Преобразователь перемещения в код Советский патент 1992 года по МПК H03M1/24 G01B3/10 

гатель, соединенный с барабаном через редуктор и фрикционную муфту, механический счетчик оборотов и тормозное устройство.

Имеются устройства для измерения переменной длины с электрическим выходом, например устройство, состоящее из двух импульсных тахометров, приемного и рабочего роликов, скоростного счетчика накрутки, скоростного счетчика отношения оборотов, программируемого цифрового логического калькулятора и дисплейного пульта.

Наиболее близким к предлагаемому является преобразователь величины контролируемого параметра в импульсный десятичный код, который содержит преобразователь угол - код, цилиндр, ось которого соединена с входной осью преобразователя, гибкий элемент в виде троса, обвивающего несколько раз цилиндр, на одном конце троса укреплен поплавок, а на другом - груз. Недостатки этой конструкции в отсутствии жесткой связи между гибким элементом и цилиндром. Возможно проскальзывание и возникновение погрешности преобразования. Конструкция преобразователя не обеспечивает достаточно высокой разрешающей способности. Преобразователь не может иметь высокого быстродействия. Прибор не имеет защиты от резких ( изменений преобразуемого перемещения и от превышения пределов допустимых перемещений.

Целью изобретения является повышение точности и надежности преобразователя.

Указанная цель достигается тем, что в преобразователь перемещений, содержащий преобразователь угол - код, на входном валу которого установлен цилиндр с размещенным на нем гибким элементом, введены ленточная спиральная пружина, плоская пружина, зуб, упор, ограничитель и разъединитель, а преобразователь угол - код выполнен с дополнительными выходами для сигнала Интервалы времени, цилиндр выполнен в виде полого мерного диска, гибкий элемент выполнен в виде рулеточной мерной ленты с отверстием на одном ее конце, один конец ленточной спиральной пружины закреплен на оси полого мерного диска, а другой закреплен неподвижно, один конец рулеточной мерной ленты закреплен на цилиндрической поверхности полого мерного диска установленной на нем плоской пружиной, прикрепленной к мерному диску, в отверстии на одном конце рулеточной мерной ленты размещен зуб, закрепленный на цилиндрической поверхности полого мерного диска на одном радиусе с упором, установленном неподвижно, рулеточная мерная лента размещена на цилиндрической повер- хности полого мерного диска в один слой, разъединитель установлен неподвижно над цилиндрической поверхностью полого мерного диска вблизи линии перемещения рулеточной мерной ленты.

0 На фиг. 1 представлена схема преобразователя перемещений в интервалы времени и код; на фиг. 2 - устройство, предохраняющее от резких изменений величины преобразуемого перемещения, в со5 бранном состоянии; на фиг. 3 - то же, после срабатывания; на фиг. 4 - устройство, предохраняющее от превышения допустимой величины перемещения; на фиг. 5 - временная диаграмма сигналов Интервалы време0 на фиг. 6 - определение положения импульса К между двумя импульсами С.

Преобразователь перемещений в интервалы времени и код (фиг. 1) состоит из мерного вала 1, кривошипа 2, первого сиг5 нального диска 3, второго сигнального диска 4, трех фотодиодов 5-7, трех электрических ламп 8-10, понижающего редуктора 11, электродвигателя 12 с валом 13, начальной метки 14, конечной метки 15, мас0 штабной метки (меток) 16, люфтовыбирате- ля 17, трех обострителей 18-20 оптических импульсов, пустотелого мерного диска 21, ленточной спиральной пружины 22, упора 23, ограничителя 24, рулеточной мерной

5 ленты 25, разъединителя 26, устройства 27 визуального отсчета с риской 28, серьги 29, оконцевателя 30, предохранительной оси 31, делителя перемещения, первого-третьего формирователей импульсов 32-34, триг0 гера 35, логического элемента 2И 36, одновибраюров 37-38, счетчика 39, блока регистрации 40. Прибор имеет также электрический выход 41. Элементы 1-20 и 32-41 входят в состав преобразователя вал - код.

