Многоканальное измерительное устройство для дифференциальных индуктивных датчиков Советский патент 1989 года по МПК G01D5/22 

стройство содержит импульсный ге- 15 разом.

Пер пульсы генера При эт 10 счетчи ступае вой ко ei;o в в сред 25 8.1-8, коммут тока. чика 3 чика 7 30 Второй счетчи ваемо соотве образо ренциа ответ мяти, ровая нии э форма чика страт разов ние в подкл рацио зываю му то му на ционн к нул

нератор 1, тину 2 управления, первый счетчик 3, первьй цифроаналоговый преобразователь (ЦАП) 4, первый коммутатор 5, элемент 6 задержки, второй счетчик 7, N индуктивных преобразова- телей, каждый из которых выполнен в .ввде датчика B.l-S.W, первого резистора 9о 1-9.N, второго резистора 10.1-lOoN и-операционного усилителя П. 1-1 UN, а также второй коммутатор 12, дифференциальный усилитель 13, делитель 14 напряжения, второй ЦАП 15, аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 16, блок 17 памяти и регистратор 18.

Выход импульсного генератора 1 соединен с входом первого счетчика 3, первый и второй вьпсоды которого подключены соответственно к входу первого ЦАП 4 и объединенным входам элемента 6 задержки и второго счетчика 7, выход которого подсоединен к объединенным адресным входам первого и второго коммутаторов 5 и 12, блока 17 памяти и регистратора 18. Выход первого ЦАП 4 подключен к входу первого коммутатора 5, выходы которого соединены со средними выводами цатчи ков 8.1-8.N, крайние выводы которых подключены к входам операционных усилителей И.1-11.N, неинвертирующие входы которых через первые резисторы 9ol-9.N соединены с общей шиной, а инвертирующие входы и выходы соедине ны через вторые резисторы 10.1-30.N. Входы и выход второго, коммутатора 12 соединены соответственно с выходами операционных усилителей 11;1-11.N и первым входом дифференциального усилителя 13, выход которого подключен к входу АИД 16. Выход элемента 6 задержки соединен с управляющим входом АЦП 16, первый и второй выходы кото

5 разом.

5

0

5

Первый счетчик 3 подсчитывает импульсы, поступающие с импульсного генератора 1 на его счетный вход. При этом с первого выхода первого 0 счетчика 3 на вход первого ЦАП 4 поступает линейно возрастающий цифровой код и первый ЦАП 4 преобразует ei;o в пилообразный ток, поступающий в средний вывод одного из датчиков 5 8.1-8,N (например 8.1) через первый . коммутатор 5, являющийся коммутатором тока. С второго выхода первого счетчика 3 па счетпьй вход второго счетчика 7 поступают импульсы переноса, 0 Второй счетчик 7 является адресным счетчиком, определяющим .номер опрашиваемого датчика, подключение выхода соответствующего измерительного преобразователя к первому входу дифференциального усилителя 13, выбор соответствующего адреса в блоке 17 памяти, по которому записывается цифровая информация о начальном смещении этого датчика, и регистрацию информации о состоянии выбранного датчика совместно с его номером в регистраторе 18, В измерительных преобразователях остальных каналов, средние выводы датчиков 8.2-8.N которых подключены коммутаторы 5, входы операционных усилителей 11.2-11.N оказываются закороченными по постоянному току через датчики 8.2-8.N, поэтому напряжения на выходах этих операционных усилителей 11.2-11.N близки к нулю.

Пилообразный ток, поступающий в среднюю точку выбранного датчика 8.1 разделяется на две части, протекаю- ш,ие по соответствующим обмоткам датчика 8.1 При равенстве сопротивлений первого и второго резисторов 9.1 и 10.1 и идентичности обмоток, датчика 8.1 (равенстве ijx активных сопротив5

лений) пилообразные напряжения на входах операционного усилителя 11.1, вызываемые протеканием пилообразных токов через активные резисторы 9.1 и 10.1, равны и ослабляются операционным усилителем 11.1 как синфазная помеха. Операционный усилитель 11.1 усиливает разность напряжения на обмотках датчика 8.1, возникающую за счет разности их индуктивностей.

9845

I гдеТогда ли Q

максимальный выходной ток первого ЦАП 4, соответствующий цифровому коду на его входе Все единицы.

(L + ЛЬ) - (L - L) j

uLI LI .

