Преобразователь перемещений в код Советский патент 1982 года по МПК G08C9/04 

Изобретение относится к системам автоматического контроля и регулирования.

Известен двухканальный индуктивный преобразОватапь перемещений, который содержит четыре индуктивных измерительных цепи, усилители-ограничители, компараторы знака, ключи, парафазный усилитель, триггер, многофазный триггер, элементы ИЛИ и И и блок определения направления перемещения 1 .

Недостатком известного преобразователя является его сложность.

Наиболее близким к предложенному по технической сущности является преобразователь перемещений в код, который содержит две индуктивных измерительных цепи, выходы которых подключены к первым входам первого и второго ключей, к вторьм входам которых подключены соответственно выходы второго и первого, элементов ИЛИ, а вькоды ключей подключены к первому и второму входам парафазного усилителя, третий элемент ИЛИ, к входам которого подключены выходы первого и второго формирователей импульсов-, блок определения направления перемещения, первый выход кот.ррого подключен к первьм входам первого и второго элементов И, а инверсный - к первым входам третьего и четвертого элементов И, первый и второй компараторы уровня, к входам которых подключены вькоды измерительных цепей, неинвертирукщие выходы подключены к входам блока определения направления перемещения и соот10ветственно к другим входам первого и пятого элементов И и к другим входам второго и шестого элементов И, а инвертирующие выходы подключены соответственно к другим входам

15 третьего и седьмого элементов И и четвертого и восьмого элементов И, и четвертый, пятый и шестой элемент ИЛИ 2.

Недостатком этого преобразовате20ля является низкая точность преобразования, обусловленная нелинейностью кусочно-аналоговой характеристики преобразования, которая формируется из характеристик преобразования от25дельных индуктивных измерительных цепей, которые в краях линейных кусков характеристик обладают значи.тельной нелинейностью, обусловленной изгибом характеристик преобразования отдельных индуктивных измерительных

