УСТРОЙСТВО ДЛЯ АВТОМАТИЧЕСКОГО ИЗМЕРЕНИЯ МАЛЫХ УГЛОВЫХ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ Советский патент 1968 года по МПК H03M1/24 

Известны устройства для автоматического измерения малых угловых перемещений, содержащие преобразователь угол - код на основе кодового диска со считывающим устройством, чувствительный элемент, сравнивающее устройство, умножитель частоты, эталонный генератор, усилитель схемы умножения и фильтр, настроенный на разностную частоту между сигналами датчиков и частотой эталонного генератора.

Описываемое устройство отличается от известных тем, что в нем использован прецизионный электрический редуктор, связывающий входной и выходной валы преобразователя, а в качестве чувствительного элемента применен экранированный измеритель напряженности магнитного поля частотного типа, выходной сигнал которого определяется результирующей напряженностью, создаваемой двумя магнитными системами, угловое положение одной из которых связано с угловым положением объекта, а второй - с приводом и выходным валом. Привод электрически связан с выходом сравнивающего устройства, один из входов которого подключен к выходу умножителя частоты, а второй - к выходу фильтра, вход последнего через усилитель соединен с частотным датчиком, поляризуемым источником возбуждающего сигнала, а входы схемы умножения соединены с эталонным генератором и выходом частотного фильтра. Это позволяет повысить точность измерения и снизить разрядность кодового диска.

На чертеже представлена блок-схема описываемого устройства.

Устройство содержит частотный датчик 1, например камертонного типа, датчик ядерно-прецессионного магнитометра и т.п., преобразующий напряженность поля в частоту; кольца Гельмгольца 2, обтекаемые постоянным током и включенные последовательно с магнитным контуром 3, угловое положение которого задается входным валом 4; кольца имеют степень свободы относительно оси с центром О и изменяют свое угловое положение с изменением углового положения контролируемого объекта; считывающее устройство 5 с кодовым диском; привод 6 колец Гельмгольца; сравнивающее устройство 7 частот, управляющее приводом 6; умножитель частоты 8; усилительный блок 9; источник 10 возбуждающих сигналов (в случае использования ядерного датчика); коммутатор и фильтр 11, настроенный на частоту датчика, соответствующую исходному положению колец Гельмгольца; камертонный генератор 12 эталонной частоты с плавной расстройкой; магнитный экран 13 из пермаллоя; проводящий экран 14 для уменьшения наводок.

Принцип действия предлагаемого устройства заключается в следующем.

В объеме, экранированном от внешних постоянных и переменных магнитных полей с помощью экранов 13 и 14, помещают частотный датчик 1 (например, камертонного, ядерно-прецессионного типа), а также две магнитные системы 2 и 3, создающие напряженности поля H₁ и H₂ соответственно.

В зоне датчика 1 образуется суммарное поле, величина которого связана с углом α₀ следующим соотношением:

За исходное принимают положение осей магнитных систем 2 и 3, когда векторы H₁ и H₂ противоположны.

На выходе датчика 1, возбужденного сигналом с выхода источника 10 (если в качестве частотного датчика используется ядерно-прецессионный, который нужно предварительно поляризовать), а также на выходе блока 9 появляется сигнал, частота которого жестко связана с гиромагнитным отношением γ:

На выходе фильтра 11 появляется сигнал с частотой

где - частота опорного генератора 12. Этот сигнал поступает на умножитель частоты 8 с кратностью умножения m.

В этом случае привод 6 включается так, чтобы разность частот стала равна нулю, после чего привод 6 включается, и устройство возвращается в исходное положение.

В режиме измерения, после некоторого разворота входного вала 4, на входе умножителя частоты 8 вновь появляется сигнал с частотой , несущей полезную информацию .

После окончания счета импульсов частоты в регистре сравнивающего устройства 7 это число запоминается, умножитель частоты 8 отключается от выхода фильтра 11 и включается на выход опорного генератора 42, а привод 6 включается так, чтобы происходило дальнейшее увеличение угла между магнитными системами 2 и 3. Одновременно ведется контроль частоты датчика 1 (без ее умножения) и после достижения равенства кодов частот привод 6 выключается.

В этом случае в зоне колец 2 создается поле H₄, в m раз большее первоначального поля:

(условие равенства частот),

или

Здесь и H₄ - значение частоты и поля при равенстве частот. Отсюда видно, что чувствительность схемы увеличена в m раз. При этом в m раз возрастает и амплитуда сигнала на выходе частотного датчика 1, поскольку она пропорциональна напряженности результирующего поля и напряженности поля поляризации. При малых углах (порядка единиц секунд) устройство обладает достаточной для практических нужд линейностью.

Диапазон измеряемых углов может быть определен по формуле (1), если результирующую напряженность Н₃ принять равной . При требовании к точности измерения углов 5-10% стабильность используемых в измерителе полей достигается без затруднения, а ядерная константа γ практически не изменяется при вариациях внешних условий.

Описываемое устройство может найти применение в системах автоматического измерения угловых перемещений, причем его использование наиболее эффективно в системах измерения малых углов с повышенной точностью, когда к качеству работы предъявляются особо высокие требования.

Устройство для автоматического измерения малых угловых перемещений, содержащее преобразователь угол - код на основе кодового диска со считывающим устройством, чувствительный элемент, сравнивающее устройство, умножитель частоты, эталонный генератор, усилитель и фильтр, настроенный на разностную частоту между сигналами датчиков и частотой эталонного генератора, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерения и снижения разрядности кодового диска, в нем использован прецизионный электрический редуктор, связывающий входной и выходной валы преобразователя, а в качестве чувствительного элемента применен экранированный измеритель напряженности магнитного поля частотного типа, выходной сигнал которого определяется результирующей напряженностью, создаваемой двумя магнитными системами, угловое положение одной из которых связано с угловым положением объекта, а второй - с приводом и выходным валом, причем привод электрически связан с выходом сравнивающего устройства, один из входов которого подключен к выходу умножителя частоты, а второй - к выходу фильтра, вход которого через усилитель соединен с частотным датчиком, поляризуемым источником возбуждающего сигнала, а входы схемы умножения соединены с эталонным генератором и выходом частотного фильтра.