Устройство для преобразования перемещения в частоту импульсов Советский патент 1988 года по МПК G01B7/00 

11364853

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

Цель изобретения - повышение точности за счет исключения погрешностей, связанных с нестабильностью выходного напряжения и частоты генератора импульсов, изменений диэлектрической проницаемости среды и дрейфом смещения сумматора.

10

гд

На чертеже представлена блок-схема устройства.

Устройство содержит генератор 1 импульсов, диодный оптрон 2, резистор 3, емкостный датчик А, диод 5, резистор 6, опорный конденсатор 7, диод 8, резистор 9, компенсирующий конденсатор 10, резистор 11, 1 1льтры 12 м 13 низких частот, сумматор 14, генератор 15, управляемый напряжением, формирователь 16 импульсов постоянной длительности, выходную шину 17 и шину 18 нулевого потенциала.

Выход генератора 1 импульсов через цепи, образованные диодами 5 и 8 и выходным диодом диодного оптрона 2, подключен к входам фильтров 12 и 13 низких частот, выходы которых подключены к входам сумматора 14, выход которого через генератор 15, управляемый напряжением, и формирователь 16 импульсов постоянной длительности подключен к катоду входнЪго диода диодного оптрона 2.

Устройство для преобразования перемещения в частоту импульсов работает следующим образом.

При включении питания на выходе сумматора 14 устанавливается одно из крайних значений напряжения той или иной полярности, например отрицательное. На выходе генератора 15 форt.

20

25

сопротивление перезарядной цепи;

емкости компенсирующего 10 и опорного 7 конденсаторов соответственно.

При наличии тока в цепи светоизлу- чателя оптрона 2 сопротивление перезарядной цепи емкостного датчика 4 шунтируется малым обратным сопротивлением выходного диода оптрона 2. Поэтому напряжение U на выходе мосто- вой схемы образованной фотоприемником, выходным диодом оптрона 2, диодом 5 и резисторами 3 и 6, определяется скважностью импульсов на выходе формирователя 16 и равно

to

30

и, (C, -с,) +

к TV - t,

и,

fR(-C,)

( С,-С,),

35

где t - длительность импульсов на выходе формирователя 16:;

Т , - длительность периода импульсов управляемого по частоте генератора 15;

Су - емкость датчика 4.

При достаточно большом коэффициен- 40 те передачи сумматора 14 через определенное число периодов колебаний генератора 15 напряжение на выходе сумматора 14 устанавливается такой величины, что разность напряжений на мируются импульсы с максимальной дли- 45 входах близка к нулю, поэтому тельностью периода. Формирователь 16 можно принять Uд U . Из выражений импульсов постоянной длительности за- (1) и (2) частота импульсов управляе- пускается выходными импульсами генератора 15. Светоизлучатель (входной диод) оптрона 2 горит в отсутствие gQ импульса на выходе формирователя 16,

мого генератора формуле

15 определяется по

(3)

так как подключен к его инверсному выходу. При равенстве плеч мостовых схем и соответствующем выборе постоянных времени емкостей датчика 4, опорного 7 и компенсирующего 10 конденсаторов напряжение U на входе фильтра 13 низких частот определяется выражением

m

(1)

hi

0

f -

R t.

5

где и - максимальное напряжение на емкостном датчике 4, опорном 7 и компенсирующем 10 конденсаторах, определяемое вькодным напряжением генератора 1 импульсов; частота импульсов генератора 1;

сопротивление перезарядной цепи;

емкости компенсирующего 10 и опорного 7 конденсаторов соответственно.

При наличии тока в цепи светоизлу- чателя оптрона 2 сопротивление перезарядной цепи емкостного датчика 4 шунтируется малым обратным сопротивлением выходного диода оптрона 2. Поэтому напряжение U на выходе мосто- вой схемы образованной фотоприемником, выходным диодом оптрона 2, диодом 5 и резисторами 3 и 6, определяется скважностью импульсов на выходе формирователя 16 и равно

to

0

и, (C, -с,) +

к TV - t,

и,

fR(-C,)

( С,-С,),

где t - длительность импульсов на выходе формирователя 16:;

Т , - длительность периода импульсов управляемого по частоте генератора 15;

Су - емкость датчика 4.

