Устройство для преобразования перемещений в фазу электрического сигнала Советский патент 1986 года по МПК G01B7/00 G01B7/30 

to

20

25

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для высокоточного измерения инейных или угловых перемещений при использовании синусно-косинусных первичных преобразователей перемещения i индукционного типа.

Цель изобретения - повьшенре точости преобразования перемещения в азу путем уменьшения высших временных гармонических составляющих в сигнале возбуждения первичного преобразователя перемещения индукционного типа, а также в цепи формирования информативного сигнала на выходе это- 5 го преобразователя, благодаря исключению блоков фильтрации, элементы которых вносят временную и температурную нестабильность в выходной сигнал устройства.

На фиг. 1 представлена блок-схема устройства дня преобразования перемещений в фазу электрического сигнала; на фиг. 2 и 3 - йременньш диаграммы, поясняющие его работу.

Устройство содержит блок 1 питания, состоящий из высокочастотного

генератора 2 импульсов и присоединенного к нему блока 3 и последовательно включенных триггеров для формирования сетки прямоугольных импульсов, частота которых линейно убывает. Выход блока 1 питания подключен к входу интегратора 4, служащего для преобразования сигнала прямоугольной формы в треугольную.Последовательно с интегратором 4 включен блок 5 преобразования напряжения в ток, выход которого подключен к обмотке возбуждения индукционного преобразователя 6 перемещений, например, типа СКВТ для измерения линейных или угловых перемещений,выходные синусная и косинусная обмотки которого соединены с входами фа- зовращающего блока 7. Блок 7 служит

дпя преобразования амплитуд выходных сигналов индукционного преобразователя 6 в фазу электрического сигнала и содержит два цифроанало- говых преобразователя (ЦАП) 8 и 9, которые модулируют аналоговый входной сигнал с выхода преобразователя 6 в функции управляющего цифрового сигнала. Для обеспечения этого цифровые входы первого ЦАП 8 соединены с соответствующими выходами дешифратора 10, преобразующего сетЭО

35

0

5

5

О

ку прямоугольных импульсов, представляющих линейно изменяющийся во времени код ZU-i (фиг.2) на выходе блока 3 в сетку прямоугольных импульсов с синусоидально изменяющимся во времени кодом 2Ги,д(фиг.2). Цифровые входы второго ЦАП 9 соединены аналогичным образом с выходами дешифратора 11, вырабатывающего сетку прямоугольных, импульсов с косинусоидально изменяющимся во времени кодом ZU,,(фиг.2) . Входы обоих дешифраторов 10 и 11 объединены и соединены с соответствующими выходами блока 3 триггеров, причем выход предпоследнего триггера этого блока соединен со знакйвым входом 12 ЦАП .9. Выходы ЦАП 8 и 9 соеди-. иены со входами сумматора 13, выход которого является выходом фазовращаю-; щего блока 7.

Устройство работает следующим образом.

. Частота генерируемых импульсов с генератора 2 делится с помощью блока 3 триггеров до частоты возбуждения индукционного преобразователя 6 : перемещений. Прямоугольные импульсы V, на выходе блока 1 питания, т.е. на выходе последнего триггера блока 3, преобразуются в импульсы напряжения треугольной формы с помощью интегратора 4 и затем с помощью блока 5 преобразуются .в аналогичные по форме импульсы Ij- тока, которыми за5 питывается обмотка возбуждения индукционного преобра:зователя 6. На выходных обмотках индукционного преобразователя 6, являющегося дифференцирующим звеном, формиру1отся два син фазных прямоугольных импульсных сигнала Vg с частотой возбуждения.Амплитуда этих сигналов изменяется в зависимости от положения подвижной части индукционного преобразователя

6 по закону синуса и косинуса, соответственно. Сигналы с выходных обмоток индукционного преобразователя 6, в каждЙШ из полупериодов имеющие постоянную амплитуду, поступают на ана0 логовые входы ,ЦАП 8 и 9.- ЦАП 8 модулирует сигнал косинусной обмотки преобразователя 6 временной синусоидальной функцией Sin соt, поступающей с выхода дешифратора 10 (,о ,

55 фиг.2,). С помощью дешифратора П аналогичным образом сигнал сиггусной выходной обмотки индукционного преобразователя . 6 модулируется косинус 3

ной временной функцией Cos и t (код 5:и„, фиг.2). Для получения на выходе ЦАП 8 непрерывной функции выходного сигнала Ug его выход инвертируется каждую вторую половину полупериода частоты возбуждения путем изменения знака на входе 12 ( U ,2 , фиг.З). Таким образом на выходах ЦАП 8 и 9 формируются сигнальг UgH U в.ида:

