Устройство для преобразования перемещения во временной интервал Советский патент 1984 года по МПК G01B7/00 

Изобретение относится к информационно-измерительной технике и автоматике, и может быть использовано в устройствах преобразования перемещения в код для цифровых систем контро ля, управления и телеизмерения, рабо тающих совместно в ЦВМ. Известно устройство для преобразо вания перемещения во временной интер вал, состоящее из магнитопровода с первичной и измерительной обмотками, источника питания первичной обмотки и сравнивающего устройства. Линейная связь между временным интервалом и величиной перемещения в таком преобразователе достигается использованием согласованного магнитопровода и источника питания первич .ной обмотки в виде генератора прямоугольных импульсов с длительностью, меньшей постоянной времени обмотки возбуждения Однако влияние дестабилизирующих факторов на устройство вызывает изменение геометрических, электрических и магнитных параметров его м:агни ной цепи, что нарушает условия согла сования и уменьшает точность преобра зователя. Недостатком устройства явл ется и невысокая надежность из-за возможных обрывов подвижной измерительной обмотки в процессе работы. Наиболее близким к изобретению по технической сущности является устройство для преобразования переме щения во временной интервал, содержа щее дифференциальньй трансформаторны преобразователь перемещения с опорно измepiитeльнoй и первичной обмотками, каждая из которых выполнена в вцде двух симметрично размещенных секций, функциональный генератор двух сдвину тых по фазе сигналов и два блока сравнения, один из которых подключен входами к концам секций опорной обмотки, соединённых началом с общей точкой, а другой подключен входами к началу секций измерительной о&ют. ки 2 . Недостатком известного устройства является низкая точность, обусловлен ная нестабильностью и нелинейностью функции преобразования трансформатор ного преобразователя перемещений и его малой частотной полосой пропускаяия. Цель изобретения - повышение точности. 1 Эта цель достигается тем, что устройство для преобразования перемещения во временной интервал, содержащее дифференциальный трансформаторный преобразователь перемещений с опорной, измерительной и первичной обмотками, каждая из которых выполнена в виде двух симметрично размещенньпс секций, функциональньй генератор двух сдвинутых по фазе сигналов и два блока сравнения, один из которых подключен входами к концам секций опорной обмотки, соединенных началом с общей точкой, а другой подключен входами к началу секций измерительной обмотки, снабжено двумя дифференциальньми усилителями, неинвертирующие входы которых подключены к функциональному генератору, инвертирующие входы - к концам секций опорной обмотки, выходы - к аналогичным секциям первичной обмотки, а каждая секция измерительной обмотки подключен последовательно- встречно к концам аналогичных секций опорной обмотки. На фиг. 1 приведена функциональная ;схема предлагаемого преобразователя {перемещений; на фиг. 2 - функции-Е(z) и 2 (эе) преобразования перемещений9е, на фиг. 3 - временные зависимости напряжений Е| (i) и ) на выходах Фзшкционального генератора.. Устройство для преобразования перемещений 9 во временной интервал содержит дифференциальньй трансформаторньй преобразователь 1, включающий размещенные вдоль контролируемого направления .измеряемого перемещения цилиндрические магнитопроводы 2 и 3 броневого типа, разделяющую их немагнитную прокладку 4, шток 5 из немагнитного материала и связанный с ним ферромагнитный якорь 6. На каждом из магнитопроводов 2 и 3 симметрично размещены секции 7 измерительной обмотки, секции 8 опорной обмотки и секции 9 первичной обмотки. Якорь 6 в исходном положении размещен симметрично относительно магнитопроводов 2 и 3. Устройство содержит также фзшкциональный генератор 10 двух периодических сигналов Ej (i) и Е-(t), сдвинутых по фазе на 90. Форма этих сигналов на участке, соответствующем их монотонному возрастанию, описывается тем же математическим выражением, что и функция преобразования трансформаторного преобра3. 1 зователя 1 (фиг. 2) в диапазоне контролируемьк перемещений (ОтХ) а на участке временной оси, соответствующем монотонному уменьшению мгно венного значения периодических сигналов, симметрично сопряженньй вид. Таким образом, форма этих сигнало близка к синусоидальной, но обладает некоторой нелинейностью, соответству ющей нелинейности функций Е, ( к) и Ея(1С) преобразования перемещений Такой функциональный генератор может быть выполнен, например, на основе времяимпульсногр интегрирующего преобразователя. К выходам функционального генератора 10 покдлючены неинвертирумщим входом дифференциальные усилители 11 и 12, их инвертирующие входы подключены к концам секций 8 опорной обмотки, а их выходы подключены к секциям 