Емкостный измеритель перемещения Советский патент 1992 года по МПК G01B7/06 

Изобретение относится к контрольно-измерительной -технике и приборостроению.

Известен емкостный измеритель перемещений, содержащий потенциальный электрод, подключенный к генератору токовый электрод, секции котррого расположены в два ряда, и преобразовательный блок.

Известен также емкостный измеритель перемещений, содержащий секционированный токовый и потенциальный электроды, образующие два дифферен-. циальных конденсатора, два коммутатора, генератор, первый выход которого через первый коммутатор подсоеди- . нен к несоседним секциям потенциального электрода, и преобразовательный блок.

Недостатком известных емкостных измерителей перемещений является сложность их конструкции в связи с размещением токового и потенциального

электродов более чем в двух плоскостях, причем длина подвижного потенциального Электрода равна длине неподвижного токового электрода, что увеличивает размеры измерителя и ограничивает область применения.

Цель изобретения - упрощение конструкции емкостного измерителя перемещений. .

На фиг.1 представлена блок-схема емкостного измерителя перемещений; на фиг.2 и 3 эпюры напряжений в характерных точках схемы.

Емкостный измеритель перемещений содержит потенциальный электрод, выполненный в виде трех секций .1 - 3, расположенных на одной стороне диэлектрической пластины 4, секционированный токовый электрод, нечетные и четные секции которого соединены между собой -в две группы секций 5 и 6, ;расположенные на одной стороне диэлектрической пластины 7 и образующие с секциями потенциального электрода, два дифференциальных конденсатора, генератора. 8, один выход которого соединен постоянно со средней секцией 2 потенциального электрода и через коммутатор 9, управляющий вы ход которого подключен к выходу дели теля частоты 10, соединен с крайними секциями 1 и 3 этого электрода, дифференциальный усилитель 1t, второ коммутатор 12 и преобразовательный блок 13. При этом секции токового электрода 5 и 6 подключены к дифференциальному входу усилителя 11, выход которого через второй коммутатор 12, управляемый делителем 10 частоты соединен с первыми входами преобразовательного блока 13. Второй выход генератора, 8 соединен с входом делителя 10 частоты и вторыми входам преобразовательного блока 13. Ширина каждой секции потенциального электро faa равна половине ширины секции токового электрода. Минимальное количество секций ток вого электрода 2. Минимальное количество секций потенциального электрода 3. Когда длина потенциального электрода не критична, количество секций в общем случае может быть выб рано разным Зп (где п - любое целое число), при этом расстояние между каждой из групп равнополовине шири ны секции токового электрода. Преобразавательный блок 13 выполнен в виде двух каналов, каждый из которых состоит из демодуляторов 1k 15 и блоков формирования 1б и 17, выходы которых подключены к входу блока 18 определения направления перемещения и формирования выходного сигнала. ЕМКОСТНЫЙ измеритель перемещений работает следующим образом. С одного выхода генератора 8 постоянно поступает на секцию 2 потенциального электрода сигнал 19 треугольной формы, а с другого выхода через коммутатор S, управляемый дели телем 10 частоты, на крайние секции и 3 потенциального электродапоступа ет сигнал 20 прямоугольной формы. Делитель 10 частоты делит частоту сигнала 20 генератора 8 на четное число раз 2т (где m - целое число). На эпюре фиг.2 представлен сигнал 21 - простейший случай деления на 2 (т 1). Посредством коммутатора 3 сигнал 13 подается либо на секцию 1, либо на секцию 3 потенциального электрода в зависимости от сигнала 21 с делителя 10 частоты, определяющего работу коммутатора. В течение времени О - tj сигнал 19 треугольной формы подается к секциям 1 и 2 одновременно, а в течение времени t|- t - к секцияк) 2 и 3. Toi- да в течение каждого из этих моментов времени на дифференциальных вхоп дах усилителя 11 появляются входные сигналы, пропорциональные величине емкости секций 1 и 2; 2 и 3 относительно секций токового электрода ( в течение времени О - , t - t). Входная цепь усилителя 11 выполнена резистивной и низкоомной. В этом случае измеряемые конденсаторы, образованные секциями потенциального и toкового электродов, выполняют, роль генераторов тока и на входе усилителя напряжение имеет форму, близкую к прямоугольной. Так как один из входов усилителя 11 инвертирует входной сигнал, а другой не инвертирует, на его.выходе получается разностный сигнал потенциального электрода, относительно соседних секций токового электрода. Для представленного на фиг,1 конкретного расположения потенциального электрода относительно токового в течение времени О - t сигнал на выходе усилителя 11 максимален и имеет форму, соответствующую эпюре 22, а в течение времени tj минимален, достаточно близок к нулю. При перемещении потенциального электрода на половину ширины токового электрода на выходе усилителя 11 сигнал (эпюра 23) в течение времени 0-t| минимален, а в течение времени tf- t2 - максимален и находится в противофазе. С помощью второго коммутатора 12, управляемого делителем 10 частоты, сигнал в течение времени О - t поступает на первый канал блока 13 преобразования (т.е. через демодулятор 14 на блок 16, формирования), а в течение времени t(- tij на второй канал блока 13 преобразования, (т.е. через демодулятор 15 на блок 17 формирования). Сигналы с выхода демодуляторов 14 и 15 (фиг.3), соответственно эпюры 24 и 25) поступают на входы блоков 16 и 17 формирования.

517

G выхода блоков 16 и 17 Формирования поступают сигналы 26 и 27, представляющие собой напряжения прямоугольной формы, сдвинутые друг относительно друга на 90,

Посредством блока 18 определяют по количеству импульсов положение потенциального электрода относительно токового электрода, а по их знаку - направление перемещения объекта, соединенного с потенциальным электродом. Так как механическое перемещение потенциального электрода относительно токового происходит с весьма низкой частотой (герцы), а частота гекюратора выбирается в пределах нескольких килогерц (при необходимости несколько десятков), время цикла значительно меньше времени механического перемещения и нет необходимости считывать результат измерения. В блоке преобразования постоянно имеется информация о положении потенциального электрода относительно токового в виде электрических сигналов. Фор м у л а и 3 о б р е т е н и я

Емкостный измеритель перемещения, содержащей секционированный токовый

и потенциальный электроды, образующие два дифференциальных конденсатора преобразовательный блок, генератор, два коммутатора, выход генератора подсоединен чере первый коммутатор к двум несоседним секциям потенциального электрода, отличающийс я тем, что, с целью упрощения, в него дополнительно введены делитель частоты и усилитель, потенциальный электрод выполнен в виде трех секций, ширина каждой из которых равна половине ширины секции токового электрода, средняя секция потенциального электрода подключена к первому выходу генератора, боковые его секции к выходам первого коммутатора, управлякиций вход которого соединен с выходом делителя частоты и управляющим входом Btoporo коммутатора, секции токового электрода подключены через одну к дифференциальным входам усилителя, выход которого через второй коммутатор соединен с первыми .входами преобразовательного блока,- второй выход генератора соединен с входом делителя частоты и вторыми входами преобразовательного блока.

Изобретение относится к области контрольно-измерительной техники..Цель изобретения - упрощение конст^рукции. Это достигается тем, что в емкостный измеритель, содержащий секционированные токовый и потенциальный электроды, преобразовательный блок, генератор и два коммутатора, введены делитель и усилитель, а потенциальный электрод выполнен в виде трех секций, ширина каждой из которых равна половине ширины секции токового электрода. Упрощение конструкции достигается за счет соответствующего выполнения электродов, образующих дифференциальные конденсаторы. 3 ил.

I.J

Фиг. 1