Способ преобразования перемещение-фаза Советский патент 1990 года по МПК G01B7/00 

Изобретение относится к контрольно- измерительной технике и может быть использовано для измерения линейных перемещений,

Цель изобретения - повышение точности в широком диапазоне рабочих температур за счет взаимной компенсации температурных дрейфов фаз сформированных сигналов.

На чертеже представлена блок-схема устройства, реализующего способ.

Устройство содержит первый генератор 1 гармонических колебаний, преобразователь 2 ,е масштабирующий контур 3, образованный последовательно соединенными частотоэависимым фазовращателем 4 и масштабирующим звеном 5, сумматор 6, второй генератор 7 гармонических колебаний, первый смеситель 8, второй смеситель 9, фазометр 10, причем выходы генераторов 1 и 7 одновременно подключены ко входам преобразователя 2 и масштабирующего контура 3, а также соединены соответственно с первым и вторым входами второго смесителя 9, выход которого подключен к опорному входу фазометра 10, выход масштабирующего контура 3 соединен с первым входом сумматора 6, второй вход которого подключен к выходу преобразователя 25 а выход соединен с информационным входом фазометра 10. Преобразователь 2 выполнен, например, в виде дпфференциально-трансформатор- ного датчика перемещения.

В качестве смесителя 8 может быть использован нелинейный активный элемент, например транзистор или диод.

Способ реализуют следующим об- разом.

В стационарном режиме, когда перемещение , сигнал U,(t)U cosCO, с выхода генератора 1 поступает на вход преобразователя 2. Одновременно с этим сигнал с выхода генератора 1 той же частоты СО, амплитуды Uf поступает на вход масштабирующего контура 3 и на выходе масштабирующего звена 5 приобретает фазовый сдвиг ц, (W,) 9 где ,(СД,К180°. Его амплитуда U определяется передаточными функциями фазовращателя 4 и масштабирующего контура 5, С выхода масштабирующего контура 3 сигнал U, (t)U( ,t- + +Ц,(Сх),)1 поступает на первый вход сумматора 6, на второй вход которого поступает сигнал U4l((t) cosw, t с выхода преобразователя 2. Величина амплитуды U сигнала соответствует нулевому значению перемещения X. В сумматоре происходит геометрическое суммирование двух колебаний частоты Q,: U,(t)U15:c.os(oo1 t + cp,,), причем фаза суммарного сигнала равна , „sin 4,(GO,)

-« и -уи-кТсозЙД) где К - модуль коэффициента передачи

масштабирующего контура 3

на частоте СО, .

В то же время на входы преобразователя 2 и масштабирующего контура 3 поступает сигнал U« (t)U1cos03.t с выхода второго генератора 7 гармонических колебаний, который претерпевает те же преобразования в блоках 2,4,5 и 6, что и сигнал U,(t) с выхода первого генератора 1. При этом частото- зависимый фазовращатель 5 выполнен таким образом, что сигнал U(t) приобретает в нем фазовый сдвиг Ср (W) ((ОЭг).360°). На выходе сумматора 6 наряду с сигналом (t) формируется сигнал U (t)(G3 t + + Ц.15- полученный в результате геометрического суммирования сигналов )Uaxo- и U.(t)U2cos§02(t) + Ц (Qt)3 , аналогично равенству фаза Ср суммарного колебания U.(t) равна

,COj)3

arct8B ;7BI cS)

где К1 - модуль коэффициента передачи масштабирующего контура 3 на частоте (0 .

С выхода сумматора b сигналы U12.(t) и Un.(t) поступают на вход первого смесителя 8, на выходе которого цепями фильтрации выделяется сигнал

,U,5- U,,гсоз(Qj-Q.) -1+ (Ц г.г+Ч ) (где k, - коэффициент передачи смесителя 8), а сигналы суммарной частоты (О + СЭ) и комбинационных частот 2(0, и 2 00 цепями фильтрации подавляются.

Наряду с этим с выходов генераторов 1 и 7 сигналы U,(t) и U(t) поступают на входы второго однополосного смесителя 9, на выходе которого цепями фильтрации выделяется сигнал Up(t)k4 UY U1.(J, (где k- - коэффициент передачи смесителя 9) в сигналы суммарной частоты ,Ј), + 03 и комбинационных частот 2Q( и ZQ цепями фильтрации подавляются.

Сигнал Up2:(t) с выхода смесителя 8 и сигнал Up(t) с выхода смесителя 9

поступают на регистрирующий прибор- фазометр 10, показание которого в стационарном режиме будет соответствовать начальному значению перемещения .

В динамическом режиме при измерении перемещения X происходит изменение амплитуд сигналов U,x(t) и ) на выходе преобразователя 2. Это в Свою очередь вызывает изменени фазовых сдвигов Cf,г и ifгЈсигналов 1(45(1) и ) на выходе сумматора 6 Фазовые сдвиги и этом случае определяются выражениями

,„ ,(W. )

4 ir-arct 7B 55tsfe5J;

ч

LZ.

,(tDi )1

arct477u; -Л-сйй-дйЛ

где U it и U2X- амплитуды сигналов частот (д)( и CDn соответственно с выхода преобразователя 2. Это приводит к изменению фазового сдвига (MW M iP сигнала Up-Xt) на выходе смесителя 8, что приводит к изменению показаний регистрирующего прибора-фазометра в соответствии с изменением перемещения X.

Формула изобретения

Способ преобразования перемещение - фаза, заключающийся в том, что

формируют первый и второй гармонические сигналы с одинаковой частотой f ( , первый сигнал амплитудно модулируют в зависимости от перемещения X, второй сигнал сдвигают по фазе относительно первого на угол (Р. 180 , затем геометрически суммируют сдвинутый второй сигнал с первым модулиO рованным сигналом, в результате чего формируют первый суммарный сигнал, отличающийся тем, что, с целью повышения точности в широком диапазоне рабочих температур, форми5 РУЮТ третий и четвертый гармонические сигналы с одинаковой частотой ( третий сигнал амплитудно модулируют в зависимости от перемещения X, четвертый сигнал сдвигают на фазе относительно третьего на угол (р, 180 , затем геометрически суммируют сдвинутый четвертый сигнал с модулированным третьим сигналом, в результате чего формируют второй сум5 марный сигнал, из модулированных

первого и третьего сигналов формируют путем нелинейного преобразования первый сигнал разностной частоты , из первого и второго суммар0 ного сигналов формируют путем нелинейного преобразования второй сигнал разностной частоты . а о перемещении X судят по разности фаз первого и второго сигналов разностной . частоты f i -in.

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для измерения линейных перемещений объектов. С целью повышения точности в широком диапазоне рабочих температур формируют два гармонических сигнала частоты T₁, первый из них амплитудно модулируют в функции перемещения, второй сдвигают по фазе относительно первого, затем геометрически суммируют полученные сигналы частоты F₁, также формируют два гармонических сигнала частоты F₂, F₁≠F₂, один из них амплитудно модулируют в функции перемещения, второй сдвигают по фазе относительно первого, затем геометрически суммируют полученные сигналы частоты F₂, формируют два сигнала разностной частоты F₁-F₂ и по разности их фаз судят о перемещении. 1 ил.