При достаточно большом коэффицие те передачи сумматора 14 через опре деленное число периодов колебаний генератора 15 напряжение на выходе сумматора 14 устанавливается такой величины, что разность напряжений н входах близка к нулю, поэтому можно принять Uд U . Из выражений (1) и (2) частота импульсов управля

мого генератора формуле

15 определяется по

При достаточно большом коэффициен- те передачи сумматора 14 через определенное число периодов колебаний генератора 15 напряжение на выходе сумматора 14 устанавливается такой величины, что разность напряжений на входах близка к нулю, поэтому можно принять Uд U . Из выражений (1) и (2) частота импульсов управляе-

(3)

1

где F - - частота импульсов гене ратора 15.

В выражении (3) частота выходных мпульсов определяется отношением емкостей компенсирующего конденсатора 10 и датчика 4, а также стабильностью лительности импульса формирователя

16 и не зависит от изменений питающего напряжения и условий внешней среды.

Формула изобретения

Устройство для преобразования перемещения в частоту импульсов, содержащее два диода, три резистора, емкостный датчик, компенсиргующий конденсашине, отличающееся тем, что, с целью повышения точности, в него введены генератор импульсов, опорный конденсатор, четвертый резистор, диодный оптрон и формирователь импульсов постоянной длительности, выход генератора импульсов подключен к катоду первого диода, Латоду выход

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для автоматизации процессов контроля и измерения перемещений. С целью повышения точности преобразования перемещения в частоту импульсов за счет исключения погрешностей, связанных с нестабильностью выходного напряжения и частоты геиератора импульсов, изменения диэлектрической проницаемости средьв и дрейфом смещения сумматора, устройство содержит три диодно-резисторные цепи, состоящие из диодного оптрона 2, диодов 5 и 8, резисто ров 3,6,9 и t1 с подклю8 чанными емкостным датчиком 4, опорным 7 и компенсирующим 10 конденсаторами, которые образуют две мостовые нелинейные схемы. На выходах мостовых схем формируются напряжение, пропорциональное вольт-секундной площади процесса разряда емкостного датчика 4,и опорное напряжение, которые через фильтры 12 и 13 низких частот подаются на выходы сумматора 14. Формирователь 16 импульсов постоянной длительности, управляющий цепью перезаряда емкостного датчика 4 с помощью оптрона 2, запускается импульсами управляемого генератора 15, частота которых зависит от выходного напряжения сумматора 14. При достаточно большом коэффициенте усиления сумматора 14 напряжение на его выходе устанавливается такой величины, что отношение вольт-секундной площади разряда в цепи емкостного датчика 4 к периоду импульсов управляемого по частоте генератора 15 остается постоянным, при этом частота импульсов генератора 15 линейно зависит от перемещения. 1 ил. (Л 00 Од и 00 ел со

тор, два фильтра низких частот, сумма- д ного диода диодного оптрона и аноду

тор, генератор, управляемый напряжением, шину нулевого потенциала и выходную шину, анод первого диода подключен к первому выводу компенсирующего конденсатора и через последовательно соединенные первый резистор и первый фильтр низких частот - к неинвертирующему входу сумматора,первый вывод емкостного датчика через посвторого диода, катод которого подключен к первому выводу опорного конденсатора и первым выводам третьего и четвертого резисторов, вторые вы- 15 воды которых подключены к входам соответственно первого и второго фильтров

диодного оптрона подключен к первому выводу емкостного датчика, выход сум- ледовательно соединенные второй 2о матора через последовательно соеди- тор и второй фильтр низких частот ненные генератор, управляемый напряже- подключен к инвертирующему входу сумматора, вторые выводы емкостного датнием, и формирователь импульсов постоянной длительности подключен к катоду входного диода диодного оптрона , 25 анод которого и второй вывод опорного конденсатора подключены к шине нулевого потенциала.

чика и компенсирующего конденсатора подключены к шине нулевого потенциала, выход генератора, управляемого напряжением, подключен к выходной

второго диода, катод которого подключен к первому выводу опорного конденсатора и первым выводам третьего и четвертого резисторов, вторые вы- воды которых подключены к входам соответственно первого и второго фильтров

диодного оптрона подключен к первому выводу емкостного датчика, выход сум- матора через последовательно соеди- ненные генератор, управляемый напряже

нием, и формирователь импульсов посдиодного оптрона подключен к первому выводу емкостного датчика, выход сум- 2о матора через последовательно соеди- ненные генератор, управляемый напряже-

тоянной длительности подключен к катоду входного диода диодного оптрона , 25 анод которого и второй вывод опорного конденсатора подключены к шине нулевого потенциала.