30 цепей, имеющих пе иодически повторяющуюся синусоидальную форму от перемещения якоря. Цель изобретения - повышение точ ности преобразования. Поставленная цель достигается тем, что в преобразователе пер емещений в код, содержащем две индуктивных измерительных цепи, выходы которых подключены к первым входам ключевых элементов, выходы которая соединены с первым и вторым входами парафазного усилителя, вторые входы ключевых элементов соединены с выхо дами первого и второго элементов ИЛ блок определения направления переме щения, щзямой выход которого соединен с первыми входами первого и вто рого элементов И, а инверсный выход - с первыми входами третьего и четвертого элементов И, выходы первого и второго элементов ИЛИ через первый и второй формирователи импульсов соответственно соединены с входами третьего элемента ИЛИ, и четвертый, пятый и швстой элементы ИЛИ, введены счетшлй триггер, трети и четвертый формирователи импульсов и четыре компаратора Уровня, выход первой индуктивной измерительной це пи через параллельно соединенные первый и второй компараторы уровня соединен с вторыми входалш первого и второго элементов И, входами перв го элемента ИЛИ ипервьм и вторым входами блока определения направления перемещения, выход второй индук тивной измерительной цепи через параллельно соединенные третий и четвертуй 1юмпараторы уровня соединен с вторыкга входами третьего и четвер того элементов 1Л, входами второго элемента ЮШ и третьим и четвертым входами блока сэтределения направления перемещения выходы первого и второго, третьего и четвертого элементод И попарно соединены соответственво с четвертым и пятым элементами ИЛИ, тахсжы которых через третий и четвертый формирователи импульсов соответственно соединены с входгили шестого элемента ИЛИ, выход которого череэ счетный триггер соединен с третьим входом парафазного усилителя, счетный вход счетного триггера соедин ен с клеммой «Сброс На фиг.1 представлена функциональная схема прео аэователя; на фиг. - эпюры, поясняющие работу преобразователя . Преобразователь перемещений в ко содержит индуктивные измерительные цепи 1 и 2, ключевые элементы 3 и 4 парафазный усилитель 5, компараторы уровня 6-9, блок 10 определения направления перемещения, элементы ИЛИ 11 и 12, элементы И 13-16, элементы ИЛИ 17 и 18, формирователи имцульсов 19 и 20, элемент ИЛИ 21, формирователи импульсов 22 и 23, элемент ИЛИ 24 и счетный триггер 25. Индуктивные измерительные-цепи Iи 2, содержащие также фазочувствительные выпрямители и фильтры пульсаций, выполнены в виде катушек индуктивности с сердечниками и общего гребенчатого якоря, причем сердечники смещены друг относительно друга на одну позицию (шаг), в зависимости выходных сигналов U,.. индуктивных измерительных цепей 1 и 2 от перемещения С гребенчатого якоря имеют вид, показанный на фигурах 2а, За. Ключевые элементы 3 и 4 подключают выходные сигналы U ,U индуктивных измерительных цепей 1 и 2 к первому и второму входам парафазного усилителя 5, если на управляющие входы ключевых элементов 3 и .4 поступают управляющие сигналы из элементов ИЛИ IIи 12. Знак коэффициента усиления парафазного усилителя 5 может быть либо положительные, либо отрицательным. Компараторы уровня 6-9 предназначены рдя выдачи высокого уровня на выходах, когда выходные сигналы измерительных цепей 1 и 2 удовлетворяют условиям: и- I 11 I I если и Ua, 6 и , если и. f-Uo, Ue 1, если и Uo , U9 1 , если и - UD / где ±Uo - опорное напряжение компараторов уровня 6-9, равное выходным сигналам и jUj измерительных цепей 1 и 2, в точках пересечения характеристик преобразования (фиг. 2а,3а). Блок 10 определения направления перемещения предназначен для вьщачи высокого уровня на прямом выходе, когда dC/dt О, и выдачи .вьюокого уровня на инверсном выходе, когда de/dt О, где б - переме111ение гребенчатого якоря. Элементы ИЛИ 11 и 12 предназначены для управления работой.ключевых элементов 3 и 4 и совместно с первым и вторым формирователями импульсов 22 и 23 и третьим элементом ИЛИ 24 для выдачи дискретных И1ипульсов и. , соответствующих числу пройденных якорем позиций (шагов). I Как видно из фиг. 2а и За, чтобы получить кусочно-линеиную характеристику преобразования, показанную на фиг. 26, для формирования которой используются начальные наиболее линейные части харктеристик преобразования индуктивных измерительных цепей 1. и 2, необходимо инвертировать отрицательные наклоны характеристик преобразования.

Для получения кусочно-линейной характеристики преобраэовани,я, показанной на фиг. 26, предназначены элементы И 13-16, элементы ИЛИ 17 и 18, формирователи импульсов 19 и 20, элемент ИЛИ 21, счетный триггер 25 совместно с компараторами уровня 6-9, клюЧевьми элементами 3 и 4, блоком 10 определения направления перемещения и парафазным усилителем 5. Элементы И 13-16 имеют высокие уровни на выходах при Одновременном воздействии высоких уровней на .их входах. Элементы ИЛИ 17 и 18-имеют высокие уровни при воздействии высоких уровней на их входах. Формирователи импульсов 19 и 20 формируют короткие импульсы которые через иестой элемент ИЛИ 21 каждый раз меняют состояние счетног триггера 25, а-тем самым и знак коэфициента усиления парафазного усилителя 5.

Цепь Сброс предназначена для установки начального состояния счётного триггера 25, в котором на выходе триггера имеется низкий уровень, а коэффициент усиления парафазного усилителя 5 является отрицательным. При этом в начальном состоянии гребенчатый якорь должен находиться в области, в которой характеристика преобразования первой индуктивной измерительной цепи 1 имеет отрицательный наклон, а U -U . Кроме того, следует учитывать, что в начальном состоянии вырабатывается ложный дискретный импульв и, так как на выходе второго элемента ИЛИ 12 имеется высокий, уровень и второй формирователь импульсов 23 формирует короткий импульс, который появляется на выходе третьего элемента ИЛИ 24. Таким образом, для получения кусочно-линейной характеристики преобразования (фиг. 26, 36) при движении якоря направо парафазный усилитель 5- должен менять знак коэффицие та усиления после каждого импульса (фиг. 2л, 2о)третьего формировател импульсов 19 и после каждого импульса (фиг. 3м,о) четвертого формирователя игШуЛьсов 20.