JLI

ALL

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения деформаций вращающихся объектов. Цель изобретения упрощение устройства и расширение его функциональных возможностей за счет введения автоматической балансировки измерительных каналов. Запитывание дифференциальных индуктивных датчиков 8.1-8.N пилообразным током, формируемым ЦАП 4, и применение в измерительных преобразователях на основе операционных усилителей (ОУ). 11,.1-n.N схемы с делением тока позволяет получить на выходах ОУ 11.1- ll.N постоянные напряжения, величина которых пропорциональна разности ин- дуктивностей обмоток соответствующих датчиков 8.1.-8.N, и благодаря этому обойтись без детектирования, что позволяет упростить измерительные преобразователи. Автоматическая компенсация начальных смещений датчиков 8.1- 8.N и ОУ 11.1-11.N с помощью дифферен-а циального усилителя 13, делителя 14 напряжения, ЦАП 15, АЦП 16 и блока 17 памяти расширяет функциональные возможности устройства за счет возможности дистанционной подготовки устройства к работе. 1 ил. i (Л

iU причем

Напряжение на выходе операцион- и. - - UL7 Ц LI 1 усилителя 11.1 равно

41

15

и

ЬЫХ

I(R(RL+ 2) L,

L + dL; L. L - 4L,

25

де L - индуктивность обмотки дат- датчика в спокойном положении;

йЪ величина, на которую изменяются индуктивности обеих обмоток датчика при механическом воздей ствии (перемещение, давление и т.д.);

1, к токи, протекающие по обмоткам датчика 8.1. Так как токи имеют пилообразную орму, то

30

i, ia тогда

ли (L . L) i ,, d(Iit) - (L - dL) -j (L + AL)I, - (L - dL)I-z.

Ha обмотках датчика 8.1 при протекании по ним токов пилообразной формы падают постоянные напряжения, поэтому он практически не влияет на распределение тока, поступающего в его среднюю точку, и при равенстве сопротивлений резисторов 9.1 и 10.1 переменные составляющие токов, протекающие по обмоткам датчика 8.1, равны, т.е.

1

2

15

и

ЬЫХ

I(R(RL+ 2) L,

5

0

5

40

45

50

55

где R - сопротивление резисторов

RI - активное сопротивление обмоток датчика 8.1. Величина тока I определяется опорным напряжением первого ЦАП 4 и практически неизменна, поэтому выходное напряжение измерительного преобразователя линейно зависит от изменения индуктивности обмоток датчика 8.1 и для последующего преобразователя величины Ug(,| в цифровую форму не требуется детектирования.

Перед началом измерения сигналов, снимаемых с датчиков 8.1-8.N, осуществляется измерение и запоминание их начальных смещений, а также начальных смещений операционных усилителей n.l-ll.N и дифференциального усилителя 13. Для этого по шине 2 управления на управляющий вход второго ЦАП 15 и второй управляющий вход блока 17 памяти передается сигнал логического нуля. При этом второй ЦАП 15 обнуляется и на второй вход дифференциального усилителя 13 подается нулевое напряжение, а блок 17 памяти переводится в режим записи. Напряжение с выхода измерительного преобразователя выбранного датчика 8.1-8.N через второй коммутатор 12 поступает на первый вход дифференциального усилителя 13, где дополнительно усиливается и затем подается на вход АЦП 16, преобразующего его в цифровую форму, причем преобразование начинается по сигналу, поступающему на управлягаций вход АЦП 16 с выхода элемента 6 задержки. Величина задержки определяется из выражения

t i - t ц

+ t

un

+ t Ki- ,.

1449845

Urr

чика 8.1-8.N, считываемого из блока 17 памяти. Второй ЦДЛ 15 осуществляет преобразование цифровой информации в напряжение, а коэффициент де- ления делителя 14 напряжения выбирается равным коэффициенту усиления дифференциального усилителя 13. При этом напряжение на выходе дифференциального усилителя 13 зависит только от изменения индуктивности обмоток датчика 8.1-8.N, возникающего , из-за механического воздействия, и не зависит от начального смещения

10

где К - время перектпчения первого

коммутатора 5; - время установления напряжения на выходе измерительного преобразователя; t - время переключения второго

коммутатора 12;

t, - время установления напряжения на выходе дифференциального усилителя 13. Тогда АЦП 16 начинает преобразование через временной интервал, равный t-, после окончания импульса переноса на втором выходе первого счетчика 15 измерительного преобразователя за 3 и начала нарастания пилообразного счет различия индуктивностеи обмоток тока на выходе первого IIM 4. Необходимо отметить, что если в качестве первого счетчика 3 применяются микросхемы 564 PIE11, у которых сигнал пе-- 20 реноса представляет собой короткий отрицательный импульс, а в качестве АЦП 16 применяется микросхема 1113 ПВ1, у которой преобразование начинается по сигналу, имеющему вид корот- 25 си в блок 17 памяти не происходит, йоге положительного импульса, элемент так как он находится в режиме считы- 6 задержки должен дополнительно осу- вания и информация о начальных смеще- ществлять инвертирование сигнала. По окончании преобразования на втором .выходе АЦП 16 вырабатывается им- 30

пульс Готовность данных, по которо- Таким образом, запитывание диффе- му цифровая информация о начальном ренциальных индуктивных датчиков смещении выбранного датчика записывается на блок 17 памяти по адресу, совпадающему с номером выбранного 5 датчика 8.1-8.N. Одновременно эта информация поступает в регистратор 18, ,где определяется исправность датчика.

