Устройство для измерения угловых перемещений

 

Изобретение относится к измерительной технике. Цель изобретения - расширение диапазона измеряемых угловых перемещений до О... 360 град. и повьшение точности измерения, которая достигается за счет того, что градуировочная характеристика на диапазоне 0.. .360 град, формируется из шести зон о прихода импульсов с генератора 34 тактовых импульсов на всех выходах блока 18 управления присутствует нулевой уровень. Ключи 3, 4, 5, 6, 7, 8 ff разомкнуты, так как на их управляющих входйх присутствует низкий потенциал с выходов группы 10 логических схем 2И. Импульс с первого выхода блока 18 управления поступает на вход распределителя 12. Высокий потенциал с выхода распределителя 12 разрешает прохождение импульса с второго выхода блока 18 управления через группу 10 логических схем 2И на ключи 3, 8. Катушки индуктивности L1 и L3, источник 9 постоянного напряжения, замкнутые ключи 3, 8 и дифференцирующий трансформатор 13 образуют измерительную цепь. Измерение углового перемещения происходит за шесть тактов, каждий из которых начинается с прихода импульса с генератора 34 тактовых импульсов в блок 18 управления. В первом такте замыкаются ключи 3 и 8, во втором - ключи 4 и 7, в третьем - ключи 6 и 7, в четвертом - ключи 5 и 8, в пятом - ключи 4 и 5, в шестом - ключи 3 и 6. В каждом такте на концах (О Put.f

СОВХОЗ СОВЕТСКИХ

C0LlVIAËÈCTÈ×ÅCHÈÕ

РЕСПУБЛИН (114 С 01 В 7/30

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOIVIY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 4162947/24-28 ,(22) 16.12.86 (46) 30.04.88. Бюл. Р 16 (71) Куйбьппевский авиационный институт им. акад. С.П.Королева (72) Ю.Н.Секисов, О.П.Скобелев, К.Д.Сосняков и Н.И.Шлыков (53) 62.317.39:531.717 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

9 422990, кл. С 01 L 3/10, 1974. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИПП?РЕНИЯ УГЛОВЪ|Х

ПЕРЕИЕЦЕНИЙ (57) Изобретение относится к измерительной технике. Цель изобретения— расширение диапазона измеряемых угловых перемещенийдо 0...360 град. и повьппение точности измерения, которая достигается за счет того, что градуи— ровочная характеристика на диапазоне

0...360 град. формируется из шести зон.

До прихода импульсов с генератора 34 тактовых импульсов на всех выходах блока 18 управления присутствует нулевой уровень. Ключи 3, 4, 5, 6, 7, 8

„„SU„„1392350 А 1 разомкнуты, так как на их управляющих входах присутствует низкий потенциал с выходов группы 10 логических схем 2И. Импульс с первого выхода блока 18 управления поступает на вход распределителя 12. Высокий потенциал с выхода распределителя 12 разрешает прохождение импульса с второго выхода блока 18 управления через группу 10 логических схем 2И на ключи 3, 8. Катушки индуктивности Ll и L3, источник 9 постоянного напряжения, замкнутые ключи 3, 8 и дифференцирующии трансформатор 13 образуют измерительную цепь. Измерение углового перемещения происходит за шесть тактов, кажднй из которых начинается с прихода импульса с генератора 34 тактовых импульсов в блок 18 управления. В первом такте замыкаются ключи 3 и 8, во втором — ключи 4 и 7, в третьем— ключи 6 и 7, в четвертом — ключи 5 и 8, в пятом — ключи 4 и 5, в шестом,ключи 3 и 6. В каждом такте на концах

1392350

Вторичной обмотки дифференцирующего

Трансформатора 13 формируется колокоообразный импульс напряжения с амитудой, пропорциональной относительному разбалансу двух индуктивнос1гей U (Ь1,.-Ь>; ) /(L >;+L>; ), где L „,

1

Изобретение относится к измериелькой технике, а именно к устройст-. вам для измерения угловых перемещеий.

Цель изобретения — расширение диа- 5 азона измеряемых угловых перемещеий и снижение относительной погрешости устройства, которая достигается за счет того, что градуировочная характеристика устройства формируется из шести зон.

