устройство для измерения угловых перемещений

Формула изобретения

Устройство для измерения угловых перемещений, содержащее индуктивный датчик с четырьмя катушками индуктивности, ключи, источник постоянного напряжения, дифференцирующий трансформатор, парафазный усилитель, временной селектор, амплитудный детектор, аналого-цифровой преобразователь, регистры данных, мультиплексор, регистр результата, преобразователь кодов, регистр номера зоны, генератор тактовых импульсов, блок управления, вторая и четвертая катушки индуктивности первым выводом соединены с выходом источника постоянного напряжения, средняя точка вторичной обмотки дифференцирующего трансформатора подключена к земляной шине, первый вывод вторичной обмотки дифференцирующего трансформатора соединен с инвертирующим входом парафазного усилителя, второй вывод вторичной обмотки дифференцирующего трансформатора - с неинвертирующим входом парафазного усилителя, выход парафазного усилителя соединен с информационным входом временного селектора, выход временного селектора - с информационным входом амплитудного детектора, информационный выход аналого-цифрового преобразователя - с информационным входом первого регистра данных, выход первого регистра данных - с первым информационным входом мультиплексора, выход второго регистра данных - с вторым информационным входом мультиплексора, выход мультиплексора - с информационным входом регистра результата, выход преобразователя кодов - с входом регистра номера зоны, выход генератора тактовых импульсов - с первым входом блока управления, управляющий вход временного селектора - с третьим выходом блока управления, первый управляющий вход аналого-цифрового преобразователя - с четвертым выходом блока управления, отличающееся тем, что в него введены первый - четвертый чувствительные элементы, первый - четвертый витки связи, второй дифференцирующий трансформатор, второй парафазный усилитель, второй временной селектор, второй амплитудный детектор, первый - четвертый двухполупериодные выпрямители, второй аналого-цифровой преобразователь, схема контроля четности, первый и второй источники опорного напряжения, первое и второе вычитающие устройства, первый, второй и третий компараторы, счетчик, дешифратор, первый - четвертый SR-триггеры, D-триггер, схема ИЛИ, схема И, первый вывод первого чувствительного элемента соединен с первым выводом первого витка связи, второй вывод первого чувствительного элемента - с вторым выводом первого витка связи, причем первый виток связи является первичной обмоткой трансформатора, вторичной обмоткой которого служит первая катушка индуктивности, первый вывод второго чувствительного элемента соединен с первым выводом второго витка связи, второй вывод второго чувствительного элемента - с вторым выводом второго витка связи, причем второй виток связи является первичной обмоткой трансформатора, вторичной обмоткой которого служит вторая катушка индуктивности, первый вывод третьего чувствительного элемента соединен с первым выводом третьего витка связи, второй вывод третьего чувствительного элемента - с вторым выводом третьего витка связи, причем третий виток связи является первичной обмоткой трансформатора, вторичной обмоткой которого служит третья катушка индуктивности, первый вывод четвертого чувствительного элемента соединен с первым выводом четвертого витка связи, второй вывод четвертого чувствительного элемента - с вторым выводом четвертого витка связи, причем четвертый виток связи является первичной обмоткой трансформатора, вторичной обмоткой которого служит четвертая катушка индуктивности, первый вывод первой катушки индуктивности соединен с первым выводом первичной обмотки первого дифференцирующего трансформатора, второй вывод второй катушки индуктивности - с вторым выводом первичной обмотки первого дифференцирующего трансформатора, средняя точка первичной обмотки первого дифференцирующего трансформатора - с выходом первого ключа, информационный вход первого ключа - с земляной шиной, первый вывод третьей катушки индуктивности - с первым выводом первичной обмотки второго дифференцирующего трансформатора, второй вывод четвертой катушки индуктивности - с вторым выводом первичной обмотки второго дифференцирующего трансформатора, средняя точка первичной обмотки второго дифференцирующего трансформатора - с выходом второго ключа, информационный вход второго ключа - с земляной шиной, первый вывод вторичной обмотки второго дифференцирующего трансформатора - с инвертирующим входом второго парафазного усилителя, второй вывод вторичной обмотки второго дифференцирующего трансформатора - с неинвертирующим входом второго парафазного усилителя, средняя точка вторичной обмотки второго дифференцирующего трансформатора подключена к земляной шине, выход второго парафазного усилителя соединен с информационным входом второго временного селектора, выход второго временного селектора - с информационным входом второго амплитудного детектора, управляющий вход второго временного селектора - с третьим выходом блока управления, выход первого амплитудного детектора - с входом первого двухполупериодного выпрямителя и первым входом третьего компаратора, управляющий вход первого амплитудного детектора - с первым выходом блока управления, выход второго амплитудного детектора - с входом второго двухполупериодного выпрямителя и вторым входом третьего компаратора, выход первого двухполупериодного выпрямителя - с информационным входом первого аналого-цифрового преобразователя, первым входом первого вычитающего устройства и первым входом второго компаратора, выход второго двухполупериодного выпрямителя - с информационным входом второго аналого-цифрового преобразователя, первым входом второго вычитающего устройства и вторым входом второго компаратора, первый управляющий вход второго аналого-цифрового преобразователя соединен с четвертым выходом блока управления, второй управляющий вход второго аналого-цифрового преобразователя - с седьмым выходом блока управления, второй вход первого вычитающего устройства - с выходом первого источника опорного напряжения, второй вход второго вычитающего устройства - с выходом второго источника опорного напряжения, выход первого вычитающего устройства - с входом третьего двухполупериодного выпрямителя, выход второго вычитающего устройства - с входом четвертого двухполупериодного выпрямителя, выход третьего двухполупериодного выпрямителя - с первым входом первого компаратора, выход четвертого двухполупериодного выпрямителя - с вторым входом первого компаратора, выходы первого, второго и третьего компараторов - с первым, вторым и третьим входами преобразователя кодов соответственно, информационный выход второго аналого-цифрового преобразователя - с информационным входом второго регистра данных, управляющий вход регистра номера зоны - с шестым выходом блока управления, выход регистра номера зоны - с входом схемы контроля четности, выход схемы контроля четности - с адресным входом мультиплексора, управляющий вход второго амплитудного детектора - с первым выходом блока управления, управляющие входы первого и второго ключа - с вторым выходом блока управления, управляющие входы первого и второго регистров данных - с пятым выходом блока управления, управляющий вход регистра результата - с шестым выходом блока управления, второй управляющий вход первого аналого-цифрового преобразователя - с седьмым выходом блока управления, управляющий выход первого аналого-цифрового преобразователя - с вторым входом блока управления, управляющий выход второго аналого-цифрового преобразователя - с третьим входом блока управления, причем блок управления состоит из счетчика, дешифратора, четырех SR-триггеров, D-триггера, схемы ИЛИ, схемы И, вход счетчика является первым входом блока управления, первый - четвертый выходы счетчика соединены с первым - четвертым входами дешифратора соответственно, двенадцатый выход дешифратора соединен с установочным входом счетчика, первый выход дешифратора является первым выходом блока управления, второй выход дешифратора соединен с S-входом первого SR-триггера, пятый выход дешифратора - с R-входом первого SR-триггера, выход первого SR-триггера является вторым выходом блока управления, третий выход дешифратора соединен с S-входом второго SR-триггера, четвертый выход дешифратора - с R-входом второго SR-триггера, выход второго SR-триггера является третьим выходом блока управления, шестой выход дешифратора является четвертым выходом блока управления и соединен с S-входами третьего и четвертого SR-триггеров, R-вход третьего SR-триггера является вторым входом блока управления, R-вход четвертого SR-триггера является третьим входом блока управления, выход третьего SR-триггера соединен с первым входом схемы ИЛИ, выход четвертого SR-триггера - с вторым входом схемы ИЛИ, выход схемы ИЛИ - с тактовым входом D-триггера, десятый выход дешифратора соединен с установочным входом D-триггера, выход D-триггера - с первым входом схемы И, девятый выход дешифратора соединен с вторым входом схемы И, выход схемы И является пятым выходом блока управления, одиннадцатый выход дешифратора является шестым выходом блока управления, выход D-триггера является седьмым выходом блока управления, а индуктивный датчик выполнен в виде четырех колец из диэлектрического материала, охватывающих имеющий растровое окно угловым размером 180^o экран из электропроводного немагнитного материала, чувствительные элементы угловым размером 180^o размещаются в пазах на внутренней поверхности колец и разбиты на две пары, причем чувствительные элементы, объединенные в пару, развернуты на 180^o относительно друг друга, а пары развернуты на 45^o относительно друг друга, свободные концы каждого чувствительного элемента объединены, образуя виток связи, являющийся первичной обмоткой трансформатора, вторичной обмоткой которого служит соответствующая катушка индуктивности.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения угловых перемещений объектов, например рабочих органов станков, машин, механизмов.