При движении якоря направо до токи а (фиг. 2а) к входу парафазного усилителя 5, имеющего отрицательный коэффициент усиления, подключается первая индуктивная измерительная цепь 1 (фиг. 2а,к,о). Когда якорь достигает точки 01 (фиг. 2а) , на выходе второго компаратора уровня 7 появляется высокий уровень (фиг.2г) и к входу парафазного усилителя 5 подключается вторая индуктивная измерительная цепь 2 (фиг. 2и) . В тот йсе момент на прямсм выходе блока 10 определения направления перемещения

появляется высокий уровень (фиг. 2ж):, который совместно с высоким уровнем .выходного сигнала второго компаратора уровня 7 способствует появлению высокого уровня на выходе второго

5 элемента И 14, действие которого через четвертый элемент ИЛИ 17, третий формирователь млпульсов 19 и шестой элемент ИЛИ 21 меняет состояние счетного триггера 25 (фиг. 2о). При этом

0 знак коэффициента усиления парафазного усилителя 5 становится положительным. Кроме того, первый формирователь импульсов 22 фс4)мирует короткий импульс, который появляется на

5 выходе третьего элемента ИЛИ 24 (фиг. 2н).

При дальнейшем передвижении якоря выходной сигнал Uj второй индуктивной измерительной цепи 2 становится Q больше Ug,и на выходе третьего компаратора уровня 8 появляется высокий уровень (фиг. 2д), а на управляющем входе первого ключевого элемента 3 появляется высокий уровень .(фиг.2к)

r и к входу парафазного усилителя 5 подключается первая индуктивная измерительная цепь 1, а вторая индуктивная цепь 2 отключается ключевьм элементом 4. Так как на выходе второго элемента ИЛИ 12 появляется высокий уровень, то второй формирователь импульсов 23 формирует короткий импульс, который появляется на выходе третьего элемента ИЛИ 24 (фиг.2н). Состояние счетного триггера 25 и знак

5 коэффициента усиления парафазного усилителя 5 не меняется (фиг. 2о), так как на инверсном выходе блока 10 определения направления имеется низкий уровень (фиг. 2з) и на выходе

0 третьего элемента И 15 - низкий уровень , который не меняет .состояния пятого элемента ИЛИ 18, и четвертый формирователь импульсов 20 не форми- рует короткого импульса.

45 При дальнейшем передвижении якоря выходной сигнал U первой .индуктивной измерительной цепи 1 становится больше U , и на выходе первого компаратора уровня 6 появляется высокий уроcQ вень Ug (фиг. 2в), под действием которого на выходе первого элемента ИЛИ 11 появляется высокий уровень и. (фиг. 2и) , и первый формирователь импульсов 22 формирует короткий.им-, пульс, который появляется на выходе третьего элемента ИЛИ 24 (фиг. 2и). Кроме того, под действием управляклцего импульса U второй ключевой элемент 4 подключает к входу парафазного . усилителя 5 выходной сигнал 0,2. второй индуктивной измерительной цепи 2. Знак коэффициента усиления парафазного усилителя 5 становится отрицательным (фиг. 2о), так как третий формирователь импульсов 19 формирует

