Измерительный преобразователь линейных перемещений

 

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к магнитоакустическим преобразователям линейных перемещений, и может быть использовано в робототехнических системах и комплексах. Цель изобретения - повышение точности и помехоустойчивости. Полученный временной интервал, пропорциональный величине контролируемого перемещения, поступает на счетчики грубого и точного отсчета, в которых осуществляется заполнение этого временного интервала импульсами частот, отличающихся в несколько раз, и одновременный подсчет количества этих импульсов. Для повышения помехоустойчивости осуществляется подсчет количества импульсов на электрическом выходе генератора, возбуждающего ультразвуковую волну, и количества импульсов, прошедших через звукопровод и принятых элементом считывания. Если полученные количества не совпадают, то делается вывод о наличии ошибки. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (И) 02 А1 (51)5 G 01 В 17/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4443196/25-28 (22) 17.06.88 (46) 23.03.90. Бюл, Р (71) Пензенский политехнический институт (72) С.Б.Демин (53) 531.14 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Ф ?47812, кл. G 01 В 7/00, 1978.

Авторское свидетельство СССР

9 1394033, кл. G Oi В 17/00, 1988. (54) ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ

ЛИНЕЙНЫХ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ (57) Изобретение относится к измерительной технике, а именно к магнитоакустическим преобразователям линейных перемещений, и может быть исполь,зовано в робототехнических системах

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к магнитоакустическим преобразователям линейных перемещений, и может быть использовано в робототехнических системах и комппексах.

Целью изобретения является повышение точности и помехоустойчивости.

На фиг.1 приведена функциональная схема измерительного преобразователя; на фиг.2 — основные временные диаграммы, поясняющие работу преобразователя.

Измерительный преобразователь линейных перемещений содержит магнитострикционный датчик линейных перемещений, состоящий из звукопровода 1

2 и комплексах. Цель изобретения — повышение точности и помехоустойчивости.

Полученный временной интервал, пропорциональный величине контролируемого перемещения, поступает на счетчики грубого и точного отсчета, в которых осуществляется заполнение этого временного интервала импульсами частот, отличающихся в несколько раз, и одновременный подсчет количества этих импульсов. Для повышения помехоустой.чивости осуществляется подсчет колиt чества. импульсов на электрическом выходе генератора, возбуждающего ультразвуковую волну, и количества импульсов, прошедших через звукопровод и принятых элементом считывания. Если полученные количества не совпадают, 1 то делается вывод о наличии ошибки, 1 з.п. ф-лы, 2 ил .

0®W из магнитострикционного материала, стабилизатора 2 растягивающих уси-, (Д лий, акустического демпфера 3, огра- ф ничителей 4 перемещений, генератора

5, подвижного элемента 6 считывания аи и предусилителя-формирователя 7, цифровой канал преобразования, состоящий из триггера 8 управления, элемента И 9, умножителя 10 частоты, счетчиков 11 и 12 грубого и точного отсчета, формирователя 13 импульсов, Й элемента 14 задержки, первого 15 и второго 16 регистров, шину 17 запроса, шину 18 запуска, первую 19 и вторую 20 шины результата и шину 21 синхронизации.

15520 огр K fî>

Один конец звукопровода 1 магнитоСтрикционного датчика линейных переМещений подключен к механическому выходу генератора 5, а другой его ко ец — к стабилизатору 2 растягивающих силий через акустический демпфер 3. оосно со звукопроводом 1 установлен сосредоточенный элемент 6 считывания, Выполненный с воэможностью перемещеМйя вдоль звукопроводов между его ограничителями 4 перемещений и кинеатически подсоединяемый к объекту онтролируемого перемещения. Вывод ,элемента 6 считывания подключен к вхо- 5 ду триггера 8 управления цифрового канала преобразования через предусилитель-формирователь 7, его выход соединен с входами элемента И 9, формирователя 13 импульсов, генератора 5 и подключен к шине 17 запроса.

Электрический выход генератора 5 подсоединен к входу умнолц теля 10 частоты и счетному входу счетчика 11 грубого отсчета, его выходы подключены к первой шине 19 результата через ,первый регистр 15. Выход умножителя 10 частоты подсоединен к счетному входу счетчика 12 точного отсчета через элементы И 9, его выходы подключены к второй шине 20 результата через второй регистр 16. Выход формирователя 13 импульсов соединен с входом элемента 14 задержки, его первый выход соединен с синхровходами первого 15 и второго 16 регистров, а второй выход подключен к шине 21 синхронизации. Синхровход триггера ! 8 управления и нулевые входы счетчиков 11 и 12 грубого и точного отсче та объединены и подключены к шине 18 запуска.