Известно устройство (а. с. СССР N 422990, БИ N 13, 1974), содержащее неподвижную катушку индуктивности и два стакана, расположенных один в другом и снабженных взаимно перекрывающимися растровыми окнами.

Недостатком этого устройства является узкий диапазон измеряемых угловых перемещений.

Из известных устройств наиболее близким является устройство (а. с. СССР N 1603187, БИ N 40, 1990). Это устройство содержит индуктивный датчик угловых перемещений с четырьмя катушками индуктивности, ключи, источник постоянного напряжения, дифференцирующий трансформатор, парафазный усилитель, временной селектор, амплитудный детектор, аналого-цифровой преобразователь, регистры данных, мультиплексор, регистр результата, преобразователь кодов, регистр номера зоны, генератор тактовых импульсов, блок управления.

Вторая и четвертая катушки индуктивности первым выводом соединены с выходом источника постоянного напряжения, средняя точка вторичной обмотки дифференцирующего трансформатора подключена к земляной шине, первый вывод вторичной обмотки дифференцирующего трансформатора соединен с инвертирующим входом парафазного усилителя, второй вывод вторичной обмотки дифференцирующего трансформатора соединен с неинвертирующим входом парафазного усилителя, выход парафазного усилителя соединен с информационным входом временного селектора, выход временного селектора соединен с информационным входом амплитудного детектора, информационный выход аналого-цифрового преобразователя соединен с информационным входом первого регистра данных, выход первого регистра данных соединен с первым информационным входом мультиплексора, выход второго регистра данных соединен со вторым информационным входом мультиплексора, выход мультиплексора соединен с информационным входом регистра результата, выход преобразователя кодов соединен со входом регистра номера зоны, выход генератора тактовых импульсов соединен с первым входом блока управления, управляющий вход временного селектора соединен с третьим выходом блока управления, управляющий вход аналого-цифрового преобразователя соединен с четвертым выходом блока управления.

