Цифровой измеритель перемещений Советский патент 1991 года по МПК G01R17/10 

мерительный усилитель 15 с симметричными выходами 16 и 17. Измерительный усилитель 15 состоит из четырех операционных усилителей 18-21. Выход операционного усилителя 18 соединен с неинвертирующим входом (Н-вход) операционного усилителя 19. Операционный усилитель 20 представляет собой усилитель-повторитель, выход которого соединен с Н-входом операционного усилителя 21. Между выходом операционного усилителя 19 и инвертирующим входом (И-вход) включен резистор 22 обратной связи. Аналогично подключен резистор

23обратной связи операционного усилителя 21. Между И-входэми операционных усилителей 19 и 21 подключена цепь последовательно соединенных резисторов

24и 25. Между выходами операционных усилителей 19 и 21 подключена цепь последовательно соединенных резисторов 26 и 27, к точке соединения этих резисторов подключен И-вход операционного усилителя 18. Между выходом и И-входом операционного усилителя 18 включен конденсатор 28, К выходам 1G и 17 измерительного усилителя 15 подключен фазовый детектор 29, состоящий из ключей 30 и 31. Между выходами 32 и 33 фазового детектора 29 включена RC-цепь 34, 35, представляющая собой фильтр 36 низких частот первого порядка. Конденсатор 35 соединен с дифференциальным входом аналого-цифрового преобразователя (АЦП) 37.

К выходам 6 и 7 усилителей-повторителей 4 и 5 подключен преобразователь 38 синусоидального напряжения в прямоугольное. Преобразователь 38 состоит из двух компараторов 39 и 40, Н-аход компаратора 39 соединен с И-входом компаратора 40, являющимся первым входом преобразователя. И-вход компаратора 39 соединен с Н-входом компаратора 4, являющимся вторым входом преобразователя. Выход компаратора 39 соединен со счетным входом D-триггера 41. Выход компаратора 40 соединен со счетным входом D-триггера 42. Выход D-триггера 41 соединен с S-входом, а выход D-триггера 42 - с R-входом RS-триг- гера 43.

Прямой выход RS-триггерз соединен с R-входом D-триггера 41, инверсный выход RS-триггера - с R-входом D-триггера 42, Между выходами D-триггеров подключен логический элемент ИЛИ 44. Выход логического элемента ИЛИ 44 соединен с тактовым входом АЦП 37, имеющего выход 45 Готовность данных, а также с блоком 46 обработки информации.

К выходам усилителей 4 и 5 подключен фазовый детектор 47, состоящий из двух

ключей 48 и 49. Между выходами 50 и 51 фазового детектора 17 подключен низкочастотный фильтр, состоящий из RC-цепи 52, 53.

К выходу 50 фазового детектора 47 подключен вход сравнивающего блока 54, другой вход которого соединен с источником 55 опорного напряжения, Выход сравнивающего блока 54 соединен с входом управле0 иия амплитудой выходных сигналов генератора 1. Выход 56 АЦП соединен с буферным регистром 57, выход которого соединен с дешифратором 58/ последователь- ным передатчиком 59 кода и шинным

5 формирователем 60. Выход 45 Готовность данных АЦП 37 подключен к блоку 61 управления. Выход 62 блока 61 управления соединен с буферным регистром 57, выход 63 - с последовательным передатчиком 59

0 кода, выход 64-с шинным формирователем 60. К выходу дешифратора 58 подключен цифровой индикатор 65, служащий для визуального наблюдения величины и знака перемещения. Выход последовательного

5 передатчика 59 кода соединен с приемником 66 последовательного кода. Выход шинного формирователя 60 соединен с блоком 67 обработки информации.

Измеритель работает следующим обра0 зом.

Генератор 1 переменного напряжения вырабатывает два противофазных синусои- дальныхсигиала, одинаковые по амплитуде, которые поступают на входы усилителей-по5 вторителей 4 и 5. Усилители-повторители усиливают сигналы по мощности, и далее они подаются на питающую диагональ измерительного моста 8, являющегося плавающей нагрузкой для повторителей, на

0 преобразователь 38 синусоидального сигнала в прямоугольный и фазовый детектор 47.

Преобразователь 38 осуществляет преобразование синусоидального сигнала в

5 прямоугольный, причем переход прямоугольного сигнала из низкого уровня в высокий и наоборот происходит при переходе синусоидального сигнала через ноль. Применение данной схемы преобразователя

0 позволяет получить прямоугольный сигнал с практически равными по длительности импульсами У; паузами между ними, т.е. меандр, что невозможно осуществить, применением одного компаратора, не обес5 печивающего равные скорости нарастания и спада выходного напряжения при повышенной частоте. Переход синусоиды через . ноль фиксируется компараторами 39 и 40. Триггеры 41 и 42 фиксируют перепады напряжения соответствующих компараторов

только из низкого уровня в высокий. Поочередное переключение триггеров 41 и 42 эы- зыаает переключение триггера 43, сигнал с выхода которого служит для синхронизации фазовых детекторов 29 и 47. Преобразователь 38 вырабатывает также сигнал, служащий для синхронизации работы АЦП 37 и блока 46 обработки информации.

