Устройство для измерения линейных перемещений Советский патент 1984 года по МПК G01B7/00 

го фазовращателя, и детектора, включенного на выходе второго сумматора.

3, Устройство по п. 2, отличающее ся тем, что каждый из

магнитометрических датчиков выполнен в виде трех цилиндрических катушек индуктивности, оси чувствительности которых расположены в трех взаимно перпендикулярных плоскостях.

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ЛИНЕЙНЬК ПЕРЕМЕГЦЕНИЙ, содержащее группу индуктивностей, выполненных в виде прямолинейных проводников, уложенных с Определенным шагом в одной плоскости,. концы которых с одной стороны плоскости соединены в общей точке, эталонный трансформатор, генератор синусоидального тока, подключенный через .первичную обмотку эталонного трансформатора к общей точке проводников группы индуктивностей, блок токовых ключей, выход каждого яэ которых подключен к соответствующему проводнику группы.индуктивностей, регистр сдвига, выходами соединенный с входами блока токовых ключей, счетчик блок управления, первый выход которого соединен с установочными входами регистра сдвига и счетчика, а второй выход - с управляющим входом генератора синусоидального тока, делитель частоты, вход которого соединен с третьим выходом блока управления, а выход со счетными входами регистра сдвига и счетчика, детектор, входом подключенный к вторичной облютке эталонного трансформатора, вычислительный блок, старшие информационные входы которо.го соединены с выходами счетчика, а .управляющий вход - с четвертым выходом блока управления, и указатель перемегр.ения, отличающееся тем, что, с целью повьаиения точности и расширения функционал;;ных возможностей, оно снабжено двумя идентичными магнитометрическими датчиками, pacпoлoжeнны o на указателе перемещения шестью аналоговыми ключами, информационные входЪа которых связаныс соответствующими выходами магнитометрических датчиков, управляющие входы первых трех аналоговых ключей подключены к пятому выходу блока управления, а управляющие входы остальных трех - к шестому выходу блока управления, дискриминатором инвариантного сигнала, входы которого подключены к попарно соединенным выходам первой и второй тройки аналоговых ключей, аналого-цифровым преобразователем, информационныйС/З вход которого подключен к выходу дискриминатора инвариантного сигнала, опорный вход - к выходу детек.тора, управлякщий вход - к седьмому выходу блока управления, а выходы к младшим информационным входам вычислительного блока, и пороговым элементом, вход которого подключен к выходу дискриминатора инвариантного сигнала, а выход - к входу блока управления. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что дискриминатор инвариантного сигнала выпопнся в вике трех узкополосных усилителей, первого сумматора, первый вход которого подключен к выходу третьего уси лителя, фазовращателя, включенного меж.цу выходом второго усилителя и вторым вхрдоул первого сумматора, управляемого фазовращателя, вход которого подключен к выходу первого сумматора, а управляющий вход - к выходу первого усилителя, второго сумматора, первый вход которого подключен к выходу первого усилителя. а второй вход - к выходу управляемо

i

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

Известно устройство для измерения линейных перемещений, содержащее ряд индуктивностей, элемент возбуждения и блок обработки измерительной информации 1.

Недостатком указанного устройства - невысокая точность измерения, обусловленная погрешностями, воз-, никающими при изменении ориентации элемента возбуждения в процессе измерения.

Наиболее близким по технической сущности является устройство для измерения линейных перемещений, содержащее группу индуктивностей,. выполненных в виде прямолинейных проводников, уложенных с определенным шагом в одной плоскости, концы которых с одной стороны плоскости соединены в ойдей точке, эталонный трансформатор, генератор синусоидального тока, подключенный через первичную обмотку эталонного трансформатора к общей точке проводников , группа индуктивностей, блок токовых ключей, выход каждого из которых подключен к соответствующему проводнику группы индуктивностей, регистр сдвига, выходами соединенный с входами блока токовых ключей, счетчик, блок управления, первый выход которого соединен с установочными входами регистра сдвига и счетчика, а .второй выход - с управляющим входом генератора синусоидального тока, делитель частоты, вход которого соединен с третьим выходом блока управления, а выход - со счетными входами регистр а сдвига и счетчика, детектор, входом поцключенный к вторичной обмотке эталонного трансформатора, вычислительный блок, старгяие информационные входы которого соединены с выходами счетчика, а управляющий вход - с четвертым выходом блока управления, и указатель перемещения С2.