5 Для закрепления на диске 21 лента 25 имеет прорезь 42 (фиг. 4). Конец ленты 25 прижат к диску 21 удерживающей пружиной 43, прикрепленной двумя винтами к диску 21. Прорезь 42 надета на зуб 44, укреплен0 ный на диске 21. Ограничитель 24 установлен на диске 21 так, что при вращении его он упирается в упор 23.

Вал 13 соединен с входным валом редуктора 11, на выходном валу которого ук5 реплен диск 3, с которым совмещен люфтовыбиратель 17, выполненный в виде четырех лопаток.

Вал 1 вращается в подшипнике скольжения 9 не показан). На одном конце вала 1 установлен кривошип 2, на другой конце мерный диск 21 и закреплен один конец пружины 22. Другой конец пружины 22 прикреплен к корпусу прибора (отмечено штриховкой). К корпусу прибора присоединены также упор 23, разъединитель 26 и устройство 27 визуального отсчета. Ось 31 продета через отверстие серьги 29 и оконцевателя 30.

При регулировке прибора сигнальные диски 3 и 4 устанавливаются так. Первоначально выбирается люфт редуктора в ту же сторону, в которую его выбирает люфтовы- биратель 17. После этого диск 3 при неподвижной выходной оси редуктора 11 поворачивается до тех пор, пока начальная метка 14 окажется между лампой 8 и фотодиодом 5, что определяется по сигналу на выходе формирователя 32. В этом положении диск 3 фиксируется на выходной оси редуктора 11. Далее диск 4 закрепляется на выходной оси двигателя 12 так, чтобы масштабные метки 16, число которых равно т,

In. т

располагались под углами -I, где

,1,...(m-1), отсчитываемыми от радиуса, проходящего через ось вращения диска 4 и оптическую ось, соединяющую лампу 10 и фотодиод 7. При этом одна из масштабных , меток () располагается между фотодиодом 7 и лампой 10, что может быть проверено по сигналу формирователя 34. Передаточное число U редуктора 11 равно

-. тах, где Smax - число масштабных сигнаГЛЦпах

лов, которое преобразователь должен выдавать при наибольшем значении перемещения Lmax. Перемещение L и угол а связаны выражением

a , где а. -угол поворота кривошипа 2;

R - радиус мерного диска 21.

Отсюда R gmax . Например, при

мм и ,9839857, т.е. 340° диск 21 должен иметь радиус ,69 мм. Выходы фотодиодов 5,6,7 соединены с входами формирователей импульсов 32-34 соответственно, а также являются выходом 41 преобразователя, выдающим интервалы времени, заданные начальным и конечным импульсами и серией масштабных импульсов. Выход первого формирователя 32 соединен с единичным входом триггера 35, выход второго формирователя 33 соединен с нулевым входом триггера 35. Выход третьего формирователя 34 соединен с вторым входом логического элемента 2И 36. Единичный выход триггера 35 соединен с первым входом элемента 36. Нулевой выход

триггера 35 соединен с входом одновибра- тора 37, выход которого соединен с входом одновибратора 38 и с управляющим входом блока 40 регистрации.

Выход элемента 2И 36 соединен со счетным входом счетчика 39, выходы которого соединены с информационным входом блока 40 регистрации. Устройство 27 визуального отсчета выполнено в виде рамки (фиг.

1) с окном, в которое вставлено стекло с риской 28. Через верхнее и нижнее отверстия устройства визуального отсчета продета лента 25 так, что нанесенные на ней деления видны через окно.

Преобразователь работает следующим образом.

Преобразователь закрепляется на силовом полу, а серьга 29 присоединяется к детали, перемещение которой необходимо

измерять. При этом в зависимости от предполагаемого направления перемещения лента 25 вытягивается или втягивается в корпус преобразователя (наматываясь на диск 21 в один слой). Если направление перемещения неизвестно, то лента вытягивается на половину своей длины, что определяется по показаниям риски 28.

