Двухканальный преобразователь перемещений

 

ДВУХКАНАЛЬНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ, содержащий шину сброса, реверсивный счетчик, фазовращатель , выход которого через усилитель-ограничитель подключен к первому входу фазового детектора, выход которого подключен к входам первого и второго компараторов, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и упрощения конструкции преобразователя, в него введены генератор высокой частоты, два делителя частоты, резонансный усилитель , три блока синхронизации и элемент ИЛИ, выход генератора высокой .частоты подключен к первым входам первого и второго блоков синхронизации и ко входу первого делителя частоты, выход которого соединен с первым входом элемента ИЛИ и с входом второго делителя частоты, выход второго делителя частоты подключен к первому входу третьего блока синхронизации и входу резонансного усилителя, выход которого соединен с входом фазовращателя, выходы первого и второго компараторов подключены к вторым входам соответственно первого и второго блоков синхронизации, выход первого блока синхронизации соединен с вторым входом элемента ИЛИ, выход которого подключен к первому входу реверсивного счетчика, выход которого соединен с вторым входом фазового детектора, выход второго блока синхронизации соединен .с вторым входом реверсивного счетчика, второй вход третьего DO СП блока синхронизации соединен с шиной сброса, а его выход - с входом обнуления реверсивного счетчика.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

091 110

4(51) Н 03 М 1 34

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ "

Н АВТ0РСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

AO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И OfHPblTMA (21) 3631761/24-24 (22) 09.08.83 (46) 15.01.85. Бюл. У 2 (72) К.С.Крищюнас, В.Ю.Гяляжявичюс, А.Б.Адомавичюс, В.В.Лаурушка и, В.А.Иарцинкявичюс (71) Каунасский политехнический институт им. Антанаса Снечкуса .(53) 681 325(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

У 943797, кл. G 08 С 9/04, 1980..

2. Авторское свидетельство СССР

11 1005131, кл. G 08 С 9/04, 1981 (прототип). (54)(57) ДВУХКАНАЛЬНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ, содержащий шину сброса, реверсивный счетчик, фазовращатель, выход которого через усилитель-ограничитель подключен к первому входу фазового детектора, выход которого подключен к входам первого и второго компараторов, о т л и— ч а ю шийся тем, что, с целью повышения точности и упрощения конструкции преобразователя, в него введены генератор высокой частоты, два делителя частоты, резонансный усилитель, три блока синхронизации и элемент ИЛИ, выход генератора высокой .частоты подключен к первым входам первого и второго блоков синхронизации и ко входу первого делителя частоты, выход которого соединен с первым входом элемента ИЛИ и с входом второго делителя частоты, выход второго делителя частоты подключен к первому входу третьего блока синхронизации и входу резонансного усилителя, выход которого соединен с входом фазовращателя, выходы первого и второго компараторов подключены к вторым входам соответственно первого и второго блоков синхронизации, выход первого блока синхронизации соединен с вторым входом элемента ИЛИ, выход которого подключен к первому входу реверсивного счетчика, выход которого соединен с вторым входом фазового детектора, выход второго блока синхронизации соединен .с вторым входом реверсивного счетчика, второй вход третьего блока синхронизации соединен.с шиной о сброса, а его выход - с входом обнуления реверсивного счетчика.

1135011

Изобретение относится к системам автоматического контроля и регулирования.

Известен двухканальный преобразователь перемещений, содержащий две измерительные цепи, выпрямитель и фильтр два делителя напряжений, два коммутатора, дифференциальный усилитель, два компаратора, ре-; версивный счетчик и дешифратор, причем входы обоих делителей напряжения соединены, отдельно .с выходами измерительных цепей, а их выходы — с информационными входами соответствующих коммутаторов, управляющие входы которых соединены с выходами дешифраторов, выходы коммутаторов соединены с входами дифференциального усилителя, выход которого через выпрямитель подключен к выходной клемме преобразователя и входам компараторов, выходы которых подключены к соответствующим выходным клем. мам преобразователя и сигнальным входам реверсивного счетчика, вход обнуления которого подключен к входной клемме преобразователя "Сброс", а выход соединен с входом дешифратора I I g.

