Устройство для измерения перемещений Советский патент 1980 года по МПК G01D5/20 

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ

1

Изобретение относится к система.м автоматического измерения неэлектрических величин, а именно к устройствам для измерения перемещений.

Известно устройство для автоматического измерения перемещений, содержащее по следовательно включенные генератор опорного напряжения, воздущный поворотный трансформатор-индуктосин, делитель напряжения и блок формирования выходного сигнала. В этом устройстве первичная обмотка воздушного поворотного трансформатора-индуктосина запитывается от генератора опорного напряжения синусоидальным сигналом переменного тока. С синусоидной и косинусной выходных обмоток индуктосина снимаются два напряжения, пропорциональные синусу и косинусу угла поворота ротора индуктосина. Эти напряжения подаются на соответствующие сигнальные входы делителя напряжения, выполненного, например, в виде двухполюсного поворотного трансформатора-прие.мника, на управляющий вход которого поступает сигнал, пропорциональный цифровому коду, сформированному в блоке формирования выходного сигнала 1.

Один из основных недостаткор устройства - низкая точность формирования сигнала рассогласования между угловым положе нием ротора индуктосина и его числовым эквивалентом, обусловленная .малой величиJ ной выходного сигнала индуктосина.

Наиболее близким техническим решением к данному изобретению является устройство для измерения перемещений, содержащее генератор опорного напряжения, блок формирования выходного сигнала, индуктосин, подключенный Через делитель напряжения к первому входу коммутатора, и формирователь и.мпульсов 2.

Недостаток этого известного устройства состоит в сравнительно невысокой точности устройства.

(5

Цель изобретения - повышение точности устройства для измерения перемещений.

Поставленная цель достигается за счет того, что в устройство для измерения перемещений введены умножитель частоты, одно20 вибратор, фазоинвертор, блок дифференцирования и фильтр верхних частот, вход умножителя частоты соединен с выходом генератора опорного напряжения и с первым входом фазоинвертора, выход умножителя частоты соединен с входом одновибратора, выход которого соединен с вторым входом фазоинвертора и с входом индуктосина, выход фазоинвертора через блок дифференцирования соединен с входом формирователя импульсов, выход которого соединен с вторым входом коммутатора, выход коммутатора через фильтр верхних частот соединен с входом блока формирования выходного сигнала, выход которого подключен к управляющему входу делителя напряжения.

На фиг. 1 представлена блок-схема устройства; на фиг. 2 показаны временные диафрагмы, поясняющие работу устройства.

Устройство для измерения перемещений содержит генератор 1 опорного напряжения, индуктосин 2, делитель 3 напряжения, блок 4 формирования выходного сигнала, блок 5 формирования импульсных сигналов, выполненный в виде последовательно включенного умножителя 6 частоты и одновибратора 7, выход которого является первым выходом блока 5, и управляемый фазоинвертор 8, второй вход которого подключен к выходу умножителя 6 частоты и является первым входом блока 5 формирования импульсных сигналов.

Первый вход фазоинвертора 8 подключен к выходу одновибратора 7, а выход является вторым выходом блока 5. Кроме того, устройство для измерения перемещений содержит блок 9 дифференцирования, коммутатор 10, фильтр 11 верхних частот и формирователь 12 импульсов. Выход генератора 1 опорного напряжения подключен к входу блока 5, первый вход которого подключен к первичной обмотке индуктосина 2, а второй выход - к блоку 9 дифференцирования. Выходные обмотки индуктосина 2 подключены к соответствующим сигнальным входам делителя 3 напряжения, управляющий вход котОрого подключен к выходу блока 4 формирования, выходного сигнала. Выход делителя 3 напряжения подключен к сигнальному входу коммутатора 10, управляющий вход которого через формирователь 12 подключен к выходу блока 9 дифференцирования. Выход коммутатора 10 через фильтр 11 верхних частот подключен к входу блока 4.

Устройство работает следующим образом.

Синусоидальный сигнал с выхода генератора 1 (фиг. 2а) поступает на вход блока 5 формирования импульсных сигналов. В блоке 5 с помощью умножителя 6 частоты происходит повыщение частоты входного сигнала, например, в два раза (фиг. 26). Полученный сигнал двойной частоты поступает на вход одновибратора 7, в котором в момент перехода синусоидального сигнала через нуль формируются прямоугольные импульсы короткой длительности (фиг. 2 в).

Эти импульсы через первый выход блока 5 формирования импульсных сигналов поступают на первичную .обмотку индуктосина 2. На выходных (синусной и косинусной) обмотках индуктосина 2 формируются J короткие импульсы положительной и отрицательной полярностей.

Импульсы положительной полярности формируются в момент ступенчатого нарастания (увеличения) амплитуды импульсного входного сигнала индуктосина 2 и импульсы 0 отрицательной полярности формируются в момент ступенчатого уменьщения напряжения импульсного входного сигнала (фиг. 2 г).

Импульсные выходные сигналы индуктосина 2, пройдя через делитель 3 напряжения, поступают на сигнальный вход коммутатора 10 и проходят через него только в том случае, когда на втором (управляющем входе) коммутатора 10 присутствуют коммутирующие импульсы.

