Двухканальный преобразователь перемещений Советский патент 1985 года по МПК H03M1/34 

1

Изобретение относится к системам автоматического контроля и регулирования.

Известен двухканальньй преобразователь перемещений, содержащий две измерительные цепи, выпрямитель.и фильтр , два делителя напряжений, два коммутатора, дифференциальный усилитель, два компаратора, ре-; версивный счетчик и дешифратор, , причем входы обоих делителей напряжения соединены .отдельно: с выходами измерительных цепей, а их выходы - с информационными входами соответствующих коммутаторов, управлякнцие входы которых соединены с выходами дешифраторов, выходы коммутаторов соединены с входами дифференциального усилителя, выход ко-торого через вьтрямитель подключен к выходной клемме преобразователя и входам компараторов, выходы которых подключены к соответствующим выходным клеммам преобразователя и сигнальным входам реверсивного счетчика, вход обнуления которого подключен к входной клемме преобразователя Сброс, а выход соединен с входом дешифратора 13..

Недостатками этого преобразователя являются сложность его электронной схемы и сравнительно малая точность ввиду неточной синусоидальности фор№л огибаквцей выходного напряжения измерительной цепи и зависимости ее амплитуды от неравномерности воздушного зазора, так как преобразователь построен по принципу промежуточной амплитудной модуляции по отношению к перемещению.

Наиболее близким по технической сущности к данному является двухканальный индуктивный преобразователь перемещений, содержащий фазовращатель, усилитель, ограничитель, фазовый детектор, два компаратора, реверсивный счетчик, дешифратор, коммутатор и блок фазовращателей, выход фазовращателя через усилитель-ограничитель соединен с первым входом фазового детектора, выход которого подключен к первой выходной шине и входам компараторов, выходы KOTopbfx соединены с вторыми выходными шинами и с сигнальHUNOi входами реверсивного счетчика , вход обнуления которого подключей к входной шине Сброс, а выход через дешифратор соединен с управляю50112

щим входом коммутатора, информационные входы которого подключены к выходам блока фазовращателей опорного напрюхения, а выход коммутатора соединен с вторым входом фазового детектора L2 .

Недостатками этого преобразова;теля являются сравнительно малая точность преобразования ввиду изменения

0 фаз опорных напряжений при изменении частоты основного опорного напряжения; сложность блока фазовращателей и его настройки, так как для получения ti аналоговых кусков в интервале одного гаага требуется столько же аналоговых фазовращающих цепей, настроенных на определенный фазовый сдвиг; сложность схемы управления и-канальным коммутатором аналоговых сигналов.

Цель изобретения - повьш1ение точности иупрощение конструкции преобразователя.

Поставленная цель достигается

5 тем, что в двухканальньй преобразователь перемещений, содержащий шину сброса, реверсивный счетчик, фазоврдаатель, выход которого через усилитель-ограничитель подключен к первому входу фазового детектора, выход которого подключен к входам первого и второго компараторов, введены генератор высокой частоты, два делителя частоты, резонансный усилитель, три блока синхронизации и элемент ИЛИ, выход генератора высокой частоты подключен к первым входам первого и второго блоков синхронизации и к входу первого делителя частоты, вькод которого соединен с первым входом элемента ИЛИ и с входом второго делителя частоты, выход второго делителя частоты подключен к первому входу третьего блока синхронизации и входу резонансного усилителя, выход которого соединен с входом фазовращателя, выходы первого и второго компараторов подключены к вторьм входам соответственно первого и второго блоков синхронизации, выход первого блока синхронизации соединен с вторым входом элемента ИЛИ, выход которого подключен к первому входу реверсивного счетчика, вы-ход которого соединен с вторым входом фазового детектора, выход второго блока синхронизации соединен с вторым входом реверсивного счетчика, второй вход третьего блока синхронизации соединен с шиной сброса, а выход- - с входом обнуления реверсивного счетчика.

На фиг.1 представлена блок-схема двухканального преобразователя перемещений в код; на фиг.2 - эпюры, поясняющие по работу.

