Преобразователь перемещений во временной интервал

 

(72) Авторы изобретения

B. М. Бердников, В. П. Брагин и Э. Б. Швецов (7I) Заявитель (54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПЕРЕМЕЩЕНИ Й

ВО ВРЕМЕННОЙ ИНТЕРВАЛ

Изобретение относится к области автоматики и вычислительной техники и может быть использовано в преобразователях линейных перемещений в код.

Известны магнитомодуляционные преобразователи линейных перемещений в им- 5 пульсный сигнал, удобный для цифровой обработки 1(.

Недостатком этих устройств является большая температурная погрешность.

Характеристики таких преобразователей начинаются не с нулевых значений выходной величины1 а с каких-то определенных начальных значений. Обмотки каждого перемагничиваемого сердечника имеют большое число выводов {от трех

15 до девяти),. что усложняет преобразователи и снижает их надежность.

Наиболее близким по технической сущности к данному изобретению является

29 магнитомодуляционный преобразователь пинейных перемещений дифференциального типа с частотным выходом, содержащий постоянный магнит, укрепленный на обьекте перемещения, два неподвижных тороидальных сердечника, между которыми перемешается постоянный магнит, два автоколебательных мупьтивибратора с магнитной связью, трансформаторы которых намотаны на сердечниках, и формирователь разности выходных сигналов мультивибраторов, состоящий из смесите ля и фильтра нижних частот, с которого снимается выходной сигнал с частотой, равной разности частот двух мультивибраторов 2 . Благодаря дифференциальной схеме преобразователя значительно снижается температурная йогрешность, обусловленная температурными изменениями параметров сердечников и электрических цепей благодаря взаимной компенсации температурных уходов частот обоих мультивибраторов. Характеристика этого преобразователя является неоднозначной на всем рабочем участке. При нахождении постоянного магнита в среднем положении частоты, генерируемые мультивибраторами, равны между собой и частота

721843

t„= и {ю„„- ке) М -t -t = —.2КЕ

U U1 02 Е

З0

40 вых. о зад — — ке+ — ке

4 W 4.М/ вюзи. Е Я ак вьх Е () 55

3 напряжения на выходе устройства равна нулю. При смешении магнита относитель но среднего положения в любую сторону частота выходного напряжения одинаковц возрастает. с

Недостатком этого устройства являет ся значительная нелинейность характеристики, что приводит к росту погрешностей и снижает диапазон допустимых перемещений, измеряемых с заданной точностью.

Целью изобретения, является повыше ние точности преобразователя перемешений.

Поставленная цель достигается тем, что в преобразователь перемещений, содержащий постоянный магнит, укрепленный на обьекте перемешения, два мультивибраторв, индуктивно связанные с постоянным магнитом, введены генератор импульсов, элемент задержки и триггер, .генератор импульсов подключен непосредственно к синхронизируюшему входу одного мультивибрвтора и через лемент задержки к синхронизируюшему входу дру« гого мультивибратора, а выходы мультивибрвторов подключены к установочным входам триггера.

Период колебаний каждого мультивиб-пвтора определяется выражением где: W - число витков половины коллекторной обмотки;

Е - напряжение питания мультивибраторов; Р- поток насыщения сердечника

S трансформатора;

Ч вЂ” магнитный поток, создаваемый постоянным магнитом.

Для данной конструкции преобрвзбвате пя справедливо

45 о о средн. где:воср,д-, магнитный поток в сердечнике, создаваемый постоянным магнитом при его среднем положении;

Е - перемешение магнита от среднего положения;

K — коэффициент пропорциональности, показываюший квк меняется поток, создаваемый магнитом в сердечнике, при перемещении магнита на единицу длины.

Обозна им Ф - Ф Ф тогда период колебаний мультивибрвтора определится выражением

В отличие от прототипа, у которого обв мультивибратора работают в автоколебвтельном режиме и выходным сигналом является разность частот, выделяемая смесителем, в данном преобразователе мультивибрвторы работают в ждушем ре. жиме. Выходным параметром является временной интервал, равный разности длйтельностей выходных импульсов, генерируемых мультивибраторами.

Длительность импульса, генерируемого мультивибрвтором в ждушем режиме, определяется квк половина периода автоколебательного мультивибратора.

Разность длительностей импульсов двух мультивибраторов для данной конструкции преобразователя будет линейной функцией перемешения

При среднем положении магнита (Е =0) разница в длительностях импульсов обоих мультивибрвторов равна нулю, в при одинаковых смешениях в любую сторону эта разница одинаково возрастает.

Для ликвидации неоднозначности характеристики преобразователя запуск одного мультивибраторв осуществляется с калиброванной задержкой после другого (1 ), При этом длительность выходного импульса преобразователя будет определяться суммой

Длительность задержки необходимо уста= навливвть равной разности длительностей импульсов мультивибрвторов при максимальном смешении магнита от среднего положения (Е„,а„), т.е..При перемещении магнита от положения е «о до BcMIQKeHHH Р = +Е ща ° дли

721843 6 тсльность выходного импульса меняется от нуля до величины, равной удвоенной разности длительностей импульсов мультивибраторов при максимальном смешении (e „) магнита от среднего положения или удвоенному времени задержки.

