Дифференциальный датчик линейных перемещений Советский патент 1993 года по МПК G01B21/00 

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к устройствам для измерения линейных перемещений объектов, в частности вращающихся валов.

Известен дифференциальный фотоэлектрический датчик линейных перемещений вращающегося объекта, содержащий два фотоэлектрических преобразователя, включающих оптически связанные первый источник излучения, и фотоприемник, предназначенные для симметричного расположения относительно объекта контроля, Первый и второй усилители, блок суммирования, два источника опорного напряжения, первый и второй блоки вычитания, блок сравнения, первый и второй блоки памяти, выходы фотоприемнйков первого и второго фотоэлектрических преобразователей свя заны со входами первого и второго усилителей соответственно, выход источника опорного напряжения соединен с первыми входами первого и второго блоков вычитания, выходы которых соединены, соответственно, с первым и вторым входами блока сравнения, выход которого, являющийся контрольным выходом датчика, подключен ко вторым входам первого и второго блоков памяти, первые входы которых соединены, соответственно с выходами первого и второго усилителей и со вторыми входами первого и второго блоков вычитания, выходы первого и второго блоков памяти соединены с первым и вторым входами блока суммирования, выход которого является измерительным выходом датчика,, блока суммирования выполнен в виде дифференциального усилителя. Недостатком известного датчика является низкая точность измерения.

Наиболее близким по технической сущности является фотоэлектрический датчик линейных перемещений, содержащий два фотоэлектрических преобразователя, каждый из которых состоит из оптически связанных источника излучения и фотоприемника, предназначенные для симметричного размещения относительно объекта первый и второй усилители, первый блок суммирования, выполненный в виде дифференциального усилителя, источник опорного напряжения, два блока вычитания,

первый блок сравнения, два блока памяти, два полосовых фильтра, два амплитудных детектора, два блока сравнения, схему И, второй блок суммирования, генератор, управляемый делитель напряжения., третий и четвертый усилитель, причем выходы фотоприемников первого и второго фотоэлектрических преобразователей связаны с входами первого и второго усилителей соот0

ветственно, выходы блоков вычитания соединены с входами первого блока сравнения, выход блоков памяти соединены с входами первого блока суммирования, выход которого является измерительным выходом датчика, выходы первого и второго усилителей связаны с последовательно соединенными полосовыми фильтрами и амплитудными детекторами, выход первого амплитудного детектора соединен с первыми входами первого блока памяти, первого блока вычитания и второго блока суммирования, выход второго амплитудного детектора соединен с первым входом второго блока памяти, вто5 рого блока вычитания и вторым входом второго блока суммирования, выход которого соединен с первым входом управляемого делителя напряжения, вторыми входами блоков вычитания и первым входом второго

0 блока сравнения, выход источника опорного напряжения соединен с третьим входом второго блока суммирования и вторым входом второго блока сравнения, выход которого соединен с первым входом схемы И,

5 второй вход Которого соединен с выходом первого блока сравнения, а выход, являющийся контрольным выходом датчика, соединен с вторым входами первого и второго блоков памяти, выход генератора соединен с вторым входом управляемого делителя напряжения, выход которого соединен с входами третьего и четвертого усилителей, выходы которых соединены соответственно с входами- первого и второго источников излучения.

Недостатком датчика является низкая точность измерения, связанная с осуществлением процесса регулирования мощности источников излучения в случае измерения параметров или выхода из строя только одного из фотоприемников, т.е. даже тогда, когда на контрольном выходе датчика присутствует сигнал ошибки, что в конечном счете может повести к появлению на выходе

5 датчика не контролируемых ошибочных результатов измерений.

Поставленная цель достигается тем, что в дифференциальный датчик линейных перемещений, содержащий два преобразова0 теля перемещений, включающих источник и приемник излучения, предназначенные для симметричного расположения относительно объекта контроля, четыре усилителя, дифференциальный усилитель, источник

5 опорного напряжения, два блока вычитания, блок сравнения, два блока памяти, блок суммирования, причем выходы приемников излучения первого и второго преобразователей соединены с входами первого и второго усилителей соответственно; выходы

0

5

0

блоков вычитания соединены с входами блока сравнения, выход которого, являющийся контрольным выходом датчика, соединен с первыми входами блока памяти, вь ходы третьего и четвертого усилителей соединены соответственно с входами первого и второго источников излучения, введены суммирующий интегратор и регулируемый усилитель, причем выходы первого и второго усилителей соединены соответственно с первыми входами блоков въчитаййя, входами дифференциального усилителя и входами блока суммирования, выход которого соединен с последовательно включенными суммирующим интегратором, первым блоком памяти и регулируемым усилителем, выход которого соединен с входа- Mi/ третьего и четвертого усилителей, первый выход источника опорного напряжения соединен с вторым входом суммйру- ю||цего интегратора, второй выход со втбрым входом регулируемого усилителя, а третий. - с вторыми входами блока вычитания, выход дифференциального усилителя соединен с вторым входом второго блока памяти, выход которого является измерительным выходом датчика. .

