Преобразователь перемещения в код Советский патент 1983 года по МПК G08C9/02 

т

6

Ь

ел j

ю

ч1

г5-±:т

сд

10

11

L;.

:j.

изобретение относится к измерительной технике я может быть использовано при сейсмических исследованиях.

Известно устройство для измерения перемещения, содержащее дифференциальный емкостный датчик, с переменным зазором, трансформатор напряжения, подстроечныеконденсаторы, фазочувствительный детектор и логические элементы LJ ,

Недостатком устройства является невысокая точность исложность конструкции,:

Известно также устройство для измерения перемещения, содержащее дифференциальный емкостный аатчик с переменным зазором, включенный в схе .му неравновесного моста переменного тока и указа:тель выходного напряжения моста Н

Однако такое устройство характеризуется невысокой точностью.

Наиболее близким техническим решением к предлага емому .является преобразователь перемещения в код, ; содержащий дифференциальный датчик/ первый и второй усилители, выходы ;, которых подключены к формирователю разности напряжений, генератор, источник напряжения, выходы генератора подключены к входам усилителей, и к крайним пластинам дифференциального емкостного датчика, средняя пластина которого подключена к источнику напряжения 3J .

Недостатком известного преобразователя также является невысокая точность.. .

Цель изобретения - повышение точности, преобразователя.

Поставленная цель достигается тем, что в преобразователь перемещения в код, содержащий дифференци-. альный емкостный датчик, первый и . второй усилители, выходы которых подключены к формирователю разности напряжений, генератор, источник напряжения, введены формирователь временных интервалов, ключ, токоограничивающий элемент и блок аналого-цифрового преобразования, генератор .подключен кформирователю временных интервалов, один выход которого подключен к одному входу ключа, другой вход ключа соединен с выходом источника напряжения, а выход ключа через тйкоограничивающий элемент подключен к средней пластине дифференциалы ного емкостного датчика и к входам Первого и второгр усилителей, выходы которых подключены к крайним пластинам дифференциального емкостного датчика, выход формирователя разности напряжений подключен к одному входу блока аналого-цифрового преобразования, управляющий вход которого соедивен с другим выходом формирователя временных интервалов.

Структурная схема преобразователя представлена на чертеже.

Преобразователь содержит генератор 1, формирователь 2 временных интервалов, источник 3 напряжения, ключ 4 , общую шину 5, токоограничиваквдйй элемент (резистор) б, два усилителя 7 и 8, дифференциальный емкостный датчик 9с переменным зазором, формирователь 10 разности напряжений и блок 11 аналого-цифрового преобразования. Резистор -б, усилитель 7 и конденсатор, образованный первой крайней пластиной и средней пластиной емкостного датчика 9, входят в состав первого интегратора. Резистор 6, усилитель 8 и конденса-тор, образованный второй крайней пластиной и средней пластиной емкостного датчика 9, входят р состав второго интегратора.

Принцип работы преобразователя Заключается в том, что в.каждом цик|ле измерения через заданное время от начала интегрирования производится измерение разности выходных напряжений интеграторов, интегрирующих одно и то же напряжение, причем времязадающие цепи интеграторов образуются плечевыми емкостями дифференциального емкостного датчика с переменным зазором, благодаря чему измеренноезначение разности выходных напряжений интеграторов становится пропорционально измеряемому перемещению.