Недостатком этого устройства является низкая точность измерения углового перемещения, обусловленная возможностью недостоверного определения номера зоны. Недостоверность вызвана тем, что реальная функция преобразования измерительного канала, состоящего из катушки индуктивности, дифференцирующего трансформатора. парафазного усилителя, временного селектора, амплитудного детектора, аналого-цифрового преобразователя подвержена температурно-временным изменениям. Эти изменения объясняются тем, что катушка индуктивности является многокомпонентным устройством, содержащим каркас, витки проводников с произвольным расположением в пространстве, изоляционные материалы и наполнители. Различные по величине коэффициенты линейного расширения элементов катушки вызывают при изменении температуры непредсказуемое смещение витков в пространстве и соответствующее изменение индуктивности.

Кроме этого, источником изменений реальной функции преобразования являются дрейф парафазного усилителя и дребезг аналого-цифрового преобразователя. Эти изменения могут привести к возникновению кодовой комбинации, не определенной таблицей истинности преобразователя кодов или не соответствующей измеряемому угловому перемещению. Происходит это за счет формирования кода номера зоны путем сравнения результатов преобразования индуктивности в код с фиксированными опорными кодами.

Другим недостатком этого устройства является низкое быстродействие, обусловленное формированием результата измерения за четыре такта. Кроме этого, конструкция индуктивного датчика, входящего в состав устройства, не технологична из-за обилия растровых окон.

Задача изобретения - повышение точности, быстродействия и технологичности.