Недостатками этого преобразователя являются сложность его электронной схемы и сравнительно малая точность ввиду неточной синусоидальности формы огибающей выходного напряжения измерительной цепи и зависимости ее амплитуды от неравномерности воздушного зазора, так как преобразователь построен по принципу промежуточной амплитудной модуляции по отношению к перемещению.

Наиболее близким по технической сущности к данному является двухканальный индуктивный преобразователь перемещений, содержащий фазовращатель, усилитель, ограничитель, фазовый детектор, два компаратора, реверсивный счетчик, дешифратор, коммутатор и блок фазовращателей, выход фаэовращателя через усилитель-ограничитель соединен с первым входом фазового детектора, выход которого подключен к первой выходной шине и входам компараторов, выходы которых соединены с вторыми выходными-шинами и с сигнальными входами реверсивного счетчика; вход обнуления которого подключей к входной шине "Сброс", а выход через дешифратор соединен с управляющим входом коммутатора, информационные входы которого подключены к выходам блока фазовращателей опорного напряжения, а выход коммутатора соединен с вторым входом фазового детектора (2 ).

Недостатками этого преобразователя являются сравнительно малая точность преобразования ввиду изменения фаз опорных напряжений при изменении частоты основного опорного напряжения; сложность блока фазовращателей и его настройки, так как для получения и аналоговых кусков в интервале одного шага требуется столько же аналоговых фазовращающих цепей; настроенных на определенный фазовый сдвиг; сложность схемы управления и-канальным коммутатором аналоговых сигналов.

Цель изобретения — повышение точности и упрощение конструкции преобразователя.

Поставленная цель достигается тем, что в двухканальный преобразователь перемещений, содержащий шину сброса, реверсивный счетчик, фазоврдцатель, выход которого через усилитель-ограничитель подключен к первому входу фазового детектора, вы" ход которого подключен к входам первого и второго компараторов, введены генератор высокой частоты, два делителя частоты, резонансный усилитель, три блока синхронизации и элемент ИЛИ, выход генератора высокой частоты подключен к первым входам первого и второго блоков синхронизации и к входу первого делителя частоты, выход которого соединен с первым входом элемента ИЛИ и с входом второго делителя частоты, выход второго делителя частоты подключен к первому входу третьего блока синхронизации и входу резонансного усилителя, выход которого соединен с входом фазовращателя, выходы первого и второго компараторов подключены к вторым входам соответственно первого и второго блоков синхронизации, выход первого блока синхронизации соединен с вторым входом элемента

ИЛИ, выход которого подключен к первому входу реверсивного счетчика, выход которого соединен с вторым входом фазового детектора, выход второго блока синхронизации соединен с вторым входом реверсивного счетчика, второй вход третьего блока синхрони40

3 1135 зации соединен с шиной сброса, а выход. — с входом обнуления реверсивного счетчика.

На фиг.l представлена блок-схема двухканального преобразователя пере5 мещений в код; на фиг.2 — эпюры, поясняющие по работу.

Преобразователь содержит генератор l высокой частоты, делители 2 и 3 частоты, резонансный усилитель 4, фазовращатель 5, усилитель-ограничитель 6, фазовый детектор 7, компараторы 8 и 9, блоки 10 и ll синхронизации, элемент ИЛИ 12, реверсивный счетчик 13 и блок 14 синхронизации.

Генератор 1 высокой частоты предназначен для генерирования импульсов высокой частоты f . Делитель 2 частоты служит для деления высокой частоты f„ до частоты f с коэффициен20 том деления К (т.е. Е = f„/ К ) и формирования коротких импульсов частоты, совпадающих во времени с положительными перепадами выходных импульсов генератора 1

25 высокой частоты. Делитель 3 пред-. назначен для деления частоты Х до частоты с коэффициентом деления ь (т. е. Ео = f / ) . Резонансный усилитель 4 предназначен для выделения первой гармонической. составляющей выходного напряжения делителя 3, усиления ее по мощности и для питания первичной обмотки фазолращателя 5. Полоса пропускания резонансного усилителя 4 должна 35 быть выбрана с учетом изменения частоты генератора 1 высокой час-. тоты.

