Емкостно-электронный преобразователь перемещения Советский патент 1992 года по МПК G01B7/00 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для автоматизации процессов контроля и изме-, рения перемещений.

Цель изобретения - повышение быстродействия и расширение функциональных возможностей путем получения информации о фиксированных позициях перемещения.

На чертеже приведена блок-схема ем- костно-электронного преобразователя перемещения.

Преобразователь содержит генератор 1 импульсов, подключенный к его выходу делителя 2 частоты, связанный непосредственно с управляющим входом первого ключа 3 и через контакты переключателя 4 Режим работы в первом положении с управляющим входом второго ключа 5, первую интегрирующую цепь в виде последовательно соединенных резисторов 6 и емкости первого плеча дифференциального емкостного датчика 7, соединенного с шиной нулевого потенциала, вторую интегрирующую цепь в виде последовательно соединенных резистора 8 и емкости второго плеча датчика 7, входы интегрирующих цепей связаны с выходом ключа 3, первую пару повторителей 9 и 10, связанных с выходами интегрирующих цепей, и вторую пару повторителей 11 и 12, связанных с выходом ключа 3, два вычитателя 13 и 14, первые входы которых соединены с выходами повторителей 11 и 12, а вторые- с выходами повторителей 9 и 10, первую пару компараторов 15 и 16, входы которых связаны с выходами вычитателей 13 и 14, а выходы подключены к информационным входам блока 17 синхронизации, синхровход которого соединен с выходом делителя 2 частоты, а выходы - с входами вычитателя 18, первую диодно-резйсторную цепь в виде последовательно соединенных диода 19 и резистора 20, вторую диодно-резйсторную цепь в виде последовательно соединенных диода 21 и резистора 22, в которых резисторы 20 и 22 связаны с шиной нулевого потенциала, выход вычитателя 18 связан с анодом диода 21 и катодом диода 19, точка соединения катода диода 21 и резистора 22 подключена к входу усилителя 23, а точка

соединения анода диода 19 и резистора 20 - к входу инвертирующего усилителя 24, вторую пару компараторов 25 и 26, связыва-. ющих выходы усилителей 23 и 24 с установочными входами триггера- защелки 27,

счетный вход которой соединен с выходом генератора 1 импульсов, реверсивный счетчик 28 импульсов, реверсивный вход которого связан с первым выходом триггера- защелки 27, а прямой вход - с ее

вторым выходом, соединен с блоком 29 предустановки реверсивного счетчика, буферный регистр 30, входы которого соединены с реверсивным счетчиком 28, а выходы - с индикатором 31 перемещения,

связан с одновибратором 32. Управляющие входы блока 17 синхронизации, триггера- Защелки 27, блока 29 предустановки реверсивного счетчика и одновибратора 32 соединены с выходом ключа 5.

Преобразователь содержит также 2N временных дискриминаторов 33, первая половина которых подключена к выходу интегрирующего усилителя 24, а вторая - к

выходу усилителя 23, 2N+2 элементов 34 памяти, информационные входы которых соединены с выходами дискриминаторов 33 и усилителей 23 и 24, а выходы - с дешифратором 35, 2N+3 ключей 36, управляющие

входы которых подключены к дешифратору 35, а выходы связаны с первой выходной шиной 37. Управляющие входы элементов 34 памяти и (2N+3)-u вход дешифратора 35 соединены с выходом ключа 5. управляющий вход которого через контакты переключателя 4 Режим работы во втором положении соединен с входом 38 управления. Выходы буферного регистра 30 связаны с второй выходной шиной 39, сигнальные

входы ключей 3,5 и 36 подключены к выходу 40 источника опорного напряжения.

Емкостно-электронный преобразователь перемещения работает следующим образом.

.Генератор 1 вырабатывает периодическую последовательность счетных импульсов высокой частоты, которые после делителя 2 частоты поступают на управляющий вход ключа 3. С выхода ключа 3 прямоугольные импульсы подаются на две интегрирующие цепи, содержащие резисторы б и 8 и емкости плеч дифференциального емкостного датчика 7 относительно шины нулевого потенциала. Перемещение х объекта вызывает изменение этих емкостей в противоположных направлениях, что отражается в изменении длительностей фронтов и спадов импульсных напряжений на выходах интегрирующих цепей.

