Электромагнитный преобразователь перемещения в код Советский патент 1988 года по МПК H03M1/30 

4;:

со со

00 О)

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано для преобразования линейных перемещений в код,

Целью изобретения является повышение точности преобразователя.

На фиг. показана конструкция электромагнитного преобразователя перемещений в код и электронная схе- на устройства; на фиг,2 - принципиальная схема инвертора-повторителя; на фиг.З - графики выходных напряжений блока детекторов, функционального преобразователя и инвертора-пов- торителя.

Устройство содержит ферромагнитный подвижный элемент 1, неподвижный магнитопровод 2, двухсекционную обмотку 3 возбуждения, измеритель- ные обмотки 4-7, число которых для конкретности принято равным четырем, блок 8 детекторов, блок 9 компараторов, дешифратор 10, коммутаторы 11,1 и 11.2, преобразователь J2 кода, ис- точник 13 опорного напряжения, функциональный Преобразователь J4, сумматор 15, инвертор-повторитель 16, аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 17.

Магнитопровод 2 состоит из основания 18, стержня 19.1 и стержней 19.2 и 19.3 с зубцами 20.

Блок 8 детекторов выполнен на детекторах 21-24, блок 9 компараторов содержит пороговый элемент 25, компаратор 26, пороговые элементы 27 и 28, компаратор 29, пороговые элементы 30 и 31, компаратор 32, пороговый элемент 33} дешифратор 10 выполнен на элементах И 34-39; коммутатор 11. содержит элементы ИЛИ 40 и 41 и ключи 42-45; коммутатор 11.2 выполнен на переключателе 46; преобразователь -12 кода имеет прямой выход 47; выходы 48 АЦП 17 и выходы 49 являются выходом преобразователя перемещения в код.

Инвертор-повторитель 16 содержит вход 50, выход 51, операционный усилитель 52, аналоговые электронные ключи 53 и 54, транзистор 55, стабилитрон 56 и резисторы 57-62.

Электромагнитный преобразователь перемещения в код работает следующим образом.

Выходы каждого из компараторов 2 29 и 32 блока 9 находятся в единич

0

0

0

5

ном состоянии, когда сигнйл на его втором входе по уровню превосходит сигнал, подаваемьй на первый вkoд компараторов 26, 29 и 32,

Уровень выходного напряжения каждой измерительной обмотки 4-7 при перемещении подвижного элемента 1 от упора в каркас (на фиг.1) обмотки 3 возбуждения до правого торца стержня 19,1 возрастает до положения противостояния подвижного элемента 1 и того из зубцов 20, на котором размещена одна из измерительных обмоток 4-7 (когда координата центра зубца 20 совпадает с координатой центра подвижного элемента 1),

В этом положении, характеризующемся максимальным значением магнитной проницаемости зазора, образуемого подвижным элементом 1, с зубцами 20 и соответственно максимальным значением взаимоиндуктивности М обмотки 3 возбуждения и одной из измерительных обмоток 4-7, уровень выходного сигнала последней достигает максимума (например, для измерительной обмотки 6 положение подвижного, элемента 1 соответствует максимальному уровню ее выходного напряжения,фиг.1) .

При дальнейшем перемещении подвижного элемента 1 вправо его расхождение с данным зубцом 20 увеличивается, магнитная проводимость и взаимоиндуктивность М уменьшаются и соответственно уменьшается амплитуда напряжения данной обмотки. Совокупность выходных напряжений детекторов 21-24 блока 8 обозначим ,

UB Us. , , , U24J.

Графики их зависимостей от координаты X, центра подвижного элемента 1 на оси X показаны на фиг.З,

Когда центр подвижного элемента 1 находится в пределах участка 0,25Т, действительны следующие соотношения уровней выходных напряжений блока 8 и пороговых уровней:

Ua Unb Unn ; zb ; , где и„., - напряжение высокого уровня

П &

(единичного);

и - напряжение низкого уровня

(нулевого).

Поэтому на выходе элемента 37 устанавливается напряжение высокого

(единичного) уровня, а на выходах остальных логических элементов дешифратора 10 - напряжение низкого уровня (соответствующее логическим нулям). Такой комбинации состояний выходов дешифратора 10 соответствуе нулевое значение старших разрядов общего двоичного кода перемещений, выдаваемых с выходов 49,

Когда центр элемента находится в пределах участка 0,25 ,5Т,

Upig

и

ли

Uj

; и,

УПП ;

UHH,

и напряжение высокого уровня устанавливается на выходе элемента И 34, с выхода остальных элементов И 35-39 дешифратора 10 снимаются напряжения низкого нулевого уровня. Этой комбинации состояний выходов дешифратора 10 соответствует значение N 0 старших разрядов кода преобразователя.

Соответствие значений кода перемещений (снимаются с выходов 49) участкам (диапазонам) протяженностью 0,25Т, на которые разбит весь диапазон перемещения ,5Т, приведено в таблице.

Обозначим координату центра подвижного элемента J, отсчитываемую от начала любого из поддиапазонов,через Х. Тогда для первого поддиапазона XT.X; для второго - ,25Т; для третьего - ,5Т; для четвертого ,75Т; для пятого - для шестого - ,25Т (нумерация поддиапазонов соответствует таблице).

