Преобразователь перемещений Советский патент 1992 года по МПК G01B7/02 

Изобретение относится к средствам контроля положения подвижных объектов, взаимного положения деталей машин, приборов или узлов, а именно к преобразовате- лям перемещения, и может быть использовано преимущественно в датчиках линейных и угловых перемещений и коман- доаппаратах с пропорциональным задающим сигналом.

Известны преобразователи перемеще- ния, построенные на принципе изменения индуктивности или взаимной индуктивности чувствительного элемента. Широкое применение этих преобразователей обусловлено их простотой и устойчивостью к воздействию внешних эксплуатационных факторов. Из этой группы преобразователей перемещения лучшими динамическими характеристиками, меньшими габаритами и энергопотреблением обладают так называ- емыетоковихревые преобразователи, основанные на эффекте электромагнитного экранирования катушек чувствительного элемента.

Известен, например, индуктивный из- меритель механических величин, в котором на взаимно перемещающихся элементах размещены магнитопровод с блоком первичных катушек, включенных в схему автогенератора, и вторичных катушек, подключаемых к амплитудному детектору и усилителю. В воздушном зазоре между первичными и вторичными катушками переме- щается плоский диамагнитный экран, С целью уменьшения габаритов и обеспече- ния возможности широкого изменения пределов измерений, каждая катушка преобразователя перемещения располагается в отдельных броневых ферритовых сердечниках.

Однако имеются такие существенные недостатки, как сильное влияние внешней температуры на взаимную индуктивность первичных и вторичных катушек и на элементы схемы автогенератора, влияние пе- ременной площади экрана (при его перемещении) не только на изменение взаимоиндукции, но и на изменение самоиндукции катушек, что увеличивает нелинейность преобразования перемеще- ния в электрический сигнал или при заданной нелинейности уменьшает диапазон измерения.

Наиболее близким к предлагаемому является преобразователь перемещения, со- стоящий из автогенератора, к которому подключен чувствительный элемент, выполненный в виде расположенных с воздушным зазором двух первичных и двух вторичных катушек, к выходу которого подключен вход дифференциального амплитудного детектора, к выходу которого подключен вход усилителя и расположенного в воздушном зазоре между первичными и вторичными катушками подвижного экрана с профильными кромками.

Недостатком этого устройства является низкая точность в диапазоне воздействия внешних факторов (изменение напряжения питания, температуры окружающей среды, разброса параметров элементов схемы) и нелинейность.

Кроме того, обратная связь, введенная в схему вторичной катушки, обеспечивая изменение частоты, дестабилизирует выходной сигнал по амплитуде.

Целью изобретения является повышение точности преобразователя.

Поставленная цель достигается тем, что преобразователь перемещения, состоящий из автогенератора, к которому подключен чувствительный элемент, выполненный в виде двух пар расположенных с воздушным зазором первичных и вторичных катушек, к выходу которого подключен вход дифференциального амплитудного детектора, к выходу последнего подключен вход усилителя, и расположенного в воздушном зазоре между первичными и вторичными катушками подвижного экрана с профильными кромками, снабжен стабилизатором напряжения и последовательно соединенными вторыми амплитудным детектором, дифференциальным усилителем, регулятором режима, выход чувствительного элемента подключен к входу второго амплитудного детектора, а второй вход дифференциального усилителя подключен к стабилизатору напряжения, а вход автогенератора подключен к выходу регулятора режима.

Предложение обеспечивает более высокий положительный эффект по сравнению с известными техническими решениями, так как позволяет повысить точность датчиков, содержащих преобразователи перемещения и используемых в системах автоматики.

На фиг. 1 изображена структурная схема преобразователя перемещения; на фиг.2 - принципиальная схема преобразователя.

Преобразователь перемещения содержит автогенератор 1, к которому подключен чувствительный элемент 2, а также подключенный к чувствительному элементу 2 дифференциальный амплитудный детектор 3, к которому, в свою очередь, подключен усилитель 4. В воздушном зазоре чувствительного элемента 2 располагается электромагнитный экран 5 с профильными

кромками, приводимый в движение контролируемым объектом.

Преобразователь перемещения содержит второй суммирующий амплитудный де- тектор 6, подключенный к чувствительному элементу 2, дифференциальный усилитель 7, одним входом подключенный к второму детектору 6, а другим входом - к стабилизатору 8 напряжения, и регулятор 9 режима автогенератора 1.

Автогенератор 1 выполнен, например, по схеме емкостной трехтонки на транзисторе 10, в цепь транзистора включены две первичные катушки 11 и 12 чувствительного элемента 2. Вторичные катушки 13 и 14 чувствительного элемента 2 соединены последовательно и одними концами образуют общую точку, относительно которой подключаются нагрузочные резисторы 15-18 и конденсаторы фильтров 19-22 обоих амплитудных детекторов 3 и 6.

Дифференциальный амплитудный детектор состоит из диодов 23 и 24, одноимент ными электродами (например, анодами) подключенных к внешним концам вторичных катушек 13 и 14.

Один из диодов 23 подключается к шине преобразователя, относительно которой производится измерение сигнала, а другой диод 24 - к входу усилителя 4, выполненного, например, по схеме с токовым выходом. Положение экрана 5 в соответствии с его рабочими кромками определяет степень экранирования вторичных 13 и 14 от первич- ных 11 и 12 катушек, различные сигналы на катодах диодов 23 и 24 и, как следствие, на выходе усилителя 4 измерительный сигнал.

