Устройство для измерения линейных перемещений Советский патент 1983 года по МПК G01B7/00 

ключены к соответствующим входам блока деления, тактовые входы первого и второго счетчиков соединены соответственно.с выходами второго элемента ЗИ и элемента 2И, синхро вход блока деления связан с выходом первого элемента ЗИ, а реверсивный сдвиговый регистр своими, выходами соединен с соответствующими управляющими входами коммутатора V

2.. Устройство по п. 1, о т л и ч,а ю щ е е с я тем, что формирователь эталонных сигналов выполнен в виде цепи из последовательно соединенных выпрямителя, интегратора и аналогового ключа, вход выпрямителя соединен с информационным, установочный вход интегратора - с установочным, управляющий вход аналогового ключа - с управляющими входами, а выход аналогового ключа - е выходом формирователя эталонных сигналов.

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ЛИНЕЙНЫХ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ, содержащее группу Индуктивных измерительных преобразователей, коммутатор, блок управления, вычислительный и измерительный блоки,- О-т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения диапазона измерений-, оно снабжено формирователем тактов, реверсивным сдвиговым регистром, подключенным к первому выходу формирователя тактов, генератором синусоидального., тока, связанным с вторым выходом формирователя тактов, эталонным трансформатором, один из концов первичной обмотки которого связан с выходом генератора синусоидального тока, формирователем эталонных сигналов, подключенным информационным входом к- вторичной обмотке эталонного трансформатора, группа индуктивных измерительных преобразователей выполнена в виде N п зямолинейных проводников, расположенных в одной плоскости параллельно один другому с заданным шагом, индуктивного датчика перемещений в виде катушки индуктивности, имеющей возможность перемещения отно.сительно проводников, одни концы всех проводников объединены и подключены к второму концу первичнойобмотки эталонного трансформатора, вторые концы каждого из проводников соединены с соответствующим выходом коммутатора, измерительный блок выполнен в виде цепи из последовательно соединенных аналогового ключа, интегратора и компаратора, одновибратора; вход аналогового ключа соединен с выходом индуктивного датчика, вход интегратора - с выходом формирователя эталонных сигналов, выход.одновибратора подключен к установочным входа1М формирователя эталонных сигналов и интегратора, вход - к а 3 первому выходу формирователя тактов и управляющему входу формирователя 0 С эталонных сигналов, блок управления .выполнен в виде совокупности генератора импульсов, двух элементов ЗИ, элемента 2И, элемента 2-ЗИ/ИЛИ, и счетчика команд, выход генератора импульсов связан с входом формирователя тактов, вторым входом первого элемента ЗИ, .первым и пятым входами элемента 2-ЗИ/ИЛИ,первым входом второго элемента ЗИ, первый выход счетчика команд соединён с СР третьим и четвертым входами элемента 2-ЗИ/ИЛИ, первым входом первого KJ элемента ЗИ и вторим входом элемен: та 2И, второй выход счетчика команд связан с вторым и шестым входами элемента 2-ЗЙ/ИЛИ и третьим входом первого элемента ЗИ, вход счетчика .команд соединен хз выходом компаратора, управляющим входомреверсий- : ного сдвигового регистра и третьим входом второго элемента ЗИ, второй вход второго элемента ЗИ соединен с первым выходом формирователя тактов, первый вход элемента 2И подключен к выходу второго .элемента ЗИ вычислительный блок выполнен в виде двух счетчиков и блока деления, информационные выходы счетчиков под

Изобретение относится к измерительной, технике и может быть исползовано для измерения линейных перемещений.

Известно устройство для измерения линейных перемещений, содержащее индуктивные датчики, измерительный блок, коммутатор, вычислительный блок и блок управления fl

Недостатком устройства является малый диапазон измерений, обусловленный нелинейностью датчиков при значительных перемещениях.

Наиболее близким к изобретению является устройство для измерения линейных перемещений, содержащее группу индуктивных измерительных преобразователей, кoм 4yтaтop, блок управления, вычислительный и изме рительный блоки 2.

Недостатками устройства являютс малый диапазон измерений, обусловленный нелинейным характером зависимости сигналов преобразователей от перемещения, а также конструктивная сложность изготовления строго ориентированных катушек индуктиности.

Целью изобретения является расширение, диапазона измерений.