Преобразователь содержит генератор 1 высокой частоты, делители 2 и 3 частоты, резонансный усилитель 4, .« фазовращатель 5, усилитель-ограничи тель 6, фазовый детектор 7, компара торы 8 и 9, блоки 10 и II синхронизации, элемент ИЛИ 12, реверсивный счетчик 13 и блсж 14 синхронизации Генератор 1 высокой частоты пред назначен для генерирования импульс высокой частоты . Делитель 2 час ты служит для деления высокой част ты f до частоты 2 коэффициентом деления К (т.е. fj. /, и формирования коротких импульсов частоты f. , совпадающих во времени с положительными перепадами выходных импульсов генератора 1 высокой частоты. Делитель 3 пред-назначен для деления ча стоты f ДО fp с коэффициентом делечастотыния |л (т.е. Q ) . Резонансньй усилитель 4 предназначен для выделения первой гармонической, составляющей выходного напряжения де лителя 3, усиления ее по мощности и для питания первичной обмотки фазовращателя 5. Полоса пропускания резонансного усилителя 4 должн быть выбрана с учетом изменения частоты генератора 1 высокой частоты. Усилитель-ограничитель 6 предна для усиления синусоидального сигнала, поступающего на его вход с выхода фазовращателя 5, и преобразования его в прямоугольный сигнал с амплитудой, стабилизированной ,на уровне ограничения. Фазовый детектор 7 служит для преобразования фазовой модуляции в щиротно-импульсную, т.е. для преоб разования разницы фаз напряжений, поступающих на входы фазового детектора 7 в периодическое прямолинейное измерение дпительности импульсов биполярного прямоугольного напряжения на выходе фазового детектора 7. Фазовый детектор 7 также содерж фильтр пульсаций, предназначенный для вьщеления постоянной составляю

щей, присутствующей в выходном напряжений фазового детектора 7. При перемещении якоря фазовращателя 5 постоянная составляющая выходного напряжения фазового детектора 7 носит пилообразный характер (фиг.2о) с периодом повторения пилы равным 2 эл.град или шагу L обмотки фазовращателя 5. Выход -фазового детектора 7 является кусочно-аналоговым выходом преобразователя. Компаратор 8 предназначен для формирования короткого импульса, когда выходной сигнал фазового детектора 7 достигнет нулевого уровня при перемещении вперед. Выход компаратора 8 является первым дискретным выходом преобразователя. Компаратор 9 служит для формирования короткого импульса, когда выходное напряжение фазового детектора 7 достигает опорного уровня, при перемещении назад. Выход компаратора 9 является вторым дискретным выходом преобразователя. Блоки 10 и 11 синхронизации предназначены для задержки выходных импульсов компараторов 8 и 9 до ближайших отрицательных перепадов выходных импульсов генератора I высокой частоты. Таким образом исключается возможность совпадения во времени выходных импульсов делителя частоты 2 и компараторов 8 и 9, поступающих на входы реверсивного счетчика 13. Максимальное время задержки вьЬсодных импульсов компараторов 8 и 9 равно периоду .повторения импульсов генератора I высокой частоты, т.е. 1/1; . Элемент ИЛИ 12 предназначен для логического суммирования импульсов с выхода делителя частоты 2 и с выхода блока 10 синхронизации. Реверсивный счетчик 13 работает в режиме деления частоты f с коэффициентом деления h и слулнт для вырабатывания рпорного напряжения для фазового детектора 7. Фаза 4 выходного напряжения реверсивного счетчика 13 относительно напряжения на выходе делителя 3 частоты зависит от числа дополнительных импульсов, поступивших на входы реверсивного счетчика 13, т.е. V(i,j) -2Jr(,--j)/ft, где ) - число импульсов, поступивших от компаратора 8 через блок 11 синхронизации на реверсивнь1й счетчик 13 ( вход обратного счета ), а j - число импульсов, поступивших от компаратора 9 через блок 10 синхронизации и элемент ИЛИ I2 на реверсивный счетчик 13 (вход прямого счетаК Ко эффициент деления частоты h принима ется равным необходимому числу аналоговых кусков в интервале одного шага обмотки фазовращателя 5. Коэффициент деления частоты К выбираетс таким, чтобы динамическая ошибка фа зы, получаемая из-за задержки выход ных импульсов компа1шторов 8 и 9, б ла в допустимых пределах. Блок 14 синхронизации предназначен для задержки сигнала сброса до начала пер ода выходного напряжения делителя 3 частоты. Задержанный сигнал поступает на вход обнуления реверсивного счетчика 1 3 и устанавливает его в исходно состояние, при этом фазовый сдвиг между выходными напряжениями реверсивного счетчика 13 и делителя 3 частоты становится равным нулю. Выходное напряжение преобразователя при изменении перемещения Р в диапазоне одного шага L обмотки фа зовращателя 5 может быть описано линейной зависимостью „, 1еи-Л 2 ;„(-), .|.k(,,,i.-(,,, 1,j 0,1,2... J - амплитудное значение выходамплитного напряжения фазового, де тектора 7. Выходные напряжения преобразователя при различных значениях (i-j) представлены на фиг.2а основное (i 0, ) - сплошной, а другие пунктирной линией. Выходное напряжение формируется из отрезков отдельных напряжений, как это показано на г.2а. Преобразователь работает следую1ЦИМ образом. Перед началом работы реверсивный счетчик 13 при помощи сигнала сброс устанавливается в исходное положение. При этом полагается, что i j 0. Пусть якорь фазовращателя 5, начиная с точки д (фиг.2о||, движется вперед. В этом случае напряжение на вьрсоде фазового детектора 7 меняется согласно уравнению i/(e,o;o)2u4-i-- Ho,e/u. в какой-то момент времени выходное напряжение фазового детектора 7 достигает значение нулевого уровня и компаратор 8 вырабатывае.т короткий импульс, соответствукиций положению 1фиг.2а,5) . Импульс с выхода, компаратора В через блок 1 синхронизации поступает на вход обратного счета реверсивного счетчика 13. При этом выходное напряжение реверсивного счетчика 13 получает фазовый сдвиг, равный tf(l :0)-2 J(l-0)/n -2л/п, а выходное напряжение фазо- . вого детектора 7 скачком достигает значения U(0; 1;0). При дальнейшем перемещении вперед выходное напряжение фазового детектора 7 в зависимости от перемещения, меняется согласно уравнению U(0-,v.o)2U,(- ---l-). При перемещении, равном L/л выходное напряжение фазового детектора 7 опять достигает нулевого значения. Компаратор 8 вырабатывает второй короткий импульс (), соответствующий аналоговому куску перемещения (фиг.2а, 6) . При этом фаза выходного напряжения реверсивного счетчика 13, являющегося опорным напряжением фазового детектора 7, принимает значение V(2;0)-2jF(2-0)/h j n-AJf/n, а выходное напряжение фазового детектора 7 - значение U(L/n; 2; 0) . При дальнейшем перемещении вперед работа преобразователя происходит аналогично. Пусть в какой-то момент времени, когда якорь находится в положении Eg, а , он меняет направление перемещения и начинает, двигаться назад, т.е. в сторону уменьшения С . При этом аналоговое напряжение, меняясь согласно зависимости и(е;9;оМи„(1-1-). в какой-то момент времени достигает значение порога срабатывания U,, компаратора 9. Компаратор 9 вырабатывает короткий импульс (), который через блок 10 синхронизации и элемент ИЛИ I2 поступает на вход прямого счета реверсивного счетчика 13 (фиг.2а, в). Вследствие этого выходное напряжение реверсивного счетчика 13 получает фазовый сдвиг, равный Ч (9;1) , и дальнейшее изменение выходного напряжения при перемещении происходит согласно зависимости

