УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ УГЛОВЫХ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ Российский патент 2010 года по МПК G01B7/30 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения угловых перемещений различных объектов, а именно для преобразования ограниченного угла поворота вала в код, когда нецелесообразно применять сложные, полнооборотные и дорогие датчики (редуктосины, СКВТ и пр.).

Известен преобразователь перемещений (В.Г.Домрачев, В.Р.Матвеевский, Ю.С.Смирнов. Схемотехника цифровых преобразователей перемещений. М.: Энергоатомиздат, 1987, с.58), содержащий П-образный магнитопровод, выходные обмотки которого соединены с элементами сравнения СС1,СС2,СС3, выходы которых подключены к шифратору Ш, содержащему элементы НЕ1, НЕ2, НЕ3 и И1, И2, И3, на выходах которых формируется позиционный код перемещения.

Недостатком данного преобразователя является низкая точность преобразования, обусловленная большой дискретностью измерения.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство для измерения угловых перемещений по RU 2313764 С1, 27.12.2007, МПК: G01B 7/30, содержащее формирователь синусоиды, трансформаторный датчик угла, дифференциальный усилитель, устройство выборки-хранения, аналого-цифровой преобразователь, регистр данных, блок управления и синхронизации и генератор.

Это устройство выбрано в качестве прототипа.

Недостатком этого устройства является наличие погрешности, обусловленной искажениями измеряемой синусоиды.

Задачей настоящего изобретения является повышение точности преобразования устройства для измерения угловых перемещений за счет осреднения выходного кода угла без снижения быстродействия.

Для достижения поставленной задачи в устройство для измерения угловых перемещений, содержащее генератор, выход которого соединен с входом блока управления и синхронизации, первый выход которого соединен с входом формирователя синусоиды, выход которого соединен с входом трансформаторного датчика угла, первый и второй выходы которого соединены соответственно с первым и вторым входами дифференциального усилителя, выход которого соединен с первым входом устройства выборки-хранения, выход которого соединен с первым входом аналого-цифрового преобразователя, введены сумматор и четыре регистра, первые входы которых соединены с выходом аналого-цифрового преобразователя, а выход первого регистра соединен с первым входом сумматора, выход второго регистра соединен со вторым входом сумматора, выход третьего регистра соединен с третьим входом сумматора, выход четвертого регистра соединен с четвертым входом сумматора, выход которого соединен с первым входом регистра данных, второй вход которого соединен с шестым выходом блока управления, пятый выход которого соединен с пятым входом сумматора, четвертый выход соединен со вторыми входами четырех регистров, третий выход соединен со вторым входом аналого-цифрового преобразователя, а второй выход соединен со вторым входом устройства выборки-хранения.

Суть изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 изображена блок-схема устройства для измерения угловых перемещений, на фиг.2 - эпюры напряжений устройства для измерения угловых перемещений.

Устройство для измерения угловых перемещений содержит формирователь 1 синусоиды, трансформаторный датчик 2 угла, дифференциальный усилитель 3, устройство выборки-хранения 4, аналого-цифровой преобразователь 5, регистр 6 данных, блок управления и синхронизации 7, генератор 8, регистры 9-12, сумматор 13.

Устройство работает следующим образом.

На вход трансформаторного датчика 2 угла подается синусоидальное напряжение с выхода формирователя 1 синусоиды. Трансформаторный датчик 2 угла работает на принципе размыкания электромагнитного поля. Он состоит из магнитного сердечника с зазором, в котором перемещается чувствительный элемент - медный виток, обладающий большой электрической проводимостью. Перемещение чувствительного элемента вызывает изменение величины наводимых в нем вихревых токов. При этом изменяется индуктивная связь между первичной обмоткой, расположенной на центральном сердечнике, и выходными обмотками. Если виток находится в нулевом положении, напряжение на выходе датчика, равное разности напряжений на выходных обмотках, будет равно нулю, т.к. выходные обмотки включены встречно и напряжения на выходных обмотках будут равны между собой по амплитуде и противоположны по фазе. Когда чувствительный элемент начнет вращаться, напряжение на выходе датчика изменяется пропорционально α - углу поворота витка.

Полярность выходного напряжения определяется направлением отклонения витка от нулевого положения.