65 короткий импульс, который, пройдя шестой элемент ИЛИ 21, меняет состояние счетного триггера 25. При дальнейшем передвижении якоря направопроисходят переключения ключевых элементов 3 и 4 и знака коэф фйгциента усиления парафазного усилиг&ля 5 согласно эпюрам напряжений, пЬказанньгм на Лиг 2. Если достиг- нувший точки с (фиг/ 2а) якорь начинает двигаться влево, то в точке- о выходной сигнал U второй индyктивнo измерительной цепи 2 становится боль ше €, и на выходе третьего компаратора уровня 8 появляется высокий уро вень, под действием которого на второго элемента ИЛИ 12 также появляется высокий уровень . (фиг.Зк), под действием которого первый ключевой элемент 3 подключает к входу пар фаэного усилителя 5 первую индуктивную измерительную цепь 1. Кроме того, под действием высокого уровня сигнала Uj, второй формирователь импульсов 23 формирует короткий импульс, который появляется на выходе третьего элемента ИЛИ 24 (фиг. Зн). В тот же момейт на прямом выходе блока 10 определения направления перемочения появляется низкий уровень, а на инверсном - вьсокий (фиг. Зз), действие которого совместно с внходнвлм сигналом иgтретье го компаратора уровня 8 приводит к тому, что четвертый формирователь импульсов 20 формирует короткий юлпульс Цю , пройдя шестой элеме нт ИЛИ 21, меняет состояние . счетного триггера 25,. а следовательно, нак коэффициента усиления парафа зяого усилителя 5 становится воложнтельным, и характеристика преоб.разовавия имеет полсокитеяьный наклон При дальнейшем передвижении якоря SJi€;BO происходят переключения ключевых элементов 3 тм 4 и знака коэффициюнт.а усиления парафазного усилителя 5 согласно эпюрам напряжений, покааакмым на Фиг. 3. : Кусочно-аналоговый сигнал Unq несет шгфорМащию о полохсении якоря ;между позициякш. Высокая линейность хара ктеристики преоЬразоваиия аналоговаго сигнала получается за счет того, что испода зу| тся только началь ные части характеристики с:инусои- ; (: -формы.. , ,,;, -.: Работа щ е Лразователя переме1цвНИИ в код поясйяется эгтюраМи, показаннкши на фяг. 4. ..-. В мзмент време11Я t гревенчатьй якорь, двигаясь надраво, переходит границу перЬрй позиции. При этом на HHBepckoM вьесоде блока 10 определе1ЯИя нгшравлёния nepeMeiqeHHя появляется низкий уровень, а на прямом ;выходе - высокий (фиг. 4е,ж) . В тот; |же мсмент времени t,| на выходе второго компаратора уровня 7 появляется высокий уровень U (фиг.. 4в) , / под действием которого на выходе первого элемента ИЛИ 11 тоже появляется высокий уровень 0, под дей- ствием которого второй ключевой элемент 4 подключает выходной сигнал Uft. второй индуктивной цепи 2 к входу парафазного усилителя 5, коэффициент усиления которого в момент времени t становится положительным, так как под действием уровней второго, компаратора уровня 7 и блока 10 определения направления перемещения третий формирователь импульсов 19 формирует короткий иштульс, который, пройдя шестой элемент ИЛИ 21, меняет состояние счетного триггера 25, а тем самым и знак коэффициента усиления парафаэного усилителя 5 (фиг. 4н). Кроме того, под действием высокого уровня второго компаратора 7уровня первый формирователь импульсов 22 формирует короткий импульс, который, пройдя третий элемент ИЛИ 24, появляется на дискретном выходе преобразователя (фиг.4м). До 4oмeнтa времени ь на кусочноаналоговом выходе преобразователя перемещений в код подключен выходной сигнал второй индуктивной измерительной цепи 2 (фиг. 4о). В момент времени tj. выходной сигнал индуктивной измерительной цепи 2 превышает опорное напряжение и и на выходе третьего компаратс а уровня 8появляется высокий уровень (фиг.4г), под действием которого на выходе второго элемента ИЛИ 12 появляется высокий уровень V (фиг. 4и)/ под действием которого первый ключевой элемент 3 подключает выходной сигцал первой индуктивной измерительН« й цепи 1 к входу парафазного усилителя 5, знак коэффициента усиления которого вд так как выходные.уровни блока 10 определения направления перемещения бстаются прежними и третий формирсшатель импульсов 19 не Формирует короткого ящупъса. Фак/кик и мойент времени t на выходе первого элемента ИЛИ 11 Прявяяетс я низкий уровень V (фиг.4з), to BTOpoJEi ключевой элемент 4 отключает выкоднойсягн.ал второй индукгнвной измерительной цепи 2. в тот же. tj, под действием вьюОкого уровня Цд.второй формирователь в1у;пь сов 23 формирует короткий импульс, которьгй, пройдя третий элемент ИЛИ ;24г пс вляется на дИСК1 ётнс 1 выходе преобразователя {ф11Г. 4м}. JDfo момента t больше никак пер еклкгчвннй не происходит. В момент фейенн ц выходной сигнал первой индуктивши измерительной цепи 1 превьашет опорное напряишнне-Up и на выходе первого компаратора уровня 6 появляется вылокий уровень и {фиг.б) под действием которого на выходе первого ;элемента ШШ 11 появляется выЬокий уровень и (фиг. 4з) , действие которого на управляющем входе второго ключа 4 приводит к его переключению, и к входу Ларафазного усилителя 5. подключается вьЬссщной сигнал второй ин дуктивной измерительной цели 2. Так как на выходе второго элемента И}1И 12 в момент времени tj поя в ля ется низкий уровень, то первый ключевой, элемент 3, переключаясь, отклочает выходной сигнал первой индуктивной измерительной цепи 1. Под действием выходньис от 6вней первого компаратора б и- блока 10 определения Направления перемещения третий формирователь импульсов 19 формирует короткий Импульс, который, пройдя шестой элемент ИЛИ 21, меняет соетояние счетного триггера i5 (фиг,4н) и коэффициент усиления парафазного усилителя 5 становится отрицатель,ным. в тот же момент времени tj под действием высокого уровня первого элемента ИЛИ 11 пврвыЛ фар- мироватёль импульсов 22 формирует короткий импульс, который, пройдя третий элемент ИЛИ 24, появляется на дискретном выходе преобразователя (фиг. 4м).