На фиг.l изображена структурная схема предлагаемого устройства; на фиг.2 — датчик; на фиг.3 — графики измерения индуктивностей катушек датчика от углового смещения вала; на фиг.4 — графики изменения отношения разности индуктивностей катушек датчика к их сумме от углового смещения вала; на фиг.5 - графики зависимости выходного сигнала цифрового компаратора 20 от углового смещения вала (для шести опросных тактов); на фиг.6 — временные диаграммы выходных импульсов блока 18 управления и рас.пределителя 12; на фиг.7 — таблица истинности преобразователя 29 кодов; на фиг.8 — схема преобразователя 29 кодов; на фиг.9 — схема блока 18 управления. 30

Устройство содержит индуктивный датчик 1 с тремя катушками индуктивности L, L и Ьз, соединяемый с валом 2, кличи 3 — 8, источник 9 постоянного напряжения, группу 10 логи- 35 ческих схем 2И, группу 11 дизъюнкторов, распределитель 12, дифференцирующий трансформатор 13, парафазный усилитель 14, временной селектор 15, амплитудный детектор 16, аналого-циф- 40 ровой преобразователь 17, блок 18 управления, постоянное запоминающее устройство 19, цифровой компаратор

L — катушки индуктивностп подклю1 ! ченные к дифферепцирунмцему трансформатору 13 в i-м такте. Относительный разбаланс индуктивностей определяет- ся угловым положением вала 2 индуктивного датчика 1. 1 з.п. ф-лы, 9 ил.

20, регистры 21 — 26 данных, схему 27 совпадения, регистр 28 признаков,преобразователь 29 кодов, мультиплексор

30, регистр 31 номера зоны, регистр

32 результата, шинный конъюнктор 33 и генератор 34 тактовых импульсов.

Катушки индуктивности Ь, и L одним концом соединены с выходом источника 9 постоянного напряжения, второй вывод L, соединен с информационным входом ключа 3, второй вывод L соединен с информационным входом ключа 6, выход ключа 3 соединен с первым выводом первичной обмотки дифференцирующего трансформатора 13, выход ключа 6 соединен со вторым выводом первичной обмотки дифференцирующего трансформатора 13, отводы от середин первичной и вторичной обмоток дифференцирующего трансформатора 13 подключены к земляной шине, выводы вторичной обмотки дифференцирующего трансформатора 13 соединены со входами парафазного усилителя 14, выход которого соединен со входом временного селектора

15, выход временного селектора 15 соединен со входом амплитудного детектора 16, выход которого соединен со входом аналого-цифрового преобразователя 17, на управляющий вход которого поступает импульс "Запуск" с четвертого выхода блока 18 управления, а с пятого выхода блока 18 управления импульс "Сброс" поступает на управляющий вход амплитудного детектора 16, третий выход блока 18 управления соединен с управляющим входом временного селектора 15, второй выход блока 18 управления соединен с первыми входами группы 10 логических схем 2И, вторые входы группы 10 логических схем 2И соединены с выходами группы ll дизъюнкторов, выходы группы 10 логических

1392350

4 схем 2И соедйнены с управляющими входами ключей 3 — 8.

Катушка индуктивности Lg первым выводом соединена .с выходом источника 9 постоянного напряжения, второй вывод L соединен с информационными входами ключей 7 и 8, информационный вход ключа 4 соединен с информационным входом ключа 3, информационный вход ключа 5 соединен с информационным входом ключа 6, выходы ключей 4 и 8 соединены с выводом 2 первичной обмотки дифференцирующего трансформа-15 тора 13, выходы ключей 5 и 7 соединены с первым выводом первичной обмотки, дифференцирующего .трансформатора 13,. выходы аналого-цифрового преобразователя 17 соединены с первой группой ZO входов цифрового компаратора 20, а также с информационными входами регистров 21 — 26 данных, вторая группа входов .цифрового компаратора 20 соединена с выходами постоянного эа- Zg поминающего устройства 19, выход цифрового компаратора 20 соединен со входом регистра ?8 признаков, выходы которого подключены ко входам преобразователя 29 кодов, выходы преобразователя 29 кодов соединены с информационными входами регистра 31 номера эоны, а также с адресными входами мультиплексора 30, с информационными входами которого соединены выходы ре35 гистров 21 — 26 данных, выходы мультиплексора 30 соединены с информационными входами регистра 32 результа та, управляющие входы регистра 32 результата и регистра 31 номера зоны 40 соединены с выходом схемы 27 совпадения, один вход которой соединен с -выходом дешифратора распределителя 12, другой — с седьмым выходом блока 18 управления, выходы шинного конъюнкто- 45 ра 33 соединены с соответствующими

I управляющими входами регистров 2 1 — 26, . данных, группа входов шинного конъюнктора 33 соединена с выходами дешифратора распределителя 12, а стробирующий вход — с шестым выходом блока .