Поставленная цель достигается тем, 1то устройство для измерения линейных перемещений, содержащее группу индуктивных измерительных преобразователей, коммутатор, блок управления, вычислительный и измерительный блоки, снабжено формирователем тактов, реверсивным сдвиг ГОВ.ЫМ регистром, подключенным к первому входу формирователя тактов генератором синусоидального тока, связанным с вторым выходом формирователя тактов, эталонным трансформатором, один из концов первичной обмотки которого связан с выходом генератора синусоидального тока, формирователем эталонных сигНсшов, подключенным информационным

входом к вторичной обмотке эталонного трансформатора, группа индуктивных измерительных преобразователей выполнена в виде N прямолинейных проводников, расположенных в одной плоскости параллельно один другому с заданным шагом, индуктивного датчика перемещений в виде катушки индуктивности, имеющей возможность перемещения относительно проводников, одни концы всех проводников объединены и подключены к второму концу первичной обмотки эталонного трансформатора, вторые концы каждого из проводников соединены с соответствукщим выходом коммутатора, измерительный блок выполнен в виде цепи из последовательно соединенных аналогового ключа, .интегратора и компаратора, сОцсЛовиб0 ратора, вход аналогового kлюЧ4 соединен с выходом индуктивного датчика, вход интегратора - с выходом фоЕ гарователя эталонных сигналов, выход одновибратора подключен к

5 установочным входам, формирователя эталонных сигналив и интегратора, вход - к первому выходу формирователя тактов и управляющему входу формирователя эталонных сигналов,

0 блок управления выполнен в виде совокупности генератора импульсов, двух элементов ЗИ, элемента 2И, элемента 2-ЗИ/ИЛИ и счетчика команд, выход генератора импульсов связан с входом формирователя тактов, вторым входом первого элемента ЗИ, первым и пятым входами элемента 2-ЗИ/ИЛИ и первым входом второго элемента ЗИ, первый выход счетчика команд соединен с третьим и четверг тым входами элемента 2-ЗИ/ИЛИ, первым входом первого элемента ЗИ и вторьм входом элемента 2И, второй выход счетчика команд связан с вторым и шестым входами элемента

