Устройство для измерения угловыхпЕРЕМЕщЕНий Советский патент 1981 года по МПК G01B7/30 

,.; л , Изобретение относится к контрольно-измеритёльной технике и может быт использовано, в частности для измерения узловых перемещений реверсивйык многооборотных валов различных механизмов. Изгестны устройства для угловак измерений, использующие принцип многоотсчетного многооборотного преобразования угловых перемещений в элек 7{шческий сигнал. К таким устройствш относится многоотсчетаый многооборот ный преобразователь угла имехмдай пер вичные преобразователи точного и гру бого отсчетов,сопряженные мехамическюй редуктором,схемы согласования от счетов и отображения результатов И Недостатком этого устройства является относительно низкое быстродействие и ошибки измерения, обусловленные конструктивными особенностямш преобразователя (нгшичием редуктора и т.п.). Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является устройство для измерения угловых перемещений, содержащее первичный преобразователь с пилообразной выходной характеристикой, подключенный к нему блок точного отсче та, блок грубого отсчета и импульсный источник возбуждения первичных преобразователей точного и грубого отсчетов. Имеются также механический редуктор, связывающий первичные преобразова- ли точного и грубого отсчетов, и схема согласования отсчетов С2). Однако применение механического редуктора и «ервичного преобразователя грубого отсчета поВ4дцает инерционнр-массовые параметры подвижной системы устройства. Это увеличивает динамические ошибки измерения, особенно нежелательные при использовании таких устройств в следящих системах Кроме того, ПЕЖменение механического редуктора сопряжено с появлением люфтаf вызывающего дополнительную погрешность определения углового положения. При достаточной малости, эта погрешность компенсируется схемой согласования отсчетов. Однако, .такая компенсация требует времени,что снижает быстродействие известного устройства. Цепь изобретения - повышение точт ности и быстродействия устройства для измерения угловых перемещений. Поставленная цель достигается тем что устройство снабжено блоком управления грубым отсчетом и схемой запоминания, к управляющему-входу которой подключен импульсный источник возбуждения, и первым элементом задержки, включенньлм между этим источником и первичным преобразователем, а блок грубого отсчета выполнен в виде последовательно соединенных второго и третьего элементов задержки, схемы совпадения и реверсивного запоминающего узла, выход блока точного отсчета соединен с первым входом блока управления грубым отсче том и входом схемы запоминания, выход которой подключен ко второму вхо ду блока управления грубым отсчетом, к третьему входу которого присоединен выход второго элемента задержки, подключенного входом к выходу первого элемента задержки, а первый и вто рой выходы блока управления грубым отсчетом соединены, соответственно, с управляющим входом реверсивного запоминающего узла и вторым входом схемы совпадения. Блок управления грубым отсчетом в предлагаемом устройстве выполнен в виде компаратора с подключенным к нему источником опорного сигнала и ячейкой формирования модуля и знака разности двух сигналов, первый и второй сигнальные входы которой и ее управляющий вход являются, соответственно, первым, вторым и третьим входами блока управления грубым отсчетом, а знаковый выход этой ячейки представляет собой первый выход блока управления грубым отсчетом, а вторым его выходом является выход компаратора. На фиг. 1 изображена блок-схема и устройства; на фиг. 2 - структурная схема блока управления грубым отсче том. Устройство для измерения угловых перемещений содержит первичный прео ,разователь 1 угла, вал 2 которого ; жесткогбоединен в процессе измерени например, с помощью муфты с тем валом, угловое положение которого под лежит измерению. Электрический вход 3 первичного преобразователя 1 служит для его возбуждения в момент ре гистрации углового положения вала 2 Устройство содержит также блок 4 точного отсчета, схему 5 запоминани блок 6 управления грубым отсчетом, реверсивный запоминающий узел 7, сх му 8 совпадения, выход которой соединен со счетным вхсздом 9 реверсивного запоминающего узла 7, импульсный источник 10 возбуждения подключенный и управляющему входу схемы 5 запоминания, цепочку из трех последовательно соединенных первого Второго и третьегю,элементов 11,12 13 задержки, цепочла включена ежду импульсным источником 10 щозбужден.ия и первым входом 14 схемы 8 овпадения, причем выход первого элемента 11 задержки подключен к элетрическому входу 3 первичного преобразователя 1. Выход блока 4 точного отсчета соединен как со входом схеы 5 запоминания, так и с первым входом 15 блока 6 управления грубым отсчетом. Второй вход 16 блока б управления грубым отсчетом и его третий вход 17 подключены, соответственно, к выходу схемы 5 запоминания и к выходу второго элемента 12 задержки. Первый выход 18 блока 6 соединен с управляющим входом 19 реверсивного запоминающего узла 7, а второй выход 20 блока б - со вторым входом 21 схемы 8 совпадения. Назначением блока б управления грубым отсчётом является определение модуля и знака разности двух сигналов, поступающих на его входы 15 и 16 управление работой реверсивного запоминающего узла 7 и схемы 8 совпадения. Блок б управления грубым отсчетом (см. фиг. 2) содержит компаратор 22, а также подключенные к его входом источник 23 опорного постоянного сигнала и ячейку 24 формирования модуля и знака разности двух сигналов. Входы 15 и 16 блока б управления грубым отсчетом являются сигнальными входами ячейки 24, а вход 17 - ее управляющим входом. Ячейка 24 имеет два выхода. Первый из них представляет собой первый выход 18 блока управления грубым отсчетом. Второй ее выход подключен к одному из входов компаратора 22. Другой вход компаратора 22 соединен с выходом источника 23 опорного сигнала. Принцип работы устройства для измерения угловых перемещений основан на периодической регистрации мгновенных значений углового положения вала 2 первичного преобразователя 1, а также в определении и регистрации алгебраической суммы числа полных оборотов этого вала , совершаемых в прямом и обратном направлениях. При этом мгновенное значение углового положения вала первичного преобразователя определяет точный (выход блока 4) , а алгебраическая сумма полных оборотов этого вала (выход узла 7) - грубый отсчет. Для реализации 3|того принципа требуется во-первых, чтобы выходная характеристика первичного преобразователя 1 в пределах одного полного оборота вала 2 представляла собой монотонную функцию (следовательно, при Множестве оборотов вала его выходная характеристика становится пи-- лообразной, в частности ЧИНРЙИО-ПНлообразной).