)).Напряжение t/f, порога срабатывания компаратора 9 выбирается больше значения на величину 4U, котора необходима для нормальной работы преобразователя.

При дальнейшем перемещении якоря фазовращателя 5 назад работа преобразователя аналогична.

Таким образом, полное перемещение может быть определено путем суммирования числа импульсов, выданных на первом дискретном выходе, считая их положительными, с числом импульсов второго дискретного выхода, считая их отрицательными, к результату прибавляя величину перемещения в

зоне аналогового куска, определяемую по выходному кусочно-аналоговом сигналу.

Использование предложенного двухканального преобразователя перемещений позволяет повысить точность преобразования, так как в преобразователе применена цифровая схема ( генератор 1 высокой частоты, два делителя 2, 3 частоты и реверсивный счетчик 13 для точного сдвига фазы опорного напряжения ), не требующая настройки и позволяющая избежать связанной с этим ошибки, а также ошибки из-за изменения фазы опорного напряжения от непостоянства ее частоты.

Экономический эффект от применения изобретения определяется его техническими преимуществами.

ДВУХКАНАЛЬНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ, содержащий шину сброса, реверсивный счетчик, фазовращатель, выход которого через усилитель-ограничитель подключен к первому входу фазового детектора, выход которого подключен к входам первого и второго компараторов, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и упрощения конструкции преобразователя, в него введены генератор высокой частоты, два делителя частоты, резонансный усилитель, три блока синхронизации и элемент ИЛИ, выход генератора высокой .частоты подключен к первым входам первого и второго блоков синхронизации и ко входу первого делителя частоты, выход которого соединен с первым входом элемента ИЛИ и с входом второго делителя частоты, выход второго делителя частоты подключен к первому входу третьего блока синхронизации и входу резонансного усилителя, выход которого соединен с входом фазовращателя, выходы первого и второго компараторов подключены к вторым входам соответственно первого и второго блоков синхронизации, выход первого блока синхронизации соединен с вторым входом элемента ИЛИ, выход которого подключен к первому входу реверсивного счетчика, выход которого соединен с вторым входом фазового детектора, выход второго блока синхронизации соединен .с вторым входом реверсивного счетчика, второй вход третьего DO СП блока синхронизации соединен с шиной сброса, а его выход - с входом обнуления реверсивного счетчика.