Поставленная задача решается тем, что в известное устройство, содержащее индуктивный датчик угловых перемещений с четырьмя катушками индуктивности, ключи, источник постоянного напряжения, дифференцирующий трансформатор, парафазный усилитель, временной селектор, амплитудный детектор, аналого-цифровой преобразователь, регистры данных, мультиплексор, регистр результата, преобразователь кодов, регистр номера зоны, генератор тактовых импульсов, блок управления, вторая и четвертая катушки индуктивности первым выводом соединены с выходом источника постоянного напряжения, средняя точка вторичной обмотки дифференцирующего трансформатора подключена к земляной шине, первый вывод вторичной обмотки дифференцирующего трансформатора соединен с инвертирующим входом парафазного усилителя, второй вывод вторичной обмотки дифференцирующего трансформатора соединен с неинвертирующим входом парафазного усилителя, выход парафазного усилителя соединен с информационным входом временного селектора, выход временного селектора соединен с информационным входом амплитудного детектора, информационный выход аналого-цифрового преобразователя соединен с информационным входом первого регистра данных, выход первого регистра данных соединен с первым информационным входом мультиплексора, выход второго регистра данных соединен со вторым информационным входом мультиплексора, выход мультиплексора соединен с информационным входом регистра результата, выход преобразователя кодов соединен со входом регистра номера зоны, выход генератора тактовых импульсов соединен с первым входом блока управления, управляющий вход временного селектора соединен с третьим выходом блока управления, первый управляющий вход аналого-цифрового преобразователя соединен с четвертым выходом блока управления, введены первый, второй, третий и четвертый чувствительные элементы, первый, второй, третий и четвертый витки связи, второй дифференцирующий трансформатор, второй парафазный усилитель, второй временной селектор, второй амплитудный детектор, первый, второй, третий и четвертый двухполупериодные выпрямители, второй аналого-цифровой преобразователь, схема контроля четности, первый и второй источники опорного напряжения, первое и второе вычитающие устройства, первый, второй и третий компараторы, счетчик, дешифратор, первый, второй. третий и четвертый SR-триггеры, D-триггер, схема ИЛИ, схема И, первый вывод первого чувствительного элемента соединен с первым выводом первого витка связи, второй вывод первого чувствительного элемента соединен со вторым выводом первого витка связи, причем первый виток связи является первичной обмоткой трансформатора, вторичной обмоткой которого служит первая катушка индуктивности, первый вывод второго чувствительного элемента соединен с первым выводом второго витка связи, второй вывод второго чувствительного элемента соединен со вторым выводом второго витка связи, причем второй виток связи является первичной обмоткой трансформатора, вторичной обмоткой которого служит вторая катушка индуктивности, первый вывод третьего чувствительного элемента соединен с первым выводом третьего витка связи, второй вывод третьего чувствительного элемента соединен со вторым выводом третьего витка связи, причем третий виток связи является первичной обмоткой трансформатора, вторичной обмоткой которого служит третья катушка индуктивности, первый вывод четвертого чувствительного элемента соединен с первым выводом четвертого витка связи, второй вывод четвертого чувствительного элемента соединен со вторым выводом четвертого витка связи, причем четвертый виток связи является первичной обмоткой трансформатора, вторичной обмоткой которого служит четвертая катушка индуктивности, второй вывод первой катушки индуктивности соединен с первым выводом второй катушки индуктивности, второй вывод третьей катушки индуктивности соединен с первым выводом четвертой катушки индуктивности. первый вывод первой катушки индуктивности соединен с первым выводом первичной обмотки первого дифференцирующего трансформатора, второй вывод второй катушки индуктивности соединен со вторым выводом первичной обмотки первого дифференцирующего трансформатора, средняя точка первичной обмотки первого дифференцирующего трансформатора соединена с выходом первого ключа, информационный вход первого ключа соединен с земляной шиной, первый вывод третьей катушки индуктивности соединен с первым выводом первичной обмотки второго дифференцирующего трансформатора, второй вывод четвертой катушки индуктивности соединен со вторым выводом первичной обмотки второго дифференцирующего трансформатора, средняя точка первичной обмотки второго дифференцирующего трансформатора соединена с выходом второго ключа, информационный вход второго ключа соединен с земляной шиной, первый вывод вторичной обмотки второго дифференцирующего трансформатора соединен с неинвертирующим входом второго парафазного усилителя, второй вывод вторичной обмотки второго дифференцирующего трансформатора соединен с неинвертирующим входом второго парафазного усилителя, средняя точка вторичной обмотки второго дифференцирующего трансформатора подключена к земляной шине, выход второго парафазного усилителя соединен с информационным входом второго временного селектора, выход второго временного селектора соединен с информационным входом второго амплитудного детектора, управляющий вход второго временного селектора соединен с третьим выходом блока управления, выход первого амплитудного детектора соединен со входом первого двухполупериодного выпрямителя и первым входом третьего компаратора, управляющий вход первого амплитудного детектора соединен с первым выходом блока управления, выход второго амплитудного детектора соединен со входом второго двухполупериодного выпрямителя и вторым входом третьего компаратора, выход первого двухполупериодного выпрямителя соединен с информационным входом первого аналого-цифрового преобразователя, первым входом первого вычитающего устройства и первым входом второго компаратора, выход второго двухполупериодного выпрямителя соединен с информационным входом второго аналого-цифрового преобразователя, первым входом второго вычитающего устройства и вторым входом второго компаратора, первый управляющий вход второго аналого-цифрового преобразователя соединен с четвертым выходом блока управления, второй управляющий вход второго аналого-цифрового преобразователя соединен с седьмым выходом блока управления, второй вход первого вычитающего устройства соединен с выходом первого источника опорного напряжения, второй вход второго вычитающего устройства соединен с выходом второго источника опорного напряжения, выход первого вычитающего устройства соединен со входом третьего двухполупериодного выпрямителя, выход второго вычитающего устройства соединен со входом четвертого двухполупериодного выпрямителя, выход третьего двухполупериодного выпрямителя соединен с первым входом первого компаратора, выход четвертого двухполупериодного выпрямителя соединен со вторым входом первого компаратора, выходы первого, второго и третьего компараторов соединены с первым, вторым и третьим входом преобразователя кодов соответственно, информационный выход второго аналого-цифрового преобразователя соединен с информационным входом второго регистра данных, управляющий вход регистра номера зоны соединен с шестым выходом блока управления, выход регистра номера зоны соединен со входом схемы контроля четности, выход схемы контроля четности соединен с адресным входом мультиплексора, управляющий вход второго амплитудного детектора соединен с первым выходом блока управления, управляющие входы первого и второго ключей соединены со вторым выходом блока управления, управляющие входы первого и второго регистра данных соединены с пятым выходом блока управления, управляющий вход регистра результата соединен с шестым выходом блока управления, второй управляющий вход первого аналого-цифрового преобразователя соединен с седьмым выходом блока управления, управляющий выход первого аналого-цифрового преобразователя соединен со вторым входом блока управления, управляющий выход второго аналого-цифрового преобразователя соединен с третьим входом блока управления, причем блок управления состоит из счетчика, дешифратора, четырех SR-триггеров, D-триггера, схемы ИЛИ, схемы И, вход счетчика является первым входом блока управления, первый, второй, третий и четвертый выходы счетчика соединены с первым, вторым, третьим и четвертым входами дешифратора соответственно, установочный вход счетчика соединен с двенадцатым выходом дешифратора, первый выход дешифратора является первым выходом блока управления, второй выход дешифратора соединен с S-входом первого SR-триггера, пятый выход дешифратора соединен R-входом первого SR-триггера, выход первого SR-триггера является вторым выходом блока управления, третий выход дешифратора соединен с S-входом второго SR-триггера, четвертый выход дешифратора соединен с R-входом второго SR-триггера, выход второго SR-триггера является третьим выходом блока управления, шестой выход дешифратора является четвертым выходом блока управления и соединен с S-входами третьего и четвертого SR-триггеров, R-вход третьего SR-триггера является третьим входом блока управления. R-вход четвертого SR-триггера является вторым входом блока управления, выход третьего SR-триггера соединен с первым входом схемы ИЛИ, выход четвертого SR-триггера соединен со вторым входом схемы ИЛИ, выход схемы ИЛИ соединен с тактовым входом D-триггера, десятый выход дешифратора соединен с установочным входом D-триггера, выход D-триггера соединен с первым входом схемы И, девятый выход дешифратора соединен со вторым входом схемы И, выход схемы И является пятым выходом блока управления, одиннадцатый выход дешифратора является шестым выходом блока управления, выход D-триггера является седьмым выходом блока управления, а индуктивный датчик выполнен в виде четырех колец из диэлектрического материала, охватывающих имеющий растровое окно угловым размером 180^o экран из электропроводного немагнитного материала, чувствительные элементы угловым размером 180^o размещаются в пазах на внутренней поверхности колец и разбиты на две пары, причем чувствительные элементы, объединенные в пару, развернуты на 180^o друг относительно друга, а пары развернуты на 45^o друг относительно друга, свободные концы каждого чувствительного элемента объединены, образуя виток связи, являющийся первичной обмоткой трансформатора, вторичной обмоткой которого служит катушка индуктивности.

На фиг. 1 изображена структурная схема устройства для измерения угловых перемещений, на фиг. 2 - временные диаграммы работы устройства, на фиг. 3 - таблица истинности преобразователя кодов, на фиг. 4 - схема преобразователя кодов, на фиг. 5 - графики изменения абсолютного значения индуктивностей катушек датчика и относительного разбаланса дифференциальных пар от углового перемещения экрана, на фиг. 6 зависимость выходных сигналов амплитудных детекторов и двухполупериодных выпрямителей от углового перемещения экрана, на фиг. 7 - возможные изменения реальной функции преобразования в местах стыка зон, на фиг. 8 - индуктивный датчик, его разрез и сечения (без защитного корпуса и подшипников).