В сравнении с прототипом в таком преобразователе ликвидирована неоднозначность характеристики и значительно улучшена линейность преобразователя на всем рабочем участке. Благодари дифференциальной схеме этот преобразователь также, как и прототип, обладает высокой темп ратурной стабильностью, которая обуслов лена взаимной компенсацией температурных нестабильных длительностей выходных импульсов двух мультивибраторов.

На чертеже показана структурная схема преобразователя перемещений во временной интервал.

Схема содержит перемещающийся постоянный магнит 1, два мультивибра-.. тора 2 и 3 с дросселями 4 и 5, намо- танными на неподвижных сердечниках, между которыми перемешается магнит 1.

Мультивибраторы 2 и 3 работают в ждущем режиме: хронпруюшими элементами мультивибраторов 2 и 3 являются дроссели 4 и 5. Генератор 6 импульсов вырабатывает последовательность запускающих импульсов на мультивибраторы. Через элемент 7 задержки запускающий импульс с генератора 6 поступает на мультивибратор 3. Триггер 8 перебрасывается задними фронтами импульсов мультивибраторов 2 и 3. Триггер 8 фор-, мирует выходные импульсы, длительность которых пропорциональна величине перемещения постоянного магнита 1.

Генератор 6 импульсов производит периодический запуск мультивибраторов

2 и 3, причем мультивибратор 3 запускается с задержкой после мультивибратора 2. Мультивибраторы 2 и 3 вырабатывают импульсы, длительность которых определяется параметрами дросселей 4 и 5 и положением постоянного магнита 1 . относительно сердечников. При нахождении магнита 1 в среднем положении длительности импульсов, генерируемых мультивибраторами 2 и 3, равны и задержка между их задними фронтами равна задержке элемента 7, между запускающими импульсами. Сигнал с выхода триггера 8 имеет точно такую же длительность. При перемещении магнита 1 в сторону сердечника дросселя 4 длительность импульса, генерируемого мультивибратором 2, уменьшается, а длительность импульса мультивибратора 3 увеличивается, что приводит к увеличению

Формула изобретения

Преобразователь перемещений во временной интервал, содержащий постоянный магнит, укрепленный на обьекте перемещения, два мультивибратора, и индуктивно связанные с постоянным магнитом, отличаюшийся тем,что,с целью повышения точности преобразовате55 задержки между задними фронтами импульсов мультивибраторов 2 и 3 и, соответсч венно, к увеличению длительности выходного импульса триггера 8. При движении магнита 1 в сторону сердечника дросселя

5 уменьшается длительность импульса мультивибратора 3, а импульс мультивиб10 ратора 2 удлиняется. Результатом этого является уменьшение длительности выходного импульса триггера 8. Длительность импульса триггера 8 будет равняться нулю, если разница в длительностях импульсов мультивибраторов 2 и 3 станет равна задержке элемента 7. Следователь но, величину задержки элемента 7 необходимо выбирать равной разности длительностей импульсов мультивибраторов 2 и

3 при крайнях положениях магнита 1 на рабочем участке характеристики преобразователя. Выходным сигналом преабразо вателя является периодическая последовательность импульсов, длительность ко торых пропорциональна перемещению постоянного магнита 1 от одного крайнего положения рабочего участка преобразователя и меняется от нуля до максимального значения, равного удвоенному времени задержки элемента 7 в запуске мультивибратора 2 и 3.

Частота выходных импульсов определяется частотой запускающих импульсов с генератора 6.

Использование в магнитомодуляционном преобразователе линейных перемещений дифференциального типа двух ждущих мультивибраторов позволило значительно снизить нелинейность его характеристи40 ки. Запуск ждущих мультивибраторов с калиброванной задержкой позволил ликвидировать неоднозначность характеристики преобразователя на всем рабочем участке, Эти меры дали возможность повысить

45 точность магнитомодуляционного преобразователя перемещений дифференциального типа.

721843

as в него введены генератор импульсов, Источники информации, элемент задержки и триггер, генератор принятые во внимание прн экспертизе импульсов подключен непосредственно к синхронизирующему входу одного мульти- 1. Авторское свидетельство СССР вябратора и через элемент задержки к q N 543006, кл. G 08 С 9/04, 1974, синхронизируюшему входу другого мультивибратора, а выходы: мультивибраторов подключены к установочным входам триггерае

2. Радиоэлектроника в народном хозяйстве СССР, ч. IZ Куйбышев, 1970, с. 439-441 (прототип).

Составитель A. Смирнов

Редактор Н. Каменская Техред О. Легеза Корректор М. Демчик

Заказ 136/41 . Тираж 682 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комнтета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4