ИНДУКТИВНЫЙ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ Российский патент 2012 года по МПК G01B7/00 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения линейных и угловых перемещений, основная область применения - измерительные устройства гальванометрических сканаторов и устройств перемещения с обратной связью.

Известен измерительный преобразователь индуктивного типа [1], содержащий первичный индуктивный дифференциальный преобразователь, генератор синусоидальных колебаний и вторичный фазовый преобразователь. Данное решение позволяет эффективно линеаризовать функцию преобразования датчика, но не обеспечивает выходной сигнал в виде напряжения постоянного тока.

Наиболее близким по числу общих признаков и решаемой задаче является измерительный преобразователь, содержащий первичный индуктивный дифференциальный преобразователь, генератор синусоидальных колебаний, дифференциальный усилитель, фазовращатель и синхронный демодулятор [2]. Обе катушки первичного преобразователя подключены к генератору синусоидальных колебаний и к входу дифференциального усилителя, выход которого соединен с входом синхронного демодулятора, опорный вход которого через фазовращатель соединен с генератором синусоидальных колебаний. Данное решение не позволяет получить необходимую величину нелинейности функции преобразования при относительно малых размерах первичного преобразователя.

Задача изобретения - повышение точности преобразования входного перемещения индуктивного первичного преобразователя дифференциального типа в напряжение постоянного тока путем преобразования индуктивности индуктивного первичного преобразователя дифференциального типа в разность фаз синусоидального напряжения с последующим преобразованием разности фаз в напряжение постоянного тока при обеспечении низкого значения нелинейности функции преобразования для малых размеров первичного преобразователя, повышение чувствительности, а также обеспечения возможности автоматического режима настройки преобразователя.

Сущность настоящего изобретения состоит в том, что в него введены (фиг.1) преобразователи индуктивности в фазу 3 и 4, суммирующий усилитель 6 и компаратор 8, выход генератора синусоидальных колебаний соединен с входами (контакт [1]) преобразователей индуктивности в фазу, к параметрическим входам (контакт [2]) которых подсоединены одни концы катушек первичного индуктивного дифференциального преобразователя, противоположные концы которого соединены с общим проводом, выходы преобразователей индуктивности в фазу соединены со входами дифференциального 5 и суммирующего усилителей, выход суммирующего усилителя соединен со входом фазовращателя 9, выход которого соединен со входом компаратора, а его выход - с опорным входом синхронного демодулятора 7, вход синхронного демодулятора соединен с выходом дифференциального усилителя, выходной сигнал снимается с выхода синхронного демодулятора.

Емкости С1 и С2 выполнены в виде эквивалентов переменных емкостей перестраиваемых с помощью резисторов R7 (фиг.2) [3].

Резисторы R3, R6 (фиг.1) и R7 (фиг.2) выполнены в виде цифровых потенциометров.

На фиг.1 представлена функциональная схема индуктивного измерительного преобразователя. Схема содержит первичный индуктивный преобразователь 1, генератор синусоидальных колебаний 2, преобразователи индуктивности в фазу 3 и 4, дифференциальный усилитель 5, суммирующий усилитель 6, синхронный демодулятор 7, компаратор 8 и фазовращатель 9.

На фиг.2 представлена схема эквивалента переменной емкости, выполненной на ОУ, перестраиваемой потенциометром R7.

Устройство выполнено следующим образом.

Одни концы катушек первичного индуктивного дифференциального преобразователя соединены с параметрическим входом (контакт [2]) преобразователей индуктивности в фазу, другие концы первичного индуктивного дифференциального преобразователя соединены с общим проводом, емкости С1 и С2, которых выполнены в виде эквивалента переменной емкости, представленной на фиг.2. Входы (контакт [1]) преобразователей индуктивности в фазу соединены с генератором синусоидальных колебаний. Выходы преобразователей индуктивности в фазу (контакт [3]) соединены с входами дифференциального усилителя и суммирующего усилителя. Выход дифференциального усилителя соединен с входом синхронного демодулятора, а выход суммирующего усилителя - с входом фазовращателя, выход фазовращателя соединен с входом компаратора, выход которого соединен с опорным входом синхронного демодулятора, выходной сигнал индуктивного измерительного преобразователя снимается с выхода синхронного демодулятора.

Резисторы R3, R6 преобразователей индуктивности в фазу и резистор R7 эквивалента переменной емкости выполнены в виде цифровых потенциометров, для обеспечения режима автоматической настройки индуктивного измерительного преобразователя.

Работает устройство следующим образом.

