Преобразователь линейных перемещений

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (дц4 G 01 В 17 00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

00 ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

ОПИСАНИК ИЗОБРКТКНИЯ /7 -" "

Н A ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Юр, .4

-.-., " "фЛ,-,.„ (21) 3958311/25-28 (22) 06.08.85 (46) 07.05.88. Бюл. Р 17 (75) С.b,Äåìèí (53) 53 1. 14 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Р 956965, кл. 0 01 В 7/00, 1982.

Авторское свидетельство СССР

N- 747812, кл. С 01 В 7/00, 1980. (54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЛИНЕЙНЫХ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ (57) Изобретение относится к измерительной технике, а именно к преобразователям информации, и может найти применение в системах измерения и контроля параметров линейного движения контролируемого объекта. Целью

ÄÄSUÄÄ 1394033 А 1 изобретения является повышение помехоустойчивости и быстродействия преобразования измерительного преобразователя линейных перемещений за счет стабилизации волнового сопротивления звукопровода, использования логометрического вычисления кода линейного перемещения, автостабилизации амплитуды зондирующих импульсов и параллельного вычисления кода перемещения., Первый регистр фиксирует время распространения прямого сигнала, второй регистр — время однажды отраженного сигнала, третий регистр — результат предыдущего измерения, который сравнивается компаратором с результатом еще более раннего измерения, что позволяет корректировать параметры работы схемы. 3 ил.

1394033

Изобретение относится к иэмерительной технике, а именно к преобразователям информации, и может найти применение в системах измерения и контроля параметров линейного движения контролируемого объекта.

Целью изобретения является повышение помехоустойчивости и быстродействия преобразователя линейных перемещений.

На фиг. 1 и 2 представлены схемы преобразователя линейных перемещений при разном исполнении звукопровода; на фиг.3 — - временные диаграммы,, поясняющие работу схемы.

Преобразователь линейных перемещений содержит последовательно соединенные одновибратор 1, усилитель 2 записи, элемент 3 записи с подмагничиванием,, магнитострикционный звукопровод 4, элемент 5 считывания с подмагничиванием, предусилитель 6 и усилитель-формирователь 7, последовательно соединенные триггер 8 и ге- 25

i нератор 9, выход триггера 8 соединен с одновибратором 1, входную 10 и выходную 11 шины, стабилизатор 12 нап- ряжения, соединенный с звукопроводом

4, последовательно соединенные ком- 30 мутатор 13, первый регистр 14, делитель 15, второй регистр 16, третий регистр 17 и компаратор 18, четвертый регистр 19, включенный между выходом коммутатора 13 и входом делителя 15, линию 20 задержки, включенную между выходом коммутатора 13 и входами второго 16 и третьего 17 регистров, и блок 21 автоматической регулировки усиления (АРУ), входы которого соедийены с выходами одновибратора 1 и усилителя-формирователя 7, а выход— с усилителем 2 записи, выход коммутатора 13 соединен с входами генератора 9 и триггера 8, выход генератора

9 соединен с входами первого 14 и четвертого 19 регистров, выход второго регистра 16 соединен с входом компаратора 18, вход триггера 8 и соединенные входы одновибратора 1, генератора 9 и блока 21 АРУ соедине50 ны с входной шиной 10, выход триггера

8, выходы одновибратора 1, второго регистра 16, компаратора 18 и блока

21 АРУ соединены с выходной шиной 11.

Преобразователь работает следующим образом.

При поступлении цифрового сигнала

"Разрешение (фиг.За) по входной шные

1 п . + Ч, -=1ь2» ° где q — квант управляющего напряжения блока 21 АРУ; — число тактов регулирования.

Выходное напряжение Ч „ блока

21 АРУ определяет величину рабочего тока записи 1 „ управляемого усилителя 2 записи магнитострикционного датчика линейных перемещений (фиг.3в) (2) san f (пр ) э где Е (° ) — функция регулирования.

При правильной работе блока 21 АРУ токовый сигнал записи (2) отслежива10 управления устройство переводится в режим работы. Производится разблокирование одновибратора 1, блока 21

АРУ и генератора 9 (фиг.1). Элементы преобразователя принудительно устанавливают в исходное состояние (фиг,3б). Так, например, триггер 8 устанавливается в исходное (нулевое) состояние,и по выходной шине запроса выставляется цифровой сигнал "Запрос" (фиг.Зж), а на первом выходе блока

21 АРУ формируется управляющее напряжение 7 „ =дЧ„ регулирования амплитуды сигнала записи Х „ усилителя 2 записи (фиг.3 г,в), Через время t < реакции в ответ на выставленный сигнал "Запрос" (фиг.Зж) по входной шине запуска выставляется цифровой импульсный сигнал "Запуск" (фиг.3д). Производится переключение триггера 8 в единичное состояние, что приводит к снятию сигнала Запрос", запуску одновибратора 1 (фиг.Зе) и генератора 9, который выполнен в виде цифрового развертывающего генератора кодов.

