Преобразователь линейных перемещений в частотный сигнал Советский патент 1985 года по МПК G01B7/00 

111 Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для контроля двумерных линейных перемещений. Целью изобретения является повышение помехоустойчивости преобразователя линейных перемещений в частот ный сигнал. На чертеже приведена блок-схема преобразователя. Устройство содержит интегратор 1, включенный с ним последовательно пороговый элемент 2 и включенные в |Цепь обратной связи бесконтактный потенциометричесКий датчик 3 перемещений и блок .4 подавления помехи, Пороговьш элемент 2 представляет собой компаратор 5, неинвертирующий вход которого подключен через делитель 6 напряжения к его выходу. Выход компаратора 5 представляет собой частотный выход преобразователя, Бесконтактный потендиометрический датчик 3 перемещений имеет плоский ре зистивный элемент 7, расположенный параллельно ему в той же плоскости не подвижный электрод 8, выполненный в виде пластины с длиной, равной длине резнстивного элемента 7, и подвижный электрод 9, выполненный в виде протяженной пластины. Подвижный электрод 9 размещен на изоляционном основании (не показано),связываемом в процессе измерений с объектом контроля,и выпол нен с возможностью как продольного перемещения по оси X , совпадающей с направлением контролируемых перемещений, так и с возможностью поперечного смещения по оси V . Он установлен с зазором над неподвижным электродом 8 и резистивньм элементом 7 перпендикулярно их продольным осям, находясь с ними в емкостной связи.Длина пластины подвижного электрода 9 выбирается большей расстояния между внешнимикромками неподвижного электрода 8 и резис тивного элемента 7 навеличину, равнзпо ; амплитуде возможных поперечных смещений объекта контроля по оси i/.Потен циометрический датчик 3 перемещений и блок 4 подавления помехи образуют цепь обратной связи преобразователя. Резистивньш элемент 7 датчика 3 перемeп eний подключен одним выводом к выходу компаратора 5, а другим- - к общей точке.Блок 4 подавления помехи включен между неподвижным электродом 8 датчика 3 и входом интегратора 1 . 6 Потенциометрический датчик 3 перемещений пространственно отделен от электронной схемы преобразователя и подключен к ней с помощью линии связи (не показана). Блок 4 подавления помехи выполнен в виде усилителя 10, подключенных к выходу последнего разнополярных детекторов 11 и 12, подключенного к их входам своими входами через фильтры 13 и 14 нижних частот сумматора 15 и вычитающего устройства 16. Один вход вычитающего устройства 16 подключен к выходу сумматора 15, а другой вход - к входу усилителя 10. Интегратор 1 и пороговый элемент 2, охваченные обратной связью, представляют собой замкнутую нелинейную колебательную систему (управляемый мультивибратор). Параметры этой колебательной системы выбираются из условия существования колебаний прямоугольной формы по всем диапазоне перемещений подвижного электрода 9 датчика 3. Преобразователь линейных перемещений в частотный сигнал работает следующим образом. При продольном перемещении подвижного электрода 9 потенциометрического датчика 3 изменяется коэффициент его передачи по напряжению, вследствие чего изменяется глубина обратной связи в колебательной системе. Это приводит к пропорциональному изменению частоты генерируемых колебаний прямоугольной формы на выходе преобразователя. Поперечное перемещение подвижного электрода 9 не приводит к изменению положения точки емкостного съема сигнала с резистивного элемента 7. Следовательно, коэффициент его передачи по напряжению и частота сигнала на выходе преобразователя не зависят от величины поперечных смещений электрода 6. Нижняя частота колебаний, генерируемых преобразователем, выбирается достаточно высокой для того, чтобы сопротивления емкостных связей подвижного электрода 9 с резистивным элементом 7 и неподвижньм электродом 8 не влияли на его коэффициент передачи, благодаря чему ими можно пренебречь. Помимо высокочастотного сигнала прямоугольной формы, снимаемого с выхода компаратора 5, в цепи обратной связи присутствует сигнал помехи низкой частоты, наводимой в линии связи потенциометрического датчика 13. Сигнал помехи компенсируется бло ком 4 подавления помехи. С этой целью из суммарного сигнала на входе электронной части преобразователя (входе усилителя 10) вьщеляется сигнал, получаемый на выходе сумматора 15, который равен по величине и синфазен сигналу помехи. Этот сигнал вычитается с помощью вычитающего уст ройства 16 из сигнала обратной связи содержащего сигнал помехи и подаваемого на вход усилителя 10, обеспечивая его компенсацию. Результирующий сигнал, не содержащий помехи, поступает на вход интегратора 1. Компенсирующий сигнал формируется с помощью разнополярных детекторов 11 и 12, фильтров 13 и 14 нижних частот и сумматора 15 следующим образом. На входы детекторов 11 и 12 посту пает высокочастотный сигнал прямо- . УГОЛЬНОЙ формы с выхода усилителя 10 содержащий низкочастотный сигнал, пропорциональный сигналу помехи, и 1 6 суммирующийся с ним модулирующий сигяал, пропорциональный амплитуде перемещений объекта контроля. В результате детектирования и фильтрации на входах сумматора 15 формируются сигналы низкой частоты, содержащие синфазные составляющие/ пропорциональные аддитивному сигналу помехи, и противофазные составляющие, пропорциональные амплитуде перемещений объекта контроля. Противофазные составляющие взаимно вычитаются, а синфазные суммируются сумматором 15. В результате на его выходе формируется сигнал, пропорциональный сигналу помехи и не зависящий от перемещений подвижного электрода 9 датчика 3. IКоэффициент усиления усилителя 10 выбирается таким образом, чтобы общий коэффициент передачи блока 4 для сигнала помехи был равен единице. За счет компенсации сигнала помехи, наводимого в линии связи потенциометрического датчика 3 с электронной частью преобразователя, достигается повьшение помехоустойчивости преобразователя.

гп:

i

i-L, Ф

рт

у

1. ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЛИНЕЙНЫХ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ В ЧАСТОТНЬЙ СИГНАЛ, содержащий включенные последовательно интегратор и пороговый элемент, охваченные цепью обратной связи, Е которую включен бесконтактный потенциометрический датчик перемещений, имеющий расположенные параллельно резистивный элемент, неподвижный электрод и установленный относительно них с зазором подвижный электрод, связьшаемый в процессе измерений с объектом контроля, отличающийся тем, что, с целью повышения помехоустойчивости, он снабжен блоком подавления помехи, включенным между неподвижным электродом потенциометрического датчика и входом интегратора и выполненным в виде усилителя, подключенных к его выходу двух разнополярных детекторов, двух фильтров нижних частот, подключенных к их выходам, сумматора и вычитающего устройства, входы сумматора подключены к выходам фильтров, один вход вычитающего устройства i к выходу сумматора, а другой вход к входу усилители. (Л 2. Преобразователь по п, 1, отличающийся тем, что, резистивный элемент и неподвижный электрод размещены в одной плоскости, а подвижный электрод выполнен в виде протяженной пластины, установленной над ними пepпeндиkyляpнo их продольсх ной оси. о Од в5