В пределах интервала (U ,и) по оси и„ (фиг.З) для первого, третьего

и пятого поддиапазонов зависимости гг ) , и, (Х) , и,, (XT) могут быть представлены единой возрастающей функ цией f (Х),адля второго, четвертого и шестого поддиапазонов одинаковой убывающей функцией f (Х-) представляются зависимости

и, (х).

Графики функций f(X), f,., (Х) выделены на фиг.З жирной ломаной линией, функции f , fg, имеют равномерность напряжения.

Формирование кода точного отсчета производится следующим образом.

Если координата подвижного элемента 1 находится в первом поддиапазоне перемещения, на управляющий вход

т

1439736

ключа 43 с выхода элемента И 37 через элемент ИЛИ 40 поступает напряжение высокого уровня и ключ 43 переводит- g ся в замкнутое состояние, на вход функционального преобразователя 14 подается выходное напряжение детектора 22.

Когда подвижный элемент I находится в Третьем поддиапазоне перемещения, на управляющий вход ключа 44 через элемент ИЛИ 41 поступает напряжение высокого уровня с выходного

элемента И 38, а при переводе центра подвижного элемента 1 в пределы пятого поддиапазона выходным напряжением высокого уровня элемента И 39 замыкается ключ 45, в этих случаях на

вход функционального преобразователя 14 подаются соответственно напряжения U23 И .

Когда координата подвижного элемента 1 находится во втором поддиапазоне преобразования, на управляющий вход ключа 42 подается выходное напряжение высокого уровня элемента И 34, Если центр подвижного элемента 1 перемещается в четвертый поддиапазон, то напряжение высокого уровня с элемента И 35, через элемент ИЛИ 40 поступает на управляющий вход ключа 43, а при нахождении подвижного элемента 1 в пределах шестого поддиапазона элемент ИЛИ 41 транслирует на управляющий вход ключа 45 выходное напряжение элемента И 36. Таким образом, в каждом из указанных случаев нахождения подвижного элемента

1 во втором, четвертом и шестом поддиапазонах перемещения на вход функционального Преобразователя 14 поступают соответственно напряжения U,j ,

и.: . г

Поскольку зубцы ,20 с измерительными обмотками 4 и 6 расположены симметрично относительно зубцов 20 с обмоткой 5, а зубцы 20 с обмотками 5 и 7, расположенные симметрично относительно зубца-20 с обмоткой 6, смежны друг с другом, участки функции f(Х) f(Х) (фиг,3), симметричны друг другу относительно осей ,25Т|Х 0,5Т| ,75Т; ,25Т, т.е.

г (0.25Т-Х) (1) Функциональтшй преобразователь 14 воспроизводит функцию, обратную зависимости f(X), и, следовательно.

для 1, 3 и 5 поддиапазонов (фиг.З) его выходное напряжение равно

и,4 Р f,(X) КХ. (2) С учетом (1) для 2, 4 и 6 поддиапазонов

и

п

( О 25 КТ-КХ (3)

Этим случаям соответствуют коды старших рязрядов 001, 011, 101, когда сигнал высокого уровня прямого выхода 47 преобразователя 12 кода (поскольку младший разряд любого из данных значений N равен единице) управляет подключением к второму входу

Рассмотрим случай пере(ещений подвижного элемента 1 н пределах первого. Третьего и пятого поддиапазонов г перемещения, этим случаям соответствуют значения разрядов общего кода перемещений

N|2 . 000,010, 100,

когда сигнал низкого уровня прямого 10 выхода 47 преобразователя 12 кода (поскольку младший разряд любого из приведенных значений равен нулю) управляет, подключением к второму входу сумматора 15 общей шины устройства

сумматора 15 выходного напряжения ис- « переводом инвертора-повторителя 16 точника 13 питания, значение которо- , простого (неинвертиругощего)

повторителя напряжения.

Таким образом, для первого, третьего и пятого поддиапазонов нахождего выбрано равным -0,25 КТ, где

К и Т - известные, задаваемые при

проектировании устройства величины,

и переводом инвертора-повторителя 16 ° подвижного элемента 1 на выходе

в инвертирующем режиме с коэффициен- Функционального преобразователя 14

формируется напряжение, пропорциональное координате Х, отсчитываетом усиления 1 ,

397366

Рассмотрим случай пере(ещений подвижного элемента 1 н пределах первого. Третьего и пятого поддиапазонов г перемещения, этим случаям соответствуют значения разрядов общего кода перемещений

N|2 . 000,010, 100,

когда сигнал низкого уровня прямого 10 выхода 47 преобразователя 12 кода (поскольку младший разряд любого из приведенных значений равен нулю) управляет, подключением к второму входу сумматора 15 общей шины устройства