К внешним концам вторичных катушек одноименными, но противоположным по отношению к диодам 23 и 24 электродами (катодами), подключены диоды 25 и 26, дополнительно суммирующего амплитудного детектора 6, причем на аноде диода 26 по отношению к катоду диода 23 (шине преоб- разователя) создается сигнал, равный сумме выпрямленных напряжений вторичных катушек 13 и 14. Диод 25 при этом служит для обеспечения симметрии схем, связанных с каждой из катушек 13 и 14.

Анод диода 26 соединен с одним входом дифференциального усилителя 7, второй вход которого подключен к стабилитрону 27. Выход дифференциального усилителя 7 через резистор 28, выполняющий в данной конкретной схеме функцию регулятора режима, подключен к цепи смещения транзистора 10 автогенератора, чем обеспечивается управление амплитудой напряжения на первичных катушках 11 и 12.

Предлагаемое устройство работает следующим образом.

После подачи на преобразователь напряжения питания автогенератор 1 возбуждается и на первичных катушках 11 и 12 чувствительного элемента 2 появляется переменное напряжение.

Экран 5, связанный с контролируемым объектом, в исходном состоянии располагается в зазоре между первичными 1.1 и 12 и вторичными 13 и 14 катушками так, что благодаря его симметрично выполненным рабочим кромкам (например, в виде участков спирали Архимеда), обеспечивается одинаковое экранирование катушек 13 и 14 от катушек 11 и 12 соответственно. На выходе дифференциального амплитудного детектора 3 (катоде диода 24 и усилителя 4 разностный сигнал равен нулю или некоторому заданному сигналу, соответствующему исходному положению экрана).

На выходе дополнительного суммирующего амплитудного детектора 6 (аноде диода 26) сигнал равен сумме выпрямленных напряжений обеих катушек 13 и 14, этот сигнал дифференциальным усилителем 7 сравнивается с опорным напряжением стабилизатора 8 (стабилитрон 27), в результате чего через резистор 28 протекает ток определенного значения, устанавливающий ток базы транзистора автогенератора и амплитуду напряжения на первичных катушках. В случае перемещения экрана (например, при повороте) происходит увеличение экранирования одной (например, 13)иуменьшение экранирования другой (14) вторичной катушки. Соответственно увеличивается сигнал на катоде одного (24) и уменьшается на катоде другого (23) диода. Разностный сигнал дифференциального амплитудного детектора 3, усиленный усилителем 4, обеспечивает изменение измерительного сигнала.

При этом в силу симметричности рабочих кромок экрана 5 сигнал на выходе до- полнительногосуммирующего

амплитудного детектора 6 (суммарный сигнал катушек 13 и 14) измениться не должен, что должно оставить режим работы автогенератора неизменным.

Если изменение положения экрана, помимо воздействия на взаимную индуктивность катушек, влияет также на индуктивность первичных катушек, это в конечном итоге может привести к изменению амплитуды напряжения на первичных и вторичных катушках и соответственно, измерительного сигнала детектора 3 (катод диода 22) и усилителя 4 (что выразится в увеличении нелинейности преобразователя). В

предлагаемой схеме изменение амплитуды напряжения приводит также к пропорциональному изменению сигнала на выходе детектора 6 (анод диода 26) и дифференциального усилителя 7, который регулятором 9 (резистор 28) изменяет режим работы автогенератора так, что приводит амплитуду напряжения на первичных катушках к первоначальному уровню.

Стабилизация напряжения на первич- ных и суммарного напряжения на вторичных катушках осуществляется и при иных возможных, например, температурных воздействиях на режим транзистора автогенератора или взаимную индуктивность катушек (магнитную проницаемость сердечников), чем снижается мультипликативная погрешность преобразователя.

Таким образом, предлагаемый преобразователь перемещения с рассмотренным режимом работы позволяет существенно повысить точность за счет уменьшения нелинейности и уменьшения температурного влияния.

Техническая реализация вводимой об- ратной связи достаточно проста и обеспечивает надежность работы,

Формула--изобретения

Преобразователь перемещений, содержащий автогенератор, чувствительный элемент, выполненный в виде двух пар, расположенных с воздушным зазором первичных и вторичных катушек и соединенный с автогенератором дифференциальный амплитудный детектор, соединенный с выходом чувствительного элемента, усилитель, соединенный с выходом дифференциального амплитудного детектора, и подвижный экран с профильными кромками, расположенный в воздушном зазоре между первичными и вторичными катушками, отличающий- с я тем, что, с целью повышения точности преобразования, он снабжен стабилизатором напряжения и последовательно соединенными вторым амплитудным детектором, дифференциальным усилителем и регулятором режима, выход чувствительного элемента подключен к входу второго амплитудного детектора, второй вход дифференциального усилителя подключен к стабилизатору напряжения, а вход автогенератора подключен к выходу регулятора режима.

Изобретение относится к средствам контроля положения подвижных объектов, а именно к преобразователям перемещений, и может быть использовано в датчиках линейных и угловых перемещений и комЗндо- аппаратах с пропорциональным задающим сигналом. Цель изобретения - повышение точности преобразования. Устройство содержит автогенератор 1, чувствительный элемент 2, состоящий из первичных и вторичных катушек, расположенных с зазором, дифференциальный амплитудный детектор 3, усилитель 4, экран 5, механически связанный с объектом контроля, второй амплитуд- ный детектор 6, дифференциальный усилитель 7, стабилизатор 8 напряжения и регулятор 9 режима автогенератора. Суммирующий амплитудный детектор 6 контролирует суммарную амплитуду напряжения на вторичных катушках чувствительного элемента для поддержания ее на постоянном уровне. Это обеспечивается дифференциальным усилителем 7 путем сравнения сигнала детектора 6 с напряжением стабилизатора 8 и управления регулятором режима работы автогенератора. 2 ил. сл с