Кроме того, для повышения помехо устойчивости работы измерительного преобразователя линейных перемещений 45 за счет устранения влияния акустических помех на его магнитострикционный тракт передачи, в его цифровой канал . преобразования дополнительно введены последовательно соединенные счетчик 50

22 контроля грубого отсчета, цифровой компаратор 23 и регистр 24 ошибки, первый вход счетчика 22 контроля грубого отсчета соединен с выходом предусилителя-формирователя 7, его второй вход с вторым входом триггера

8 управления, второй вход цифрового компаратора 23 с выходом счетчика 11 грубого отсчета, а второй вход регист02 4 ра 24 ошибки — с выходом элемента 14 задержки. Выход регистра 24 ошибки является шиной 25 контроля ошибки.

Устройство работает следующим образом.

Первоначально устройство устанавливается в исходное состояние. По шине 17 запроса выставляется цифровой сигнал "Запрос" (фиг.2ж). В следующий момент по шине 18 запуска выставляется цифровой импульсный сигнал

"Запуск" (фиг.2а), по которому производится обнуление счетчиков 11 и

12 грубого и точного отсчета, включение (установка в "1") триггера 8 управления (фиг.2б). По сигналу триггера 8 управления производится запуск генератора 5 (фиг.2в), открывается логический ключ на элементе И 9 и снимается сигнал "Запрос " по шине 17 запроса.

Генератор 5 вырабатывает модулированные магнитоупругие сигналы по механическому .выходу и электрические сигналы по цифровому выходу опорной магнитострикционной частоты f которые соответственно проходят в звукопровод 1 магнитострикционного датчика линейных перемещений, где распространяются с конечной продольной фазовой скоростью V магнитострикционной среды, и проходят в цифровой канал преобразования на счетный вход счетчика 11 грубого отсчета и сигнальный вход умножителя 10 частоты.

Умножитель 10 частоты выполняет преобразование опорной магнитострикционной частоты fy следования цифровых сигналов генератора 5 согласно выражению. где К вЂ” коэффициент преобразования частоты, которые с его выхода проходят через открытый логический элемент И 9 на счетный вход счетчика 12 точного отсчета (фиг.2г).

Счетчики 11 и 12 грубого и точного отсчета производят подсчет числа импульсов, поступающих на их счетный вход за искомый временной интервал перемещения где 1„ — искомое линейное перемещение.

15520

N x,rp Tx fo.

50

5

Когда первый магнитоупругий зондирующий импульс пройдет с механического выхода генератора 5 через звукопровод 1 до подвижного элемента

6 считывания, который преду илителемфармирователем 7 магнитострикционного датчика линейных перемещений преобразуется далее в видеоимпульс и поступает в цифровой канал преобразования на нулевой вход триггера 8 управ10 ления. По этому сигналу производится переключение в исходное состояние триггера 8 управления (фиг.2б).

Выключение триггера 8 управления !

5 приводит к блокированию входа логического элемента И 9, через который с этого момента не проходят счетные импульсы частоты fо на счетный вход счетчика 12 точйого отсчета

20 (фиг.2г), останов генератора. 5 (фиг.2в) и формирование по шине 17 запроса сигнала "Запрос". В результате на выходах счетчиков 11 и 12 грубого и точного отсчета формируются результирующие: и-разрядный код грубого счета и m-разрядный код точного счета

N>p<)p>Tx f п рф(2) которые поступают далее на информационные входы соответственно первого

15 и второго 1б.регистров.

Одновременно по срезу цифрового сигнала триггера 8 управления (фиг.2б) производится запуск формирователя 13 импульсов, который вырабатывает короткий цифровой импульс (фиг.2д), поступающий на вход элемента 14 задержки, и задерживается по его первому выходу на время

Л ((s и 1 установления информационных сигналов на выходах счетчиков

11 и 12. После чего в первый 15 и второй 16 регистры производится запись соответствующих кодов (1) и (2). По другому выходу элемента 14 задержки цифровой импульс выдержил д л вается на время s ь1 + < ig,ii через которое результирующие сигналы в виде кодов (2) с выходов регистров

15 и 16 проходят на соответствующие шины 19 и 20 результата, формируя сигналы "Код перемещения грубо" и

"Код перемещения точно",и подается на шину 21 синхронизации, формируя

02 6 сигнал "Синхронизация" (фиг.2е), На этом полный цикл преобразования заканчивается и устройство подготовлено к очередному циклу преобразования.