его и пятого поддиапазонов нахожде

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано для преобразования линейных перемещений в код. Целью изобретения является повышение точности преобразователя. Для этого в электромагнитный преобразователь угла поворота вала в код, содержащий подвижный элемент, неподвижный магнитопровод, обмотку возбуждения, первую группу измерительных обмоток, блок компараторов и преобразователь кода, введены вторая группа измерительных обмоток, дешифратор, два компаратора, функциональный преобразователь, сумматор, инвертор-повторитель , аналого-цифровой преобразователь и источник опорного напряжения. Поставленная цель достигается за счет того, что в преобразователе по отдельности формируются старшие и младшие разряды выходного кода. Старшие разряды выходного кода форми- руются Преобразователем кода, а млад- SS шие - дешифратором, коммутаторами, сумматором, функциональным преобразователем, инвертором-повторителем и аналого-цифровым преобразователем. 3 ил., 1 табл. (Л

В этом режиме

и,

и,

где ,, +и

и

16

1Ь

-выходное напряжени

сумматора 15;

-выходное напряжение инвертора-пов- торителя 16,

таким образом при нахождении центра подвижного элемента 1 в пределах второго, четвертого и шестого поддиапазонов перемещения на вход АЦП 17 воздействует напряжение

ь, -(u, и„)кх,

пропорциональное координате X центра подвижного элемента 1 внутри поддиапазона перемещения. По значению этого напряжения АЦП 17 формирует двоичный код координаты Х.

Таким образом, независимо от того используются ли в качестве источника

50

первичной измеряемой информации воз- 45 перемещения в код, содержапщй магни- растающие или убывающие участки зависимостей Ug (фиг.З, жирная ломаная линия) с выходов 48 АЦП 17 выдается код точного отсчета перемещений. Совокупность значений N, кода грубого отсчета перемещений (т.е. код поддиапазона подвижного элемента 1), выдаваемого с вьпсодов 49, и кода точного отсчета (код координаты Х), выдаваемого с выходов 48, образует общий выходной код Грубого отсчета, представляющий собой старшие, а код точного отсчета младише разряды этого общего выходного кода устройства.

55

топровод, выполненный в виде основания, на котором расположены первый и второй стержни, на втором стержне, расположенном с одной стороны от первого стержня, выполнены зубы через равное расстояние, обмотку возбуждения, расположеннзло на основании маг- нитопровода, первую группу измерительных обмоток, размещенных на зубцах второго стержня магнитопровода, ферромагнитный подвижный элемент, расположенный на первом стержне магнитопровода, блок компараторов, преобразователь кода, отличаю

мои внутри того поддиапазона, где находится центр подвижного элемента 1.

Поскольку второй вход сумматора

15в этих случаях подключается к бщей шине, а инвертор-повторитель

16функционирует как простой повтоитель, выражаемое формулой (2) наряжение

и,, к-х

без каких-либо изменений транслируется сумматором 15 и инвертором-повторителем 16 в АЦП 17, где оно преобразуется в двоичный код точного отсчета (младшие разряды общего выходного кода перемещений), поступа- юшлй на выходы 48.

Формула изобретения Электромагнитный преобразователь

перемещения в код, содержапщй магни-

топровод, выполненный в виде основания, на котором расположены первый и второй стержни, на втором стержне, расположенном с одной стороны от первого стержня, выполнены зубы через равное расстояние, обмотку возбуждения, расположеннзло на основании маг- нитопровода, первую группу измерительных обмоток, размещенных на зубцах второго стержня магнитопровода, ферромагнитный подвижный элемент, расположенный на первом стержне магнитопровода, блок компараторов, преобразователь кода, отличающ и и с я тем, что, с целью повышения точности преобразователя, в него введены вторая группа измерительных обмоток, дешифратор, два коммутатора, функциональный преобразователь, сумматор, инвертор-повторитель, аналогово-цифровой преобразователь, источник опорного напряжения, а в магнито- провод введен третий стержень с зубцами, на которых расположена вторая группа измерительных обмоток, третий стержень расположен с другой стороны относительно первого стержня, зубцы третьего стержня обращены в сторону зубцов второго стержня, зубцы третьего стержня сдвинуты вдоль оси контролируемых перемещений относительно зубцов второго стержня на половину расстояния между зубцами, выходы измерительных обмоток соединены с входами блока детекторов, выходы которого соединены с входами блока ком1,25Т X 1,5Т и, Un .-.U25

параторов и сигнальными входами первого коммутатора, выход которого соединен через функциональный прёобразователь с первьм входом сумматора, выходы блока компараторов соединены через дешифратор с управляющими входами первого коммутатора и входами преобразователя кода, информационные

выходы которого являются выходами старших разрядов преобразователя, а прямой выход соединен с управляющими входами инвертора-повторителя и второго коммутатора, выходы источника

опорного напряжения соединены с сигнальными входами второго коммутатора, выход которого соединен с вторым входом сумматора, выход которого соединен через инвертор-повторитель с

входом аналого-цифрового преобразователя, выходы которого являются выходами младших разрядов преобразователя.

и

г. пи, и

, аг

и,

и

пи

101

и

Jai ип„ , U22

и

пи

./.Н, 13.7 ff

ФU8J

Вымд

o- U/ii/m

Фиё,1

и.

as Г 7

w

кТ

№

кг

//////

U23 Ufif

j.sr

Фие.З