Недостатками известного устройства являются невысокая точность измерения, обусловленная погрешностями.

возникающими при изменении ориентации измерительного элемента, и неширокие функциональные возможности вследствие того, что измерение возможно производить лишь при неизменной ориентации измерительного элемента в пространстве.

Цель изобретения - повышение точности измерения и расширение функциональных возможностей.

Поставленная цель достигается тем, что устройство для измерения линейных перемещений, содержащее . группу индуктивностей, выполненных

в виде прямолинейных проводников, уложенных с определенным шагом в одной плоскости, концы которых,с одной стороны плоскости соединены в общей точке, эталонный трансформатор,

генератор синусоидального тока, подключенный через первичную обмотку эталонного трансформатора к общей точке проводников группы индуктивностей, блок токовых ключей, выход

каждого ий которых подключен к соответствующему проводнику группы индуктивностей, регистр сдвига, выходами соединенный с входами блока токовых ключей, счетчик, блок управления,

первый выход которого соединен с установочными входами регистра сдвига и счетчика, а второй выход - с управляющим входом генератора синусоидального тока, делитель частоты, вход которого соединен с третьим выходом блока управления, а выход - со счетными входами регистра сдвига и счетчика, детектор, входом подключенный к вторичной- обмотке эталонного трансформатора, вычислительный

0 блок, старшие информационные входы которого соединены с выходами счетчика, а управляющий вход - с четвертым выходом блока управления, и указатель перемещения, снабжено двумя

5 идентичными магнитометрическими датчиками, расположенными на указателе перемещения шестью аналоговыми ключами, информационные входы которых связаны с соответствующими выходами

