Устройство для измерения параметров линейного перемещения объекта Советский патент 1986 года по МПК G01P3/36 

Изобретение относится к измерительной технике и может использоваться в качестве первичного преобразователя в составе измерительно- вычислительных комплексов, например для определения динамических характеристик подвижных частей различных машин и механизмов,

Целью изобретения является повышение точности преобразователя при работе в широком температурном диапазоне.

На фиг.1 приведена функциональная схема устройства для измерения параметров линейного перемещения объекта; на фиг.2 - временные диа- граммыв- иллюстрирующие его работу при нормальных температурных условиях; на фиг.З - временная диаграмма, поясняющая работу блока коррек- ции.

Устройство для измерения параметров линейного перемещения объекта содержит укрепленную на объекте 1 перемеш;ения дорожку с нанесенными чередующимися отражающими и неотражающими световой поток участками в виде прямоугольных треугольников 2, излучатель 3 светового потока, фотоприемник 4, счетный блок 5, диффере ;цируюший блок 6 И блок 7 коррекции., причем счетный блок 5 состоит из формирователя 8, реверсивного счетчика 9, цифроаналогового преобразователя 10 и сумматора 11, в блок 7 коррекции входят усилитель 12 с управляемым коэффициентом передачи, блоки 13,14, и 15 памяти, блок 16 управления,усилитель 17 и-клемма 18 источника опорного напряжения,

При этом выход фотоприемника 4 через усилитель 12 с управляемым коэффициентом передачи и формирователь 8 подключены к счетному входу реверсивного счетчика 9, выходы которого через цифроаналоговый преобразователь 10 соединены с первым входом сумматора 11, второй вход которого соединен с выходом усилителя 12, а выход через дифференцирую- щий блок 6 подключен к входу реверсивного счетчика 9, потенциальные входы блоков 13 - 15 памяти и вход блока 16 управления объединены с выходом усилителя 12, выходы блока 16 управления подключены к управляю щим входам блоков 13-15 памяти, выход блока 13 соединен с первым ин5

5 0

0 5 0

55

вертирующим входом усилителя 17 и с вычитающим входом с гмматора I , выход блока 4 - с иеинвертирующим входом усилителя 178 второй инвертирующий вход которого подключен к клемме 18 источника опорного напряжения, выход усилителя 17 объединен с потенциальным входом блока 15, выход которого соединен с управляющим входом усилителя 12, Сигнал, пропорциональный величине перемещения, снимается с выхода сумматора 11, а сигнал, пропорциональный скорости перемещения,- с выхода дифференцирующего блока 6,

Устройство работает следующим образом.

При нормальных температурных условиях и точной настройке схемы влияния блока 7 коррекции на работу счетного блока 6 не происходит, что соответствует единичному коэффициенту передачи усилителя I2 с управляемым коэффициентом передачи и нулевым напряжением на выходах блока 13 памяти усилителя 17 и блока 15 памяти.

Пусть при этом объект 1 перемещается, например, вправо. Световой поток излучателя 3, сфокусированный на дорожку 2 в виде узкого вертикального луча, отражается и попадает на фотоприемник 4, Величина отраженного светового потока зависит от по- - ложения дорожки по отношению к излучателю: если луч г опадает на правую часть неотражающего участка, то этот поток мал и напротив, в левой его части он максимален, При указанном направлении перемещения в процессе движения объекта происходит увеличение потока, а затем его скачкообразное уменьш€ ние - при переходе луча на начало очередного неотражающего участка, Соответс вующим образом меняется и выходной сигнал фотоприемника 4 и равный ему в данном случае выходной сигнал усилителя 12 с управляемым коэффициентом передачи, который представляет собой нарастающее от нуля до фиксированной величины и пилообразное напряжение (фиг,2а),. Это напряжение поступает на один из входов сумматора 1I и на формирователь 8,

При перемещении луча излучателя 3 (вызванного движением дорожки 2) в пределах одного нfютpaжaющeгo участка выходное напряжение цифроаналогового преобразователя 10 не изменяется, при этом выходное напряжение сумматора 11-, являющееся суммой выходных напряжений усилителя 12 и цифроаналогового преобразователя 10, представляет собой нарастающее напряжение, пропорциональное величине перемещения, После дифференцирования блоком 6 величина сигнала на его выходе пропорциональна скорости перемещения, а знак соответствует направлению перемещения. С выхода дифференцирующего блока 6 сигнал поступает на вход реверсивного счетчика 9, При переходе светового потока (при дальнейщем движении дорожки 2) на начало очередного неотражающего участка происходит скачкообразное уменьшение напряжения на выходе фотоприемника 4 и усилителя 12 с управляемым коэффициентом передачи, при.этом формирователь 8 вырабатывает импульс, поступающий на счетньй вход реверсивного счетчика 9, увеличивая в соответствии со знаком сигнала на входе реверсивного счетчика содержимое последнего на единицу.

Изменение кода в реверсивном счетчике 9 через его выходы передается в цифроаналоговый преобразователь 10, скачкообразно увеличивая его выходное напряжение (фиг, 25), При равенстве скачка этого напряжения скачкообразному уменьшению напряжения на выходе усилителя 2 с управляемым коэффициентом передачи (равного скачкообразному уменьшению . на величину UQ напряжения на выходе фотоприемника 3), выходное напряжение сумматора 11 в момент перехода светового потока излучателя 3 с одного неотражающего участка дорожки 2 на другой не претерпевает изменений.