Устройство для измерения угловых перемещений содержит индуктивный датчик 1, в состав которого входят первый чувствительный элемент 2, второй чувствительный элемент 3, третий чувствительный элемент 4, четвертый чувствительный элемент 5, первый виток связи 6, второй виток связи 7, третий виток связи 8, четвертый виток связи 9, первая катушка индуктивности 10 (L₁), вторая катушка индуктивности 11 (L₂), третья катушка индуктивности 12 (L₃). четвертая катушка индуктивности 13 (L₄), источник 14 постоянного напряжения, первый ключ 15, второй ключ 16, первый дифференцирующий трансформатор 17, второй дифференцирующий трансформатор 18, первый парафазный усилитель 19, второй парафазный усилитель 20, первый временной селектор 21, второй временной селектор 22, первый амплитудный детектор 23, второй амплитудный детектор 24, первый двухполупериодный выпрямитель 25, второй двухполупериодный выпрямитель 26, первый источник 27 опорного напряжения, второй источник 28 опорного напряжения, первое вычитающее устройство 29, второе вычитающее устройство 30, третий двухполупериодный выпрямитель 31, четвертый двухполупериодный выпрямитель 32, первый аналого-цифровой преобразователь 33, второй аналого-цифровой преобразователь 34, первый компаратор 35, второй компаратор 36, третий компаратор 37, первый регистр 38 данных, второй регистр 39 данных, преобразователь 40 кодов, мультиплексор 41, схему 42 контроля четности, регистр 43 номера зоны, регистр 44 результата, генератор 45 тактовых импульсов, блок 46 управления, состоящий из счетчика 47, дешифратора 48, первого SR-триггера 49, второго SR-триггера 50, третьего SR-триггера 51, четвертого SR-триггера 52, схемы ИЛИ 53, D-триггера 54, схемы И 55.

Катушки индуктивности 11, 13 первым выводом соединены с выходом источника 14 постоянного напряжения, средняя точка вторичной обмотки первого дифференцирующего трансформатора 17 подключена к земляной шине, первый вывод вторичной обмотки первого дифференцирующего трансформатора 17 соединен с инвертирующим входом первого парафазного усилителя 19. второй вывод вторичной обмотки первого дифференцирующего трансформатора 17 соединен с неинвертирующим входом первого парафазного усилителя 19, выход первого парафазного усилителя 19 соединен с информационным входом первого временного селектора 21, выход первого временного селектора 21 соединен с информационным входом первого амплитудного детектора 23, информационный выход первого аналого-цифрового преобразователя 33 соединен с информационным входом первого регистра 38 данных, выход первого регистра 38 данных соединен с первым информационным входом мультиплексора 41, выход второго регистра 39 данных соединен со вторым информационным входом мультиплексора 41, выход мультиплексора 41 соединен с информационным входом регистра 44 результата, выход преобразователя 40 кодов соединен с информационным входом регистра 43 номера зоны, выход генератора 45 тактовых импульсов соединен с первым входом блока 46 управления, управляющий вход первого временного селектора 21 соединен с третьим выходом блока 46 управления, первый управляющий вход первого аналого-цифрового преобразователя 33 соединен с четвертым выходом блока 46 управления.