Во-вторьох, необходимо, чтобы за время между двумя последовательными моментами регистрации.углового положения вала 2, осуществляемой по сигналу на выходе блока 4 точного от-счета в пределах одного оборота этого вала, приращение сигнала на выходе первичного преобразователя 1 (точного отсчета не превышало по абсолютной величине заданную константу Эта константа должна быть меньше половины диапазона изменения выходной характеристики первичного преобразователя в пределах одного полного оборота, равного 2ft/. его вала 2. Конкреное значение константы, а также периодичность регистрации углового положения вала 2 зависит от выходной характеристики первичного преобразователя 1, используемого в устройстве.

Устройство для измерения угловых перемещений работает следующим образом..Импульсный источник 10 возбуждения генерирует импульсы, поступающие как на схему 5 запоминания, так и на первый элемент 11 задержки. Очередной импульс, воздействуя с одной стороны на схему 5 запоминания, обеспечивает передачу ее содержимого в блок 6 управления грубым отсчетом через его второй вход 16... С другой стороны, будучи смещенным во времени первым элементом 11 задержки, указанный импульс возбуждает электрический вход 3 первичного преобразователя 1. Благодаря этому,блок 4 точного отсчета воспроизводит сигнал, Соответствующий угловому положению вала 2 первичного преобразователя 1 в момент поступления возбуждающего, импульса на электрический вход 3. Сигнал, зафиксированный блоком 4 точного отсчета, передается в схему 5 запоминания и на первый вход 15 блока б управления грубым отсчетом.

Так выполняется передача в блок управления грубым отсчетом данных об угловом положении вала 2 в два последовательных момента возбуждения электрического входа 3 первичного преобразователя 1 . ,

Через.некоторое время,определяемо вторым элементом 12 задержки,от него на третий вход 17 блока 6 поступаег импульс,разрешающий обработку данных поступивших в этот блок через входы .15 и 16.Указанные данные,как вьвце было оговорено,отображгиот собой значения ординат,соответствующих двум последним моментам регистрации углового положения вала 2. Блок б управления грубым отсчетом определяет абсолютную величину и знак разности орДинат используя для этого ячейку 24 формирования модуля и.знака разности дйух сигналов. Знак разности ординат воепроизводится.в виде двоичного сигнала на. первом (знаковом ) выходе 18 этой ячейки. Абсолютная величина рпности ординат формируется в виде соответствующего сигнала на втором выходе ячейки 24, откуда он поступает на один из входов компаратора 22.

Другой вход компаратора воспринимает сигнал от источника опорного йапряжения. Величина этого сигнала соответствует заданной константе, которая, как это было указано выше, определяет максимально допустимое приращение (по модулю) выходного сигнала между двумя моментами регистрации углового положения вала 2 в пределах его одного оборота.

