ОЗМЯ О ЛАТЕНТНО • < ТЕК11ИЧЕС1У-.Я—CHuAI^IOTZKA Советский патент 1972 года по МПК G01R25/08 

Изобретение относится к числовой измерительной технике и программному управлению станками и приборами.

В фазовых датчиках перемещений подвижных узлов, станков и приборов (датчики типа «Индуктосин, вращающийся трансформатор и др.) используют способ числового непосредственного (не компенсационного) намерения сдвига фазы между сигналом опорной частоты / на входе датчика и сигналом частоты fi на выходе датчика.

В этом способе сдвиг фазы преобразуют во временной интервал, в течение которого производят счет импульсов, следующих с эталон)ой частотой /о, которую выбирают равной /о

- nf, где L - перемещение датчика, соответствующее повороту фазы частоты fi на 360°, а А - дискретность отсчета перемещений датчика.

Однако такой способ характеризуется сложностью установки начала отсчета перемещения-датчика в любом его иоложении, что необходимо, например, при использовании датчиков в большинстве систем программного управления и цифрового отсчета. Для установки начала отсчета в любом положении фазового датчика приходится запоминать в числовом виде величину сдвига фазы выходного сигнала /1 относительно опорного сигнала / в иоложении датчика, принятому за начальное, и в процессе измерения вычитать эту величину из последующих значений сдвига фазы сигнала/ь

Кроме того, при использовании известного способа необходимо считать импульсы высокой частоты.

Целью изобретения является упрощение цифрового измерения сдвига фазы датчиков перемещений.

Для этого также используют сигнал эталонной частоты fa, превыщающий онорную частоту/в целое число п раз. В предлагаемом способе выбирают число П такое, что выполняется равенство Я|-/е /;, где , 2, ..., п, через промежутки вреыепи, длительностью т в п раз мепьшие иериода сигнала fi на выходе фазового датчика (т ), определяют мгно«1-Л

венное значение сигнала эталонной частоты /э п нодсчитывают число периодов изменения измеренных значений сигнала частоты /эСущность предлагаемого способа лучще всего объяснима в том случае, когда максимальная скорость перемещения датчика незначительна и число HI можно выбрать равным единице.

ние мгновенного значення сигнала эталонной

частоты /э осуществляют через периоды - ,

/1

например, в начале каждого периода сигнала fi. Если перемещение датчика и, следовательно, сдвиг фазы сигнала fa отсутствуют, то мгновенные значения сигнала /э, измеренные

через периоды т -, имеют одни и те же

/1 значения.

Если датчик перемещается, то сдвигается фаза сигнала fi относительно опорного сигнала f и сигнала эталонной частоты fa.

Тогда измеренные через периоды т -

/1

мгновенные значения сигнала частоты fa будут иметь различные значения (по амплитуде, фазе или каким-либо другим параметрам измерения). Когда относительный сдвиг фазы сигналов частот fi и f достигнет величины, рав„ 2л:

НОИ , измеренные мгновенные значения

сигнала fg изменяется на один полный нернод. Подсчитывая число указапных периодов, мы определим сдвиг фазы, получаемый при дви2iжении датчика с дискретностью измерения - .

Если же скорость перемещения датчика значительна, то через один период измерения

С - -- определяемое мгновенное значение сиг/1

нала fa может измениться на недопустимо больщую величину, например более, чем на один период, что приведет к ощибке измерения. Поэтому при значительных скоростях перемещения необходимо уменьщить периоды

измерения т в целое число раз ni( ).

tii-fi

При выборе числа HI должно соблюдаться равенство (, 2, ..., п), т. е. Л должно быть меньще числа п в целое число раз или равно ему. В этом случае при отсутствии перемещений и, следовательно, сдвига фазы сигнала fi измеряемые мгновенные значения сигнала fs имеют одно и то же значение. Если же (k , 2, ..., п), то определяемые через

периоды

мгновенные значения сиг«f/i

нала /э будут изменяться при отсутствии перемещений, что приведет к ощибке измерения.

Таким образом, в предложенном способе производится измерение приращения сдвига фазы, что как раз и необходимо в датчиках перемещений станков и приборов, а не величины самого сдвига, как это осуществляется в известном способе. Поэтому начало отсчета измерения перемещений может быть выбрано в любой момент при любом положении датчика.

В предложенном способе счет периодов изменения сигнала fa ведется со скоростью прямо пропорциональной скорости перемещения датчика, т. е. скорость счета на несколько порядков ниже, чем скорость счета импульсов эталонной частоты в известном способе непосредственного отсчета сдвига фазы. Например, при скорости перемещения датчика 1 м/сек и дискретности мкм скорость счета дискретных участков А равна 1000 кгц,

т. е. в 20 раз ниже, чем в приведенном ранее примере.

