Устройство для измерения пространственных перемещений Советский патент 1988 года по МПК G01B7/00 

(Л

СА9

со ел

со

00

точку начала координат оператор нажимает кнопку Пуск. С блока 17 управления на генератор 28 синусоидального тока и на управляющий вход синхронного детектора 18 поступают синхроимпульсы. Одновременно поступает сигнал на управляющий вход токового ключа 22, разрешающего прохождение синусоидального тока на четную подгруппу катушек 30 индуктивностей. В катушках 4, 5, 6 датчика 2 и катушках 7, 8, 9 датчика 3 индуктируются сигналы, параметры которых однозначно связаны с положением этих датчико в пределах начальной зоны. По сигналам с блока 17 управления через аналоговые ключи 10-15 осуществляется считывание сигналов с катушек 4-9 датчиков 2, 3. Указанные сигналы через усилитель 16, синхронный детектор 18 и интегратор 19 поступают на аналого-цифровой преобразователь 20, с выхода которого снимается цифровой код, соответствующий амплитуде синусоид на выходах катугаек 4-9. Сигналы цифрового кода поступают в вычислительный блок 21. Аналогично после открытия ключа 23 сигнал с генератора 28 через фазовращатель 29 поступает на нечетную подгруппу катушек 31 индуктивностей. При этом с выхода аналого-цифрового преобразователя 20 в вычислительный блок 21 также поступают сигналы с катушек 4-9, соответствующие напряженности электромагнитного поля в точках размещения датчиков 2, 3. После обработки результатов измерений в вычислительном блоке 21 получают начальную координату Х острия указателя 1 перемещений. Аналогично находят начальные координаты YO, Zg. При этом используются ключи 24-27 и катушки 31-35 индуктивностей. При перемещении указателя 1 перемещений в точку измерений в вычислительном блоке 21 вычисляются текущие координаты острия указателя. 1 ил.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения перемещений указателя координат в заданном объеме пространства. Целью изобретения является расширение функциональных возможностей устройства за счет обеспечения измерения П€ рсме1дений указателя в трехмерном пространстве. После установки указателя 1 перемещений в

1

Изобретение относится к иЪмери- тельной технике и может быть использовано для измерения перемещений указателя координат в заданном объеме пространства.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей устройства за счет обеспечения измерений перемещений указателя в трехмерном пространстве.

На чертеже представлена структурная схема предлагаемого устройства.

Устройство содержит указатель 1 перемещений с двумя магнитометрическими датчиками 2 и 3, расположенными соосно между собой и с острием указателя 1. Расстояние между датчиками и острием известно и зафиксировано.Каждый из магнитометрических датчиков 2 и 3 включает по три катушки 4-6 и 7-9 индуктивности, расположенные вокруг общего центра и развернутые друг относительно друга на прямой угол. Выходы катушек 4-9 подключены к входам аналоговых ключей 10-15, выходы которых объединены и связаны с входом

0

5

0

5

усилителя 16, Управляющие входы клю- , чей подключены к соответствуняцим выходам блока 17.управления. Выход усилителя 16 соединен с синхронным детектором 18, управляющий вход которого соединен с соответствующим выходом блока 17 управления, а выход - с аналоговым входом интегратора 19. Управляющий вход интегратора 19 связан с соответствующим входом блока 17 управления, а выход - с аналоговым входом аналого-цифрового преобразователя (АЦП) 20, цифровые выходы которого соединены с входами вычислительного блока 21. Вход и выход синхронизации вычислительного блока 21 подключены к соответствующим выходу и входу блока 17 управления. Устройство содержит также токовые ключи 22- 27, управляющие входы которых подключены к соответствующим выходам блока 17 управления. Токовые входы ключей 22, 24 и 26 подсоединены к выходу генератора 28 синусоидального тока, а токовые входы ключей 23, 25 и 27 - к выходу фазовращателя 29,

вход которого соединен с генератором 28. Вход синхронизации генератора 28 связан с соответствующим выходом блока 17 управления. Токовый выход ключа 22 подключен к последовательно включенным четным катушкам 30 индуктивности, выход ключа 23 - к нечетным катушкам 31. Катушки 30 и 31 идентичны и установлены вдоль оси X координат на одинаковом расстоянии друг от друга. Аналогично установлены вдоль осей Y и Z катушки 32, 33 и 34, 35 индуктивности соответственно, но они подключены к ключам 24, 25,и 26, 27. Вторые концы катушек 30-35, объединенных в группы, подключены к шине нулевого потенциала .