С выходов интегрирующих цепей через повторители 9 и 10 импульсы поступают на вторые входы вычитателей 13 и 14, на первые входы которых через повторители 11 и 12 подаются прямоугольные импульсы с выхода ключа 3. Повторители 9-12 обеспечивают высокое входное сопротивление измерительной части преобразователя. На выходах вычитателей 13 и 14 образуются остроконечные спадающие импульсы, времена спада которых пропорциональны емкостям плеч дифференциального емкостного датчика 7. С помощью компараторов 15 и 16 эти времена преобразуются в длительности импульсов прямоугольной формы, фронты которых жестко синхронизируются по фронтам импульсов с выхода делителя 2 частоты с помощью блока 17 синхронизации, управляемого напряжением с выхода второго ключа 5.

На выходе вычитателя 18 формируются прямоугольные импульсы с длительностью, равной разности длительностей импульсов, снимаемых с выходов блока 17 синхронизации. Длительность разностных импульсов прямо пропорциональна разности емкостей плеч дифференциального емкостного датчика 7 и, следовательно, прямо пропорциональна перемещению х в пределах линейного участка выходной характеристики датчика 7, а полярность импульсов зависит от направления перемещения.

Диодно-резисторные цепи, состоящие из элементов 19-22, осуществляют селекцию импульсов по знаку их полярности. Положительные импульсы после усиления их усилителем 23 и коррекции формы с помощью компаратора 25 поступают на второй установочный вход триггера- защелки 27. Отрицательные импульсы после усиления их с помощью инвертирующего усилителя .24 и коррекции формы компаратором

26 поступают на первый установочный вход триггера- защелки 27.

Триггер- защелка 27 после подачи на нее управляющего напряжения с выхода 5 ключа 5 из периодической последовательности импульсов, поступающих на один из входов, выделяет первый разностный импульс и обеспечивает его заполнение счетными импульсами с выхода генератора 1. 10 Если разностный импульс поступает с выхода компаратора 25, то счетные импульсы подаются с второго выхода триггера- за- щелки 27 на прямой вход реверсивного счетчика 28. Если разностный импульс 15 поступает с компаратора 26. то счетные импульсы с первого выхода триггера- за- щелки 27 поступают на реверсивный вход, счетчика 28. С помощью блока 29 предустановки реверсивного счетчика по сигналу с 0 выхода ключа 5 в счетчик 28 можно ввести код требуемого смещения начала отсчета перемещения. Содержимое реверсивного счетчика 28 по сигналу однрвйбратора 32, управляемого напряжением с выхода ключа 5 5, передается в буферный регистр 30, выходная шина которого связана с индикатором 31 перемещения и второй выходной шиной 39 для связи, например, с ЭВМ.

Длительность At разностного импуль- 0 са, записанная в буферный регистр 30, в пределах линейного участка выходной ха- рактеристики дифференциального емкостного датчика 7 связана е перемещением х соотношением Д t kx, где k - коэффициент 5 .пропорциональности, зависящий от параметров дифференциального емкостного датчика 7, сопротивления резисторов 6 и 8 и уровня напряжения настройки компараторов 15 и 16, изменение знака At при изменении знака 0 х обеспечивается изменением полярности импульсов на выходе вычитателя 18.

С выхода усилителя 23 и 24 последовательность разностных импульсов поступает на входы одной из половин временных дис- 5 криминаторов 33. Дискриминаторы 33 срабатывают в том случае, если длительность разностных импульсов превышает опре- - деленные пороговые значения, устанавливаемые на дискриминаторах 33. Сигналы 0 с выходов сработавших дискриминаторов 33, а также с выхода усилителя 23 и 24 поступают на элементы 34 памяти, управляющие входы которых связаны с выходом ключа 5. С помощью дешифратора 35 логи- 5 ческие уровни напряжения на выходах элементов 34 памяти вместе с уровнем напряжения, поступающего с выхода ключа 5 на (2М+3)-й вход дешифратора 35, распознаются.

В результате открывается один из ключей 36, напряжение на выходе которого фиксирует определенную позицию перемещения. Количество 2N временных дискриминаторов 33, а следовательно, и количество 2N+2 элементов 34 памяти и 2N+3 ключей 36 устанавливают по потребности. Чем больше дискриминаторов 33 содержит преобразователь, тем большее число позиций перемещения он способен фиксировать. Выходы ключей 36 соединены с первой выходной шиной 37 для связи, например, с исполнительными устройствами робототехнологического комплекса. Сигнальные входы ключей 36 соединены с выходом 40 источника опорного напряжения.