5 2-ЗИ/ИЛИ и третьим входом первого элемента ЗИ, Вход счетчика команд соединен с выходом компаратора, управляющим входом реверсивного сдвигового регистра и третьим входом второго элемента ЗИ, второй-вход второго элемента ЗИ соединен с первым выходом формирователя тактов, первый вход элемента 2И подключен к выходу второго элемента ЗИ, вы- : числительный блок вьтолнен в виде двух счетчиков и блока деления, информационные выходы счетчиков подключены к соответствующим входам блока деления,-тактовые входы пер вого и второго счетчиков соединены соответственно с выходами второго элемента ЗИ и элемента 2И, синхроввод блойа деления связан с выходом первого элемента ЗИ, а реверсивный сдвиговые регистр с.воими выходами . соединен с соответствующими управ:ляющими входами коммутатора. Кроме того, формирователь эталонных сигналов выполнен в виде цепи из последовательно соединенных выпрямителя, интегратора и аналогового ключа, вход выпрямителя соединен с информационным, установочный вход интегратора - с установочным, упр ляющий вход аналогового ключас управляющим входами, а выход аналогового ключа - с выходом формирователя эталонных сигналов. На фиг. 1 представлена блок-.схем устройства; на фиг, 2 - блок-схема построения формирователя эталонных сигналов. Устройство для иэмерения линейных перемещений фиг, f) содержит группу индуктивных измерительных преобразователей в виде N прямолинейных проводников 1 и индуктивного датчика 2 перемещений в виде катушки индуктивности, имекадей врзможность перемещения относительно , проводников, генератор 3 синусоидального тока, эталонный трансформатор 4, первичная обмотка которого подключена к гене эатору 3 и объединенным концам группы проводников 1 коммутатор 5, подключенный выходами к соот тствующим вторым концам проводников 1, измерительный блок в виде последовательно соединенных аналогового ключа б, интегратора 7 и компаратора8, одновибратора 9, выход одновибратора 9 связан с т. установочным входом интегратора 8, блок управления в виде совокупноети генератора 10 импульсов, первого 1J. и второго 12 элементов ЗИ, . элемента 13 2И, элемента 14 2-ЗИ/ИЛ и счетчик.-15 команд, генератор 10 импульсов соединен с-первым ипятым входами элемента 2-ЗИ/ИЛИ вторы входом первого и первым входом второго элементов 2И, первый выход iсчетчика 15 команд, соответствующий старшему разряду, соединен с входами первого 11 элемента ЗИ, элемента 13 2И и элемента 14 2-ЗИ/ИЛИ, второй выход, соответствующий млад- , шему разряду, связан с входами эле- i ментов 14 и 10, вход счетчика 15 команд соединен с выходом компаратора 8, . Устройство содержит также вычислительный блок в виде первого | 16 и второго 17 счетчиков, соединен ных с блоком 18 деления, установочные ВХОДЫ первого 16 и второго 17 ; счетчиков связаны соответственно с выходами второго элемента 12 ЗИ и элемента 13 2И, синхроввод блока 18 деления подключен к выходу второго 11 элемента ЗИ, Коммутатор 5 управляется сигналами с выхода сдвигового регистра 19, который, в свою очередь, подключен к формирователю 20 тактов, связанному вторым своим выходом с генератором 3 синусоидального тока, а входом с генератором импульсов, формирователь 21-эталонных сигналов под-, ключен информационным входом к вторичной обмотке эталонного трансформатора 4, управляющим входом к первому выходу формирователя 20 тактов.: формирователь 21 эталонных риг- | налов (,фиг. 2) содержит цепь из последовательно соединенных выпрямителя 22, интегратора 23 и аналогового ключа 2, вход выпрямителя подключен к информационному входу формироватэля, выход аналогового ключа - к выходу формирователя, управляющий вход аналогового ключа связан с управляющим входом формировате йя, а установочный вход интегратора - с установочным входом формирователя. Устройство работает следующим образом. При нажатии оператором .кнопки Пуск t не показана) сигнал начальной установки устанавливают в начальное состояние первый 16 и второй 17 счетчики, делитель 18 и записывает единицу в младшие разр51ды счетчика 15 команд и реверсивного сдвигового регистра 19i. Импульсы с генератора 10 импульсов поступают на формирователь 20 тактов, где.происходит их деление на установленный коэффициент. В первый полупериод такта опроса отдельного проводника 1 из группы проводников (при этом проводники можно рассматривать как одновитковую катушку индуктивности с радиусом бесконечности) с форми-г рователя 20 тактов синхронизирующие импульсы поступают на генератор 3 синусоидального тока, вырабатывающий синхронные синусоидальные сигналы тока, протекающие в каждом проводнике 1 .группы проводников. Од-tfOBpeMSHHO единичный сигнал на выходе- младшего разряда, нулевой на выходе старшего разряда счетчика 15 команд разрешают прохождение первых полуиериодов прямоуголь ных импульсов с генератора 10 импульсов через элемент 18 2-ЗИ/ИЛИ на управляющий вход аналогового ключа 6, разрешая, тем. самым, пост пление первых полупериодов синусоидальных колебаний, наводимых в индуктивном датчике 2 перемещений, в интегратор 1, одновременно с эти синусоидальные сигналы, снимаемое со вторичной обмотки эталонного трансформатора 4, поступают в .формирователь 21 эталонных сигналов, где происходит их накопление в пер вую половину такта опроса отдельно го проводника группы проводников. Сигнал с выхода интегратора 7 поступает на вход компаратора 8, где происходит его сравнение с. нулевым уровнем. До тех пор -пока на интегратор 7 поступает с индуктивного датчика 2 перемещений в первый полупериод каждого синусоидаль ного колебания отрицательный сигна на ьыходе компаратора 8 присутствует нулевой сигнал. При этом реверсивный сдвиговый регистр 19 сдвигает единицу,записанную в начале определенияперемещения, в младший разряд по переднему фронту второго полупериода такта опроса отдельного проводника группы проводников в сторону старших разрядо В конце каждого такта по отрицател ному фронту, поступающего с формирователя 20 тактов, одновибратор 9 переводит интегратор 7 и формиро- ватёль 21 эталонных сигналов в иачальное состояние. Как только синусоидальные сигна лы с генератора 3 синусоидального тока поступят в тот проводник из группы проводников, ток в котором возбудит в индуктивном датчике 2 перемещений в первые полупериоды с нусоидальных колебаний сигналы положительной полярности, на выходе компаратора 8 появится единичный сигнал. При этом на интеграторе происходит накопление проинтегриро ванных положительных сигналов с индуктивного датчика 2 перемещений в первую половину такта опроса, пр чем в конце половины такта амплитуда на выходе интегратора 7 соотв .ствует расстоянию от индуктивного датчика 2 перемещений до выбранног проводника из группы проводников. Во второй половине этого такта едч ничный сигнал с выхода формировате 20 тактов разрешит поссупление эта лонного сигнала, полученного в пер вой половине такта с формирователя 21 эталонных сигналов на интегратор 7. С этого момента амплитуда на выходе интегратора 7 начнет линейно уменьшаться, одновременно с этим единичные сигналы на выходах компаратора В и формирователя20 тактов разрешат поступление тактовых Импульсов с генератора 10 импульсов через второй элемент 12 ЗИ на первый счетчик 16. Компаратор 8 сохранит единичный сигнал на выходе до тех пор, пока сигнал на выходе интегратора 7 не станет маньше нулевого уровня. После появления нулевого сигнала на выходе компаратора 8, импульсы пе-. рестанут поступать через второй элемент 11 ЗИ в первый счетчик 16, и, тем самым, в последнем зафиксируется код, соответствующий времени линейного изменения сигнала на вы- ходе интегратора 7 от уровня, соответствующего расстоянию между индуктивным датчиком 2 перемещений и выбранным проводником, тем самым, код, зафиксированный первым счетчиком 16, буде соответствовать определяемому расстоянию. Так как в момент перехода из нулевого состояния в единичное сигнала, поступающего из формирователя 20 тактов в реверсивный сдвиговый регистр 19, на последний с компаратора 8 поступает единичный сигнал, реверсивный сдвиговый регистр 19 перейдет в предыдущее состояние. Кроме того, qтpицaтeльный фронт сигнала на выходе компаратора 8 переведет счетчик 15 команд в следующее состояние, при котором на выходе младшего разряда будет нулевой уровень, а на выходе старшего - единичный. В следующем такте произойдет определение расстояния от индуктивного датчика 2 перемещений до проводника смежного с выбранным на предыдущем такте. При этом сигналы, наводикяае в индуктивном датчике 2 перемещений, будут иметь полярность, обратную сигналам, получаемым в предыдущем такте, поэтому инвертированный сигнал с выхода младшего разряда и единичный сигнал с выхода старшего разряда разрешает прохождение инвертированных сигналов генератора 10 импульсов через элемент 14 2-ЗИ/ИЛИ на управляющий вход аналогового ключа 6, тем самым с индуктивного датчика 2 перемещений в интегратор 7 будут поступать положительные сигналы второй полуволны синусоидальных колебаний.. Во время линейного уменьшения сигнала на выходе интегратора 7 одновременно с записью в первый счетчик 16 импульсов, число которых соответствует расстоянию от индуктивного датчика перемещений до фиксированного проводника, единичный.сигнал навыходе старшего разряда счетчика 15 команд разре аит запись этих импульсов Через элемент 13 И во второй счетчик. При появлении нулевого сигнала на выходе компаратора 8 счетчик 15 команд перейдет в следующее состояние, в первом счетчике 16 будет зафиксирован код соответствующий расстоянию между двумя смежными проводниками группы а во втором счетчике 17 - код, соответствующий расстоянию от индуктивного датчика 2 перемещений до фиксированного проводника из группы проводников.