Предложенный способ применим только в тех случаях, когда в процессе измерения датчик перемещается в одну какую-либо сторону.

Если же перемещение датчика в процессе одного цикла измерения является знакопеременным, что, например, часто происходит в станках с программным управлением, то предложенный способ приведет к ощибке измерения,

так как подсчет периодов сигнала частоты fa ведется без учета направления перемещения датчика. Учет направления перемещения датчика может производиться различными способами.

С целью исключения ошибки измерения сдвига фазы при знакопеременных перемещениях датчика определяют знак изменения сдвига фазы между сигналами f и fi, а подсчет числа периодов указанных выще значеНИИ сигнала fa осуществляют с учетом знака

изменения сдвига фазы: при положительном

знаке указанные периоды складывают, при

отрицательном знаке - вычитают.

Очевидно, что в этом случае погрешность

измерения отсутствует независимо от того, являются перемещения датчика однонаправленными или носят знакопеременный характер.

Промежутки времени т, через которые производят измерение мгновенных значений сигнала fa, могут быть получены различными способами. С целью упрощения получения промежутков т частоту fi сигнала на выходе датчика умножают в П1 раз и получают частоту «i-fi. При этом периоды частоты fiifi равны

1

«гЛ

Эти периоды умноженной частоты «ifi используют для измерения мгновенных значений сигнала частоты fa.

Определение мгновенных значений и подсчет периодов изменения сигнала эталонной частоты fa также может осуществляться различными способами. В том случае, когда производят умножение частоты fi в П раз и при этом выбирают ni n производят наложение частот fa и Hifi и подсчитывают число периодов биений, получаемых в результате наложения указанных частот.

Действительно, когда фаза измеряемого сигнала частоты fi сместится относительно фазы

опорного сигнала частоты f на- часть своего

периода, относительный сдвиг фаз сигналов частоты и частоты ftpfi будет в п раз больщим (так как п п т. е. равен 2л.

В случае знакопеременного движения датчика, определение знака сдвига фазы мелеет осуществляться способом, в котором эталонный сигнал fa выполняют многофазным и определяют последовательность чередования фаз измеренных значений сигнала частоты fa. При одной последовательности знак изменения сдвига фазы считают положительным, а при обратной последовательности - отрицательным. Например, выполняют сигнал частоты трехфазным. Тогда при чередовании фаз с последовательностью 1-2-3-1 и так далее изменение сдвига фазы считают положительным, а при чередовании фаз с последовательностью 3-2-1-3 и так далее - отрицательным.

Предложенный способ может быть применен в системах программного управления и устройствах цифрового отсчета станков, машин и приборов, использующих фазовые датчики перемещений.

Предмет изобретения

1. Способ числового измерения сдвига фазы между сигналом опорной частоты на входе фазового датчика перемещения и сигналом на выходе датчика с помощью сигнала эталонной частоты, превышающей опорную частоту в целое число раз и синхронизированной с ней, отличающийся тем, что, с целью упрощения измерения, периоды сигнала на выходе фазового датчика делят на интервалы времени так, чтобы отношение периода указанного сигнала к упомянутому интервалу времени было больше в целое число раз или равно кратности частот опорной и эталонной; в моменты времени, разделенные упомянутыми интервалами, определяют мгновенные значения сигнала эталонной частоты и подсчитывают число периодов изменения измеренных мгновенных значений сигнала эталонной частоты.

2.Способ по п. 1, отличающийся тем, что, с целью исключения погрешности измерения при знакопеременных перемещениях датчика, определяют знак изменения сдвига фазы и при положительном знаке указанные периоды складывают, а при отрицательном - вычитают.

3.Способ по п. 1, отличающийся тем, что, с целью упрощения определения мгновенных значений и подсчета периодов изменения измеренных значений сигнала эталонной частоты при равенстве отношений частот эталонной и опорной, с одной стороны, и периода сигнала датчика к интервалу измерения, с другой стороны, производят умножение частоты сигнала датчика на число, равное указанному отношению, осуществляют взаимное налон ение сигналов умноженной частоты и эталонной и подсчитывают число периодов биений, получаемых в результате наложения.

4.Способ по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что, с целью упрощения определения знака

изменения сдвига фазы, формируют многофазный сигнал эталонной частоты и определяют последовательность чередования фаз измеренных значений сигнала эталонной частоты, по которой судят о направлении перемещения.