При изменении индуктивности катушек первичного индуктивного дифференциального преобразователя 1 фазы сигналов на выходах преобразователей индуктивности в фазу 3 и 4 сдвигаются в противоположных направлениях по отношению к фазе генератора 2. При вычитании этих сигналов дифференциальным усилителем 5 на его выходе формируется сигнал синусоидальной формы, амплитуда которого пропорциональна перемещению подвижной части первичного индуктивного дифференциального преобразователя 1. Этот сигнал демодулируется синхронным демодулятором 7 по опорному сигналу, полученному суммированием выходных сигналов преобразователей индуктивности в фазу суммирующим усилителем 6, сдвинутым по фазе фазовращателем 9 и преобразованным в меандр компаратором 8.

Предложенное решение позволяет существенно снизить нелинейность функции преобразования первичного индуктивного преобразователя дифференциального типа при получении выходного сигнала индуктивного измерительного преобразователя в виде напряжения постоянного тока при высокой стабильности преобразования из-за отсутствия эффекта амплитудно-фазовой конверсии [4], а также повысить чувствительность без снижения отношения сигнал/шум. Расчет по модели и эксперимент показывают, что для одного и того же первичного индуктивного преобразователя дифференциального типа по сравнению с амплитудным типом преобразования [2], имеющим нелинейность функции преобразования 1% предложенное решение позволяет получить нелинейность функции преобразования 0.1% и чувствительность выше в более чем в 4 раза.

Литература

1. Патент №RU 1747869, «Дифференциальный индуктивный датчик микроперемещений», Нестерук И.Н., приоритет от 31.01.1990, опубликовано 15.07.1992.

2. Ж.Аш с соавторами. Датчики измерительных систем, книга 1. Москва «Мир», 1992, стр.367, рис.7.16.

3. Горшков Б.И., Радио-электронные устройста, Москва «Радио и связь», 1985, стр.84-85.

4. А.М.Фиштейн. Ключевые фазометрические преобразователи. Новосибирск «Наука», Сибирское отделение, 1985, стр.15-16.

Изобретение относится к измерительной технике. Сущность: индуктивный измерительный преобразователь содержит первичный индуктивный дифференциальный преобразователь, генератор синусоидальных колебаний, дифференциальный усилитель, фазовращатель, синхронный демодулятор, суммирующий усилитель, преобразователи индуктивности в фазу и компаратор. Выход генератора соединен с входами преобразователей индуктивности в фазу. Параметрические входы преобразователей соединены с одними концами катушек первичного индуктивного дифференциального преобразователя. Противоположные концы соединены с общим проводом. Выходы преобразователей соединены со входами дифференциального и суммирующего усилителей. Выход суммирующего усилителя соединен со входом фазовращателя. Выход фазовращателя соединен со входом компаратора. Выход компаратора соединен с опорным входом синхронного демодулятора. Вход синхронного демодулятора соединен с выходом дифференциального усилителя. Выходной сигнал снимается с выхода синхронного демодулятора. Технический результат: снижение нелинейности функции преобразования первичного индуктивного преобразователя при высокой стабильности преобразования из-за отсутствия эффекта амплитудно-фазовой конверсии, а также повышение чувствительности без снижения отношения сигнал/шум. 3 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Индуктивный измерительный преобразователь, содержащий первичный индуктивный дифференциальный преобразователь, генератор синусоидальных колебаний, дифференциальный усилитель, фазовращатель и синхронный демодулятор, отличающийся тем, что в него введены преобразователи индуктивности в фазу, суммирующий усилитель и компаратор, выход генератора синусоидальных колебаний соединен с входами преобразователей индуктивности в фазу, к параметрическим входам которых соединены одни концы катушек первичного индуктивного дифференциального преобразователя, противоположные концы которого соединены с общим проводом, выходы преобразователей индуктивности в фазу соединены со входами дифференциального и суммирующего усилителей, выход суммирующего усилителя соединен со входом фазовращателя, выход которого соединен со входом компаратора, а его выход - с опорным входом синхронного демодулятора, вход синхронного демодулятора соединен с выходом дифференциального усилителя, выходной сигнал снимается с выхода синхронного демодулятора.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что конденсаторы преобразователей индуктивности в фазу выполнены в виде эквивалентов переменных емкостей, перестраиваемых с помощью потенциометров.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что резисторы преобразователей индуктивности в фазу выполнены в виде цифровых программируемых резисторов.

4. Устройство по п.2, отличающееся тем, что переменный резистор эквивалента переменной емкости выполнен в виде цифрового программируемого резистора.