Измерительный мост Р. балансируется изменением сопротивления резистора 11 таким образом, чтобы разность напряжений между входами 13 ч 14 измерительного усилителя 15 была близка к нулю. При разба- лансировке моста путем перемещения измеряемого объекта измерительный сигнал, пропорциональный величине перемещения и соответствующий по знзку направлению перемещения, усиливается измерительным усилителем 15. Операционный усилитель 18 служит для ослабления синфазной составляющей в выходном сигнале измерительного усилителя 15. Повторитель 20 служит для компенсации фазового сдвига, вносимого усилителем 18, а конденсатор 28 повышает устойчивость усилителя 18. Резистор 25 осуществляет установку масштаба преобразования.

Усиленный сигнал представлен на выходах 16 и 17 и измерительного усилителя 15 в виде двух сигналов, одинаковых по амплитуде, но сдвинутых по фазе относительно друг друга на 180°. Эти сигналы поступают на фа зовый детектор 29, в котором детектируются. Фазовый детектор 29 представляет собой ключи, выполненные на полевых транзисторах. Эти ключи под действием управляющего сигнала, поступающего с выхода триггера 43 преобразователя 38, подключают фильтр 36 низких частот к выходам 16 и 17 измерительного усилителя 15. Применение данной схемы фазового детектора 29 позволяет исключить погрешность измерения, вызываемую дрейфом активных элементов детекторов, значительно уменьшить погрешность, вызванную напряжением смещения операционных усилителей, входящих в измерительный усилитель 15, генератор 1 и усилители-повторители 4 и 5.

С помощью фильтра 36 низких частот происходит выделение постоянной составляющей из продетектированного сигнала. С конденсатора 35 напряжение поступает на дифференциальный вход АЦП 37. Напряжение, поступающее на питающую диагональ моста 8 детектируется фазовым детектором 47 и фильтруется RC-цепью 52,53 (фильтром низкой частоты). Сигнал, полученный с вы- ходэ конденсатора 53, поступает на дифференциальный вход опорного напряжения

АЦП 37. Работа детектора 47 и фильтра Е7, 53 низкой частоты аналогична работе детектора 29 и фильтра 36 низкой частоты (34, 35). АЦП 37 выполняет функцию вычислите- 5 ля отношения и преобразования результата в цифровой код. Полученный код пропорционален величине перемещения измерязмо- го обьек-а,

10 С выхода 50 детектора 47 сигнал поступает также и на вход сравнивающего блока 54, с помощью которого он сравнивается с сигналом, поступающим от источника 55 опорного напряжения. В случае рассогласо15 вчния этих сигналов вырабатывается сиг- }-.-,« поступающий на вход управления амплитудой выходных сигналов генератора 1. производящего коррекцию амплитуды.

0 Параллельный цифровой код с выхода 56 АЦП 37 записывается Б буферный регистр 57 по сигналу из блока 61 управления, формируемого сигналом Готовность данных1 . Данные с выхода буферного регистра

5 67 поступают на дешифратор 58, цифровой индикатор 65, шинный формирователь 50 и записывается в передатчик 59 последопа- тельногс кода по сигналу с выхода 63 блока 61 управления выходными устройствами.

0 Последовательный код из передатчика

59поступает в приемник 66 последовательного кода, к которому может быть подключено какое-либо регистрирующее или индициру - ющее устройство. Применение передатчика

5 59 последовательного кода позволяет производить дистанционные измерения объектов, удаленных на большое расстояние. Цифровой код с выхода формирователя

60поступает в блок 67 обработки информа- 0 ции.

Введение в схему преобразователя напряжения в код, фазовых детекторов, фильтров низкой частоты, преобразователя синусоидального напряжения в прямо5 угольное позволяет исключить погрешность, вызванную нестабильностью амплитуды напряжения источника питания моста, временным дрейфом источника опорного напряжения, изменением выхсд0 ного сопротивления усилителей-повторите- лзи.

Применение преобразователя синусоидального напряжения в прямоугольное, по- 5 строенного на двух компараторах, работающих с триггерами, фиксирующими перепады напряжения соответствующих компараторов только из низкого уровня в высокий, позволяет снизить влияние неидеальных характеристик компараторов.