Следующий цикл преобразования начинается через время tр реакции пользователя после принятия им сигнала "Запрос", выставленного па шине

17 запроса, и выполняется беэ изменения согласно вьппе рассмотренного.

Для предотвращения переотражений. продольных зондирующих магнитоупругих волн в магнитострикционном звукопроводе 1 его противоположный от генератора 5 конец заключен в акустический демнфер 3. Стабилизатор 2 растягивающих усилий задает постоянное растягивающее механическое усилие магнитострикционного звукопровода f, обеспечивая тем самым постоянство магнитоакустического сопротивления тракта передачи в процессе работы устройства.

Применение ограничителей 4 перемещений позволяет устанавливать требуемый диапазон линейного перемещения подвижного элемента 6 подмагничивания вдоль звукопровода преобразователя и предохранять его от механического разрушения в процессе работы.

Поскольку магнитострикционный тракт преобразователя достаточно чувствителен к акустическим помехам, может оказаться, что первым пришедшим магнитоупругим сигналом в зону считывания (магнитоупругого преобразования) будет акустический сигнал помехи, наведенный внешней средой, Следовательно, результат измерения будет искажен. Чтобы этого не произошло в устройстве осуществляется подсчет числа импульсов па электронному выходу генератора 5 и подсчет числа импульсов, прошедших через звукопровод 1 преобразователя. Количество импульсов в обоих случаях должно быть одинаковое в случае отсутствия помехи, поскольку они вырабатываются одним источником колебаний.

В блоке цифрового контроля производится подсчет числа импульсов, сформированных генератором 5 за искомый интервал перемещения Т> и прошедших через магнитострикцианный эвукопровод 1 преобразователя. Так, в счетчике 22 контроля грубого отсчета в конце цикла преобразования будет

1552002 хранится и-разрядный код грубого отсчета

Nx,êoíòð.ã к о > (3) где f — "канальная" магнитострико ционная частота, которая может отличаться от опорной магнитострикционной частоты 10

Кв генератора 5 вследствие влияния факторов внешней среды.

На выходах счетчика 11 гпубого отсчета будет храниться код (1)..

Производя сравнение сформированных кодов (1) и (3) на. цифровом компараторе 23, получают m-разрядный код ошибки, который по сигналу элемента 14 задержки заносится в регистр 20

24 ошибки, и далее выставляется на шине 25 ошибки. Цифровой сигнал

"Ошибка" формируется при невыполнении условия: 1 x,гр xãð, êîíòð 0 э по которому производят оценку достоверности полученного результата. Обнуление счетчика 22 контроля грубого 30 отсчета производится в начале каждого цикла преобразования по сигналу "За пуск", выставляемому по шине 18 запуска.

Использование в преобразователе двух цифровых шкал — грубой и точной, последнюю из которых можно программировать, позволяет повысить ,точность измерения и расширить область технического использования. Формула изобретения

1. Измерительный преобразователь линейных перемещений, содержащий 45 последовательно соединенные триггер управления и генератор, звукопровод из магнитострикционного материала с акустическим демпфером и стабилизатором растягивающих усилий на конце, элемент считывания, соединенный с ним предусилитель-формирователь, выход которого соединен с первым входом триггера управления, элемент задержки и соединенные с ним первый и второй регистры, о т л и ч а ю— шийся тем, что, с целью повьппения точности измерения, он снабжен последовательно соединенными умножнтелем частоты, элементом И и счетчиком точного отсчета выход которого подключен к второму входу второго регистра, формирователем импульсов, вход которого соединен с выходом триггера управления, а выход — с. входом элемента задержки, и счетчиком грубого отсчета, первый вхсд которого соединен с вторыми входами триггера управления и счетчика точного отсчета, второй вход — с выходом генератора и входом умножителя частоты, а выход — с вторым входом первого регистра, второй вход элемента И соединен с выходом триггера управления

2 ° Преобразователь по п.1, о т— л и ч а ю шийся тем, что, с целью повьппения помехоустойчивости, он снабжен последовательно соединенными счетчиком контроля грубого отсчета, цифровым компаратором и регистром ,ошибки, первый вход счетчика контроля грубого отсчета соединен с выходом-! ° .предусилителя-формирователя, его второй вход — с вторым входом триггера управления, второй вход цифрового компаратора — с выходом счетчика грубого отсчета, а второй вход регистра ошибки — с выходом элемента задержки.

1552002

Hlld фу

Составитель В.Кольцов

Техред М.Дидык

Редактор А.Шандор

Корректор М. Максимишинец

Заказ 322 Тираж 475 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при i êèj. СССР l13035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101