Усилитель-ограничитель 6 предназначен для усиления синусоидального сигнала, поступающего на его вход с выхода фазовращателя 5, и преобразования его в прямоугольный сигнал с амплитудой, стабилизированной,на уровне ограничения. 45

Фазовый детектор 7 служит для преобразования фазовой модуляции в широтно-импульсную, т.е. для преобразования разницы фаз напряжений, поступающих на входы фазового де- 50 тектора 7 в периодическое прямолинейное измерение длительности импульсов биполярного прямоугольного напряжения на выходе фазового детектора 7. 55

Фазовый детектор 7 также содержит фильтр пульсаций, предназначенный для выделения постоянной составляю011 4 щей, присутствующей в выходном напряжении фаз ово го де тек тора 7 .

При перемещении якоря фазовращателя 5 постоянная составляющая выходного напряжения фазового детектора 7 носит пилообразный характер (фиг.2а1 с периодом повторения пилы равным 23 эл.град или шагу обмотки фазовращателя 5. Выход

-фазового детектора 7 является кусочно-аналоговым выходом преобразователя. Компаратор 8 предназначен для формирования короткого импульса, когда выходной сигнал фазового детектора ? достигнет нулевого уровня при перемещении вперед.

Выход компаратора 8 является первым дискретным выходом преобразователя. Компаратор 9 служит для формирования короткого импульса, когда выходное напряжение фазового детектора 7 достигает опорного .уровня. ю при перемещении назад. Выход компаратора 9 является вторым дискретным выходом преобразователя. Блоки 10 и 11 синхронизации предназначены для задержки выходных импульсов компараторов 8 и 9 до ближайших отрицательных перепадов выходных импульсов генератора 1 высокой частоты.

Таким образом исключается возможность совпадения во времени выходных импульсов делителя частоты 2 и компараторов 8 и 9> поступающих на входы реверсивного счетчика 13.

Максимальное время задержки выходных импульсов компараторов 8 и 9 равно периоду повторения импульсов генератора 1 высокой частоты, т.е.

6 =Т„ =l/f„ . Элемент ИЛИ 12 предназначен для логического суммирования импульсов с выхода делителя частоты 2 и с выхода блока 10 синхронизации. Реверсивный счетчик 13 работает в режиме деления частоты Е с коэффициентом деления ь и служит для вырабатывания опорного напряжения для фазового детектора 7. Фаза 4 выходного напряжения реверсивного счетчика 13 относительно напряжения на выходе делителя 3 частоты зависит от числа дополнительных импульсов, поступивших на входы реверсивного счетчика 13, т.е. (1, j) = -2л(1- j)/h, где i — число импульсов, поступивших от компаратора 8 через блок 11 синхронизации на реверсивный счетчик 13 (вход обратного счета, а j — - число импульсов, поступивших от компа1135011

Э ратора 9 через блок 10 синхронизации и элемент ИЛИ 12 на реверсивный счетчик 13 (вход прямого счета). Ко эффициент деления частоты 1 принимается равным необходимому числу аналоговых кусков в интервале одного шага обмотки фазовращателя 5. Коэффициент деления частоты К выбирается таким, чтобы динамическая ошибка фазы, получаемая из-за задержки выход- 10 ных импульсов компараторов 8 и 9, была в допустимых пределах. Блок 14 синхронизации предназначен для sa- держки сигнала сброса до начала периI ода выходного напряжения делителя 3 частоты.

Задержанный сигнал поступает на вход обнуления реверсивного счетчика 3 и устанавливает его в исходное состояние, при этом фазовый сдвиг 2О между выходными напряжениями реверсивного счетчика 13 и делителя 3 . частоты становится равным нулю.

Выходное напряжение преобразователя при изменении перемещения в р5 диапазоне одного шага 1. обмотки фазовращателя 5 может быть описано линейной зависимостью

/е

U(t; е;1)=21) — + — (-)} е е е — — (t-j(1 ! ° 1

2 1е ,; = 0,1,2...

L! амплитудное значение выход- . ного напряжения фазового. де35 тектора 7.