18 управления, который соединен также с управляющим -входом регистра 28 признаков, выходы дешифратора распределителя 12 соединены также со входами группы 11 дизъюнкторов, а выходы счетчика распределителя 12 — с адрес ными входами постоянного запоминающего устройства 19. Выход генератора

34 тактовых импульсов соединен со входом блока 18 управления.

Устройство работает следующим образом.

Измерение углового перемещения начинается с момента прихода импульса с генератора 34 тактовых импульсов на вход блока 18 управления.

До прихода импульса с генератора

34 тактовых импульсов на всех выходах блока 18 управления присутствует нулевой уровень. Ключи 3 — 8 разомкнуты, так как на их управляющих входах присутствует низкий потенциал, который со второго выхода блока 18 управления через группу 10 логических схем

2И поступает на управляющие входы ключей 3 — 8.

Импульс с первого выхода блока 18 управления поступает на счетный вход распределителя 12, который состоит из счетчика по модулю шесть, дешифра тора на 6 и схемы предустановки счетчика при включении питания. Выходы счетчика соединены со входами дешифратора. По достижении напряжения питания номинального значения в схеме предустановки вырабатывается импульс по которому счетчик распределителя

12 устанавливается, например, в состояние 101.

Импульс, поступивший на счетный вход, переведет счетчик в состояние

000. На выходе дешифратора появится высокий потенциал, который поступает на входы двух иэ группы 11 дизъюнкторов и проходит на их выходы. Высокий потенциал разрешает прохождение импульса со второго выхода блока 18 управления через две иэ группы 10 логических схем 2И.,Импульс со второго выхода блока 18 управления проходит на ключи 3 и 8. Ключи 3 и 8 замыкают- . ся на время, равное длительности импульса со второго выхода блока 18 управления. Катушки индуктивности L(и

L источник 9 постоянного напряжения, У замкнутые ключи 3 и 8 и дифференцирующий трансформатор 13 образуют измерительную цепь.

На концах вторичной обмотки дифференцирующего трансформатора 13 формируется колоколообразный импульс, амплитуда которого пропорциональна относительному разбалансу двух нндуктивностей (в частности L., и L ) Зависимость амплитуды сигнала на вторичной обмотке дифференцирующего

139235Î трансформатора 13 от углового смещения вала 2 будет повторять зависимость относительного разбаланса этих индуктивностей (фиг.4д). В парафазном усилителе 14 осуществляется масштабирование сигнала. На выход временного селектора 15 проходит область, прилегающая к первому максимуму сигнала, На емкости детектора 16 запоминается

:максимум сигнала с выхода временного .селектора 15. Амплитуда максимума преобразуется в двоичный код в аналого-цифровом преобразователе 17. Дво:ичный код из аналого-цифрового преоб-1 разователя 17 записывается в один из ! регистров 21 — 26 данных и ср авнив а .ется в цифровом компараторе 20 с двоич::ным кодом (например, нулевым ) из по:стоянного запоминающего устройства 19.20 ,:После установления результата сравне1 ния на выходе цифрового компаратора ,:20 по импульсу с шестого выхода блоisa l8 управления результат сравнения, записывается в регистр 28 признаков, 25 который выполняется, например, как шестираэрядный сдвиговый регистр с последовательным информационным входом.

Первый такт измерения углового пе- 30 ремещения закончен.

Измерение углового перемещения происходит за шесть тактов. Каждый такт начинается с прихода импульса иэ генератора 34 тактовых импульсов в блок 18 управления. Во втором - шестом тактах происходят те.же события, что и в первом такте. В каждом такте замыкаются два из шести ключей 3 — 8, В первом такте замыкаются ключи 3 и 8, во втором такте — ключи 4 и 7, в третьем такте - ключи б и 7, в четвертом такте — ключи 5 и 8, в пятом, такте — ключи 4 и 5, в шестом такте— ключи 3 и б.

В каждом такте на концах вторичной обмотки дифференцирующего трансформатора 13 формируется колоколообразный импульс напряжения с амплитудой, про50 порциональной относительному разбалансу двух ийдуктивностей:"

L;-L j

Ц !

I +1ю)j где 1,,и.1. ; — катушки индуктивности, подключенные к дифференцирующему трансформатору )3 через замкнутые ключи a i-ом такте, Относительный разбаланс индуктивностей определяется угловым положением вала индуктивного датчика °

Концы вторичной обмотки дифференцирующего трансформатора 13 соединены со входами парафазного усилителя

14. С выхода парафазíîro усилителя

14 колоколообразный импульс напряжения поступает на временной селектор

15, на выход которого проходит максимум колоколообразного импульса с прилегающей областью.