Первый вывод первого чувствительного элемента 2 соединен с первым выводом первого витка связи 6, второй вывод первого чувствительного элемента 2 соединен со вторым выводом первого витка связи 6, причем первый виток связи 6 является первичной обмоткой трансформатора, вторичной обмоткой которого служит первая катушка индуктивности 10, первый вывод второго чувствительного элемента 3 соединен с первым выводом второго витка связи 7, второй вывод второго чувствительного элемента 3 соединен со вторым выводом второго витка связи 7, причем второй виток связи является первичной обмоткой трансформатора, вторичной обмоткой которого служит вторая катушка индуктивности 11, первый вывод третьего чувствительного элемента 4 соединен с первым выводом третьего витка связи 8, второй вывод третьего чувствительного элемента 4 соединен со вторым выводом третьего витка связи 8, причем третий виток связи является первичной обмоткой трансформатора, вторичной обмоткой которого служит третья катушка индуктивности 12, первый вывод четвертого чувствительного элемента 5 соединен с первым выводом четвертого витка связи 9, второй вывод четвертого чувствительного элемента 5 соединен со вторым выводом четвертого витка связи 9, причем четвертый виток связи является первичной обмоткой трансформатора, вторичной обмоткой которого служит четвертая катушка индуктивности 13, первый вывод первой катушки индуктивности 10 соединен с первым выводом первичной обмотки первого дифференцирующего трансформатора 17, второй вывод второй катушки индуктивности 11 соединен со вторым выводом первичной первого дифференцирующего трансформатора 17, средняя точка первичной обмотки первого дифференцирующего трансформатора 17 соединена с выходом первого ключа 15, информационный вход первого ключа 15 соединен с земляной шиной, первый вывод третьей катушки индуктивности 12 соединен с первым выводом первичной обмотки второго дифференцирующего трансформатора 18, второй вывод четвертой катушки индуктивности 13 соединен со вторым выводом первичной обмотки второго дифференцирующего трансформатора 18, средняя точка первичной обмотки второго дифференцирующего трансформатора 18 соединена с выходом второго ключа 16, информационный вход второго ключа 16 соединен с земляной шиной, первый вывод вторичной обмотки второго дифференцирующего трансформатора 18 соединен с инвертирующим входом второго парафазного усилителя 20, второй вывод вторичной обмотки второго дифференцирующего трансформатора 18 соединен с неинвертирующим входом второго парафазного усилителя 20. средняя точка вторичной обмотки второго дифференцирующего трансформатора 18 подключена к земляной шине, выход второго парафазного усилителя 20 соединен с информационным входом второго временного селектора 22, выход второго временного селектора 22 соединен с информационным входом второго амплитудного детектора 24, управляющий вход второго временного селектора 22 соединен с третьим выходом блока 46 управления, выход первого амплитудного детектора 23 соединен со входом первого двухполупериодного выпрямителя 25 и первым входом третьего компаратора 37, управляющий вход первого амплитудного детектора 23 соединен с первым выходом блока 46 управления, выход второго амплитудного детектора 24 соединен со входом второго двухполупериодного выпрямителя 26 и вторым входом третьего компаратора 37, выход первого двухполупериодного выпрямителя 25 соединен с информационным входом первого аналого-цифрового преобразователя 33, первым входом первого вычитающего устройства 29 и первым входом второго компаратора 36, выход второго двухполупериодного выпрямителя 26 соединен с информационным входом второго аналого-цифрового преобразователя 34, первым входом второго вычитающего устройства 30 и вторым входом второго компаратора 36, первый управляющий вход второго аналого-цифрового преобразователя 34 соединен с четвертым выходом блока 46 управления, второй управляющий вход второго аналого-цифрового преобразователя 34 соединен с седьмым выходом блока 46 управления, второй вход первого вычитающего устройства 29 соединен с выходом первого источника 27 опорного напряжения, второй вход второго вычитающего устройства 30 соединен с выходом второго источника 28 опорного напряжения, выход первого вычитающего устройства 29 соединен со входом третьего двухполупериодного выпрямителя 31, выход второго вычитающего устройства 30 соединен со входом четвертого двухполупериодного выпрямителя 32, выход третьего двухполупериодного выпрямителя 31 соединен с первым входом первого компаратора 35, выход четвертого двухполупериодного выпрямителя соединен со вторым входом первого компаратора 35, выходы первого, второго и третьего компараторов соединены с первым, вторым и третьим входом преобразователя 40 кодов соответственно, информационный выход второго аналого-цифрового преобразователя 34 соединен с информационным входом второго регистра 39 данных, управляющий вход регистра 43 номера зоны соединен с шестым выходом блока 46 управления, выход регистра 43 номера зоны соединен со входом схемы 42 контроля четности, выход схемы 42 контроля четности соединен с адресным входом мультиплексора 41, управляющий вход второго амплитудного детектора 24 соединен с первым выходом блока 46 управления, управляющие входы первого ключа 15 и второго ключа 16 соединены со вторым выходом блока 46 управления, управляющие входы первого регистра 38 данных и второго регистра 39 данных соединены с пятым выходом блока 46 управления, управляющий вход регистра 44 результата соединен с шестым выходом блока 46 управления, второй управляющий вход первого аналого-цифрового преобразователя соединен с седьмым выходом блока 46 управления, управляющий выход первого аналого-цифрового преобразователя 33 соединен со вторым входом блока 46 управления, управляющий выход второго аналого-цифрового преобразователя 34 соединен с третьим входом блока 46 управления, причем блок 46 управления состоит из счетчика 47, дешифратора 48, четырех SR-триггеров 49. . . 52, схемы 53 ИЛИ, D-триггера 54, схемы 55 И, вход счетчика 47 является первым входом блока 46 управления, первый, второй, третий и четвертый выходы счетчика 47 соединены с первым, вторым, третьим и четвертым входами дешифратора 48 соответственно, двенадцатый выход дешифратора 48 соединен с установочным входом счетчика 47, первый выход дешифратора 48 является первым выходом блока 46 управления, второй выход дешифратора 48 соединен с S-входом первого SR-триггера 49, пятый выход дешифратора 48 соединен с R-входом первого SR-триггера 49, выход первого SR-триггера 49 является вторым выходом блока 46 управления, третий выход дешифратора 48 соединен с S-входом второго SR-триггера 50, четвертый выход дешифратора 48 соединен с R-входом второго SR-триггера 50, выход второго SR-триггера 50 является третьим выходом блока 46 управления, шестой выход дешифратора 48 является четвертым выходом блока 46 управления и соединен с S-входами третьего SR-триггера 51 и четвертого SR-триггера 52, R-вход третьего SR-триггера 51 является вторым входом блока 46 управления, R-вход четвертого SR-триггера 52 является третьим входом блока 46 управления, выход третьего SR-триггера 51 соединен с первым входом схемы 53 ИЛИ, выход четвертого SR-триггера 52 соединен со вторым входом схемы 53 ИЛИ, выход схемы 53 ИЛИ соединен с тактовым входом D-триггера 54, десятый выход дешифратора 48 соединен с установочным входом D-триггера 54, выход D-триггера 54 соединен с первым входом схемы 55 И, девятый выход дешифратора 48 соединен со вторым входом схемы 55 И, выход схемы 55 И является пятым выходом блока 46 управления, одиннадцатый выход дешифратора 48 является шестым выходом блока 46 управления, выход D-тригтера 54 является седьмым выходом блока 46 управления, а индуктивный датчик выполнен в виде четырех колец из диэлектрического материала, охватывающих имеющий растровое окно угловым размером 180^o экран из электропроводного немагнитного материала, чувствительные элементы угловым размером 180^o размещаются в пазах на внутренней поверхности колец и разбиты на две пары, причем чувствительные элементы, объединенные в пару, развернуты на 180^o друг относительно друга, а пары развернуты на 45^o друг относительно друга, свободные концы каждого чувствительного элемента объединены, образуя виток связи, являющийся первичной обмоткой трансформатора, вторичной обмоткой которого служит катушка индуктивности.