Перемещения ленты 25 приводят к вращению мерного диска 21 на некоторый угон

а . Это вращение передается валу 1 и кривошипу 2, который поворачивается на тот же угол а относительно прямой, проходящей через первый фотодиод 5 и ось вращения кривошипа нормально к ней. Двигатель

12 вращает второй сигнальный диск 4 и через редуктор 11 - первый диск 3. Начальная метка 14 в некоторый момент, соответствующий началу интервала времени, являющегося результатом преобразования,

проходит между лампой 8 и фотодиодом 5. При этом фотодиод выдает начальный импульс Н (фиг. 5). Одновременно возникает масштабный импульс С, выдаваемый фотодиодом 7 при прохождении масштабной

метки 16 между ним и лампой 10. Если вал 13 двигателя 12 вращается с постоянной скоростью, то фотодиод 7 вырабатывает импульсы С через равные интервалы времени. При неравномерном вращении оси 13 эти

интервалы будут изменяться. Для примера на фиг. 5 показано изменение интервалов времени между импульсами С во время раз- гона двигателя.

Если число оборотов вала 13 и диска 4

равно п,, то число оборотов диска 3

па тт. т-е- П2 гн. Поэтому пока конечная

метка 15 пройдет угол a or радиуса, на котором находится фотодиод 6, до радиуса, на

котором находится фотодиод 5, масштабная метка 16 (или метки, если их число ) может несколько раз пройти мимо фотодиода 7. В результате будет выдано некоторое количество S масштабных импульсов С. Несмотря на возможное непостоянство скоростей вращения дисков 3 и 4 число интервалов между импульсами С будет пропорционально величине преобразуемого перемещения L. Интервалы времени между выдачами масштабных импульсов С -зависят от числа оборотов щ, каждому масштабному импульсу соответствует один и тот же угол поворота диска 3

й- 2я

Поэтому число S масштабных импульсов, выданное между начальным и конечным импульсами, равно

S integer (-a)

где операция integer означает выделение целой части числа, а дано в радианах.

Между моментом выдачи S-ro масштабного импульса С и моментом выдачи конечного импульса К диск 3 повернется еще на некоторый угол Д/5 . Поскольку интервалы времени между выдачами масштабных импульсов С малы, то можно с достаточным основанием принять скорость вращения вала 13 на протяжении последнего такого интервала постоянной. Тогда угол А/ может быть оценен по интервалу Q (фиг. 6) между S-м импульсом С и импульсом К

где Р - интервал времени между выдачей S-й и (5+1)-й масштабных меток.

Подставив в предыдущее выражение

о 2тг

р ПОЛУЧИМ

А о 2тг Q

Подсчет числа выданных импульсов С даже при непостоянной скорости вращения оси 13 дает возможность точно преобразовывать основную часть Ц перемещения L. Для всего перемещения можно записать:

L L0+AL R(S -1)S + AЈl

2j(S-1+0).(1)

Это уравнение устанавливает связь между результатом преобразования, которым является сигнал, состоящий из S импульсов С и из интервалов времени Q и Р. Видно, что вычисленное L не зависит от числа оборотов щ вала 13 двигателя 12, т.к.

отношение - 7Г не зависит от щ, если

ni const. При вносимая погрешность тем меньше, чем меньше интервалы времени между импульсами С.

Таким образом, результатом преобразования перемещения L на выходе 41 является сигнал Интервалы времени ; состоящий из импульсов Н, С и К. Использование серии импульсов С дает возможность уменьшить погрешность преобразования,

возникающую из-за нестабильности скорости вращения вала двигателя.

Уравнение (1) определяет функцию преобразования, которую должен выполнять преобразователь интервалов времени в код,

использующий сигналы с выхода 41.

Во время работы преобразователя двигатель 12 включен, диск 3 вращается в направлении, указанном стрелкой. Лопатки люфтовыбирателя 17 создают за счет трения о воздух некоторый момент сопротивления вращению, благодаря чему люфт в редукторе 11 остается все время выбранным и не создает дополнительной погрешности преобразования. Поэтому

применение безлюфтового редуктора не обязательно. Однако начальная установка дисков 3 и 4 должна производиться при выбранном люфте, как указано выше. При неточной установке дисков 3 и 4 относительно

друг друга может возникнуть постоянная погрешность, которую легко учесть при градуировке преобразователя.

