом схемы “Логическое И”, а вывод окончания счета первого счетчика - с тактовым входом второго счетчика, отличающееся тем, что каждое из плеч датчика включает в себя катушку индуктивности, транзистор и конденсатор, при этом базы транзисторов соединены с выходом генератора импульсов, сигнальные концы катушек индуктивности подключены к эмиттерам транзисторов и к входам сравнения компараторов, а другие концы катушек - к общей шине, между коллекторами и эмиттерами транзисторов включены конденсаторы, а коллекторы обоих транзисторов подключены к источнику напряжения.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2005 года RU2247401C1

СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ПРЕОБРАЗОВАНИЯ СИГНАЛОВ ОТ ДАТЧИКОВ ИНДУКТИВНОГО И РЕЗИСТОРНОГО ТИПОВ 1999
  • Смирнов В.И.
RU2168728C1
УСТРОЙСТВО ДЛЯ БЕСКОНТАКТНОГО ИЗМЕРЕНИЯ ПЕРЕМЕЩЕНИЯ 2000
  • Стариков А.В.
RU2191346C2
Многоканальный преобразовательпАРАМЕТРОВ иНдуКТиВНыХ дАТчиКОВ ВОВРЕМЕННыЕ иНТЕРВАлы 1979
  • Вилоп Леонард Эдуардович
  • Глухов Виктор Павлович
  • Райков Борис Константинович
  • Скобелев Олег Петрович
SU851769A1
US 5535142 А, 09.07.1996
DE 4444409 С1, 18.04.1996.

RU 2 247 401 C1

Авторы

Смирнов В.И.

Ильин М.Г.

Чернов Д.В.

Даты

2005-02-27Публикация

2004-03-23Подача