Устройство работает следующим образом.

В исходном состоянии на выходах счетчика 47 и триггеров 49. . . 52 установлены сигналы низкого уровня. На первом выходе дешифратора 48 присутствует высокий уровень сигнала, поступающий на управляющие входы амплитудных детекторов 23, 24. В результате разряда запоминающих емкостей на выходах амплитудных детекторов устанавливается низкий уровень.

Двухполярный амплитудный детектор выполнен по схеме, приведенной в книге Л. Фолкенберри "Применение операционных усилителей и линейных ИС". - М. : Мир, 1985, рис. 9.5, с. 238.

Первый импульс, поступивший с выхода генератора 45 тактовых импульсов на счетный вход счетчика 47, вызывает исчезновение высокого уровня на первом выходе блока 46 управления и появление сигнала высокого уровня на втором выходе дешифратора 48. Этот сигнал поступает на S-вход первого S-R триггера 49 и устанавливает на его выходе высокий уровень. Сигнал со второго выхода блока 46 управления поступает на управляющие входы ключей 15. 16. Ключи замыкаются на время присутствия сигнала высокого уровня на втором выходе блока 46 управления. При этом образуются две измерительные цепи. Первая измерительная цепь содержит первый чувствительный элемент 2, первый виток связи 6, первую катушку индуктивности 10. первый ключ 15, первый дифференцирующий трансформатор 17, второй чувствительный элемент 3, второй виток связи 7, вторую катушку индуктивности 11, источник 14 постоянного напряжения. Вторая измерительная цепь содержит третий чувствительный элемент 4, третий виток связи 8, третью катушку индуктивности 12. второй ключ 16. второй дифференцирующий трансформатор 18, четвертый чувствительный элемент 5, четвертый виток связи 9, четвертую катушку индуктивности 13, источник 14 постоянного напряжения.

На концах вторичных обмоток дифференцирующих трансформаторов 17, 18 формируются колоколообразные импульсы, амплитуда которых пропорциональна относительному разбалансу индуктивностей катушек, объединенных в пары. Разбаланс индуктивностей катушек обусловлен разбалансом индуктивностей чувствительных элементов, взаимодействующих с экраном. Зависимость от углового перемещения экрана амплитуды сигнала на вторичной обмотке дифференцирующего трансформатора повторяет зависимость относительного разбаланса индуктивностей катушек, объединенных в пары, от углового перемещения экрана.

В парафазных усилителях 19, 20 осуществляется масштабирование сигнала. Усиленные колоколообразные сигналы с выходов парафазных усилителей 19, 20 поступают на информационные входы временных селекторов 21, 22 соответственно.

Временной селектор выполнен по схеме, приведенной в книге П. Хоровиц, У. Хилл "Искусство схемотехники". - М. : Мир, 1983, т. 1, рис. 6.45в, с. 407.

С третьего выхода дешифратора 48 на S-вход второго SR-триггера 50 приходит сигнал, устанавливающий высокий уровень на выходе этого триггера. С четвертого выхода дешифратора 48 на R-вход второго SR-триггера 50 приходит сигнал, устанавливающий низкий уровень на его выходе. Сформированный таким образом импульс с выхода второго SR-триггера 50 поступает на управляющие входы временных селекторов 21, 22 и выделяет области колоколообразных импульсов, прилегающих к их первому максимуму. Сигналы с выходов временных селекторов 21, 22 запоминаются в амплитудных детекторах 23, 24 соответственно. После этого сигнал с пятого выхода дешифратора 48 поступает на R-вход триггера 49 и устанавливает на его выходе сигнал низкого уровня, размыкающий ключи 15, 16. На выходах амплитудных детекторов 23, 24 формируются квазипостоянные напряжения. Их амплитуды равны амплитудам входных колоколообразных импульсов напряжения. Сигналы с выходов амплитудных детекторов 23, 24 поступают на входы двухполупериодных выпрямителей 25, 26 соответственно.

Двухполупериодные выпрямители выполнены по схеме, приведенной в книге В. Л. Шило "Линейные интегральные схемы". - М. : Советское радио, 1979, рис. 4.23е, с. 187.

Применение двухполупериодных выпрямителей позволяет использовать для аналого-цифрового преобразования однополярный аналого-цифровой преобразователь, например микросхему К1108ПВ1, включенную по схеме, приведенной в книге Б. Г. Федорков. В. А. Телец "Микросхемы ЦАП и АЦП: функционирование, параметры, применение". - М. : Энергоатомиздат. 1990, рис. 3.56, с. 206.