Как видно из (1), при (S-1) -р- можно

Q

пренебречь , тогда

L(S-1),MM.

Это выражение лежит в основе электронной части прибора, показанной в верхней части фиг.1.

Формирователи 32-34 по передним фронтам сигналов, выдаваемых фотодиодами 5-7, формируют узкие импульсы Н, К и С.

При появлении начального импульса Н триггер 35 устанавливается в единичное положение и сигнал с его единичного плеча разрешает прохождение импульсов С с выхода формирователя 34 через элемент 36 на

счетный вход счетчика 39. При появлении конечного импульса К сигнал с выхода формирователя 33 устанавливает триггер 36 в нулевое положение. При этом элемент 36 перестает пропускать импульсы С на вход

счетчика 39, в котором будет зафиксировано число S, на единицу большее (из-за начального импульса С) числа элементарных углов /5, соответствующих преобразуемому перемещению, Одновременно сигнал с нулевого плеча триггера 35 воздействует на одновибратор 37. Импульс с его выхода запускает блок 40, который записывает величину перемещения L. Импульс от одновибратора 38 сбрасывает счетчик 39 готовит его к новому счету.

Обострители оптических импульсов 18- 20 повышают крутизну фронта импульсов и позволяют наносить узкие и длинные матки, что повышает надежность преобразователя и уменьшает его габариты.

Специфика использования преобразователя требует защиты его от резких рывков, от перемещений, превышающих пределы измерения, а также от инерционных выбегов, из-за которых возможен обрыв ленты 25 или другие механические повреждения.

Для защиты от резких рывков, которые возможны, например, при внезапном разрушении испытываемой конструкции, предусмотрен предохранитель, состоящий из серьги 29, оконцевателя 30 и предохранительной оси 31 (фиг. 2). Ось 31 изготовлена из свинцовой проволоки. При резком рывке происходит срез оси 31 между торцами серьги 29 и оконцевателя 30. Благодаря этому лента 25 отсоединяется от испытываемого объекта (фиг. 3).

Во время измерения перемещения лента 25 сматывается с мерного диска 21 или наматывается на него. При максимальном перемещении вниз может быть намотан один слой и опасности повреждения преобразователя нет. При перемещении вверх лента 25 сматывается и при этом уходит с диска 21 по касательной до момента, пока зуб 44 не появится на горизонтальном радиусе диска 21 (фиг. 4, положение I). При дальнейшем натягивании ленты ее конец вместе с зубом 44 перемещается по часовой стрелке. Направление конца ленты отклоняется от вертикали, Разъединитель 26 снимает ленту 25 с зуба. При этом ее конец выскальзывает из-под пружины 43 и отсоединяется от мерного диска 21. Зуб 44 и пружина 43 проходят через паз в разъединителе 26 (фиг. 4, положение II). Для предотвращения разрушения прибора из-за инерционного движения диска 21 служат упор 23 и ограничитель 24. Ограничитель 24 доходит до упора 23 с одной или с другой стороны в зависимости от направления вращения диска 21 и останавливает этот диск.

Для восстановления работоспособности преобразователя после аварийного срабатывания описанных защитных устройств необходимо вставить новую предохранительную ось в отверстие серьги 29 и оконцевателя 30, установить диск 21 в положение I (фиг. 4) и, подсунув конец ленты 25 под

конец пружины 43, надеть ее прорезь 42 на зуб 44.

Устройство обеспечивает возможность преобразования перемещений в интервалы времени и код.

При пределах измерения 0-800 мм можно принять , , .Тогда

&тах -

c 2JT

5,983985(342.8571°)

Преимущество предлагаемого устройства состоит в том, что оно сопрягается с преобразователем интервалов времени в код. Это дает возможность повысить разрешающую способность прибора, а также ввести результат измерения в ЭВМ, т.к. названный преобразователь имеет параллельный интерфейс с ЭВМ семейства СМ-3, СМ-4 и ЕС. Кроме того, допустимо довольно большое расстояние между предлагаемым

устройством и преобразователем (5-10 км). Коммутатор интервалов времени позволяет присоединять несколько преобразователей больших перемещений на вход одного преобразователя. Благодаря этому можно

создать многоточечную информационно-измерительную систему, необходимую для автоматизации исследований прочности инженерных конструкций, применение которой сокращает затраты времени и труда

при проведении исследований.

