Устройство для измерения угловых перемещений

Классификация по МПК: G01B

Патентная информация
Патент на изобретение №: 
2313764
Дата публикации: 
Четверг, Декабрь 27, 2007
Начало действия патента: 
Среда, Июнь 7, 2006

Изобретение относится к измерительной технике. Технический результат: повышение точности преобразования, надежности и КПД устройства. Сущность: устройство содержит формирователь синусоиды, трансформаторный датчик угла, дифференциальный усилитель, аналого-цифровой преобразователь, регистр данных, блок управления и синхронизации и устройство выборки-хранения. Выход формирователя синусоиды соединен с входом трансформаторного датчика угла. Выход датчика соединен с входом дифференциального усилителя. Выход аналого-цифрового преобразователя соединен с входом регистра данных. Выход устройства выборки-хранения соединен с первым входом аналого-цифрового преобразователя. Первый вход устройства выборки-хранения соединен с выходом дифференциального усилителя, второй вход соединен с первым выходом блока управления и синхронизации. Второй выход блока управления соединен со вторым входом аналого-цифрового преобразователя. Третий выход блока управления соединен с входом формирователя синусоиды, а вход соединен с выходом генератора. 4 ил.


Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения угловых перемещений различных объектов, а именно для преобразования ограниченного угла поворота вала в код, когда нецелесообразно применять сложные, полнооборотные и дорогие датчики (редуктосины, СКВТ и пр.).

Известен преобразователь перемещений (В.Г.Домрачев, В.Р.Матвеевский, Ю.С.Смирнов. Схемотехника цифровых преобразователей перемещений. М.: «Энергоатомиздат», 1987, с.58), содержащий П-образный магнитопровод, выходные обмотки которого соединены с элементами сравнения СС1, СС2, СС3, выходы которых подключены к шифратору Ш, содержащему элементы НЕ1, НЕ2, НЕ3 и И1, И2, И3, на выходах которых формируется позиционный код перемещения.

Недостатком данного преобразователя является низкая точность преобразования, обусловленная большой дискретностью измерения.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство для измерения угловых перемещений по RU 217886802, 1999.04.20, МКИ: G01В 7/30, содержащий четыре чувствительных элемента, каждый из которых связан с одной из четырех катушек индуктивности посредством витка связи. Каждый из двух каналов преобразования устройства содержит дифференцирующий трансформатор, временной селектор, амплитудный детектор, два выпрямителя, источник опорного напряжения, вычитающее устройство, аналого-цифровой преобразователь и регистр данных. Устройство также содержит блок управления, три компаратора, мультиплексор, преобразователь кодов, схему контроля четности и регистры номера зоны и результата.

Это устройство выбрано в качестве прототипа.

Недостатком этого устройства являются сложность конструкции датчика угла и наличие большого числа промежуточных преобразований.

Цель изобретения - повышение точности преобразования, надежности и КПД устройства для измерения угловых перемещений за счет уменьшения числа промежуточных преобразований, упрощения алгоритма преобразования и конструкции датчика.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для измерения угловых перемещений введены блок управления и синхронизации и устройство выборки-хранения, выход которого соединен с первым входом аналого-цифрового преобразователя, первый вход соединен с выходом дифференциального усилителя, второй вход соединен с первым выходом блока управления и синхронизации, второй выход которого соединен со вторым входом аналого-цифрового преобразователя, третий выход соединен с входом формирователя синусоиды, а вход соединен с выходом генератора.

Суть изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 изображена блок-схема устройства для измерения угловых перемещений, на фиг.2 - принципиальная схема блока управления и синхронизации, устройства выборки-хранения и аналого-цифрового преобразователя, на фиг.3 - чертеж трансформаторного датчика угла, на фиг.4 - эпюры напряжений устройства для измерения угловых перемещений.

Устройство для измерения угловых перемещений содержит формирователь 1 синусоиды, трансформаторный датчик 2 угла, дифференциальный усилитель 3, устройство выборки-хранения 4, аналого-цифровой преобразователь 5, регистр 6 данных, блок управления и синхронизации 7, генератор 8.

Устройство работает следующим образом.

На вход трансформаторного датчика 2 угла подается синусоидальное напряжение с выхода формирователя 1 синусоиды. Трансформаторный датчик 2 угла, изображенный на фиг.3, работает на принципе размыкания электромагнитного поля. Он состоит из магнитного сердечника с зазором, в котором перемещается чувствительный элемент - медный виток, обладающий большой электрической проводимостью. Перемещение чувствительного элемента вызывает изменение величины наводимых в нем вихревых токов. При этом изменяется индуктивная связь между первичной обмоткой, расположенной на центральном сердечнике, и выходными обмотками. Если виток находится в нулевом положении, как показано на фиг.3, напряжение на выходе датчика, равное разности напряжений на выходных обмотках, будет равно нулю, т.к. выходные обмотки включены встречно, и напряжения на выходных обмотках будут равны между собой по амплитуде и противоположны по фазе. Когда чувствительный элемент начнет вращаться, напряжение на выходе датчика изменяется пропорционально α - углу поворота витка.

Полярность выходного напряжения определяется направлением отклонения витка от нулевого положения.

Выходное синусоидальное напряжение датчика 2 подается на вход дифференциального усилителя 3. Усиленное до необходимой величины напряжение Uду поступает на вход устройства выборки-хранения 4. На фиг.4 показаны четыре синусоиды:

+Umax - максимальное положительное значение Uду;

-Umax - максимальное отрицательное значение Uду;

+Ui - одно из промежуточных положительных значений Uду;

-Ui - одно из промежуточных отрицательных значений Uду.

С помощью блока управления и синхронизации 7 в устройстве выборки-хранения 4 один раз за период происходит запоминание значения Uду. Постоянное напряжение Uyвх с выхода устройства выборки-хранения 4 поступает на вход аналого-цифрового преобразователя 5, где преобразуется в цифровой код N=f(α), пропорциональный углу поворота чувствительного элемента датчика. Момент запуска преобразования Uду в цифровой код задерживается на время Δt для исключения влияния переходных процессов. Процессы формирования синусоиды, выборки-хранения и аналого-цифрового преобразования синхронизированы частотой генератора 8. Положение выборки на синусоиде Uду выбирается из условия необходимой крутизны выходной характеристики датчика.

Уменьшение числа промежуточных преобразований, упрощение алгоритма преобразования и конструкции датчика позволили существенно повысить точность преобразования, надежность и КПД устройства и значительно снизить его стоимость.

Из известных заявителю патентно-информационных материалов не обнаружены признаки, сходные с совокупностью признаков заявляемого объекта.

Данное устройство испытано на макетном образце. Результаты испытаний свидетельствуют о достижении поставленной задачи. ФГУП НПОПМ предполагает использовать это техническое решение на штатных изделиях.

Формула изобретения

Устройство для измерения угловых перемещений, содержащее формирователь синусоиды, выход которого соединен с входом трансформаторного датчика угла, выход которого соединен с входом дифференциального усилителя, аналого-цифровой преобразователь, выход которого соединен с входом регистра данных, отличающееся тем, что в него введены блок управления и синхронизации и устройство выборки-хранения, выход которого соединен с первым входом аналого-цифрового преобразователя, первый вход соединен с выходом дифференциального усилителя, второй вход соединен с первым выходом блока управления и синхронизации, второй выход которого соединен со вторым входом аналого-цифрового преобразователя, третий выход соединен с входом формирователя синусоиды, а вход соединен с выходом генератора.