Выходное синусоидальное напряжение трансформаторного датчика 2 угла подается на вход дифференциального усилителя 3. Усиленное до необходимой величины напряжение Uду поступает на вход устройства выборки-хранения 4.

С помощью блока управления и синхронизации 7 в устройстве выборки-хранения 4 четыре раза за период, в моменты времени t, T/2-t, T/2+t, T-t, происходит запоминание четырех значений выходного напряжения дифференциального усилителя 3. Напряжения U1увх, U2увх, U3увх, U4увх с выхода устройства выборки-хранения 4 поступают на вход аналого-цифрового преобразователя 5, где преобразуются в цифровые коды N1, N2, N3, N4, пропорциональные углу поворота чувствительного элемента трансформаторного датчика 2 угла. Все четыре раза момент запуска преобразования Uду в цифровой код задерживается на время Δt для исключения влияния переходных процессов.

В идеальном случае цифровые коды N1, N2, N3, N4 должны быть равны, но вследствие искажений измеряемой синусоиды они будут отличаться друг от друга и от истинного значения кода угла. Для уменьшения этого отличия необходимо произвести осреднение, т.е. сложить значения N1, N2, N3, N4 и разделить на четыре.

Для этого цифровые коды N1, N2, N3, N4 поочередно записываются в регистры 9-12. С выходов регистров 9-12 коды N1, N2, N3, N4 поступают на входы сумматора 13, где суммируются и подаются на вход регистра 6 данных. С помощью отбрасывания двух младших разрядов выходное число делится на четыре. Происходит их осреднение в течение одного периода напряжения питания трансформаторного датчика угла.

Осреднение четырех значений кода угла в течение одного периода напряжения питания трансформаторного датчика угла позволяет повысить точность преобразования без снижения быстродействия и снизить требования к качеству питания трансформаторного датчика угла.

Из известных заявителю патентно-информационных материалов не обнаружены признаки, сходные с совокупностью признаков заявляемого объекта.

Данное устройство испытано на макетном образце. Результаты испытаний свидетельствуют о достижении поставленной задачи. ОАО «ИСС» предполагает использовать это техническое решение на штатных изделиях.

Изобретение относится к измерительной технике. Технический результат: повышение точности преобразования за счет усреднения нескольких значений кода угла без снижения скорости преобразования и снижение требования к качеству питания датчика. Сущность: устройство содержит формирователь 1 синусоиды, трансформаторный датчик 2 угла, дифференциальный усилитель 3, устройство выборки-хранения 4, аналого-цифровой преобразователь 5, регистр 6 данных, блок управления и синхронизации 7, генератор 8, регистры 9-12, сумматор 13. В устройстве выборки-хранения 4 четыре раза за период, в моменты времени t, Т/2-t, Т/2+t, T-t, происходит запоминание четырех значений выходного напряжения дифференциального усилителя 3. Затем эти значения оцифровываются в аналого-цифровом преобразователе 5, записываются в регистры 9-12, суммируются в сумматоре 13 и усредняются. 2 ил.

Устройство для измерения угловых перемещений, содержащее генератор, выход которого соединен с входом блока управления и синхронизации, первый выход которого соединен с входом формирователя синусоиды, выход которого соединен с входом трансформаторного датчика угла, первый и второй выходы которого соединены соответственно с первым и вторым входами дифференциального усилителя, выход которого соединен с первым входом устройства выборки-хранения, выход которого соединен с первым входом аналого-цифрового преобразователя, отличающееся тем, что в него введены сумматор и четыре регистра, первые входы которых соединены с выходом аналого-цифрового преобразователя, а выход первого регистра соединен с первым входом сумматора, выход второго регистра соединен со вторым входом сумматора, выход третьего регистра соединен с третьим входом сумматора, выход четвертого регистра соединен с четвертым входом сумматора, выход которого соединен с первым входом регистра данных, второй вход которого соединен с шестым выходом блока управления и синхронизации, пятый выход которого соединен с пятым входом сумматора, четвертый выход соединен со вторыми входами четырех регистров, третий выход соединен со вторым входом аналого-цифрового преобразователя, а второй выход соединен со вторым входом устройства выборки-хранения.