Выходные напряжения преобразователя при различных значениях (i- j) представлены на фиг.2а, основное ((0, 10) — сплошной, а другие— пунктирной линией.

Выходное напряжение формируется из отрезков отдельных напряжений, как это показано на фиг.2ee(.

Преобразователь работает следующим образом.

Перед началом работы реверсивный счетчик 13 при помощи сигнала сброса устанавливается в исходное положение. При этом полагается, что

-1 =0.

Ф

Пусть якорь фазовращателя 5, начиная с точки 8© 1,фиг.2cel, движется вперед. В этом случае напряжение на выходе фазового детектора 7 меняется согласно уравнению

u(e;o;o(.ы (— - u)=eu е(е,, В какой-то момент времени выходное напряжение фазового детектора 7 достигает значение нулевого уровня и компаратор 8 вырабатывает короткий импульс, соответствующий положению (=0 !фиг.2се, о! . Импульс с выхода. компаратора 8 через блок ll синхронизации поступает на вход обратного счета реверсивного счетчика 13. При этом выходное напряжение реверсивного счетчика 13 получает фазовый сдвиг, равный y{I 0)=-2 Р(1-О)/p=

=-2м/и, а выходное напряжение фазового детектора 7 скачком достигает значения 11(0; lisO)=2U /и.

При дальнейшем перемещении вперед выходное напряжение фазового детектора 7 в зависимости от перемещения, меняется согласно уравнению

u(o; ; о) =ги — — — .

eel

При перемещении, равном L/п, выходное напряжение фазового детектора 7 опять достигает нулевого значения. Компаратор 8 вырабатывает второй короткий импульс ((=2), соответствующий аналоговому куску перемещения (фиг.2а, 6J . При .этом фаза выходного напряжения реверсивного счетчика 13, являющегося опорным напряжением фазового детектора 7, принимает значение ({2:О)=-2р(2-О)/1е= и-47/п, а выходное напряжение фазового детектора 7 — значение U(L/n, 2; О) = -2!1 /n.

При дальнейшем перемещении вперед работа преобразователя происходит аналогично.

Пусть в какой-то момент времени, когда якорь находится в положении а =9, он меняет направление перемещения и начинает двигаться назад, т.е. в сторону уменьшения

Прн этом аналоговое напряжение, меняясь согласно зависимости

u(e; е; ot*zu — - — ), 1 в какой-то момент времени достигает значение порога срабатывания Ц комte паратора 9. Компаратор 9 вырабатывает короткий импульс () 1), который через блок 10 синхронизации и элемент

ИЛИ 12 поступает на вход прямого счета реверсивного счетчика 13 (фиг.2а, Bl Вследствие этого выходное напряжение реверсивного счетчика 13 получает фазовый сдвиг, равный ((9;1)

-I67i/и, и дальнейшее изменение, вы.1135011

Филнан ППП Патент, г.Уигород, уз.Проектная, 4 ходного напряжения при перемещении происходит согласно зависимости

0(9 9; 1)=20 Е в1 ю 1.

Напряжение U„ïîðîãà срабатывания компаратора 9 выбирается больше значения 20„,/n на величину а0, которая необходима для нормальной работы преобразователя.

При дальнейшем перемещении якоря фазовращателя 5 назад работа преобразователя аналогична.

Таким образом, полное перемещение может быть определено путем суммирования числа импульсов, выданных на первом дискретном выходе, считая их положительными, с числом импульсов второго дискретного выхода, считая их отрицательными, к результату прибавляя величину перемещения в зоне аналогового куска, определяемую по выходному кусочно-аналоговому сигналу.

Использование предложенного двух5 канального преобразователя перемещений позволяет повысить точность преобразования, так как в преобразователе применена цифровая схема (генератор 1 высокой частоты, два

10 делителя 2, 3 частоты и реверсивный счетчик 13 для точного сдвига фазы опорного напряжения J, не требующая настройки и позволяющая избежать связанной с этим ошибки, а также

15 ошибки из-за изменения фазы опорного напряжения от непостоянства ее частоты. б

Экономический эффект от применения изобретения определяется его

20 техническими преимуществами.