V Cos ОС sinwt; V sinct cos Qt,

где Vj - максимальное значение амплитуды;со - круговая частота напряжения

возбуяодения;

ОС - величина перемещения подвижной части преобразователя 6,

которые после сложения их в сумматоре 13 преобразуются в сигнал V (фиг.З):;

V, V sin (at +об), фаза которого пропорциональна перемещению рС подвижной части индукци- -онного преобразователя 6, .Применение в предлагаемом устройстве источника тока с импульсным сигналом треугольной формы в качестве источника возбуждения индукционного преобразователя перемещений позволило выполнить фазосдвигающий блок на основе ЦАП, вьшолняющего одновременно функции умножителя и 4 1льтра. Кроме того, модулирование выходных сигналов индукционного преобразователя перемещений, а не сигнала возбзшдения, как это имеет место в известных технических решениях, позволяет обойтись без применения нестабильных и сло;кньгх в настройке фильтров временных гармонических составляющих. Благодаря этому точность данного устройства зависит

10

15

20

44477 4.

только от точности ЦАП, что при современной элементной базе составляет величину порядка 14 и более двоичных разрядов, в то время как в из- 5 вестной конструкции преобразователя перемещений в фазу достижимая точ- ; ность составляет не более 12 двоичных разрядов.

.Формула изобретения

Уст1{ойство для преобразования перемещений в фазу электрического сигнала, содержащее блок питания, выполненный в виде генератора и присоединенного к нему блока последовательно включенных счетных триггеров, индукционный преоб разовате.ль перемещений с синусной и косинусной выходными обмотками и присоединенный к ним фазосдвигающий блок, от- л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повьшения точности преобразования, оно снабжено последовательно соединенными интегратором и блоком преобразования напряжения в ток, вход интегратора соединен с выходом

блока питания, а выход преобразователя напряжения в ток соединен с обмоткой возбуждения индукционного преобразователя, а фазосдвигающий блок вьшолнен в виде двух цифроанапоговых преобразователей (ЦАП), двух дешифраторов с синусной и косинусной функциями преобразования и сумматора,аналоговые входы ЦАП являются входами фазосдвигающего блока, цифровые входы обоих ЦАП соединены через дешифраторы синусной и косинусной функции с соответствующими выхода ш триггеров блока питания, выход предпоследнего триггера подключен к знаковому входу ЦАП, который присоединен аналоговым входом к косинусной обмотке 1ш- дукционного преобразователя, а выходы обоих ЦАП соединены с входами сумматора, выход которого является выходом фазосдвигающего -блока.

5

0

5

05

(риг. /

Изобретение относится к измерительной технике и позволяет повысить точность преобразования линейных или угловых перемещений в фазу злектри- ческого сигнала при использовании индукционного преобразователя перемещений , возбуждаемого током треуголь- ной формы и вырабатывающего синусный и .косинусные выходные сигналы. Устройство содержит блок питания, вьшол- ненный в виде генератора и подключенных к нему последовательно соединенных счетных триггеров, и индукционный преобразователь перемещений,, к выходам которого подключен фазосдви- . гающий блок. Для исключения высшюс гармонических временных составляющих в него введены включенные между выходом блока хштания и обмоткой возбуждения индукционного преобразователя последовательно соединенные интегратор и блок преобразования напряжения в ток, а фазосдвигающий блок вьшол- нен на хщфроаналоговых преобразователях, дешифраторах и сумматоре,при- чем выходы триггеров блока питания через последовательно соединенные дешифратор синусной функции и первый ,. 1щфроаналоговый преобразователь соединен с одним из входов сумматора, а через последовательно соединенные дешифратор косинусной функции и второй цифроаналоговый преобразователь - с другим входом сумматора, выход которого представляет собой выход преобразователя, причем знаковый вход второго цифроаналогового преобразователя соединен с выходом предпоследнего триггера блока питания. При работе устройства благодаря пространственной модуляции выходного сигнала индукционного преобразователя в функции sinoi и cosci, - величина линейного или углового перемещения, и последующей временной модуляции в фазосдвигающем блоке, принцип работы которого основан на цифроаналоговом преобразовании входных сигналов,полу. чают на выходе устройства сигнал, фаза которого пропорциональна перемещению контролируемого объекта.3 ил. i (Л С

HoS SUz

Hoff U,o

/toff U,i

v

Z.

Us

Редактор Л.Пч1елинская

Составитель С.Скрыпник Техред И. Гайдош

Заказ 3903/42 .Тираж 670 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий . 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д,4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г.Ужгород, ул.Проектная, 4

Корректор А.Зимркосов