Известно, что в дифференциальном емкостном датчике с одной средней и двумя крайними пластинами.при перемещении средней пластины одновременн изменяются емкости между первой крайней и средней пластинами С и между второй крайней и средней пластинами С в соответствии со следующими выражениями

m

(1)

т

с,-С

Jn-ucJ

еЗ„ расстояние между крайними средней пластинами в среднем положении средней пластины;

Дс) измеряемое перемещение; m - конструктивный параметр. При подаче на вход интеграторов, в которых в качестве времязадающих емкостей используются емкости G и С2 дифференциального емкостного датчика, скачка напряжения Gff на выходах интеграторов напряжения цц и 001,1X2 будет изменяться по следующим законам

«)

2оЦ)

- о 1 выха Rc где R С - постоянная времени первог интегратора; RC2 - постоянная времени второг интегратора; t - время интегрирования первого интегратора; ij- время интегрирования второго интегратора. Учитйвая выражение (1) выходные напряжения интеграторов будут иметь вид . вых,- mR ) UBm - -;;; Uo-bJlw Если принять, что tj( t2 t const, то разность выходных напря жений интеграторов также будет пропорциональна измеряемому перемещени Kot , (4) Чь - Ш -- Откуда измеряемое перемещение бу дет равно 7j Ko(Ueb,x - e i 7l obUebivj 5) где - крэффициент пропорциоо нальности. Таким образом, используя плечи дифференциального емкостного датчик в качестве времязадакяцих емкостей интеграторов, измеряя разность выходных напряжений интеграторов чере заданное время от начала интегрирования эталонного напряжения о одновременно двумя интеграторами получим линейную зависимость между из меряемым перемещением, и выходным напряжением bUey . Преобразователь работает следующим образом. С приходом переднего 4 ронта импульса генератора 1 на вход формиро вателя 2 временных интервалов последний подключает источник 3 напря жения через ключ 4 к входам интегра торов и одновременно н-ачинает форми ровать фиксированный временной ин.тервал t . При этом на входы обоих интеграторов {на резистор 6) посту- пает напряжение с выхода источника 3. Интеграторы начинают, интегрировать это напряжение. Напряжения вьиц выходах усилителей 7и-8 начинают изменяться по линейному закону, причем угол наклона выходных напряжений усилителей 7 и 8 прямо пропорционален плечевым емкостям дифференциального емкостного датчика 9. Вьлходные напряжения усидителей 7 и 8 поступают на выходы формирователя 10, на выходе которого формируется разностное напряжение. 8момент окончания формирования временного интервала интегрирования формирователь 2 временного интервала вырабатывает импульс управления, по переднему фронту которого блок 11 аналого-цифрового преобразования осуществляет.преобразование в код выходного напряжения формирователя, 10. Код на выходе блока 11 хранится до прихода переднего фронта следующего импульса от формирователя 2 временного интервала. По заднему фронту импульса управления от формирователя 2 временного интервала ключ 4 отключает источник 3 напряжения от входов интеграторов и подключает их к общей шине 5. При этом на входы интеграторов подается напряжение равное нулю, выходные напряжения интеграторов и выходное напряжение формирователя 10 начинают убывать до нуля. На этом цикл измерения 3aKaH4jiBaeTcn. В таком преобразователе интегрирование напряжения производится от одного источ 1ика 3 через общий токоограничивающий элемент (резистор) б, а время интегрирования задается исходя из заданной- разрешающей способности формирователем 2. В результате точность преобразователя повыается . Экономический эффект от использования преобразователя определяется его техническим преимуществом. | .

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПЕРЕМЕЩЕНИЯ В КОД, содержащий дйфференцнальный емкостный датчик, первый и второй усилители, выходы которых подключены к формирователю разности напряжений, генератор, источник напряжения, о тличающийся тем, что, с I целью повышения точности преобразователя, в него введены формирователь бременных интервалов, ключ, токоограничивающий элемент и блок аналогоцифрового преобразования, генератор подключен к формирователю временных интервсшов, один выход которого подключен к одному в::оду ключа, другой вход ключа соединен с выходом источника напряжения, а выход ключа через токоограничивающий элемент подключен к средней пластине дифференциального емкостного датчика и к входам первого и второго усилителей, выходы которых подключены к крайним i пластинам дифференциального емкостного датчика, выход формирователя разности напряжений подключен к одному входу блока анёшого-цифрового преобразования, управляихций вход которого соединен с. другим выходом формирователя временных интервалов.