На выходе амплитудного детектора

16 формируется квазипостоянное напряжение, амплитуда которого равна амплитуде колоколообразного импульса напряжения. Напряжение с выхода амплитудного детектора 16 поступает на вход аналого-цифрового преобразователя 17, где преобразуется в цифровую форму и представляется двоичным кодом 11, . Результат преобразования Б

1 записывается в один из шести регистров 21 — 26 данных, так как в каждом такте формируется лишь один импульс записи на выходах шинного конъюнктора 33. Результат преобразования N „ поступает также на первую входную шину цифрового КоМпараТора 20, íà вторую же входную шину поступает константа А иэ постоянного запоминающе1 го устройства 19, адрес на постоянное запоминающее устройство 19 поступает с выходов счетчика распределителя 12.

На выходе цифрового компаратора 20 формируется выходной сигнал, определяемый соотношением результата преобразователя с константой А;. Если

N(« А;, то выходной сигнал компаратора Х ;= О, а при N; »A„..Х „„. 1. Результаты компарирования для случая

А,= A = Ag= À = À = А = О последовательно записываются в регистр

28 признаков по управляющему импульсу с шестого выхода блока 18 управления.

На входы преобразователя 29 кодов поступает параллельный двоичный код с выходов регистра 28 признаков, в который записываются результаты с цифрового компаратора 20. Результаты накапливаются в течение шести тактов измерения в регистре 28 признаков.

Во всем рабочем диапазоне можно различить шесть поддиапаэонов (зон) по 60 . Каждой зоне соответствует определенный код, записывающийся в ре1392350 гистр 28 признаков. К концу шестого такта цикла измерения на входах преобразователя 29 кодов возможно появление одного из сочетаний Х,, Х,, Хз, g

X%3 X 9 XL.

kIa выходе преобразователя 29 кодов будет формироваться двоичный код с весами 4 — 2 — 1, цифровой эквивалент которого соответствует номеру зоны.

Код номера зоны записывается в регистр 31 номера зоны, а также используется для управления работой мультиплексора 30.

Результат преобразования, хранящийся в одном из шести регистров 21—

26 данных, соответствующий номеру зоны, передается мультиплексором 30 на входы регистра 32 результата и записывается в него. Запись информации в регистр 32 результата и регистр 31 номера зоны осуществляется по приходу импульса с выхода схемы 27 совпадения.

Импульсы записи в регистры 21 — 26 данных получают конъюнкцией импульсов 25 шины дешифратора распределителя 12 и импульса с шестого выхода блока !8 управления. На выходной шине счетчика распределителя 12.выставляется номер i тTа к тTа, выраженный в двоичном 30 коде, на шине дешифратора формируются импульсы Д1 — Д6. Шина дешифратора распределителя 12 соединена со входами группы 11 дизъюнкторов, а также со входами шинного конъюнктора 33. На выходах группы 11 дизъюнкторов формируются импульсы, разрешающие прохождение импульсов со второго выхода блока 18 управления через группу 10 ло гических схем 2И на управляющие входы40 ключей 3 — 8, каждый из которых в про.цессе измерения должен замыкаться в двух тактах, что обеспечивается появлением импульсов на разрешающих входах группы 10 логических схем 2И с <5 выходов группы 11 дизъюнкторов.

Импульс с третьего выхода блока 18 управления поступает на временной селектор 15 ° На четвертом выходе блока

18 управления формируется импульс,за-50 пускающий аналого-цифровой преобразователь 17, по окончании преобразования, в котором на шестом выходе блока 18 управления появляется импульс, по которому осуществляется запись в регистр 28 признаков, а результатов преобразования — в регистры 21 — 26 данных. На седьмом выходе блока 18 управления импульс появляется после установления на выходе преобразователя 29 кодов двоичного кода номера эоны и прохождения на выход мультиплексора 30 результата из соответствующего регистра 21 — 26 данных. По импульсу с седьмого выхода блока 18 управления происходит запись в регистр

31 номера зоны и в регистр 32 результата.

Результат измерения углового пере-, мещения хранится в регистре 31 номера зоны и в регистре 32 результата.