Дополнительный эффект выражается в уменьшении количества элементов, снижении потребляемой мощности, уменьшении влияния температуры окружающей среды на работу схемы, а также в упрощении настройки схемы. В предлагаемом измерителе одна настройка - установка масштаба преобразования путем изменения коэффициента усиления измерительного усилителя. Формула изобретения Цифровой измеритель перемещений, содержащий последовательно соединенные генератор переменного напряжения, измерительный мост, измерительный усилитель, первый фазовый детектор, первый фильтр низкой частоты, аналого-цифровой преобразователь и блок обработки информации, источник опорного напряжения, выход которого соединен с первым входом сравнивающего блока.выход которого соединен с управляющим входом генератора переменного напряжения, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения, в него введены второй фазовый детектор, второй фильтр низкой частоты и преобразователь синусоидального напряжения в прямоугольное, состоящий из двух компараторов, двух D-триггеров, RS-триггера и логического элемента ИЛИ, выход которого соединен с тактовым входом аналого-цифрового преобразователя и с вторым входом блока обработки информации, при этом Н-вход первого компаратора соединен с И-входом второго, являющимся первым входом преобразователя, а И-вход первого компаратора соединен с Н-входом второго, являющимся вторым входом преобразователя, при этом выход первого компаратора соединен с С-входом первого D-триггера, выход второго компаратора - с С-входом второго D-триггера, а выход первого D-триггера соединен с S-входом RS- триггера, выход второго D-триггера - с R-входом RS-триггера, прямой выход которого, являющийся выходом преобразователя, соединен с R-входом первого

D-триггера, а инверсный выход - с R-входом второго D-триггера, между выходами которых подключен логический элемент ИЛИ, причем выход преобразователя соединен с

управляющими входами первого и второго фазовых детекторов, а выходы второго фазового детектора через второй фильтр низкой частоты соединен с входом опорного напряжения аналого-цифрового преобразователя, один из выходов второго фазового детектора соединен с вторым входом сравнивающего блока, парафазный выход генератора переменного напряжения соединен с соответствующими входами второго фазового детектора и преобразователя синусоидального напряжения в прямоугольное, при этом выходы измерительного усилителя через первый фазовый детектор и первый фильтр низкой частоты соединены парафазно с измерительным входом аналого-цифрового преобразователя, а измерительный усилитель состоит из четырех операционных усилителей, первый из который представляет собой усилитель-повторитель,

причем выход второго операционного усилителя соединен с Н-входом третьего опера- ционного усилителя,выход первого операционного усилителя соединен с Н-входом четвертого операционного усилителя, а

между выходом третьего операционного усилителя и И-входом этого же усилителя подключен резистор обратной связи, между выходом четвертого операционного усилителя и И-входом этого усилителя включен

второй резистор обратной связи, между И- входами третьего и четвертого операционный усилителей подключена цепь последовательно соединенных резисторов, между выходами третьего и четвертого операционных усилителей подключена цепь из двух последовательно соединенных резисторов, к общему выводу которых подключен И-вход второго операционного усилителя, а между выходом и И-входом второго операционного усилителя включен конденсатор.

il

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при создании систем автоматизированного контроля, а также в системах для дистанционных измерений перемещений. Цель изобретения - повышение точности измерения за счет исключения общей шины источника питания и применения противофазных сигналов по входу и выходу элементов устройства. Измеритель содержит пербый фазовый детектор, состоящий из двух ключей, и первый фильтр низких частот, состоящий из RC-цепи, источник питания моста, дололИзобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при создании систем автоматизированного контроля, а также в системах для дистанционных измерений перемещений. Цель изобретения - повышение точности измерения за счет исключения общей шины источника питания и применения противофазных сигналов по входу и выходу элементов устройства. На чертеже представлена структурная электрическая схема цифрового измерителя перемещений. нительно содержащий источник опорного наг о жения и блок стабилизации амплитуды, преобразователь напряжения в код, дополнительно содержащий преобразователь синусоидального напряжения в прямоугольное, г торой фазовый детектор, состоящий из двух клю . ей, и второй фильтр низких частот, состоящий из RC-цепи. Введение в схему преобразователя напряжения в код первого фазового детектора, первого фильтра низких частот, преобразователя синусоидального напряжения в прямоугольное позволяет исключить погрешность, зызьан- ную нестабильностью амплитуды напряжения источника питания моста, временным дрейфом источника опорного напряжения, изменением выходного сопротивления усилителей-повторителей. Применение преобразователя синусоидального напряжения в прямоугольное, построенного на двух компараторах, работающих с триггерами, фиксирующими перепады напряжения соответствующих компараторов только из низкого уровня в высокий, позволяет снизить влияние неидеальных характеристик компараторов, получить практически меандр, повысить точность детектирования. 1 ил. Измеритель содержит генератор 1 переменного напряжения, вырабатывающий два противофазных синусоидал&ных сигнала. Генератор 1 имеет вход управления амплитудой выходных сигналов. К выходам 2 и 3 генератора 1 подключены- соответственно усилители-повторители 4 и 5. Между выходами 6 и 7 усилителей-повторителей включен измерительный мост 8, состоящий из индуктивного датчика 9 перемещений и цепи последовательно соединенных резисторов 10-12. В диагональ 13, 14 измерительного моста 8 включен из(Л С о ND О О -N XI