Устройство измерения перемещений Советский патент 1992 года по МПК G01B7/00 

VJ VJ

О ЧЭ О О

Изобретение относится к измерительной технике и может быть испопьзовано для измерения малых линейных перемещений или других физических величин, преобразованных в линейные перемещения. Целью изобретения является повышение точности измерения перемещений путем снижения величины погрешности, обусловленной воздействием помех. Для этого в устройство введены вторая б и третья 7 дополнительные обмотки генератора переменного тока, сумматор 8, интегратор 9, блок 10 выборки и хранения, блок 14 формирования сигнала выборки, блок 13 формирования стробирую- щего сигнала, управляемый делитель 12 напряжения и блок 11 управления. 1 ил.

I1

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в различных областях техники и науки для измерения малых линейных перемещений или других физических величин, преобрэзо- ванных в линейные перемещения.

Известен преобразователь перемещений, имеющий индукционный преобразователь, источник питания, два формирователя с элементом задержки, компенсационные обмотки, резисторы, блоки выборки-хранения, компаратор и блок деления.

К основному недостатку этого преобразователя можно отнести его недостаточную устойчивость от воздействия импульсных помех.

При запоминании измерительной информации импульсные помехи, длительность которых совпадает по длительности и фазе с сигналом выборки, запоминаются полностью, и при малых сигналах на выходе измерительной схемы величина запомненного напряжения импульсной помехи может во много раз превышать напряжение полезногосигнала, а случайное распределе- ние помех во времени и в пространстве (месте приложения) не позволяет компенсировать их воздействие Б схеме отношений.

Наиболее близким по технической сущ- ности к предлагаемому техническому решению является прибор измерения перемещений с индуктивными преобразователями, выбранный в качестве прототипа.

Этот прибор содержит дифференциаль- ный индукционный преобразователь перемещений, входы которого подключены к выходам генератора переменного тока с основной обмоткой, выполненной в виде двух идентичных обмоток, включенных последо- вательно и синфазно, точки соединения обмоток- заземлены. Сигналы ( на выходах генератора леременного тока отличаются по фазе нз,Ј а их амплитуды равны. Выход преобразователя перемещений соединен с нагрузочным резистором. Сопротивление нагрузки включено между выходом преобразователя и шиной земля. Напряжение с нагрузочного резистора подается на вход масштабирующего усилителя, с выхода ко- юрого напряжение подается на один из входов фазочувствительного детектора, измеряющего отношение напряжений на выходе и на входе преобразователя. Выход фазочувствительного детектора соединен с входом аналого-цифрового преобразователя, позволяющего в циклах калибровка и установка нуля производить заполнение значения напряжения на шине земля и значение напряжения на входе преобразователя перемещений, а в цикле измерение производить измерения отношения между напряжением на выходе генератора питания и напряжением на выходе преобразователя перемещений.

Одним из недостатков приведенной схемы прототипа является недостаточная точность измерения, объясняемая отсутствием компенсации косинусоидальной составляющей сигнала на выходе измерительного преобразователя, зависящей от наличия активной составляющей комплексного сопротивления индукционного преобразователя.

Другим недостатком является малое быстродействие устройства и высокая чувствительность к помехам.

Устранение этого недостатка у всех приведенных аналогов требует усложнения устройства, ведет к снижению помехоустойчивости и, как следствие, к снижению точности измерения.

Целью изобретения является повышение точности измерения за счет снижения величины погрешности, обусловленной воздействием помех.

Поставленная цель достигается тем, что в генератор переменного тока питания предлагаемого устройства измерения перемещений введены вторая и третья дополнительные обмотки, а в измерительную схему введены сумматор, интегратор, блок выборки и хранения, блок фбрмирования сигнала выборки, блок формирования стробирую- щего сигнала, управляемый делитель напряжения и блок управления, при этом выход масштабируемого усилителя соединен с первым входом сумматора, второй вход которого соединен с выходом управляемого делителя напряжения, а выход сумматора соединен с первым входом интегратора, второй вход которого соединен с выходом блока формирования стробирующего сигнала, а выход соединен с первым входом блока выборки и хранения, второй вход которого соединен с выходом блока формирования сигнала выборки, а выход соединен с зхо- дом блока управления, первый выход которого соединен с первым входом управляемого делителя напряжения и является выходом устройства, а второй выход блока управления соединен с первыми входами блока формирования стробирующего сигнала и блока формирования сигнала оы- борки, первый и второй выводы первой до- полнительной обкатки генератора переменного тока соединены соответственно с вторым и третьим входами управляемого делителя напряжения, первые выводы второй и третьей дополнительной обмоток

генератора переменного тока соединены соответственно с вторыми входами блока формирования стробирующего сигнала и блока формирования сигнала выборки, а вторые выводы второй и третьей дополнительных обмоток генератора переменного тока заземлены.

Функциональная схема предлагаемого устройства измерения перемещений представлена на чертеже.

Устройство состоит из генератора 1 с его основной обмоткой 2 и первого дополнительного индукционного преобразователя 3 перемещений, нагрузочного резистора 4, масштабирующего усилителя 5, второй и третьей дополнительных обмоток б и 7. генератора переменного тока и измерительной схемы, в состав которой включены сумматор 8, интегратор 9, блок 10 выборки и хранения, блок 11 управления, управляемый делитель 12 напряжения, блок формирования стробирующего сигнала 13, блок 14 формирования сигнала выборки.