; Включение в схеме датчика между выходом суммирующего интегратора и пер- вы м входом регулируемого усилителя второго блока памяти позволило повысить точность измерения датчика за счет исклю- возможности появления на выходе датчика не контролируемых ошибочных результатов измерений путем исключения процесса регулирования, мощности излучег ний источников оптического -излучения вовремя появления на контрольном выходе датчика, сигнала ошибки, обусловленного изменением параметров (или выходом из стр Ья) только одного фотоприемника. Таким образом, сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемый датчик соответствует критерию новизна.

Сравнение заявляемого технического решения не только с прототипом, но и с другими техническими решениями, извест- ныМи в данной области, не позволило выявить в них признаки, отличающие данное техническое решение от прототипа, а именно наличие суммирующего интегратора, регулируемого усилителя, блока памяти и их взаимосвязей позволяет сделать вывод о соответствии критерию изобретения существенные отличия.

Сущность изобретения поясняется чер- теж|ом.

Дифференциальный датчик линейных перемещений содержит два преобразователя 1 и 2 перемещений, включающих источники 3, 4 и приемники 5, 6 излучения, предназначенные для симметричного расположения относительно объекта контроля, четыре усилителя 7-10, дифферециаяь:ный усилитель 11, источник 12 опорного напряжения, два блока 13 и 14 вычитания, блок 15 сравнения; два блока 16 и 17 памяти, блок 18 суммирования, суммирующий интегратор 19 и регулируемый усилитель 20.

На пути отраженного от объекта изме-

рения излучё нШГс. вторым истбчнйкам и 3 и 4 оптического излучения, располбжены первый и второй при- ёмники 5 и 6 излучения, входящие в первой

и второй преобразователи перемещения, выходы которых;сбединеньт с входами пёр- вого и втор бго ус илит ёлёй и 8 соответственно, выходы блоков 13 и 14 вычитания соединены с входами блока 15 сравнения.

выход которого, являющийся контрольным выходом дзт чика; соединен Wпервыми: вхо- ; дами блоков памяти 16 и 17, выходы третьего и четвертого усилителей 9 и 10 боедйнейы соответственно с входам й пёрвого и второго источников 3 и 4 излучения,

выходы первого и второго усилителей 7 и 8

соёди йены србтветст ее нно с ггёрв ы ми в хо-

дами блоков 13 и 14 вычитания входами

дифференциального усилителя 11 и входами блока 18 суммирования, выход которого соединён с. г1рсл/ед о;в ел ;н вт 1Ъ н;ны и;; суммй ру юй1и м Штеграторб 19, первым блоком 16 памяти и регулируемым усилите-, лем 20, выход которого соединен с входами;

третьего и четвертого усилителей 9 и 10, первый выход источника 12 опорного напряжения соединен с вторым входом сумм иру- ющёго интегратора 19, второй выход - с вторым входом регулируемого усилителя 20,

а третий - с вторыми входами блоков 13 и 14 вычитания, выход дифференциального усилителя 11 соединен с вторыNI входом вторб- го блока 17 памяти, выход которого является измерительным выходом датчика.

,..-. - ;-...- -; :..; г;.;;-.:::.;,:.:X-V/

Все узлы, на базе, которых выполнен Ла тчи / йв.Л.я ётся зв ё сУй |ым й.1й/Ъ г1 ИС9Н й: в. литературе. ; ; .; ,.. .. 71...

1. Микррзлектрбнные фотоприемные устройства (М., Энергоатомиздат, 1980, с.96) - источники 3, 4 и приемники 5, 6 излучения.: . .

2. Полупроводниковая схемотехника (У.Титце, К.Щенк, М„ Мир, 1983, с.137) - блок суммирования 18, дифференциальный/ усилитель 11, блоки 13 и 14 вычитания, блок 15 сравнения (с. 138), источник 12 опорного напряжения.

3. Аналоговые и цифровые интегральные микросхемы блоки 16 и 17 памяти.

Датчик перемещений работает следующим образом. Д х: .. .... .

Сигнал с вШоДа регулируемого усилителя 20 через третий и четвертый усилители 9, Ю подается в преобразователи 1,2 перемещения на входы источников 3 и 4 излучения. Часть потока излучения создаваемого каждым из них отражаясь оттпёрШещающе- гося объекта, попадает на фотоприемники 5, 6 где преобразуется в электрический сигнал который затем усиливается усилителями 7, 8 и в виде напряжения величина которого пропорциональна линейным перемещениям объекта измерения поступает: ..