Одновибратор 1 по первому выходу формирует цифровой импульсный сигнал, по которому запускаются блок 21 АРУ и управляемый усилитель 2 записи, установленный в корпусе магнитострикционного датчика линейных перемещений.

Блок 21 АРУ работает в режиме поразрядного слежения, при котором величина управляющего напряжения

U отслеживается относительно задаваемого уровня слежения с учетом достижения максимального отношения сигнал/помеха и определяется величиной опорного напряжения U» (ôèã.3г) 1394033

45 ется относительно заданного уровня (1) в диапазоне (фиг.Зв) где q . . — — квант токового сигнала за3 писи усилителя 2 записи.

В случае нарушения режима работы блока 21 АРУ через i=K тактов pery- 1p лирования на его втором выходе Аормируется циАровой сигнал "Авария" (фиг.Зк), который поступает в выходную шину контроля аварийного состояния устройства. Это означает,что . 15 имеет место нарушение прохождения зондирующего ультразвукового сигнала через среду звукопровода магнитострикционного датчика линейных перемещений в результате его обрыва или Арикцион- 2р ного контакта с основанием элемента записи. По сигналу "Авария" может производиться общий останов преобразователя с его последующим перезапуском (рестартом). 25

По сигналу одновибратора i запускается управляемый усилитель 2 записи. На его выходе формируется калиброванный по длительности видеоимпульс соответствующей амплитуды (3). Этот З0 токовый сигнал проходит через активную среду подвижного элемента 3 записи электромагнитного возбуждения, имеющего кинематическое соединение с объектом контролируемого перемеще35 ния, и наводит под ним в магнитострикционном канале передачи датчика соответствующую по амплитуде Att ультразвуковую импульсную волну механической деформации вследствие прямого магнитострикционного преобразования (эффект Джоуля). !

Возбужденная в звукопроводе датчика ультразвуковая волна механической деформации распространяется в обе стороны от источника сообщения со скоростью V

Распространяясь влево (по фиг.1), наведенная ультразвуковая волна через время Т =1, /Ч, где J., линейное 5р расстояние между элементами 3 и 5 записи и считывания датчика, достигает неподвижно закрепленного элемента 5 считывания электромагнитного возбуждения и, пройдя под ним по звукопро- 55 воду, наводит на его выходе импульс напряжения, Распространяясь далее влево по звукопроводу, ультразвуковая волна механической деАормации достигает акустического демпАера и рассеивает на нем свою энергию. Исключается возможность образования в эвукопроводе датчика вторичных (неинАормационных) ультразвуковых сигналов.

Наведенный импульсный сигнал считывания на выходе элемента 5 считывания проходит на вход предусилителя с ограниченной полосой пропускания, установленного в корпусе магнитострикционного датчика линейных перемещений.

Здесь сигнал считывания усиливается и проходит далее на вход усилителяформирователя. Импульсный сигнал считывания преобразуется в цифровой сигнал (видеоимпульс). По этому сигналу производится запись в первый регистр

14 текущего п ðàçðÿäíîãî кода N,=

f Т,(где f — частота дискретизации), сформированного в данный момент Т на выходах генератора 9. Производится переключение коммутатора 13 в протиIt ll воположное состояние: вход выход 2", В это время другая ультразвуковая волна распространяется вправо (по фиг.1) по звукопроводу датчика преобразователя, достигает зоны отражения, отражается и меняет направление своего движения. Через время Т =(1 +

+21„)/Ч, где 1„ — искомое линейное расстояние между элементом 5 записи и свободным концом звукопровода, отраженная ультразвуковая волна достигает элемента 5 считывания. Как и в первом случае, наводит на выходе этого элемента импульс напряжения искомой амплитуды. САормированный сигнал проходит через предусилитель 6 считывания датчика и усилитель †формирователь 7, В результате на его первом выходе формируется аналоговый сигнал считывания с амплитудой

К, А -а(е, ") (4) х мс о э где К вЂ” коэААициент магнитомеханической связи; а — коэфАициен: затухания звукопровода.