Адресный счетчик 7 последовательно опращивает все каналы и, таким образом, в блок 17 памяти записывается цифровая ин4хэрмация о начальных смещениях всех датчиков 8.1- 8.N.

В процессе измерения по шине 2 управления на управляющий вход второго ЦАП 15 и второй управляющий вход блока 17 памяти поступает логическая единица, при этом сниг ается обнуление с второго ЦАП 15, а блок 17 памяти переводится в режим считывания. При этом дифференциальный усилитель

датчика 8.1-8.N и смещения операционного усилителя 11.I-11.N, а также начального смещения дифференциального усилителя 13. Напряжение полезного сигнала преобразуется с помощью АЦП 16 в цифровую форму и поступает в регистратор 18 совместно с номером опрашиваемого канала. При этом запиниях датчиков и усилителей сохраняется в течение всего процесса измере8.1-8.N пилообразным током и применение в измерительных преобразователях схемы с делением тока позволяет получить на выходах операционных усилителей 11.1-11 .N постоянные напряжения, пропорциональные разности индуктивностеи обмоток датчиков S.1-8.N и обойтись без детектирования в отличие от известных устройств, в которых измерительные преобразователи преобразуют изменение индуктивностеи обмоток датчиков в переменное напряжение. При этом упрощается схема, измерительного преобразователя. Кроме того, автоматическая компенсация начальных смещений датчиков 8.1-8.N и операционных усилителей 11.1-11.N расширяет функциональные возможности устройства за счет его дистанционной подготов ки к работе.

40

50

13 осуществляет вычитание из вькоцно- го напряжения измерительного преобразователя, поступающего на первый 55 вход дифференциального усилителя 13 и представляющего собой сумму напряжений начального смещения и полезного сигнала, напряжения смещения датФормула изобретения Многоканальное измерительное устройство для дифференциальных индуктивных датчиков, содержащее индуктивные преобразователи, каждый из которых состоит из дифференциального инчика 8.1-8.N, считываемого из блока 17 памяти. Второй ЦДЛ 15 осуществляет преобразование цифровой информации в напряжение, а коэффициент де- ления делителя 14 напряжения выбирается равным коэффициенту усиления дифференциального усилителя 13. При этом напряжение на выходе дифференциального усилителя 13 зависит только от изменения индуктивности обмоток датчика 8.1-8.N, возникающего , из-за механического воздействия, и не зависит от начального смещения

измерительного преобразователя за счет различия индуктивностеи обмоток

датчика 8.1-8.N и смещения операционного усилителя 11.I-11.N, а также начального смещения дифференциального усилителя 13. Напряжение полезного сигнала преобразуется с помощью АЦП 16 в цифровую форму и поступает в регистратор 18 совместно с номером опрашиваемого канала. При этом записи в блок 17 памяти не происходит, так как он находится в режиме считы- вания и информация о начальных смеще-

ниях датчиков и усилителей сохраняется в течение всего процесса измереТаким образом, запитывание диффе- ренциальных индуктивных датчиков 5

0

0

Формула изобретения Многоканальное измерительное устройство для дифференциальных индуктивных датчиков, содержащее индуктивные преобразователи, каждый из которых состоит из дифференциального индуктивиого датчика, операционного усилителя и двух резисторов, а также импульсный генератор, делитель напряжения и регистратор, отличающееся тем, что, с целью упрощения и расширения функциональных возможностей устройства, в него введены шина управления, два счетчика, два цифроаналоговьсх преобразователя, два коммутатора, элемент задержки, дифференциальный усилитель, аналого- цифровой преобразователь и блок памяти, причем вход первого счетчика, подключен к выходу импульсного генератора, а его первый и второй выходы соединены соответственно с входом первого цифроаналогового преобразователя и объединенными входами элемента задержки и второго счетчика, выход которого соединен с объединенными адресными входами обоих коммутаторов, блока памяти и регистратора, выход первого цифроаналогового преобразователя через первый коммутатор подключен к средним выводам датчиков, крайние выводы которых соединены с вхада, 10

4498458

ми операционных усилителей, неинвертирующие входы которых через первые резисторы соединены с общей шиной, а инвертирутадие через вторые резисторы соединены с выходами операционных усилителей и входами второго коммутатора, выход которого соединен с первым входом дифференциального усилителя, выход которого соединен с входом аналого-цифрового преобразователя, первый и второй выходы которого соединены соответственно с объединенными информа11ионными входами регистратора J5 и блока памяти, и первым управляюп м входом блока памяти, выход которого через последовательно соединенные второй цифроаналоговый преобразователь и делитель напряжения подключен к . второму входу дифференциального усилителя, управляющий вход аналого-цифрового преобразователя подсоединен к выходу элемента задержки, а объединенные второй управлякнций вход блока памяти и управляющий вход второго цифроаналогового преобразователя подсоединены к шине управления.

20

25