Управление работой емкостно-электрон- ного преобразователя перемещения может осуществляться как по сигналам от внутреннего источника импульсов - делителя 2 частоты, так и по сигналам от внешнего устройства в зависимости от положения переключателя 4 Режим работы. Внешние управляющие сигналы поступают на вход 38 управления.

Формул а изобретения

1. Емкостно-электронный преобразователь перемещения, содержащий генератор импульсов, два ключа, емкостный датчик, два диода, четыре резистора, источник опорного напряжения, шину нулевого потенциала, первые выводы соответственно первого и второго резисторов подключены соответственно к аноду первого и катоду второго диодов, первый вывод третьего резистора подключен к первому выводу четвертого резистора, отличающийся тем, что, с целью повышения быстродействия, в него введены делитель частоты, четыре повторителя, три вычитателя, четыре компаратора, блок синхронизации, усилитель, инвертирующий усилитель, триггер- за- щелка, реверсивный счетчик, блок предустановки реверсивного счетчика, одновибратор, буферный регистр, индикатор и переключатель, а емкостный датчик выполнен дифференциальным, выход генератора импульсов через делитель частоты подключен к первому входу переключателя, управляющему входу первого ключа и син- хровходу блока синхронизации, выходы которого подключены к входам первого вычитателя, выход которого подключен к катоду первого и аноду второго диодов, шина нулевого потенциала через соответственно первый и второй резисторы подключена к входам соответственно инвертирующего усилителя и усилителя, выходы которых через соответственно первый и второй компараторы подключены к первому и второму установочным входам триггера- эащелки,

первый и второй выходы которого подключены, соответственно к реверсивному и прямому входам реверсивного счетчика, выход которого подключен к входу буферного регистра, выход которого подключен к входу индикатора, выход источника опорного напряжения подключен к сигнальным входам первого и второго ключей, выход первого ключа через, соответственно, первый и второй повторители подключен к первым входам соответственно, второго и третьего вычитателей и через третий и четвертый резисторы к входам соответственно третьего и четвертого повторителей, выходы которых подключены к вторым входам соответственно второго и третьего вычитателей, выходы которых через третий и четвертый компараторы подключены соответственно к первому и второму информационным входам блока синхронизации, выход генератора импульсов подключен к счетному. входу триггера- защелки, выход переключателя подключен к управляющему входу второго ключа, выход которого подключен к

управляющим входам блока синхронизации и триггера- защелки и через блок предустановки реверсивного счетчика и одновибратор к входам предварительной записи соответственно реверсивного счетчика и буферного регистра, шина нулевого потенциала подключена к входу дифференциального емкостного датчика, первый и второй выходы которого подключены к входам соответственно третьего и четвертого

повторителей.

2. Преобразователь по п. 1,отличаю- щ и и с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей путем получения информации о фиксированных позициях перемещения, в него введены 2N временных дискриминаторов, 2N+2 элементов памяти, дешифратор, 2N+3 ключей, вход управления и две выходных шины, входы (1N)-ro дискриминаторов подключены к

выходу инвертирующего усилителя, входы (N+12N)-ro дискриминаторов подключены к выходу усилителя, выходы (1....,2N)-ro дискриминаторов подключены к информационным входам соответственно (12N)го элементов памяти, выходы усилителя и инвертирующего усилителя и инвертирующего усилителя подключены к информационным входам соответственно (2N+1)-ro и (2N + 2)-го элементов памяти, выходы

2N + 2 элементов памяти подключены к (2N + 2)-м входам дешифратора, к (2М+3)-му входу которого и управляющим входам элементов памяти подключен выход второго ключа, (12М+3)-й

выходы дешифратора подключены к уп

равляющим входам соответственновыходной шине, выход буферного регистра

(12N+3)-ro ключей, сигнальные входыподключен к второй выходной шине, вход

которых подключены к выходу источникауправления подключен к второму входу пеопорного напряжения, а выходы - к первойреключателя..

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для автоматизации процессов контроля и измерения перемещения. С целью повышения быстродействия осуществляется преобразование перемещения в длительность импульса, знак которого Соответствует направлению перемещения, с последующим преобразованием этих величин в два цифровых двоичных кода. Один из них соответствует значению перемещения, а другой - позиции перемещения. Преобра