Единичный сигнал на выходах младшего и старшего радрядов ,счетчика 15 команд разрешит прохождение импульсов генератора 10 импульсов через первый элемент 11 ЗИ на синхронизирующий вход делителя 18 .по этим импульсам делитель осуществит деление содержимого второго счетчика 17 на содержимое первого счетчика 16 с коэффициентом, равны точному расстоянию между проводниками. После окончания деления код, полученный в делителе 18, совместно с кодом На реверсивном сдвигово регистре, определяющем выбранный проводник группы 1 индуктивностей, точно определяет положение индуктиного датчика 2 перемещений относительно первого проводника группы. Формирователь 21 (фиг. 2) эталонных сигналов работает следующим, i образом .

Синусоидальные сигналы, поступаю . :щие на информационные входы формирователя 21 эталонных сигналов, выпрямляет, выпрямитель 22, выпрямленные сигналы поступают на интег{ратор , где происходит их накопление с

интегрированием в первую половину такта опроса калодого проводника из группы проводников, во вторую половину этого же такта с .уп15 рабляющего входа формирователя 21 эталонных сигналов открывает аналоговый ключ 24 и постоянный сигнал, накопленный на интеграторе 23 через аналоговый ключ 24, поступает йа

20 выход формирователя 21 эталонных сигналой. .Устройство позволяет значительно увеличить диапазон измерения линейных перемещений без усложнения кон-, струкции за счет выполнения группы; Индуктивных измерительных -преобразователей в виде параллельно расположенных прямолинейных проводников с перемеЬ1ающимся относительно них 0;датчиком в виде катушки индуктивности .