При дальнейшем перемещении объек- та 1 и дорожки 2 указанные процессы будут повторятся, и напряжение на выходе сумматора 11 плавно нарастает (фиг,2) пропорционально общей величине перемещения объекта 1, а напряжение на выходе дифференцирующего блока 6 - пропорционально скорости перемещения (фиг. 2 г).

При движении объекта 1 влево работа измерительного преобразователя происходит аналогичным образом, но напряжение на выходе фотоприемника А (и усилителя 12с управляемым коэффициентом передачи) будет представ0

5

0

5

0

лять собой пилообразное спадающее напряжение. Содержимое реверсивного счетчика 9 в процессе перемещения уменьшается, соответственно уменьшается выходное напряжение с умматора 11, а напряжение на выходе дифференцирующего блока 6 изменит, по сравнению с первым случаем, свой знак (фиг,2).

При изменениях температуры вследствие температурного дрейфа нулевого уровня и изменения крутизны фотоприг емника 4 к его полезному сигналу добавляется аддитивная составляющая U-, а разность минимального и максимального уровней (Ц -Uj) будет отличаться от Uj .(Фиг,3), Коррекция указанных аддитивной и мультипликативной погрешностей осуществляется бло-. ками 12-18 следующим образом,

В процессе каждого элементарного (на длину одного неотражающего участка) перемещения дорожки блоки 13 и 14 памяти по сигналам от блока 16 управления производят запоминание

соответственно минимального U и мак2

симального U, уровней выходного напряжения усилителя 12 с гправляемым коэффициентом передачи. При этом напряжение с выхода блока 3 памяти (иi). подается на вычитающий вход сумматора i компенсируя тем самым аддитивную составляющую погрешности из-за дрейфа нулевого уровня фотоприемника 4,

Одновременно напряжения U и П с выходов блоков 14 и 15 и напряжение

опорного источника U поступают на входы усилителя I7 и на выходе последнего образуется напряжение 17 ,U,,,

5

0

5

где К| 3 коэффициенты передачи усилителя 17 по соответствующим входам, которое по сигналу с блока 16 управления запоминается блоком 15 и через него подается на управляющий вход усилителя 12 с управляемым коэффициентом передачи. При этом образуется замкнутый контур с блоками 12,13,14,17 и 15 и задающим воздействием и , который при вьшолнении условия равенства коэффициентов К К и достаточно большой величине 4 производит подстройку коэффициента передачи усилителя 12 таким образом, чтобы выполнялось равенство

и, - и.

и,

о

.компенсируя, тем самым мультипликативную нестабильность фотоприемника 4.

Указанная компенсация аддитивной и мультипликативной погрешностей фотоприемника 4 происходит одновременно, начиная с первого перемещения дорожки на длину неотражающего участка.

Формула изобретения

Устройство для измерения параметров линейного перемещения объекта, содержащее датчик в виде дорожки с чередующимися светоотражающими и неотражающими участками в виде прямоугольных треугольников, закрепленной на объекте излучатель,:фотоприемник счетный блок и дифференцирующий блок причем счетньтй блок выполнен состоящим из формирователя, реверсивного счетчика, цифроналогового преобразователя и сумматора, при этом выход формирователя подключен к счетному входу реверсивного счетчикаj выходы которого через цифроаналоговый преобразователь соединены с первым входом сумматора, выход которого через дифференцирую1ций блок подключен к входу реверсивного счетчика, о т

o

5

0

5

0

личающееся тем, что, с целью повышения точности при работе в широком температурном диапазоне, сумматор выполнен трехвходовым с третьим вычитающш входом, и введен блок коррекции, содержащий усилитель с управляемым коэффициентом передачи, три блока памяти, блок управления и усилитель, причем потенциальный вход усилителя с управляемым коэффициентом передачи подключен к выходу фотоприемника, а вьгх,од объединен с вторым входом сумматора, входами формирователя и блока управления, потенциальными входами первого и второго блоков памяти, выходы блока управления подключены к управляющим входам блоков памяти, выход первого блока памяти соединен с первым инвертирующим, входом усилителя и с вычитающим входом сумматора, второго блока памяти соединен с неинвертирующим входом усилителя, второй инвертирующий вход которого подключен к клемме источника опорного напряжения, выход усилителя подключен к потенциальному входу третьего блока памяти, выход которого соединен с управляющим входом усилителя с .управляемым коэффициентом передачи,

Изобретение может быть использовано в качестве первичного преобразователя в составе измерительно-вычислительных комплексов. Цель изоб- . ретения - поньпяение точности преобразования при работе в широком диапазоне температур. При перемещении , луча излучателя 3, вызванном движением дорожки 2, в пределах одного неотраженного участка выходное напряжение цифроаналогового преобразователя 10 не изменяется, выходное напряжение сумматора 11, являющееся суммой выходных напряжений усилителя 12 и цифроаналогового преобразователя 10, будет представлять нарастающее напряжение, пропорциональное величине перемещения, После дифференцирования блоком 6 величина сигнала на его выходе будет пропорциональна скорости перемещения, а знак - направлению перемещения. При изменениях температуры., вследствие температурного дрейфа нулевого уровня и изменения крутизны фотоприемника 4 в последнем возникает аддитивная и мультипликативная погрешность, коррекция которых осуществляется блоками 13,14,15 памяти, блоком 16 управления и усилителями 12 и 17, 3 ил. B-tetc (Л tc СХ)

I SnfiaSo

Влево

«Риг-З

Редактор А.Шандор Заказ 6826/40

Составитель А. Лисицын Техред И.Попович

Тираж 778 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 и, Муска Подписное