Этот сигнал проходит на третийвход блока 21 АРУ, где производится

его амплитудный анализ. На другом выходе усилителя-формирователя 7 формируется цифровой импульсный сигнал (видеоимпульс), по которому производится запись текущего кода N; с выхода измерительного генератора 9 в четвертый регистр 19 М =Г Т . Ком1394033

Г(1 +21»)/V

1»

2 — -+

1 — f

Nz

N, (5) 20

ЧеРез вРемя а ъ ь, +,, где ь,,и Г, — время распростра ения инАор;мационных сигналов через электричес:кие цепи элементов 19 и 15, по цифро,вому импульсному сигналу линии 20

: задержки производится перезапись кода предыдущего преобразования из второго

». регистра 16 в третий регистр 17 N

N> и кода текущего преобразования с выходов делителя 15 во второй регистр

16 N„= N>, С п-разрядного выхода второго регистра 16 код М„ текущего преобразования поступает на один их входов цифрового компаратора 18 и проходит, в выходную разрядную шину результата, 35 . формируя сигнал "Kog линейного перемещения". На другой его вход с выхода третьего регистра 17 поступает и-раз« рядный код N предыдущего преобраэох

40 вания. Цифровой компаратор 18 выпол-няет теущий анализ смежных вычислен-ных кодов N и N* линейного перемех щения на равнозначность и формирует код знака перемещения.

Сформированный тп-разрядный код

N >< знака перемещения проходит с выходов цифрового компаратора 18 в выходную шину, формируя сигнал "Знак перемещения". А на его выходе рав.! 5Q нозначности, при выполнении условия

N„ = N„, формируется цифровой сигнал Дублирование" (Фиг.3и), который проходит в выходную шину..

На этом полный цикл преобразования линейного перемещения в код заканчивается, и по выходной шине устройства выставляются циАровые сигналы "Запрос" и "Синхронизация" (фиг.3ж, 55формулаиэобретения

Преобразователь линейных перемещений, содержащий последовательно соециненные одновибратор, усилитель мутатор 13 переключается в исходное состояние: "вход" — "выход 1", триггер 8 устанавливается в исходное состояние, производится блокирование (останов) измерительного генератора

9.

В следующий момент коды N u N интервалов Т и Т линейного перемещения с п-разрядных выходов регистров 14 и 19 проходят на входы делителя 15. Выполняется табличное вычис,,ление результирующего кода линейного

1 перемещения с коррекцией нелинейнос-! ти (1/1, ) ! з). Устройство подготовлено к очередному циклу преобразования, который начинается при поступлении сигнала

"Запуск и выполняется беэ иэмерений согласно рассмотренному.

Кроме того, измерительный преобразователь линейных перемещений может быть выполнен с использованием стержневого магнито-стрикционного датчика линейных перемещений (фиг.2). При этом элемент 3 записи электромагнитного возбуждения выполнен неподвижным и размещен по всей длине звукопровода 4 зоны перемещения подвижного элемента подмагничивания, имеющего кинематическое соединение с объектом контролируемого перемещения. Работа измерительного преобразователя по фиг.2 не отличается от работы преобразователя по фиг.1.

Таким образом, использование в преобразователе логометрического вычисления результирующего кода линейного перемещения и стабилизация крутизны фронта зондирующих ультразвуковых импульсов эвукопровода в диапазоне преобразования за счет стабилизации электромагнитного волнового сопротивления звукопровода посредством стабилизатора 12 растягивающих усилий (фиг.i) и повышения жесткости (фиг.2) обеспечивают требуемую точность измерения, определяемую частотой дискретизации интервалов линейных перемещений.

Повышение помехоустойчивости преобразователя достигается в результате автостабилизации амплитуды зондирующих ультразвуковых импульсов эвукопровода из условия максимального отношения сивнал/помеха.

Повышение быстродействия преобразователя достигается в результате использования параллельного табличного вычисления кода линейного перемещения.

Преимущества преобразователя заключаются также в расширении функциональных возможностей, Аормировании более полной измерительной инАормации перемещения, а также в повышении надежности за счет использования одно— типной элементной базы.

139403 записи, элемент записи с подмагничиванием, магнитострикционный звукопровод, элемент считывания с подмагничиванием, предусилитель и усилитель-формирователь, последовательно соединенные триггер и генератор, выход триггера соединен с одновибратором, входную и выходную шины, о т— л и ч а ю шийся тем, что, с целью 10 повышения помехоустойчивости и быстродействия, он снабжен стабилизатором напряжения, соединенным с звукопроводом, последовательно соединенными коммутатором, первым регистром, делителем, вторым регистром, третьим регистром и компаратором, четвертым регистром, включенным между выходом коммутатора и входом делителя, линией

1 задержки, включенной между выходом коммутатора и входами второго и третьего регистров, и блоком автоматической регулировки усиления (АРУ), входы которого соединены с выходами одновибратора и усилителя-формирователя, а выход — с усилителем записи, выход коммутатора соединен с входами генератора и триггера, выход генератора соединен с входами первого и четвертого регистров, выход второго регистра соединен с входом компаратора, вход триггера и соединенные входы одновибратора, генератора и блока АРУ соединены с входной шиной, выходы триггера, одновибратора, второго регистра, компаратора и блока

АРУ соединены с выходной шиной °

139403 3 а з (Иу (Составитель 0.0лохтонов

Редактор О.Юрковецкая

Техред .М.Дидык

Корректор А. Тяско

Заказ 2208/36

Тираж 680 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4