Устройство для измерения перемещений Советский патент 1983 года по МПК G01B7/00 

Изобретение относится к области из.мерения перемещений и может быть использовано в системах контроля и регулирования в качестве преофазователя неэлектрических величин положения объекта в электрические сигналы. Известны устройства для измерения перемещений, содержащие емкостный дифференциальный датчик и операционный усилитель 1J . Недостатком известных устройств яв ляется наличие погрешности измерения, вызванной воздействием факторов внешней среды. Наиболее близким по технической сущности к изьфетению является устройство для измерения перемещений, содержащее генератор разнополярных импульсов, выполненный на операционном усилителе, дифференциальный преобразователь и даа электронных ключа . Недостатком этого устройства является низкая точность измерений, : вы ванная дестабилизирующим влиянием элементов устройства. Цель изобретения - повыщение точности измерения. Это достигается тем, что устройство снабжено инвертором, вход которого соединен с выходом операционного усилителя и с управляющим входом первого ключа, а выход подключен к управляющему восоду второтч ключа, ключи noftключены параллельно плечам дифференциального преобразователя, один из выходов которого соединен с инвертирующим входом операционного усилителя, а другой с общим проводом; На чертеже представлена блок-схема устройства. Устройство содержит конденсаторы 1 и 2 дифференциального преобразователя, операхшонный усилитель 3, потенциометр 4, включенный на выходе операцив онного усилителя 3, первый клю 5, вто рой ключ 6, инвертор 7, сглаживающий

фильтр 8, подключенный к выходу операционного усилителя 3 и резистор 9 обрной связи, включенный между выходом и инвертирующим входом операционного усйлгггеля 3.

Устройсгео работает следующим образом.

В момент времени, когда на выходе операционного усилителя 3 положительное напряжение, ключ 5 закрыт, а ключ 6 открыт отрицательным напряжением инвертора 7, т. е. обкладки конденсатора 2. закорочены.В качестве электронных ключей могут быть применены полные Триоды проводимости канала, сток - исток которых упрдвллется потекииалом затвора или оптронные с оптической развязкой цепи управления).

Напряжение на инвертнрукшем входе операционного усилителя 3 стремится к потенциалу выходного напряжения операционного усилителя 3 с постоянной времени, определяемой емкостью конденсатора 1 и величиной резистора 9 обратной связи, и когда оно становится равным напряжению на неинвертируюшем входе операционного усилителя 3, величина которого задается потенциометром 4, выходное напряжение операционного усилителя 3 скачком меняется на от рипетельное. При этом ключ 5 открываеся отрицательным напряженим с выхода операционного усилителя 3, закорачивая обкладки конденсатора 1 и разряжая его до нуля, а ключ 6 закрывается попожитеяьньм напряжением с инвертора 7. Конденсатор 2 начинает заряжаться д отрицательного потенциала на выходе операционного усилителя 3 с постоянной времени, определяемой величиной емкост этого конденсатора и величиной резистора 9 обратной связи.

Когда отрицательное напряжение на конденсаторе 2 равно и на инвертирующем входе усилителя 3 становится ревным напряжению на неинвертирукшем . входе, выхошюе напряжение вновь скачком меняет знак-в становится положительным. Ключ 5 за10зывается, ключ 6 открывается, шунтнрун конденЬатор 2

к разряжая его до нулевого потенциала. Напряжение на конденсаторе 1 вновь возрастает, стремясь к потенциалу напряжения на выходе операшюнного усилителя 3.

Описанные процессы повторяются, присходит генерация разнополярных импутгьсов.

При этом, длительность положительных KN-inynbcoB пропорциональна величине емкости конденсатора 1, а длительность отрицЕггельных импульсов - величине емкости конденсатора 2.

Выходное напряжение, снимаемое с фильтра 8 и являющееся постоянной составляющей периодической последовательности разнополярных импульсов, пропорционально угловому или линейному перемещению подвижного электрода дифференциального емкостного датчика. При постоянстве амплитуд положительны и отрицательных импульсов, что можно обеспечить, применив на . выходе генератора двухполярные напряжения на стайигагронах, пропорциональное увеличение или уменьшение длительностей попожительньк и отгрицаггельных импульсов, вызванное изменением сопротивления офатной связи или емкостей датчика при изменении условий окружающей среды, погрешностей в измерение не вносит. Благодаря этому повышается точность измерения перемещений.

Формула изобретения

Устройство для измерения перемещений, содержащее генератор разнополярных импульсов, выполненный на операгшонном усилителе, дифференциальный преофазователь и два элекгроиных ключа, отличающееся тем, что, с целью повышения точности |гзмерения, оно снабжено инвертором, вход которого соединен с вьосодом операционного усилителя и с управляющим входом первого ключа, а выход подкточен к управляющему Екоду второго клкяа, ключи подюпочены параллельно плечам дифференциального преобразователя, один из выходов которого соединен 9 инвертирующим входом операционного усилителя, а другой - с о&оим проводом.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Патент США № 3729991, кл. 73-136 А, 1973.

2.Авторское свидетельство СССР по заявке № 2166569/28,

кл. GOI В, 1975 (прототип).