Сравнивая сигналы на-своих входах, компаратор 22 формирует на выходе 20 двоичный сигнал, зависящий от результата сравнения.

Двоичные сигналы, сформированные на первом 18 и втором 20 выходах блока 6 управления грубым отсчетом, поступают, соответственно, на управляющий вход 19 реверсивного запоминающего узла 7 и на второй вход 21 схемы 8 совпадения.

На выходе схемы 8 в момент поступления на .ее первый вход 14 импульса от источника 10, прошедшего все три элемента 11, 12 и 13 задержки, возникаиот логический нуль или единица.

Логическая единица образуется, если двоичный сигнал на входе 21 схемы 8 совпадения несет информацию о том, что изменение сигнала первичного преобразователя 1 за время между двумя последними моментами его возбуждения превысилозаданную

константу. В противном случае на выходе схемы 8 Совпадения образуется логический нуль.

Возникновение логической единицы на выходе схемы 8 совпадения отображает тот факт, что за указанное врам вал 2 повернулся на угол, внутри которого он завершил полный оборот в прямом или обратном направлении.

Логический .нуль или единица с выхода схемы 8 совпадения поступает на счетный вход 9 реверсивного запоминающего узла 7. /

Если на счетный вход 9 поступает логическая единица, то содержимое |реверсивного запоминающего узла 7, определяющее- грубый отсчет, увеличивается или уменьшается на масштабную единицу. Увеличение или уменьшение содержимого реверсивного узла 7 зависит от направления вращения вала 2, при котором был завершен полный оборот этого вала, что индентифицируется конкретным значением двоичного сигнала на управляющем входе 19 узла 7.

Если на счетный вход 9 поступает логический нуль, то содеожимое ре:версивного запоминающего узла 7 не меняется. . Как это следует из сказанного, ТОЧНЫЙ отсчет oTotSpaacaeTCH как блоком 4 точного отсчета, так и схемой 5 запоьшнания.Грубый отсчёт фиксируется содержшФым реверсивного запсжшнающего узла 7.. Отсутствие в конструкции устройства для измерения угловых перемек(ений первич його преобразователя грубого отсчета, схеьш согласования отсчетов, а также механического редуктора, KOTopiie заменены электронно логическиьш лемеитзии, несущшли соответствуШЕСда функциональную нагрузку, обеспечивает повьвдение быстродей ствия и точности работы устройства. Формула изобретения 1. yctpoftctso дан измерения угло8ШС перемвзде1Шй, содержащее первичHEift 1ц; еобраэователь с пилообразной вьнсодаой ггарактеристикой, подключен1ШЙ к йеМЕу блок точного отсчета, бло грубор® отсчета и импульсный источни воэвужяения, отличающееся TeMf Что, с целью повыгае я точности м виют1х з(58йствия, оно снабжено блок уяшэяения грубым отсчетом и схе МОЙ эдяоФ яа шЯ|1 к управляющему входу KOTopotk подключен иьшульсшай исто ник гоЭбужяения, н вервш4 элекюнтом вюшченшш между этим источ{1Яйо1к и первичшш 1 й&19 азовател«л, а блок ррубо1чэ отсчета вмполнен в Виде последовательао совданенншс второго я третьего 9Л г1автов задержк схемы совпадения и реверсивного запоминающего узла, выход блока точного отсчета соединен с первым входом блока-управления грубым отсчетом и входом схемы запоминания, выход которой подключен ко второму входу блока управления грубым отсчетом, к третьему входу которого присоединен выход второго элемента задержки, подключенного входом к выходу .первого элемента задержки, а первый и второй выходы блока управления грубым отсчетом соединены, соответственно, с управляющим входом реверсивного запоминающего узла и вторым входом схемы совпадения, 2. Устройство по п. I, о т л и чающееся тем, что блок управления грубым отсчетом выполнен в виде компаратора с подключенными к нему источнике опорного сигнала и ячейкой форлирования модуля и знака разности двух сигналов, первый и второй сигнальные входы которой и ее управляющий вход являются, соответственно, первым, вторым и третьим входами блока управления грубым отсчетом, а знаковый выход/этой ячейки представляет собой первый выход блока управления грубым отсчетом, а вторьом его выходом является выход компаратора.. Источники информации, Щ)инятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР 165588, кл. GU8 С 9/04, 1964. 2.Богдановский М.В. и др. ЦПУ с использованием синхронных элементов. Измерительная техника, 1975, 11, с. 21 (прототип).

W16