Переменный ток из генератора 1 поступает с его основной разделенной обмотки на входы дифференциального индукционного преобразователя 3 перемещений, выход которого соединен с нагрузочным резистором 4, один конец которого заземлен, а другой соединен с входом масштабирующего усилителя 5. У предлагаемого устройства выход усилителя 5 соединен с первым входом сумматора 8, выход которого соединен с входом интегратора 9, выход которого соединен с входом блока выборки и хранения, выход блока 10 выборки и хранения соединен с входом блока 11 управления, один выход которого соединен с первым входом делителя 12 управляемого напряжения, два других входа делителя 12 соединены с первой дополнительной обмоткой 2 генератора 1 переменного тока, выход управляемого делителя 12 соединен с вторым входом сумматора 8, управляющий вход интегратора 9 соединен с выходом блока 13 формирования стробирующего сигнала, первый вход которого соединен с второй дополнительной обмоткой 6 генератора 1, а второй вход блока 13 соединен с вторым выходом блока 11 управления, который соединен также с первым входом блока 14 формирования сигнала выборки, второй вход которого соединен с третьей дополнительной обмоткой 7 генератора 1, выход блока 14 формирования сигнала выборки соединен с вторым входом блока 10 выборки и хранения 10.

Предлагаемое устройство измерения перемещений работает следующим образом.

По обмоткам дифференциального индукционного преобразователя 3, двум идентичным обмоткам генератора 1 переменного тока и нагрузочному резисто5 ру 4 протекают два тока, имеющих противо- положные направления, В случае нахождения сердечника преобразователя 3 в нулевом положении сумма токов через резистор 4 нагрузки равна О, в случае откло0 нения от нулевого положения эта сумма отлична от О. Величина напряжения на резисторе 4 нагрузки пропорциональна величине перемещения сердечника, а фаза зависит от его направления относительно5 нулевого положения. Усиленное масштабирующим усилителем 5 напряжение поступает на один вход сумматора 8, на второй вход которого подается напряжение с выхода управляемого делителя 12 напряжения, раз0 ность напряжений поступает на вход интегратора 9. Сигнал с выхода сумматора 8 наряду с измерительной информацией содержит и сигнал импульсной помехи.

За время интегрирования напряжение

5 шумовой помехи равно

(t)dt,

где Т - период интегрирования:

U(t) - величина помехи.

0 Выходной сигнал без учета напряжения помехи интегратора 9 можно представить в виде:

35

UBX Uaf(l)COS (f) Sin ft) t +

+ Uf(l)sin p сов 0)1- UKsin л) t,

где f(l) - коэффициент передачи индуктивный преобразователь 3 - масштабирующий усилитель 5;

К - коэффициент деления управляемого делителя 12 напряжения.

UBX (l) - ft)t + Uf(l)SJn (У t COS О) t.

Сигнал на выходе стробируемого интег- ратора:

Увых f U ф) - ш tdt + +J Uaf(l)cos Wtdt - (f) - К JJ Sin ftndt + Uaf(l) / cosundt.

При ti 0 и t2 T(2n+1)

(l) - K ,

где Т - длительность полупериода.

Таким образом после интегратора 9 имеет место напряжение с усредненным значением величины помехи и отфильтрованной косинусоидальной составляющей

выходного сигнала индуктивного дифференциального преобразователя 3.

Величина этого напряжения запоминается схемой 10 выборки и хранения и с ее выхода поступает на вход блока 11 управле- ния.

Блок 11 управления по любому известному алгоритму (например последовательного приближения) оценивает величину напряжения на выходе схемы 10 выборки и хранения, формирует на втором входе сумматора 8 путем деления напряжения запит- ки управляемым делителем напряжения 12 компенсирующее напряжение и формирует команды разрешения работы блока 13 фор- мирования стробирующего сигнала и запуска блока 14 формирования сигнала выборки. Код, управляющий управляемым делителем 12 переменного тока, несет информацию о измеряемой величине.

Предлагаемым устройством реализуется возможность одновременно с исключением воздействия на результаты измерения косинусоидальной составляющей повысить точность измерения за счет снижения вели- чины погрешности, обусловленной воздействием помех.

Формула изобретения Устройство измерения перемещений, содержащее генератор переменного тока, включающий основную и первую дополнительную обмотки, индукционный преобразователь перемещений, нагрузочный резистор, масштабирующий усилитель, причем основная обмотка генератора переменного тока соединена с обмоткой индукционного преобразователя перемещений, выход которого через нагрузочный резистор соединен с входом масштабирующего уси- лителя, отличающееся тем, что, с целью

повышения точности измерения перемещений путем снижения величины погрешности, обусловленной воздействием помех, введены вторая и третья дополнительные обмотки генератора переменного тока, сумматор, интегратор, блок выборки и хранения, блок формирования сигнала выборки, блок формирования стробирующего сигнала, управляемый делитель напряжения и блок управления, при этом выход масштабирующего усилителя соединен с первым входом сумматора, второй вход которого соединен с выходом управляемого делителя напряжения, а выход сумматора соединен с первым входом интегратора, второй вход которого соединен с выходом блока формирования стробирующего сигнала, а выход соединен с первым входом блока выборки и хранения, второй вход которого соединен с выходом блока формирования сигнала выборки, а выход соединен с входом блока управления, первый выход которого соединен с первым входом управляемого делителя напряжения и является выходом устройства, а второй выход блока управления соединен с первыми входами блока формирования стробирующего сигнала и блока формирования сигнала выборки, первый и второй выводы первой дополнительной обмотки генератора переменного тока соединены соответственно с вторым и третьим входами управляемого делителя напряжения, первые выводы второй и третьей дополнительных обмоток генератора переменного тока соединены соответст- венно с вторыми входами блока формирования стробирующего сигнала и блока формирования сигнала выборки, а вторые выводы второй и третьей дополнительных обмоток генератора переменного тока заземлены.