Устройство для измерения пространственных перемещений работает следующим образом.

Оператор устанавливает указатель 1 перемещений в точку начала координат, находящуюся в пределах области, ограниченной координатами Х, У„. Y.; Z.. Z.. где Х,, X,; „ , Y.

1

0

Z|j, Z -координаты области считывания для пар катушек индуктивностей по осям X, Z и Y соответственно. После установки указателя 1 оператор нажимает кнопку Пуск (не показана) .

Из блока 17 управления на генератор 28 синусогщального тока поступают синхроимпульсы, которые также поступают на yпpaвлякE ий вход с.инхрон- ного детектора 18. Кроме того, по сигналу Пуск с выхода блока 17 на управляющий вход ключа 22 поступает сигнал, разрешающий прохождение синусоидального тока с генератора 28 на четную подгруппу катушек 30 индуктивности. В катушках 4-6 датчика 2 и в катушках 7-9 датчика 3 индуктируются электрические сигналы, параметры которых однозначно связаны с положением этих датчиков в пределах указанно начальной зоны. Одновременно с выхода блока 17 управления на управляющий вход аналогового ключа 10 поступает сигнал, разрешающий прохождение сигнала от катушки 4 на вход усилителя 16. Усиленный синусоидальный сигнал детектируется при помощи синхронного детектора 18 и интегрируется по нескольким периодам интегратором 19. Разрешение на интегрирование поступает на интегратор 19 с

соответствующего выхода блока 17 управления. На выходе интегратора 19 получается постоянный электрический сигнал, амплитуда которого соответствует однозначно амплитуде синусои- выходе катушки 4. При помощи АЦП 20 получают цифровой код, соот- ветствукяций амплитуде указанного сигнала. По сигналам с блока 17 управления осуществляется запоминание цифрового кода в вычислительном блоке 21.

Аналогично производится оцифровывание электрических сигналов, индуктированных в катушках 5, 6 и 7-9,при этом соответственно включаются аналоговые ключи 11, 12 и 13-15.

Таким образом, в вычислительном блоке 21 оказываются записанными коды

., fz 1 ,гг соответствующие амплитудам электрических сигналов, индуктированных в катушках 4-6 и 7-9.

В вычислительном блоке 21 по формулам

N, VN ,, + N, -

0

5

0

5

0

5

N,+ NL+ N

5-1

5-2

гг

определяют величины N и N, соответствующие напряженности электромагнитного поля в точках, где размещены центры датчиков 2 и 3.

Затем по сигналам с блока 17 управления ключ 22 закрывается, а ключ 23 открывается. По нечетной подгруппе катушек 31 индуктивности протекает ток синусоидальной формы, генерируемый генератором 28. Далее устройство функционирует аналогично описанному, но при этом определяются вел1гчины М , и М., соответствующие напряженности электромагнитного поля в точках, где размещены центры датчиков 2 и 3.

В связи с тем, что распределение электромагнитного поля имеет квазисинусоидальный вид, по величинам N, М и N, Mj определяются значения фазовых сдвигов. Значения фазовых сдвигов (/ , и Lp, однозначно связаны с величинами X , и Х, соответ- ствукнцими удалению проекций центров обоих магнитометрических датчиков 2 и 3 от начала координат.

N, агссв --;

у Nj 1, arc eg -(/ Vj

tл. Y - ТL

ь..,

2м

2 1

где L - шаг установки катушек индук-

тивности.