через входы дифференциального усилителя 11 и второй блок 17 памяти на измерительный выход датчика; :- , ,. :; .

на входы блока 18 суммирования, выходной сигнал которого, поступая на первый вход суммирующего интегратора 19, ас его выхода через первый блок 16 памяти на первый вход регулируемого усилителя 20 обеспечивает регулирование мощности источников 3 и 4 излучения при изменении коэффициентов К1 отражения от объекта и коэффициента К2 пропускания среды в которой распространяется излучение. Управляющий сигнал в этом случае изменяется до тех пор, пока Суммарный сигнал на выходах первого и второго усилителей 7 и 8 не достигнет номинального значения, бпределя- емЬго сигналом, поступающим с первого выхода источника 12 опорного напряжения

на второй вход суммирующего интегратора

19. Сигнал, поступающий на второй вход регулируемого усилителя 20 с второго входа источника 12 опорного напряжения, определает минимальное значение мощности источников 3, 4 излучения. Сигнал с третьего выхода источника 12 опорного напряжения поступает в качестве опорного на первые входы блоков 13 и 14 вычитания,

затем на блок 15 сравнения, который в случае равенства приращений сигналов на выходах первого и второго усилителей 7 и 8 вырабатывает контрольный сигнал, который разрешает занесение информации в выходные каскады блоков .16 и 17 памяти, следовательно, на измерительный выход датчика и на первый вход регулируемого усилителя

20. Если приращения сигналов на выходах первого и второго усилителей 7 и 8 не одинаковы, что может быть в случае изменения параметров одного из преобразователей 1 и 2 перемещений (например, неравномерности осаждения пыли на входных окнах приемников 5 и 6 или источников 3 и 4 излученйя, частичного повреждения одного из них), то ошибочные значения измерений на первый управляющий вход регулируемого усилителя и измерительный выход датчика не попадут.

Таким образом; предлагаемый датчик по сравнению с прототипом имеет преимущества, которые позволяют повысить точность измерения.

. ;::- .-.--- ; ;;, -.

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к устройствам для измерения линейных перемещений. Дифференциальный датчик содержит два преобразователя 1 и 2 перемещений, включающих источник 3 и приемник 5 излучения, предназначенные для симметричного расположения относительно объекта контроля, четыре усилителя 7-10, дифференциальный усилитель 11, источник 12 опорного напряжения, два блока 13 и 14 вычитания, блок 15 сравнения, два блока 16 и 17 памяти, блок 18 суммирования. Блок 15 сравнения в случае равенства приращений сигналов на выходах первого и второго усилителей 7 и 8 вырабатывает контрольный сигнал, который разрешает занесение информации в выходные каскады блоков 16 и 17 памяти. Если приращение сигналов на выходах усилителей 7 и 8 не одинаково, то ошибочные значения измерений на выход датчика не попадут. 1 ил. Ј

Ф ор м у л а и з о б р ете ни я

Дифференциальный датчик линейных перемещений, содержащий два преобразователя перемещений, включающих источник и приемник излучения, симметричнр расположенные относительно объекта контроля, первый и второй, третий и четвертый входы первого и второгб усилителей связа- н8 Сйбтвётетв йно с ТвШЬдамй первого и второго преобразователей перемещения, входы которых сеязайы Тсботеетствённо с выходами третьего и четвертого усилителей, первый и второй блоки вычитания, первый и второй блоки памяти, дифференциальный усилитель, блок сравнения, источник опорного напряжения, блок суммирования, первые входы первого и второго блоков вычитания соединены с выходом источника опорного напряжения, вторые входы - собт- ветсп-в енйо с; выходами первого и второго усилителей и с первым и вторым входами

дифференциального усилителя, выход которого соединен с первым входом второго блока памяти, второй вход которого соединен с выходом блока сравнения и с входом первого блока памяти, первый и второй входы которого соединены соответственно с выходами первого и второго блоков вычитания, первый и второй входы блока суммиро- вания соединены соответственно с выходами первого и второго блоков вычитания, первый и второй входы блока суммиро- ванйя соединены соответственно с выходами первого и второго усилителей, о т- л и ч а ю щ и и с я тем, что, с целью повышения точности измерения, оно снабжено интегратором и регулируемым усилителем, первый вход интегратора соединен с вторым выходом источника опорного напряже- . ния блока суммирования, третий выход источника опорного напряжения соединен с первым входом регулируемого усилителя, выход которого соединен с входами третье9. , 1793216 ... 10

го и четвёртого усилителей, второй вход ре- первого блока памяти, второй вход которого гулируемого усилителя соединен с выходом соединен с выходом интегратора.