В момент времени t якорь меняет направление перемэщения и начинает перемещаться влево. в момент времени t никаких переключений ключевых элементов -3,4 и знака коэффициента усиления парафазного усилителя 5 не происходит.. ,

В момент времени tj. выходной сигналИ, второй индуктивной измери;. тельной цепи 2 превышает опорное . напряжение UQ и ж выходе третьего крмпаратрра уровня .8 появляется высокий уровень. Ug. (фиг, 4г) , иод действием которого на выходе эле- , мента ИЛИ 12 появляется высокий уровень 1,;,действие, которого на управляющем входе первого ключевого элемента 3 приводит к его переключению, и с входом парафаэного усито1теля 5 соединяется выходной сигнал первой индуктивной измерительной цепи 1. В тот же момент времени t. на. выходе первого элемента ИЛИ 11 появляется низкий уровень U,jt и второй ключевой элемент 4, переключаясь,

отключает выходной сигнал и второй индуктивной измерительной цепи 2. Под действием высокого уровня О второй формирователь импульсов 23 формирует короткий импульс, который пройдя третий элемент ИЛИ 24, появляется, на дискретном вькоде преобразователя (фиг. 4м). В момент времени tg-Ha прямом выходе блока 10 определения направления перем ения

пойвляется низкий уровень ( 4е)/ а на инверсном выхсюе - высокий; (фиг. 4ж), поп действ когорогр совместно с выходньм уровнеЕМ третьего кс «шаратора урорня 8 четвертый фо(шров«1тель юту лье а 20 формирует короткий нмпульс, KOTO{%ift, пройдя шестой элемент ИЛИ 21, меняет состояние счетного триггера 25 (фиг. 4н) а .следовательно, коэффициент усиления парафазного усилителя 5 стя навится положительным.