При отсутствии коммутирующих импуль0 сов коммутатор 10 закрыт, при этом выходные сигналы индуктосина 2 через коммутатор 10 не проходят.

Формирование коммутирующих импульсов осуществляется следующим образом.

В блоке 5 формирования импульсных сиг налов выходные импульсы одновибратора 7 поступают на сигнальный вход фазоинвертора 8. В -фазоинверторе 8 за счет сигнала генератора 1 происходит циклическое изменение полярности (фазы) входных импульJ сов в соответствии с полярностью синусоидального сигнала генератора 1 (фиг. 2д), т. е. при положительной полярности синусоидального сигнала полярность импульсных сигналов не меняется, а при отрицательной полярности синусоидального сигнала - ме5 няется на противоположную (фиг. 2а,д).

Сформированные импульсные сигналы по второму выходу блока 5 поступают в блок 9 дифференцирования, в котором формируются импульсы положительной или отрицар тельной полярности (фиг. 2 е), соответствующие переднему и заднему фронтам выходных импульсов фазоинвертора 8 (фиг. 2 д), причем полярность выходных импульсов блока 9 дифференцирования будет соответствовать знаку (направлению) ступенчатого изменеi кия импульсов, поступающих с выхода фазоинвертора 8 на вход блока 9 дифференцирования (фиг. 2 д, е).

В однополярном формирователе 12 импульсов выходные импульсы блока 9 полоQ жительной (или отрицательной) полярности усиливаются по амплитуде, при этом импульсы отрицательной полярности (при положительной) через формирователь 12 не проходят. В результате на выходе формирователя 12 формируются импульсы, соответствующие только передним фронтам (перепадам напряжений) нечетных импульсов (фиг. 2д) и задним фронтам четных импульсов,поступающих на запитку первичной обмотки индуктосина 2, причем длительность т выходных импульсов формирователя 12 выбирается меньше длительности выходных импульсов одновибратора 7 (фиг. 2в, е), что обеспечивается за счет выбора соответствующих параметров блока 9 и формирователя 12.

В соответствии с порядком следования коммутирующих импульсов (фиг. 2 ж) включается коммутатор 10, при этом через коммутатор проходят только те выходные импульсные сигналы индуктосина (фиг. 2 г) - положительной или отрицательной полярности, которые образованы передним фронтом нечетных импульсов (фиг. 2д) и задним фронтом четных импульсов, поступающих на запитку первичной обмотки индуктосина 2.

В результате временной селекции выходных импульсов индуктосина 2, в соответствии с законом следования коммутирующих импульсов, на выходе коммутатора 10 появится периодическая последовательность разнополярных сигналов, сдвинутых относительно друг друга на периода выходного сигнала генератора 1 (фиг. 2 к) и следующих с частотой выходного сигнала генератора 1.

Основная гармоника, присутствующая в выходном сигнале коммутатора 10 (фиг. 2 к) и равная

II II A-Cs.

и пол Uo«i-fj;,

пройдя черезфильтр 11 верхних частот поступает в блок 4 формирования выходного сигнала, на выходе которого формируется числовой эквивалент измеряемого угла а и управляющие сигналы, поступающие на второй делитель 3 напряжения.

Так как в устройстве длительность Ati импульсных сигналов, поступающих на запитку индуктосина 2, выбирается значительно меньше периода Топ повторения этих импульсов, то амплитуда основной гармоники в выходном сигнале коммутатора 10 будет в п раз превышать амплитуду основной гармоники, присутствующую на выходе делителя 3 напряжения, или на выходе поворотного индуктосина, где

п 1 Та

- 1Г AtT

Следовательно, увеличение амплитуды основной гармоники без изменения амплитуды шумов, электрических помех и наводок позволяет повысить в предложенном устройстве отношение полезный сигнал-помеха, а, следовательно, и точность формирования сигнала рассогласования между измеряемым углом ротора индуктосина и его числовым эквивалентом.

Формула изобретения

Устройство для измерения перемещений,

содержащее генератор опорного напряжения, блок формирования выходного сигнала, индуктосин, подключенный через делитель напряжения к первому входу коммутатора, и формирователь импульсов, отличающееся

тем, что, с целью повышения точности устройства, в него введены умножитель частоты, одновибратор, фазоинвертор, блок дифференцирования и фильтр верхних частот, вход у.множителя частоты соединен с выходом генератора опорного напряжения

и с первым входом фазоинвертора, выход умножителя частоты соединен с входом одновибратора, выход которого соединен с вторым входом фазоинвертора и с входом индуктосина, выход фазоинвертора через

блок дифференцирования соединен с входом формирователя импульсов, выход которого соединен с вторым входом коммутатора, выход коммутатора через фильтр верхних частот соединен с входом блока формирования выходного сигнала, выход которого подключей к управляющему входу делителя напряжения.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Бычатин Д. А. и др. Поворотный индуксин. М., «Энергия, 1969, с. 14-17. 2. Патент США № 2915721, кл. 336-69, 1959 (прототип).

Фиг.1