Q магнитометрических датчиков, управ7 ляющие входы первых трех аналоговых ключей подключены к пятому выходу блока управления, а управляющие входы остальных трех - кшестому выходу блока управления, дискриминатором инвариантного сигнала, входы которо го подключены к попарно соединенным выходам первой и второй тройки анало говых ключей, аналого-цифровым преоб разователем, информационный вход которого подключен к выходу дискриминатора инвариантного сигнала, опор ный вход - к выходу детектора, управ ляющий вход - к седьмому выходу блока управления, а выходы - к младшим, информационным входам вычислительног го блока, и пороговым элементом, вход которого подключен к выходу дискриминатора инвариантного сигнала, а выход - к входу блока управления. Кроме того, дискриминатор инвариантного сигнала выполнен в .виде трех узкополосных усилителей, первого сумматора, первый вход которого подключен к выходу третьего усилителя, фазовращателя, включ.енного между выходом второго усилителя и вторым входом первого сумматора, управ ляемого фазовращателя, вход которого подключен к выходу первого сумматора, а управляющий вход - к выходу первого усилителя, :второго сумматора, первый вход которого подключен к выходу первого усилителя,, а второй вход - к выходу управляемого фазовращателя, и детектора, включенного на выходе второго сумматора При этом каждый из магнитометрических датчиков выполнен в виде трех цилиндрических катушек индуктивности, оси чувствительности которкх ра положены в трех взаимно перпендикулярных плоскостях. На черте е приведена блок-схема предлагаемого устройства. Устройство содержит группу 1 индуктивностей, выполненную в виде прямолинейных проводников, уложенных с шагом I-. в одной плоскости, эталонный трансформатор 2, генератор 3 синусоидального тока, блок 4 ключей выходами подключенный к проводникам группы 1 индуктйвностей, регистр 5 сдвига, счетчик 6, блок 7 управления первый вход которого соединен с установочными входами регистра 5 сдвига и счетчика 6, делитель 8 частоты, указатель 9 перемещений, два идентичных магнитометрических датчика 10.1 и 10.2, расположенные на ука зателе перемещений, выполненные каждый в виде трех цилиндрических кату шек индуктивности, оси чувствительности которых расположены в трех взаимно перпендикулярных плоскостях шесть аналоговых ключей 11-16, управ лякяцие входы которых объединены в / группы по три и подключены соответственно к пятому и шестому выходам блока 7 управления, дискриминатор 17 инвариантного сигнала, аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 18, включенный на выходе Дискриминатора 17, пороговый элемент 19, включенный между выходом дискриминатора 17 и входом блока 7 управления, детектор .20 и вычислительный блок 21, причем дискриминатор 17 инвариантного :сигнала выполнен в виде трех узкоЬолосных усилителей 22-24, первого сумматора 25, подключенного первым входом к выходу третьего усилите-.ля 24, фазов,ращателя 26, включенного между выходом второго усилителя 23 и вторым входом сумматора 25, управляемого фазовращателя 27, второго сумматора 28, входами подключенного к выходам первого усилителя 22 и управляемого фазовращателя 27, и детектора 29, включенного на выходе второго сумматора. Устройство работает следующим образом. После установки острия указателя 9 перемоцений -в точку измерений У-стройство работает автоматически в следующей последовательности., 1.Из блока 7 управления по первому выходу на установочные входы регистра 5 и счетчика б поступает импульсный сигнал, устанавливающий указанные блоки в исходное состояние (в счетчике б i« ив первом разряде регистра 5 1 ) . 2.С второго выхода блока 7 управления поступают сигналы на управляющий вход генератора 3, ас третьего выхода через делитель 8 - на счетные входы регистра 5 и очетчика 6. Таким образом, на каждый п сигналов (п - коэффициент деления делите-. ля 8) вырабатываются п периодов синусоидального тока, которые протекают по одному из проводников группы 1 индуктйвностей, коммутируемых блоком 4 в соответствии с состояН1 ем регистра 5. При этом счетчик 6 фиксирует Номер коммутируемого проводника. При протекании синусоидального тока по одному из упомянутых проводников вокруг него формируется переменное электромагнитное поле, которое преобразуется в электричес кие синусоидальные сигналы при помощи магнитометрических датчиков 10.1 и 10.2. 3.В блоке 7 управления вырабатывается сигнал, который, поступив с пятого выхода на управляющие входы первых трех аналоговых ключей, разрешает прохождение электрических сигналов с каждой из катушек индуктивности датчика 10.1 на входы узкополосных усилителей 22-24. где они усиливаются (с одновременной фильтргщией). На первый вход сумматора 25 поступает сигнал с усилителя 24, а на .второй вход, через фаэо- вращатель 26, поворачивающий фазу сигнала на Л/2, поступает сигнал с усилителя 23. Результирующий сигнал с сумматора 25 сдвигается по фазе ; на Г//2 при помощи фазовращателя 27 и поступает на один из входов сумматора 28, .на другой вход которого пос тупает сигнал с первого усилителя 22 выходной сигнал сумматора 28 детектируется детект.ором 29 и поступает на выход дискриминатора 17 инвариант ного сигнала, амплитуда выходного сигнала которого будет инвариантна к ориентации датчика 10.1. Таким образом, на выходе дискриминатора 17 формируется сигнал, величина которого соответствует расстоянию датчика 10.1 от коммутируемого проводника группы 1 индуктивностей, но не зависит от ориентации датчика 10.1 относительного этого проводника.

Таким образом, на выходе АЦП 18 будет последовательно получен ряд цифровых родов, которые передаются

в вычислительный блок 21 и представляют собой ряд значений (решетчатую функцию) амплитудно-пространетвенНОЙ характеристики магнитометрического датчика.

вого датчика ЮЛ. Код

запоминается в блоке 21.

пп. 1-8 повторяются, но при этом из блока 7 управления разрешающий, сигнал поступает с шестого выхода .на управляющие входы аналоговых ключей 14-16, при этом производится обработка сигнала магнитог.1етрического датчика 10.2, в результате чего в вычислительном блоке 21 фиксируется, код Х положения второго магнитометрического датчика 10.2,

(2-)-.

где В - расстояние между точкой измерения и первым магнитометрическим датчиком 10.1; . 2 - расстояние между магнитометрическими датчиками 10.1 и 10.2.

На этом цикл измерения заканчивается.

Переместив острие указателя 9 перемещений в другую точку области измерения, можно определись описанным образом координату этой точки. Разность координат этих двух точек будет соответствовать линейному перемещению острия указателя 9 перемещению при произвольной ориентации последнего.

Изобретение позволяет повысить точность измерения и расширить функциональные возможности устройства для измерения линейных перемещений за счет обеспечения инвариантности результатов измерений относительно пространственной ориентации измерительного элемента.