Датчик механических перемещений

 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при измерении механических перемещений. Цель изобретения - повышение точности и быстродействия измерений. Датчик механических перемещений содержит первичные преобразователи, выполненные в виде Ш-образных сердечников с тремя катушками каждый, одна из которых подключена к тактовому генератору, а две другие - к схеме обработки сигналов, и подвижные элементы, смонтированные с возможностью взаимодействия с магнитным полем первичных преобразователей. Схема обработки сигналов содержит интеграторы и стробируемое логическое устройство, выполненное в виде тактируемого дешифратора, вход которого связан с выходами интеграторов, к тактовому генератору подключена катушка возбуждения к входам интеграторов - измерительные катушки, нагруженные несимметрично и включенные встречно-последовательно. 4 ил.

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано в системах автоматики и управления.

Известен датчик механических перемещений (Быценко А.В. и др. Датчики и методы повышения их точности. Киев: "Вища школа", 1989, с. 73). Схема этого датчика содержит первичный преобразователь, соединенный с дифференциальным усилителем, амплитудный детектор и усилитель тока, выход которого связан с первичным преобразователем отрицательной обратной связью.

Недостатками этого датчика являются низкая точность, инерционность, сложность, а значит низкая надежность, высокая стоимость, что обусловлено применением устройств для обработки аналогового сигнала и необходимостью прямого наращивания объема схемы для получения сигнала в цифровом коде.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому положительному эффекту к изобретению является датчик механических перемещений, который содержит первичные преобразователи, выполненные в виде Ш-образных сердечников с тремя катушками каждый, одна из которых подключена к тактовому генератору, а две другие - к схеме обработки сигналов, и подвижные элементы, смонтированные с возможностью взаимодействия с магнитным полем первичных преобразователей. Схема обработки сигнала содержит фазовый дискриминатор, два пороговых устройства и интегратор, включенный между входами пороговых устройств и выходом фазового дискриминатора.

Недостатками этого датчика являются низкая точность, инерционность, сложность, а значит низкая надежность, высокая стоимость, что обусловлено применением устройств для обработки аналогового сигнала и необходимостью прямого наращивания объема схемы для получения сигнала в цифровом коде.

Цель изобретения - повышение точности, быстродействие измерений, надежность и снижение стоимости датчика путем определения фазы аддитивной составляющей сигналов первичных преобразователей.

Это достигается тем, что в датчике механических перемещений, содержащем первичные преобразователи, выполненные в виде Ш-образных сердечников с тремя катушками каждый, одна из которых подключена к тактовому генератору, а две другие - к схеме обработки сигналов, и подвижные элементы, смонтированные с возможностью взаимодействия с магнитным полем первичных преобразователей. Схема обработки сигналов содержит интеграторы и стробируемое логическое устройство, выполненное в виде тактируемого дешифратора, вход которого связан с выходами интеграторов, к тактовому генератору подключена центральная катушка, к входам интеграторов - крайние катушки, нагруженные несимметрично и включенные встречно-последовательно.

Указанные отличительные признаки позволяют повысить точность и быстродействие измерений, надежность и снизить стоимость датчика за счет того, что схема обработки сигналов содержит интеграторы и стробируемое логическое устройство, выполненное в виде тактируемого дешифратора, вход которого связан с выходами интеграторов, к тактовому генератору подключена центральная катушка, к входам интеграторов - крайние катушки, нагруженные несимметрично и включенные встречно-последовательно.

На фиг. 1 приведена структурная схема датчика механических перемещений; на фиг. 2 - первичный преобразователь; на фиг. 3 - возможный вариант размещения первичных преобразователей и подвижных элементов на контролируемом объекте (стрелочкой показаны возможные направления движения объекта); на фиг. 4 - график изменения амплитуды результирующего сигнала на выходе крайних катушек первичных преобразователей.

Датчик механических перемещений содержит тактовый генератор, первичные преобразователи 1, выполненные в виде Ш-образных сердечников с тремя катушками (одной центральной 2 и двумя крайними 3) каждый, подвижные элементы 4, механически связанные с объектом перемещения 5 с возможностью взаимодействия с магнитным полем первичных преобразователей 1, и схему обработки сигналов, которая включает интеграторы 6 и стробируемое логическое устройство 7, выполненное в виде тактируемого дешифратора, вход которого связан с выходами интеграторов 6, входы которых соединены с крайними катушками 3 сердечников, нагруженными несимметрично и включенными встречно-последовательно. Центральная катушка 2 каждого сердечника соединена с тактовым генератором.

Датчик механических перемещений работает следующим образом.

Сигнал с тактового генератора подается на центральные катушки 2 первичных преобразователей 1.

При движении объекта перемещения 5 подвижные элементы 4 изменяют магнитное поле в катушках 3. При этом амплитуда результирующего сигнала, снимаемого с катушек 3, изменяется по закону (см. фиг. 4) и снижается до уровня аддитивной составляющей (уровень U_а) в точке "0" фаза аддитивной составляющей меняет свой знак. Уровень, ниже которого амплитуда результирующего сигнала не опускается, обусловлен величиной аддитивной составляющей.

Минимальная величина аддитивной составляющей U_а зависит от технологических характеристик первичных преобразователей - количества витков катушек, уровня посадки катушек на сердечниках, однородности магнитного материала Ш-образных сердечников и т.д. В точке "0" на фиг. 4 знак фазы аддитивной составляющей изменяется на противоположный, причем с уменьшением общего уровня аддитивной составляющей возрастает скорость изменения фазы, отчего зависит точность датчика.

Результирующий сигнал с крайних катушек 3 подается на входы интеграторов 6, преобразующих синусоидальную форму сигнала в форму, близкую прямоугольной. Крутизна фронта сигналов с интеграторов определяет точность работы устройства.

С интеграторов 6 сигнал поступает на тактируемый дешифратор 7, на выходах которого он изменяется в зависимости от фазового состояния сигнала на его входах, а выходной сигнал представляется в виде цифрового кода, определяющего состояние подвижных элементов относительно Ш-образных сердечников.

Для получения низкой стоимости при невысокой точности повышаются уровень аддитивной составляющей путем предварительного сдвига фаз напряжений в крайних катушках за счет увеличения рассогласования нагрузок. Для получения высокой точности снижают уровень аддитивной составляющей и увеличивают крутизну характеристики интеграторов.

Поскольку в схему обработки сигнала введены интеграторы и стробируемое логическое устройство в виде дешифратора, стало возможным определение фазы аддитивной составляющей сигналов первичных преобразователей и получение сигнала в цифровом коде. По сравнению с устройством, выбранным в качестве прототипа, предложенный датчик механических перемещений имеет более высокие точность и быстродействие, более низкую трудоемкость изготовления, а следовательно, большую надежность и более низкую стоимость.

Формула изобретения

ДАТЧИК МЕХАНИЧЕСКИХ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ, содержащий первичный преобразователь, выполненный в виде Ш-образного сердечника с размещенными на нем катушкой возбуждения и двумя измерительными катушками, тактовый генератор, соединенный с катушкой возбуждения первичного преобразователя, подвижный элемент, установленный с возможностью перемещения относительно катушек первичного преобразователя, и интегратор, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и производительности измерений, оно снабжено n - 1 первичными преобразователями, n - 1 интеграторами и тактируемым дешифратором, входы которого соединены с выходами интеграторов, тактовый вход - с выходом тактового генератора, входы интеграторов соединены с выходами соответствующих первичных преобразователей, каждый из которых обмоткой возбуждения соединен с выходом тактового генератора, а его измерительные обмотки включены встречно последовательно.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4