Модульный преобразователь перемещения в код

 

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике. Цель изобретения - расширение диапазона преобразуемого перемещения, повышение быстродействия и точности преобразователя. