SU732666A1 - Displacement measuring device - Google Patents

Description

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ(54) DEVICE FOR MEASUREMENT OF DISPLACEMENTS

1one

Изобретение относитс  к система.м автоматического измерени  неэлектрических величин , а именно к устройствам дл  измерени  перемещений.The invention relates to a system.m for automatic measurement of non-electric quantities, namely, devices for measuring displacements.

Известно устройство дл  автоматического измерени  перемещений, содержащее по следовательно включенные генератор опорного напр жени , воздущный поворотный трансформатор-индуктосин, делитель напр жени  и блок формировани  выходного сигнала. В этом устройстве первична  обмотка воздушного поворотного трансформатора-индуктосина запитываетс  от генератора опорного напр жени  синусоидальным сигналом переменного тока. С синусоидной и косинусной выходных обмоток индуктосина снимаютс  два напр жени , пропорциональные синусу и косинусу угла поворота ротора индуктосина. Эти напр жени  подаютс  на соответствующие сигнальные входы делител  напр жени , выполненного, например , в виде двухполюсного поворотного трансформатора-прие.мника, на управл ющий вход которого поступает сигнал, пропорциональный цифровому коду, сформированному в блоке формировани  выходного сигнала 1.A device for automatically measuring displacements is known, comprising, in turn, a reference voltage generator, an air rotary transformer-inductosyn, a voltage divider and an output signal generating unit. In this device, the primary winding of the inductosyn air rotary transformer is powered by a reference voltage generator with a sinusoidal AC signal. Two voltages, proportional to the sine and cosine of the angle of rotation of the inductosin rotor, are removed from the sinusoidal and cosine output windings of the inductosin. These voltages are applied to the corresponding signal inputs of a voltage divider, made, for example, in the form of a bipolar rotary transformer for a magnetic device, to the control input of which a signal is received that is proportional to the digital code generated in the output signal forming unit 1.

Один из основных недостаткор устройства - низка  точность формировани  сигнала рассогласовани  между угловым положе нием ротора индуктосина и его числовым эквивалентом, обусловленна  .малой величиJ ной выходного сигнала индуктосина.One of the main drawback of the device is the low accuracy of the formation of the error signal between the angular position of the inductosin rotor and its numerical equivalent, due to the low value of the inductosin output signal.

Наиболее близким техническим решением к данному изобретению  вл етс  устройство дл  измерени  перемещений, содержащее генератор опорного напр жени , блок формировани  выходного сигнала, индуктосин, подключенный Через делитель напр жени  к первому входу коммутатора, и формирователь и.мпульсов 2.The closest technical solution to this invention is a device for measuring displacements, comprising a reference voltage generator, an output signal generating unit, inductosyn, connected via a voltage divider to the first input of the switch, and a driver and pulses 2.

Недостаток этого известного устройства состоит в сравнительно невысокой точности устройства.The disadvantage of this known device is the relatively low accuracy of the device.

(5(five

Цель изобретени  - повышение точности устройства дл  измерени  перемещений.The purpose of the invention is to improve the accuracy of the device for measuring displacements.

Поставленна  цель достигаетс  за счет того, что в устройство дл  измерени  перемещений введены умножитель частоты, одно20 вибратор, фазоинвертор, блок дифференцировани  и фильтр верхних частот, вход умножител  частоты соединен с выходом генератора опорного напр жени  и с первым входом фазоинвертора, выход умножител  частоты соединен с входом одновибратора , выход которого соединен с вторым входом фазоинвертора и с входом индуктосина , выход фазоинвертора через блок дифференцировани  соединен с входом формировател  импульсов, выход которого соединен с вторым входом коммутатора, выход коммутатора через фильтр верхних частот соединен с входом блока формировани  выходного сигнала, выход которого подключен к управл ющему входу делител  напр жени .The goal is achieved due to the fact that a frequency multiplier, a single-vibrator, a phase inverter, a differentiation unit and a high-pass filter are entered into the device for measuring movements, the input of the frequency multiplier is connected to the output of the reference voltage generator, the output of the frequency multiplier is connected to the input of the one-shot, the output of which is connected to the second input of the phase inverter and to the input of the induktosin, the output of the phase inverter through the differentiation unit is connected to the input of the pulse former, the output to torogo connected to the second input switch, output switch through the highpass filter connected to the input of the output signal generating unit, whose output is connected to the control input of the voltage divider.

На фиг. 1 представлена блок-схема устройства; на фиг. 2 показаны временные диафрагмы , по сн ющие работу устройства.FIG. 1 is a block diagram of the device; in fig. Figure 2 shows the temporary diaphragms that are used to work on the device.

Устройство дл  измерени  перемещений содержит генератор 1 опорного напр жени , индуктосин 2, делитель 3 напр жени , блок 4 формировани  выходного сигнала, блок 5 формировани  импульсных сигналов, выполненный в виде последовательно включенного умножител  6 частоты и одновибратора 7, выход которого  вл етс  первым выходом блока 5, и управл емый фазоинвертор 8, второй вход которого подключен к выходу умножител  6 частоты и  вл етс  первым входом блока 5 формировани  импульсных сигналов.The device for measuring displacements contains a reference voltage generator 1, inductosyn 2, a voltage divider 3, an output signal generating unit 4, a pulse signal generating unit 5 made in the form of a series-connected frequency multiplier 6 and a single vibrator 7, the output of which is the first output of the unit 5, and a controlled phase inverter 8, the second input of which is connected to the output of frequency multiplier 6 and is the first input of the pulsed signal generating unit 5.

Первый вход фазоинвертора 8 подключен к выходу одновибратора 7, а выход  вл етс  вторым выходом блока 5. Кроме того, устройство дл  измерени  перемещений содержит блок 9 дифференцировани , коммутатор 10, фильтр 11 верхних частот и формирователь 12 импульсов. Выход генератора 1 опорного напр жени  подключен к входу блока 5, первый вход которого подключен к первичной обмотке индуктосина 2, а второй выход - к блоку 9 дифференцировани . Выходные обмотки индуктосина 2 подключены к соответствующим сигнальным входам делител  3 напр жени , управл ющий вход котОрого подключен к выходу блока 4 формировани , выходного сигнала. Выход делител  3 напр жени  подключен к сигнальному входу коммутатора 10, управл ющий вход которого через формирователь 12 подключен к выходу блока 9 дифференцировани . Выход коммутатора 10 через фильтр 11 верхних частот подключен к входу блока 4.The first input of the phase inverter 8 is connected to the output of the one-shot 7, and the output is the second output of block 5. In addition, the device for measuring movements includes a differentiation unit 9, a switch 10, a high-pass filter 11 and a driver 12 pulses. The output of the reference voltage generator 1 is connected to the input of block 5, the first input of which is connected to the primary winding of induction 2, and the second output to the differentiation block 9. The output windings of induction 2 are connected to the corresponding signal inputs of the voltage divider 3, the control input of which is connected to the output of the shaping unit 4, the output signal. The output of the voltage divider 3 is connected to the signal input of the switch 10, the control input of which through the driver 12 is connected to the output of the differentiation unit 9. The output of the switch 10 through the filter 11 of the upper frequencies connected to the input of block 4.

Устройство работает следующим образом .The device works as follows.

Синусоидальный сигнал с выхода генератора 1 (фиг. 2а) поступает на вход блока 5 формировани  импульсных сигналов. В блоке 5 с помощью умножител  6 частоты происходит повыщение частоты входного сигнала, например, в два раза (фиг. 26). Полученный сигнал двойной частоты поступает на вход одновибратора 7, в котором в момент перехода синусоидального сигнала через нуль формируютс  пр моугольные импульсы короткой длительности (фиг. 2 в).A sinusoidal signal from the output of the generator 1 (Fig. 2a) is fed to the input of the pulsed signal generating unit 5. In block 5 using the multiplier 6 frequency increases the frequency of the input signal, for example, two times (Fig. 26). The resulting double frequency signal is fed to the input of a one-shot 7, in which rectangular pulses of short duration are formed at the time of the transition of the sinusoidal signal through zero (Fig. 2c).

Эти импульсы через первый выход блока 5 формировани  импульсных сигналов поступают на первичную .обмотку индуктосина 2. На выходных (синусной и косинусной ) обмотках индуктосина 2 формируютс  J короткие импульсы положительной и отрицательной пол рностей.These pulses through the first output of the pulsed signal generating unit 5 are fed to the primary winding of inductosin 2. On the output (sine and cosine) windings of inductosin 2, J short pulses of positive and negative polarities are generated.

Импульсы положительной пол рности формируютс  в момент ступенчатого нарастани  (увеличени ) амплитуды импульсного входного сигнала индуктосина 2 и импульсы 0 отрицательной пол рности формируютс  в момент ступенчатого уменьщени  напр жени  импульсного входного сигнала (фиг. 2 г).Positive polarity pulses are generated at the time of a stepped increase (increase) in the amplitude of a pulsed inductosin 2 input signal and negative polarity pulses 0 are formed at the time of a stepped decrease in the voltage of a pulsed input signal (fig. 2 g).

Импульсные выходные сигналы индуктосина 2, пройд  через делитель 3 напр жени , поступают на сигнальный вход коммутатора 10 и проход т через него только в том случае, когда на втором (управл ющем входе) коммутатора 10 присутствуют коммутирующие импульсы.The inductively induced pulse output signals 2, having passed through the voltage divider 3, arrive at the signal input of switch 10 and pass through it only when switching pulses are present at the second (control input) of switch 10.

При отсутствии коммутирующих импуль0 сов коммутатор 10 закрыт, при этом выходные сигналы индуктосина 2 через коммутатор 10 не проход т.In the absence of switching pulses, the switch 10 is closed, while the output signals of the inductively 2 do not pass through the switch 10.

Формирование коммутирующих импульсов осуществл етс  следующим образом.The formation of switching pulses is carried out as follows.

В блоке 5 формировани  импульсных сиг налов выходные импульсы одновибратора 7 поступают на сигнальный вход фазоинвертора 8. В -фазоинверторе 8 за счет сигнала генератора 1 происходит циклическое изменение пол рности (фазы) входных импульJ сов в соответствии с пол рностью синусоидального сигнала генератора 1 (фиг. 2д), т. е. при положительной пол рности синусоидального сигнала пол рность импульсных сигналов не мен етс , а при отрицательной пол рности синусоидального сигнала - ме5 н етс  на противоположную (фиг. 2а,д).In block 5 of generating pulse signals, the output pulses of the single vibrator 7 are fed to the signal input of the phase inverter 8. In the phase inverter 8, due to the signal from generator 1, the polarity (phase) of the input pulses changes cyclically according to the polarity of the sinusoidal signal of generator 1 (FIG. 2e), i.e., with a positive polarity of the sinusoidal signal, the polarity of the pulsed signals does not change, and with a negative polarity of the sinusoidal signal, it is reversed (Fig. 2a, d).

Сформированные импульсные сигналы по второму выходу блока 5 поступают в блок 9 дифференцировани , в котором формируютс  импульсы положительной или отрицар тельной пол рности (фиг. 2 е), соответствующие переднему и заднему фронтам выходных импульсов фазоинвертора 8 (фиг. 2 д), причем пол рность выходных импульсов блока 9 дифференцировани  будет соответствовать знаку (направлению) ступенчатого изменеi ки  импульсов, поступающих с выхода фазоинвертора 8 на вход блока 9 дифференцировани  (фиг. 2 д, е).The generated pulse signals at the second output of block 5 enter the differentiation unit 9, in which pulses of positive or negative polarity are formed (Fig. 2 e), corresponding to the front and rear edges of the output inverter pulses 8 (Fig. 2 d), and polarity the output pulses of the differentiation unit 9 will correspond to the sign (direction) of the step change of the pulses coming from the output of the phase inverter 8 to the input of the differentiation unit 9 (Fig. 2 d, e).

В однопол рном формирователе 12 импульсов выходные импульсы блока 9 полоQ жительной (или отрицательной) пол рности усиливаютс  по амплитуде, при этом импульсы отрицательной пол рности (при положительной ) через формирователь 12 не проход т. В результате на выходе формировател  12 формируютс  импульсы, соответствующие только передним фронтам (перепадам напр жений) нечетных импульсов (фиг. 2д) и задним фронтам четных импульсов,поступающих на запитку первичной обмотки индуктосина 2, причем длительность т выходных импульсов формировател  12 выбираетс  меньше длительности выходных импульсов одновибратора 7 (фиг. 2в, е), что обеспечиваетс  за счет выбора соответствующих параметров блока 9 и формировател  12.In a unipolar pulse former 12, the output pulses of the positive (or negative) polar unit 9 are amplified in amplitude, while the negative polarity pulses (for positive) do not pass through the former 12. As a result, pulses corresponding only to front fronts (differential voltage) of odd pulses (Fig. 2e) and rear fronts of even pulses fed to the power supply of the inductosin 2 primary winding, and the duration t of the output pulses of the imager 12 less than the duration of the output pulses of the one-shot 7 (Fig. 2c, e) is selected, which is ensured by selecting the appropriate parameters of the block 9 and the driver 12.

В соответствии с пор дком следовани  коммутирующих импульсов (фиг. 2 ж) включаетс  коммутатор 10, при этом через коммутатор проход т только те выходные импульсные сигналы индуктосина (фиг. 2 г) - положительной или отрицательной пол рности , которые образованы передним фронтом нечетных импульсов (фиг. 2д) и задним фронтом четных импульсов, поступающих на запитку первичной обмотки индуктосина 2.In accordance with the order of the switching pulses (Fig. 2 g), the switch 10 is turned on, while only those output pulsed signals of the inductosin (Fig. 2 g) are transmitted through the switch — positive or negative polarity, which are formed by the leading edge of the odd pulses ( Fig. 2d) and the back front of even pulses fed to the power supply of the primary winding inductosin 2.

В результате временной селекции выходных импульсов индуктосина 2, в соответствии с законом следовани  коммутирующих импульсов, на выходе коммутатора 10 по витс  периодическа  последовательность разнопол рных сигналов, сдвинутых относительно друг друга на периода выходного сигнала генератора 1 (фиг. 2 к) и следующих с частотой выходного сигнала генератора 1.As a result of the time selection of the output pulses of the induktoshina 2, in accordance with the law of the switching pulses, at the output of the switch 10, a periodic sequence of opposite-polarity signals shifted relative to each other by the period of the output signal of the generator 1 (Fig. 2k) and following with the output frequency signal generator 1.

Основна  гармоника, присутствующа  в выходном сигнале коммутатора 10 (фиг. 2 к) и равна The fundamental harmonic present in the output signal of the switch 10 (FIG. 2k) and is equal to

II II A-Cs.II II A-Cs.

и пол Uo«i-fj;,and gender Uo "i-fj ;,

пройд  черезфильтр 11 верхних частот поступает в блок 4 формировани  выходного сигнала, на выходе которого формируетс  числовой эквивалент измер емого угла а и управл ющие сигналы, поступающие на второй делитель 3 напр жени .Passing through the high-pass filter 11 enters the output signal generating unit 4, the output of which forms the numerical equivalent of the measured angle a and the control signals to the second voltage divider 3.

Так как в устройстве длительность Ati импульсных сигналов, поступающих на запитку индуктосина 2, выбираетс  значительно меньше периода Топ повторени  этих импульсов , то амплитуда основной гармоники в выходном сигнале коммутатора 10 будет в п раз превышать амплитуду основной гармоники , присутствующую на выходе делител  3 напр жени , или на выходе поворотного индуктосина, гдеSince in the device the duration Ati of the pulse signals supplied to the inductosin 2 is chosen significantly less than the Top repetition period of these pulses, the amplitude of the main harmonic in the output signal of the switch 10 will be n times higher than the amplitude of the main harmonic present at the output of the voltage divider 3, or at the exit of the rotary inductosin, where

п 1 Таn 1 ta

- 1Г AtT  - 1G AtT

Следовательно, увеличение амплитуды основной гармоники без изменени  амплитуды шумов, электрических помех и наводок позвол ет повысить в предложенном устройстве отношение полезный сигнал-помеха, а, следовательно, и точность формировани  сигнала рассогласовани  между измер емым углом ротора индуктосина и его числовым эквивалентом.Therefore, increasing the amplitude of the main harmonic without changing the amplitude of noise, electrical noise and interference allows the proposed device to increase the desired signal-to-noise ratio and, consequently, the accuracy of generating the error signal between the measured angle of the inductosyn rotor and its numerical equivalent.

Claims (2)

Формула изобретени Invention Formula Устройство дл  измерени  перемещений,Device for measuring displacements содержащее генератор опорного напр жени , блок формировани  выходного сигнала, индуктосин, подключенный через делитель напр жени  к первому входу коммутатора, и формирователь импульсов, отличающеес comprising a reference voltage generator, an output signal shaping unit, inductosyn, connected via a voltage divider to the first input of the switch, and a pulse driver different тем, что, с целью повышени  точности устройства , в него введены умножитель частоты , одновибратор, фазоинвертор, блок дифференцировани  и фильтр верхних частот , вход у.множител  частоты соединен с выходом генератора опорного напр жени In order to increase the accuracy of the device, a frequency multiplier, a one-shot, a phase inverter, a differentiation unit and a high-pass filter are introduced into it, the input of the frequency multiplier is connected to the output of the reference voltage generator и с первым входом фазоинвертора, выход умножител  частоты соединен с входом одновибратора , выход которого соединен с вторым входом фазоинвертора и с входом индуктосина, выход фазоинвертора черезand with the first input of the phase inverter, the output of the frequency multiplier is connected to the input of the one-shot, the output of which is connected to the second input of the phase inverter and to the input of the inductosin, the output of the phase inverter through блок дифференцировани  соединен с входом формировател  импульсов, выход которого соединен с вторым входом коммутатора, выход коммутатора через фильтр верхних частот соединен с входом блока формировани  выходного сигнала, выход которого подключей к управл ющему входу делител  напр жени .The differentiation unit is connected to the input of the pulse generator, the output of which is connected to the second input of the switch, the output of the switch is connected to the control input of the voltage divider through the high-pass filter. Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе 1. Бычатин Д. А. и др. Поворотный индуксин . М., «Энерги , 1969, с. 14-17. Sources of information taken into account in the examination 1. Bychatin D. A. and others. Rotary induxin. M., “Energie, 1969, p. 14-17. 2. Патент США № 2915721, кл. 336-69, 1959 (прототип).2. US patent No. 2915721, cl. 336-69, 1959 (prototype). Фиг.11