9 первичной обмотки возбуждения. Секции 8 опорной обмотки соединены началом с общей точкой и включены последовательно-встречно с размещенными на тех же магнитопроводах 2 или 3 аналогичными секциями 7 измерительной обмотки. К концам секций 8 опорной обмотки подключен также своими входами блок 13 сравнения, а к началу секций 7 измерительной обмотки подключен своими входами второй блок 14 сравнения. Выходы блоков сравнения являются выходом устройства для преобразования перемещений во временной интервал. Устройство работает следующим образом. При перемещении якоря 6 из нейтрального положения, соответствующего точке поперечной симметрии дифференциального трансформаторного преббразователя 1, изменяются магнитные проводимости в области секций 7 измерительной обмотки и соответственно распределение магнитного потока, создаваемого секциями 9 первично обмотки возбуждения, и величины ЭДС наводимой им в этих секциях. Так как зависимость величины ЭДС секций 7 измерительных обмоток от величины перемещения якоря 6 является нелиней ной функцией ) вогнутого типа, то следовательно зависимость разности опорных напряжений, создаваемых секциями 8 опорной обмотки и ЭДС секций 7 измерительной обмотки от пе ремещений якоря 6, формируемой в результате их встречного включения на 05 ,. 4 входе блока 14 сравнения, является нелинейной функцией ,- Е (х) выпуклого типа (фиг. 2). В моменты равенства этих напряжений, сдвинутых во времени на 90, блок 14 сравнения формирует импульсы, временной сдвиг фазы которых зависит от амплитуды напряжений на входахблока 14 сравнения, и следовательно от перемещений якоря 6 и связываемого с ним .в процессе измерений объе1 та контроля. Напряжение возбуждения на секциях 9 первичной обмотки, поступающее с выхода дифференциальных усилителей 11 и 12, по форме соответствует напряжению на выходах фзгакционального генератора 10. Так как одновременно это напряжение возбуждения трансформаторного преобразователя является развертываюпщм напряжением нелинейной формы при осуществлении преобразования во временной интервал, нелинейность преобразования перемещения-, амплитуда компенсируется нелинейностью обратного вида амплитуда - временной интервал, и поэтому в целом обеспечивается линейная зависимость сдвига фазы импульсов на выходе блока 14 сравнения от величины перемещения X . Сдвиг фазы импульсов на выходе блока 14 сравнения определя-ется относительно импульсов, формируемых блоком 13 сравнения в момент равенства нап)яжений на концах секций 8 опорной обмотки, также сДвинутых между собой на 9Сг , но не зависящих функционально от перемещениях контролируемого объекта. Поэтому функция преобразования перемещение сдвиг фаз между импульсами на выходах блоков 14 и 13 сравнения, т.е. функция преобразования устройства, в целом является линейной. Дифференциальные усилители 11 и 12 совместно с индуктивно связанными секциями 9 первичной обмотки и секциями 8 опорной обмотки образуют контур отрицательной обратной связи для стабилизации и частотной коррекции коэффициента трансформации преобразо вателя по цепи возбуждения. Темпера.турная и временная нестабильность параметров обмоток и магнитопрсвода преобразователя при этом компенсируется соответствуннцим изменением амплитуды напряжение возбуждения на секциях 9 первичной обмотки. Улучшение частотных свойств трансформаторного преобразователя 1, охваченного отриг51128цательной обратной связью, приводит к уменьшению паразитных колебаний напряжение йозбуждения в точках излома формы кривой это.го напряжения, а выпуклый характер требуемой в устройстве временной функции напряжения йозбуждения, обладающей узким частотf W-f;WФиг. 105 ным спектром, уменьшает погрешность преобразования на краях диапазона. Благодаря этому обеспечивается повьипение его трчности предлагаемого устройства для преобразования перемещения во временной интервал.

УСТЮЙСТВО ДЛЯ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ПЕРЕМЕЩЕНИЯ ВО ВРЕМЕННОЙ ИНТЕРВАЛ, содержащее дифференциальный трансформаторный преобразователь перемещений с опорной, измерительной и первичной обмотками, каждая из которых выполнена в виде двух симметрично размещенных секций, фзгнкцио нальный генератор двух сдвинутых по фазе сигналов и два блока сравнений, один из которых подключен входами к концам секций опорной обмотки, соединенных началом с общей точкой, а другой подключен входами к началу секций измерительной обмотки, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повыпения точности, оно снабжено двумя дифференциальными усилителями, неинвертирующие входы которых подключены к функциональному генератору, инвертирукяцие входы - к концам секций опбрной обмотки, выходы - к аналогичным секциям первичной обмотки, а каждая секция измерительной обмотки подключена последовательновстречно, к концам аналогичных секций опорной обмотки. ten