В момент времени t вШсодной сигнал индуктивной измерительной цепи 1 ста:новится меньше опорного напряяе- ния -Up н на выходу второго компа. ратора уровня 7 появляется вьюокий уровень U7 (фиг. 4в), под дэйствием которого на выходе первого элемента КЛЯ 11 появляется высокий уромйь iU; (фиг. 4э) , действие котлфого на управляющем входе второго ключевого элемента 4 щ иводит х его переключению, и к входу ларяфазяого ycHJWтеля 5 подключается выходной-сигнал второй индуктивной измерительной цепи 2. Так как в мсмент времени t. на выходе ;второго:элемента ИДИ 12 появляется НИЗКИЙ уровень (фиг 4а), то первый ключевой элемент 3 отключает Выходной сигнал первой ийдуктивной измерительной цепи 1 от входа парафазного усилителя 5.. Состояние выходных уровней блока 10 определения направления перемещения в момент времени t не меняется (фиг. 4е,ж). В момент времени t четвертый формирователь 20 короткого импульса не формирует (фиг 4л), а следовательНОг знак коэффициента усиления Парафазного усилителя 5 остается положительным. 1Сроме .тОго в Момент времени t. под действием высокого уровня t первый формирователь импульсов 22 формирует короткий импульс, который появляется на дискретном выходе преобразователя (фиг. 4м). До момента времени ty к кусочно-аналоговому выходу преобразователя подключен выходной сигнал второй индуктивной измерительной цепи , 2. , .- -...,/, -: ,

В момент времени t9 выходной сигнал второй индуктивной измерительной цепи 2 становится меньше опорного напряжения -U0 и происходят переклочения ключевых элементов 3 и 4,аналогичные переключениям момента времени ty, при этом знак ко9Ф4в ииента усиления парафазного усилителя 5 становится отрицательнш (фиг. .4н}.

Таким образом, полное nepeMenieние можно снпределить, установив количество дискретных шагов (позиций) укюныиенных единицей так кейс при начёшьной установке вырабатывается . ложный даюкретный шаг, и прибавив к результату величину перемещения В зоне onHott позиции, определяемую по выходному кусочно-аналоговому сигналу. Причем дискретное число :шагов определяют, суммируя число импульсов, вьвданных, когда на прямом выходе блока 10 определения на правления перемещения имеется.высокий уровень, считая их положитель ными, с числом импульсов дискретного выхода преобразователя, выданных, когда на инверсном выходе блок 10 определения направления перемеще ния имеется высокий уровень, считая их отрицательными. Применение предложенного преобра зователя перемещений в код позволяе повысить точность преобразования, так как дпя формирования кусочноаналоговой характеристики преобразования используются начальные наиболее линейные ,части характеристик преобразования индуктивных измерительных цепей. Формула изобретения феобразователь перемещений в ко содержащий две индуктивных измерительных цепи, выходы которых подклю чены к первым входам ключевых злементов, выходы которых соединены с первым и вторым входами парафазкого усилителя, вторые входы ключевых элементов соединены с выходами первого и второго элементов ИЛИ, блок определения направления перемещения прямой выход которого соединен с первыми входами первого и второго элементов И, а инверсный выход - с первыми входами третьего и четве того элементов И, выхода первого и второго элементов ИЛИ через первы IB второй формирователи импульсов соответственно соединены с входами третьего элемента ИЛИ, и четвертый, пятый и шестой элементы ИЛИ, о тличающийся тем, что, с целью повышения точности преобразоч вания, в него введены счетный триг- гер, третий и четвертый формирователи импульсов н четыре компаратора уровня, выход первой индуктивной измерительной цепи через параллельно соединенные первый и второй компараторы уровня соединен с вторыми входами первого и второго элементов И, входами первого элемента ИЛИ и первым и вторым входами блока определения направления переменке ния, выход второй индуктивной измерительной цепи через параллельно соединенные третий и четвертый компараторы уровня соединен с вторыми входами третьего и четвертого элементов И, входами второго элемента ИЛИ и третьим и четвертым входами блока определения направления перемещения, выходы первого и второго, третьего и четвертого элементов И попарно соединены соответственно с четвертым и пятым элементами ИЛИ, выходы которых через третий н четвертый формирователи импульсов соответственно соединены с входами шестого элемента ИЛИ, выход которого через счетный триггер соединен с третьим входом парафазного усилителя, счетный вход счетного триггера соединен с клеммой Сброс . Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР 670954, кл. G 08 С 9/04, 1977. 2,Авторское свидетельство СССР по заявке 2913620/18-24, кл, G 08 С 9/04, 1980 (прототип).