Преобразователь перемещений в скважность импульсов Советский патент 1986 года по МПК G01B7/00 

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

Цель изобретения - новышение точности преобразования за счет повышения стабильности длительности выходных импульсов.

На чертеже приведена схема преобразователя перемещений в скважность импульсов.

Преобразователь содержит генератор 1 импульсов, элемент И 2, элемент ИЛИ 3, первый 4 и второй 5 элементы НЕ, две пары диодно-резисторных цепей, состоящая каждая из основной цепи в виде последовательно соединенных диодов 6 и 7 и резисторов 8 и 9 и дополнительной цепи в виде диодов 10 и 11 и резисторов 12 и 13, дифференциальный емкостный датчик 14, потенциальные электроды которого подключены к точкам соединения диодов 6 и 7 и резисторов 8 и 9, фильтр 15 низких частот, к входу которого подключены свободные выводы резисторов 8, 9, 12 и 13 диодно-резисторных цепей, операционный уилитель 16, инвертирующий вход которого подключен к выходу фильтра 15 низких частот, а неинвертирующий вход соединен с общей щиной, формирователь 17 импульсов с регулируемой длитель- ностью, управляющий вход которого подключен к выходу операционного усилителя 16 выход соединен с вторыми входами элемента И 2 и элемента ИЛИ 3, первые входы которых подключены к выходу генератора 1 импульсов, и делитель 18 частоты, вход ко- торого подключен к выходу генератора 1 импульсов, а выход соединен с входом формирователя 17 импульсов с регулируемой длительностью.

Преобразователь работает следующим образом.

При включении источника питания на выходе операционного усилителя 16 устанавливается максимальное напряжение, например положительное. При этом на выходе формирователя 17 импульсов с регулируемой дли - тельностью, запускаемого импульсами с выхода делителя 18 частоты импульсов генератора 1, формируются импульсы с минимальной скважностью, т. е. с максимальной длительностью. Во время формирования импульса на выходе формирователя 17 уровень логической «1 устанавливается на выходе элемента ИЛИ 3, а уровень логического «О - на выходе второго элемента НЕ 5, причем уровню логической «1 соответствует положительный уровень напряжения, уровню логического «О - отрицательный уровень напряжения на выходах элементов. На вы-

ходах элемента И 2 и первого элемента НЕ 4 формируются при этом двухполярные прямоугольные импульсы, которые с выхода элемента И 2 подаются на соответствующее плечо, дифференциального емкостного датчика 14 через основную диодно-резисторную цепь, состоящую из диода 6 и резистора 8, в точке

о 5 0

5

0 где

0

5

соединения которых формируются импульсы напряжения положительной полярности с длительностью спада, определяемой постоянной времени разряда соответствующего плеча датчика 14. В точке соединения диода 10 и резистора 12 дополнительной цепи формируются прямоугольные импульсы отрицательной полярности. Диоды 7 и 11 второй пары диодно-резисторных цепей заперты под действием приложенных обратных напряжений с выходов элемента ИЛИ 3 и второго элемента НЕ 5. Во время паузы между выходными импульсами фюрмирователя 17 уровень логического «О устанавливается на выходе элемента И 2, а уровень логической «1 - на выходе первого элемента НЕ 4, под действием которых диоды 6 и 10 первой пары диодно-резисторных цепей запираются. На выходах элемента ИЛИ 3 и второго элемента НЕ 5 форми руются двухполярные прямоугольные импульсы, которые с выхода элемента ИЛИ 3 подаются на другое плечо дифференциального емкостного датчика 14 через основную диодно-резисторную цепь, состоящую из диода 7 и резистора 9. При этом в точке соединения диода 7 и резистора 9 формируются импульсы напряжения отрицательной полярности с длительностью спада, определяемой постоянной времени разряда другого плеча датчика 14, а в точке соединения диода 11 и резистора 13 дополнительной цепи - прямоугольные импульсы положительной полярности. На выходе фильтра 15 низких частот формируется напряжение, пропорциональное разности

Ui5 K{i.C, ),(1)

где Ui5 - выходное напряжение фильтра 15

низких частот; К- коэффициент пропорциональности

iu - длительность импульсов на выходе формирователя 17;

tn - длительность паузы между импульсами на выходе формирователя 17; С| и Cz- емкости плеч дифференциального

датчика 14.

Через некоторое число периодов колебаний на выходе формирователя 17 схема приходит к устойчивому состоянию, при котором напряжение на выходе операционного усилителя 16 и соответственно длительность импульсов на выходе формирователя 17 уменьщаются до величины, при которой разность напряжений на входах операционного усилителя 16 близка к нулю, т. е.

UC, - UCs 0. (2)

eS

том Ci -TF л

и

ES

d-X

проницаемость

8 - диэлектрическая

среды;

S - площадь пластин дифференциального емкостного датчика 14; -X-расстояние между центральной и крайними пластинами (d - суммарное расстояние), выражение (2) принимает вид

СЧ

При этом соотношение длительности и паузы на выходе преобразователя линейно зависит от перемещения, а период останется постоянным.

Формула изобретения

Преобразователь перемещений в скважность импульсов, содержащий дифференциальный емкостный датчик, генератор импульсов, элемент И, первый вход которого подключен к выходу генератора, две пары диодно- резисторных цепей, состоящая каждая из основной и дополнительной цепей в виде последовательно соединенных диода и резистора, диод основной цепи первой пары подключен к выходу элемента И, а точки соединения диода и резистора основных цепей каждой пары подключены к соответствующим потенциальным электродам дифференциального емкостного датчика, и фильтр низких частот, отличающийся тем, что, с

целью повыщения точности преобразования, он снабжен операционным усилителем, инвертирующий вход которого подключен к выходу фильтра низких частот, а неинвертирующий вход соединен с общей шиной, формирователем импульсов с регулируемой длительностью, управляющий вход которого подключен к выходу операционного усилителя, а выход соединен с вторым входом элемента И, делителем частоты, вход которого подключен к выходу генератора импульсов, а выход соединен с входом формирователя импульсов с регулируемой длительностью, элементом ИЛИ, первый вход которого подключен к выходу генератора импульсов, второй вход подключен к выходу формирователя импульсов с регулируемой длительностью, а выход соединен с диодом основной цепи второй пары, первым и вторым элементами НЕ, входы которых подключены к выходам соответственно элемента И и элемента ИЛИ, выходы соединены с диодами дополнительных цепей соответственно первой и второй пары, а свободные выводы резисторов диод- но-резисторных цепей соединены с входом фильтра низких частот.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения перемещений. Преобразователь перемещений в скважность импульсов позволяет повысить точность преобразования за счет устранения погрещности от нестабильности параметров электронных блоков и логических элементов, входящих в состав устройства. Период выходных импульсов задается частотой генератора импульсов, который может быть выполнен с кварцевой стабилизацией, и не зависит от параметров элементов устройства, что позволяет с боль- щей точностью преобразовывать выходную информацию в цифровой код. 1 ил. rsD bO СО ел О5

Редактор В. Иванова Заказ 2223/39

Составитель В. Николаев

Техред И. ВересКорректор М. Максимишинец

Тираж 670Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП «Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4