Формула изобретения 1. Преобразователь перемещения в код, содержащий преобразователь угол - код, на

входном валу которого установлен цилиндр с размещенным на нем гибким элементом, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и надежности преобразователя, в него введены ленточная спиральная пружина, плоская пружина, зуб, упор, ограничитель и разъединитель, преобразователь угол - код выполнен с дополнительными выходами сигнала Интервалы времени, цилиндр выполнен в виде полого

мерного диска, гибкий элемент выполнен в виде рулеточной мерной ленты с отверстием на одном ее конце, один конец ленточной спиральной пружины закреплен на оси полого мерного диска, а другой закреплен неподвижно, один конец рулеточной мерной ленты закреплен на цилиндрической поверхности полого мерного диска установлен- ной на нем плоской пружиной, прикрепленной к полому мерному диску, в

отверстии на одном конце рулеточной мерной ленты размещен зуб, установленный на цилиндрической поверхности полого мерного диска, ограничитель установлен на плоской стороне полого мерного диска на

одном радиусе с упором, закрепленным неподвижно, рулеточная мерная лента размещена на цилиндрической поверхности полого мерного диска в один слой, разъединитель установлен неподвижно над цилиндрической поверхностью полого мерного диска вблизи линии перемещения рулеточной мерной ленты.

2. Преобразователь по п. 1, о т л и ч а ю- щ и и с я тем, что на свободном конце рулеточной мерной ленты установлен предохранитель, состоящий из оконцевателя, серьги и оси из мягкого металла, которая установлена в отверстиях, выполненных на концах серьги и в оконцевателе, соединенном с рулеточной мерной лентой.

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к аналого-цифровым преобразователям с использованием механических средств, предназначенных для измерения перемещений при исследовании прочности инженерных конструкций. Целью изобретения является повышение точности и надежности преобразователя. С этой целью в преобразователь перемещения в код, содержащий преобразователь угол-код, соединенный с ним цилиндр и размещенный на цилиндре гибкий элемент, Изобретение относится к измерительной технике, в частности к аналого-цифровым преобразователям с использованием механических средств, предназначенных для измерения перемещений при исследовании прочности инженерных конструкций. Известны устройства для измерения длины с большими пределами измерения. Наиболее широко распространены различные рулетки. введены ленточная спиральная пружина, плоская пружина, зуб, /пор, ограничитель и разъединитель, а преобразователь угол-код выполнен с дополнительными выходами сигнала Интервалы времени, а также предохранитель, состоящий из оконцевателя, серьги и оси из мягкого материала и установленный на свободном конце рулеточной мерной ленты, противоположный конец которой закреплен на цилиндрической поверхности полого мерного диска. На цилиндрической поверхности диска усть новлен зуб, размещенный в отверстии рулеточной мерной ленты, а на его плоской стороне установлен ограничитель, который в крайних положениях преобразователя соприкасается с неподвижно установленным упором. При превышении допустимого предела преобразования рулеточная мерная лента снимается с зуба неподвижно установленным разъединителем и выдергивается из-под плоской пружины, а для предохранения рулеточной мерной ленты от разрыва при резком увеличении скорости объекта разрушается предохранитель. 1 з.п. ф-л ы, 6 ил. Известно приспособление для точного измерения больших расстояний, которое состоит из рулетки, струбцины и пружинного динамометра, проградуированного в единицах длины (метры). Существуют устройства для измерения длины, в которых используется не рулеточная лента, а проволока или трос, например прибор для измерения длины, содержащий вращающийся барабан с равномерно намотанной в один ряд проволокой (тросом), двиСО С ч 4 Ю О ю

21

12

Фиг 1

13

риг 2

43

21

25

фиг.З

25 4-2

21

26

/ГЛ

43,

21-21

1

i

43О 0

I

фиг А

преобразования перемещения

фиг. 5

С S-тый импульс

(S+1) импульс