Определение величин tf, i , X, и Xi производится Б вычислительном блоке 21, где по пропорции Х Х А

- (X, - X ) 7 также вычисляют

1 А - а

искомую координату Хо нахождения острия указателя 1 перемещений (константы А - расстояние от острия указателя 1 перемещений до центра дат- чика 2, а - расстояние между центрами датчиков 2 и 3, которое занесено в память вьтислительного блока 21 предварительно).

Аналогично описанному определяются координаты YO и Zo, при этом через ключи 24, 25 и 26, 27 соответственно включаются катушки 32, 33 и ЗА, 35 индуктивности, расположенные вдоль других осей координат.

После определения начальных координат Хр, YJ и Z o j оператор перемещает указатель 1 в точку измерения При этом в вычислительный блок 21 поступают цифровые эквиваленты N,, N , Nj иМ, М, Mj текущих значений амплитуд электрических сигналов, индуктируемых в соответствующих катушках указателя 1 перемещений, В вычислительном блоке 21 фиксируется чередование локальных максимумов и минимумов ( и , которые соответствуют напряженностям электрического поля в точках размещения датчиков 2 и 3, При следовании минимума после максимума указатель 1 перемещается в сторону увеличения координат, а при следовании максимума после минимума - к уменьшению координат. Таким образом, в вычисли- тельном блоке 21 фиксируются периоды размещения катушек индуктивноетей по всем осям координат, причем при перемещении указателя 1 в сторону увеличения идет накопление числа П перио- дов, а при перемещении в сторону уменьшения из накопленного числа периодов производится соответствующее вычитание.

Число П периодов размещения кату- шек индуктивностей соответствует гру- бому значению координаты положения магнитометрического датчика. Таким

образом, в вычислительном блоке 2 фиксируются числа П V , П и П , которые грубо соответствуют положениям датчиков 2 и 3,

После того, как оператор установил указатель 1 перемещений в нужную точку рабочего пространства, он нажимает кнопку Пуск, Далее аналогично описанному определяются текущие координаты положения острия указателя 1 перемещений в пределах соответствующего периода размещения катушек-излучателей. Например,

arccg ( 1

arccg (J|f) . 2lf

xi x; - (x; -x;) Величина истинного перемещения указателя 1 перемещений вычисляется в блоке 21 по следующей формуле (для оси X):

X , (Х - Ха) + L-nФормула изобрете ния

Устройство для измерения пространственных перемещений, содержащее указатель перемещений с двумя магнитометрическими датчиками, расположенными соосно с острием указателя перемещений и включающими по три катушки индуктивности, ориентированные взаимно перпендикулярно вокруг общего центра, генератор синусоидального тока, блок управления, аналоговые ключи, информационные входы которых подключены к выходам магнитометрических датчиков, управляющие - к соответствующим выходам блока управления, усилитель, подключенный к объединенным между собой выходам аналоговых ключей, аналого-цифровой преобразователь, вычислительный блок, синхронизирующий вход и выход которого соединены с соответствующими выходом и входом блока управления, информационный - с выходом аналого-цифрового преобразователя, отличающееся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей, оно снабжено фазовращателем, цепью из последовательно соединенных синхронного детектора и интегратора, включенной

между выходом усилителя и входом аналого-цифрового преобразователя, входы управления синхронного детектора и интегратора подключены к соответствующим выходам блока управления, тремя группами соосно установленных равноотстоящих одна от другой координатных катушек индуктивности, каждая из групп ориентирована вдоль соответст- вующей оси координат, в каждой из групп четные и нечетные катушки включены последовательно и образуют две подгруппы координатных катушек, один из выводов в каждой подгруппе соеди- нен с шиной нулевого потенциала, токовыми ключами по числу подгрупп координатных катушек, выход каждого из токовых ключей связан с одним из вьшодов соответствующей подгруппы координатных катушек, входы токовых ключей всех четных подгрупп координатных катушек соединены с генератором синусоидальных колебаний непосредственно, нечетных групп - через фазовращатель, управляющие входы то- товых ключей соединены с соответствующими выходами блока управления, а управляющий вход генератора синусоидальных колебаний соединен с входом управления синхронного детектора.