Формула из о бр етения

1. Устройство для измерения угловых перемещений, содержащее дифференциальный индуктивный датчик углового перемещения с двумя катушками индуктивности, источник постоянного напряжения, два ключа, дифференцирующий трансформатор, парафазный усилитель, временной селектор, амплитудный детектор с цепями сброса, аналого-цифровой преобразователь, блок управления, группу логических схем 2И, распределитель и генератор тактовых импульсов, катушки индуктивности одним концом соединены с выходом источника постоянного напряжения, второй вывод первой катушки индуктивности соединен с информационным входом первого ключа, второй вывод второй катушки индуктивности соединен с информационным входом второго ключа, выход первого ключа соединен с первым выводом первичной обмотки дифференцирующего трансформатора, выход второго ключа соединен с вторым выводом первичной обмотки дифференцирующего трансформатора, отводы от середин первичной и вторичйой обмоток дифференцирующего, трансформатора подключены к.земляной шине, выводы вторичной обмотки дифференцирующего трансформатора соединены с входами парафазного усилителя, выход которого соединен с входом временного селектора, выход временного селектора соединен с входом амплитудного детектора, выход которого соединен с входом аналого-цифрового преобразователя, управляющий вход аналогоцифрового преобразователя соединен.с четвертым выходом блока управления, пятый выход блока управления соединен с управляющим входом амплитудного де1392350 тектора, третий выход блока управления соединен с управляющим входом

:;временного селектора, второй выход

; блока управления соединен с первыми входами группы логических схем 2И, выходы группы логических схем 2И соединены с управляющими входами первого и второго ключей, первый выход блока управления соединен с входом 10 распределителя, вход блока управления, соединен с выходом генератора тактовых импульсов, о т л и ч а ю щ е е— . с я тем, что, с целью расширения диапазона измеряемых угловых переме-!

i щений и повышения точности устройст ва, в него введены четыре ключа, группа дизъюнкторов, постоянное запоминающее устройство, цифровой компара; тор, шесть регистров данных, схема 20

,совпадения, регистр признаков, преоб, разователь кодов, мультиплексор, ре, гистр номера зоны, регистр результа, та, шинный конъюнктор, третья катушка индуктивности, один вывод которой соединен с выходом источника постоянного напряжения, а другой вывод " с информационными входами пятого и шестого ключей, информационный вход третьего ключа соединен с информационным 30 входом первого ключа, информационный вход четвертого — с информационным входом второго ключа, выход третьего и шестого ключей соединены с вторым выводом .первичной обмотки трансфор35 матора, выходы четвертого и пятого ключей соединены с первым выводом первичной обмотки трансформатора,управляющие входы третьего, четвертого, пятого, шестого ключей соединены с 10 выходами группы логических схем 2И, выходы аналого-цифрового нреобразователя соединены с первой группой входов цифрового компаратора, а также с информационными входами шести регистров данных, вторая группа входов цифрового компаратора соединена с выходами постоянного запоминающего устройства, выход цифрового компаратора соединен с входом регистра признаков, выходы которого подключены к входам .

50 преобразователя кодов, выходы преоб-. разователя кодов соединены с информационными входами регистра номера зоны, а также с адресными входами мультиплексора, с информационными входами которого соединены выходы регистров данных, выходы мультиплексора соединены с информационными входами регистра результата, управляющие входы регистра результата и регистра номера зоны соединены с выходом схемы совпадения, один вход которой соединен с выходом дешифратора распределителя, а другой — с седьмым выходом блока управления, выходы шинного конъюнктора соединены с соответствующими управляющими входами регистров данных, группа входов шинного,конъюнктора соединена с выходами дешифратора распределителя, стробирующий вход с шестым выходом блока управления, который соединен с управляющим входом регистра признаков, выходы дешифратора распределителя соединены с входами группы дизъюнкторов, выходы счетчика распределителя — с адресными входами постоянного запоминающего устройства, выходы группы дизъюнкторов соединены с вторыми входами группы логических схем 2И.

2. Устройство по п.1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что индуктивный датчик выполнен в виде двух соосных стаканов с взаимоперекрывающимися растровыми окнами, расположенными один в другом, и трех неподвижно установленных катушек индуктивности, на внутреннем стаКане под каждой из катушек индуктивности выполнены расто ровые окна с угловым размером 120 и сдвигом по углу относительно крайнего окна 120 под второй катушкой, и сдвигом на угол 240 под третьей катушкой, на внешнем стакане растровые окна под катушками индуктивности о выполнены с угловым размером 120 и без сдвига относительно друг друга, внутренний стакан закреплен на валу и выполнен с возможностью вращения вокруг своей оси, оба стакана выполнены из немагнитного электропроводного материала.

И с-с

Lf

l392350 @a у ;а м, а й7 9 гра8

13923 50 фиг. 6

1392350 и к

xs и

«,1

«s

«z ха кз х х

Составитель К.Тавлинов

Техред М.Дидык Корректор Г. Решетник

Редактор А.Ревин

Заказ 1803/42 Тираж 680 Подписное

ВНИИПИ ГосуДарственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4