Растровый преобразователь перемещения Советский патент 1992 года по МПК G01B21/22 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в растровых устройствах при измерении линейных и угловых перемещений в различных областях приборостроения.

Известен растровый преобразователь перемещения, в котором в функции угла поворота формируются два квадратурных сигнала, далее производится перемножение каждого квадратурного сигнала с сигналом несущей частоты, перемноженные сигналы суммируют в двух разнополярно включенных RC-цепочках и по разности фаз между сигналами, снимаемыми с двух RC-цепочек, судят об угловом перемещении.

Недостатком известного устройства является большая динамическая погрешность при изменении скорости вращения растрового датчика. Это связано с тем, что при вращении подвижного растра с некоторой угловой частотой QI муаровые полосы в сопряжении растров перемещаются с частотой ft)j Qi N, где N - число штрихов на подвижном растре, что приводит к разбалансу плеч обеих RC-цепочек, которые выбираются из условия обеспечения равенства ufe RC 1 что, в свою очередь, приводит к неустранимой динамической погрешности ( С0о - частота сигнала опорной частоты).

Наиболее близким к изобретению техническим решением является растровый, преобразователь перемещения, содержащий растровый датчик, формирующий четыре сигнала, сдвинутые друг относительно друга на 90°, блок дифференциальных усилителей, входы которого подключены к соответствующим выходам растрового датчика, генератор квадратурных сигналов, два блока перемножения сигналов, входы которых подключены к выходам блока дифференциальных усилителей и генератора квадратурных сигналов, блок вычитания, входы которого подключены к выходам блоков перемножения сигналов, фазоизмерительиое устройство, первый вход которого подключен к выходу блока вычитания.

В известном преобразователе измерение фазы в функции пространственных перемещений может проводиться в широком динамическом диапазоне без возникновения ошибок. Однако рассматриваемое устройство обладает недостаточной разрешающей способностью.

Целью изобретения является повышение разрешающей способности.

Указанная цель достигается тем, что растровый преобразователь перемещения, содержащий растровый датчик, формирующий четыре сигнала, сдвинутые друг относительно друга на 90°, блок дифференциальных усилителей, входы которого подключены к соответствующим выходам растрового датчика, генератор квадратурных сигналов, два блока перемножения сигналов, входы которых подключены к выходам блока дифференциальных усилителей и генератора квадратурных сигналов, блок вычитания,

входы которого подключены к выходам блоков перемножения сигналов, фазоизмерительное устройство, первый вход которого подключен к выходу блока вычитания, снабжен блоком суммирования, входы которого

подключены к выходам блоков перемножения сигналов, выход блока суммирования соединен с вторым входом фазоизмеритель- ного устройства.

На чертеже представлена функциональная схема преобразователя.

Преобразователь содержит растровый датчик 1, блок 2 дифференциальных усилителей, генератор 3 квадратурных сигналов, блоки 4 и 5 перемножения сигналов, блок 6

вычитания, блок 7 суммирования и фазоизмерительное устройство 8.

Преобразователь работает следующим образом.

На выходе растрового датчика 1 при его

угловых перемещениях формируется 4-фаз- ная система измерительных сигналов:

Ui U0(t + msln в), U2 Uo(1 + mcos 0), Уз U0(1 - msin 6). U4 Uo(1 - mcos 9),

где m - коэффициент глубины модуляции.

Эти сигналы попарно противофазно по- ступают на входы блока 2 дифференциальных усилителей, где производится формирование квадратурных сигналов, лишенных постоянной составляющей U0:

U5 Ui-U3 Umsln0. Ue U2 - U4 Umcos 0,

Сигналы Us и Ue поступают на первые входы блоков 4 и 5 перемножения сигналов,. ни вторые входы которых поступают квадратурные Сигналы Vi и V2 с генератора 3 квадратурных сигналов:

Vi Vmslh t, V2 Vmcos УЬ t.

На выходе блоков 4 и 5 перемножения сигналов формируются балансно-модулиро- ванные сигналы cos ftfe t cos в .и sin еиь t sin в.

которые после i выполнения операций их вычитания и сложения в блоках 6 и 7 вычитания и суммирования преобразуются в информационные сигналы вида

Ut - V2Ue - ViUs Ucos( (Oo t + fy Un - ViUs + V2U6 - Ucos (fflb t - в)

Разность фаз между информационными сигналами Ui и Un измеряется фазоизмери- тельным устройством 8 и равна

(-6) 20.

Таким образом, при развороте вала растрового датчика 1 на угол, равный в, фазы сигналов Uj и Un также изменяются на величину в, но во взаимно противоположные направления, в связи с чем разрешающая способность преобразователя увеличивается вдвое.

Сигналы Ui и-U имеют строго одинаковую форму. Поэтому, если в этих сигналах присутствуют какие-то искажения в виде высших гармоник, обусловленных, например, несинусоидальностью функции пропускания растрового сопряжения или присутствием синхронных помех, то их влияние при измерении фазового сдвига между зтйми сигналами полностью компенсируется, в то время как в известном преобразователе, где фаза выходного сигнала измеряется относительно опорного сигнала, такого

рода искажения информационного сигнала приводят к прямым погрешностям измерения.

Таким образом, в изобретении по срав- 5 нению с известным преобразователем реализуется вдвое более высокая разрешающая способность преобразования.

Формула изобретения

0 Растровый преобразователь перемещения, содержащий растровый датчик, формирующий четыре сигнала, сдвинутые друг относительно друга на 90°, блок дифферен циальных усилителей, входы которого под5 ключены к соответствующим выходам растрового датчика, генератор квадратурных сигналов, два блока перемножения сигналов, входы которых подключены к выходам блока дифференциальных усилите0 лей и генератора квадратурных сигналов, блок вычитания, входы которого подключены к выходам блоков перемножения сигналов, фазоизмерительное устройство, первый вход которого подключен к выходу

5 блока вычитания, отл и ч а ю щ и йся тем, что, с целью повышения разрешающей способности, он снабжен блоком суммирования, входы которого подключены к выходам блоков перемножения сигналов, выход

0 блока суммирования соединен -с вторым входом фазоизмерительного устройства.

Изобретение относится к измерителе-, ной технике. Цель изобретения - повышение разрешающей способности. Растровый датчик 1 формирует четыре сигнала, сдвинутые один относительно другого на 90°. На выходе блока 2 дифференциальных усилителей формируются два сигнала, сдвинутые один относительно другой на 90°. Генератор 3 квадратурных сигналов формирует два сигнала несущей частоты, сдвинутые один относительно другого на 90°. На выходе блоков 4, 5 перемножения сигналов формируются сигналы, фазы которых связаны с величиной углового перемещения объекта, связанного с растровым датчиком 1. Блоки 6, 7 вычитания м суммирования осуществляют вычитание и суммирование сигналов, поступающих на их входы. Фазоизмери- тепьное устройство 8 осуществляет измерение взаимного фазового сдвига сигналов, формируемых на выходах блоков 6, 7 вычитания ы суммирования. 1 ия.