Сигнал с шестого выхода дешифратора 48 поступает на первые управляющие входы аналого-цифровых преобразователей 33, 34 и разрешает начало аналого-цифрового преобразования. В результате преобразования на информационном выходе первого аналого-цифрового преобразователя 33 формируется код N₁, а на информационном выходе второго аналого-цифрового преобразователя 34 код - N₂. Помимо разрешения аналого-цифрового преобразования сигнал с шестого выхода дешифратора 48 поступает на S-входы триггеров 51, 52 и устанавливает на их выходах сигналы высокого уровня. Завершение аналого-цифрового преобразования вызывает появление импульсных сигналов на управляющих выходах аналого-цифровых преобразователей 33, 34. Эти сигналы поступают на R-входы триггеров 51, 52 соответственно и устанавливают на их выходах низкий уровень. Импульсы с выхода триггеров 51, 52, проходя через схему 53 ИЛИ, формируют на ее выходе сигнал, заканчивающийся по завершению преобразования более медленным из-за неизбежного разброса характеристик аналого-цифровым преобразователем. Этот сигнал устанавливает высокий уровень на выходе D-триггера 54. Сигнал с выхода D-триггера 54 поступает на вторые управляющие входы аналого-цифровых преобразователей 33, 34 и разрешает считывание результатов преобразования в регистры данных 38, 39 соответственно. Кроме этого, сигнал с выхода D-триггера 54 поступает на первый вход схемы 55 И, на второй вход которой поступает сигнал с девятого выхода дешифратора 48. Сигнал с выхода схемы 55 И поступает на управляющие входы регистров данных 38, 39 и осуществляет перепись в них кодов N₁ и N₂ соответственно. С выходов регистров данных 38, 39 коды N₁, N₂ поступают на первый и второй информационные входы мультиплексора 41 соответственно.

Сигнал с десятого выхода дешифратора 48, поступая на установочный вход D-триггера 54, переводит его в низкоуровневое состояние, снимая разрешение считывания результатов аналого-цифрового преобразования.

Сигналы с выходов двухполупериодных выпрямителей 25, 26 поступают на первые входы вычитающих устройств 29, 30 соответственно. На вторые входы вычитающих устройств 29, 30 поступает напряжение с выходов источников опорного напряжения 27. 28 соответственно. Выходное напряжение вычитающих устройств 29, 30 приводится к одинаковой полярности в третьем и четвертом двухполупериодном выпрямителе 31, 32. Сигналы с выходов двухполупериодных выпрямителей 31, 32 поступают на входы первого компаратора 35. Сигналы с выходов двухполупериодных выпрямителей 25, 26 поступают на входы второго компаратора 36. Сигналы с выходов амплитудных детекторов 23, 24 поступают на входы третьего компаратора 37. В результате сравнения, производимого компараторами 35-37, на входе преобразователя 40 кодов формируется кодовая комбинация x₁x₂x₃, разряды которой удовлетворяют условиям:







Преобразователь 40 кодов преобразует комбинацию х₁x₂x₃ в двоичный код y₁y₂y₃ в соответствии с таблицей истинности согласно фиг. 3. Возможная реализация преобразователя кодов представлена на фиг. 4.

Соблюдение условий формирования кода х₁x₂x₃ позволяет при определении номера зоны преодолеть неоднозначность зависимости выходного сигнала от углового перемещения экрана, обусловленную цикличностью градуировочной характеристики устройства; выбрать для получения точного отсчета зону, в наименьшей степени вышедшую за пределы, задаваемые опорными напряжениями U₂₇, U₂₈, при одновременном выходе смежных участков сквозной градуировочной характеристики за эти пределы согласно фиг. 7.

Двоичный код номера зоны y₁y₂y₃ поступает на информационный вход регистра 43 номера зоны. На управляющий вход регистра 43 номера зоны поступает сигнал с одиннадцатого выхода дешифратора 48. Этот сигнал переписывает код y₁y₂y₃ на выход регистра 43 номера зоны, откуда тот поступает на вход схемы 42 контроля четности.

Схема 42 контроля четности может быть выполнена по схеме, приведенной в книге "Применение интегральных микросхем в электронной вычислительной технике" под ред. В. Н. Файзулаева, Б. В. Тарабрина, - М. : Радио и связь, 1986, рис. 3.62, с. 59.

С выхода схемы 42 контроля четности двухразрядный двоичный код поступает на адресный вход мультиплексора 41. В зависимости от кода на адресном входе мультиплексора 41, определяемом четностью или нечетностью номера зоны, на его выход проходит код N₁ или N₂. Сигнал с одиннадцатого выхода дешифратора 48 переписывает выбранный код в регистр 44 результата. Код номера зоны, записанный в регистр 43 номера зоны, и код, записанный в регистр 44 результата, однозначно характеризуют угловое перемещение и могут быть использованы для дальнейшего вычисления результата в единицах измеряемой физической величины.

Сигнал с двенадцатого выхода дешифратора 48 устанавливает на выходах счетчика 47 сигналы низкого уровня. Первый импульс, поступающий после этого с выхода генератора 45 тактовых импульсов на счетный вход счетчика 47, начинает новый цикл измерения.

Напряжение на выходах источников опорного напряжения 27, 28 выбирается таким образом, чтобы охватить наиболее линейные участки зависимости выходного напряжения первого и второго двухполупериодных выпрямителей 25, 26 от углового перемещения.

Чувствительные элементы 2. . . 4 представляют собой проводники с угловым размером 180^o, размещенные в пазах на внутренней поверхности колец из диэлектрического материала (фиг. 8). Чувствительные элементы, объединенные в пару, развернуты на 180^o друг относительно друга, а пары развернуты на 45^o друг относительно друга, чем обеспечивается сдвиг в 45^o между градуировочными характеристиками (фиг. 6).

По отношению к прототипу в заявляемом устройстве повышены точность и быстродействие за счет невозможности появления на адресном входе мультиплексора 41 кодовой комбинации, не определенной таблицей истинности фиг. 3. Возможная ошибка в определении номера зоны исключается за счет соблюдения правила формирования кода х₁x₂x₃ на входе преобразователя 40 кодов. Формирование результата измерения производится за один такт коммутации ключей 15, 16.

Использование в индуктивном датчике 1 проводниковых чувствительных элементов 2. . . 4. развернутых друг относительно друга, позволяет повысить технологичность этого элемента устройства за счет использования в нем одного экрана с одним растровым окном.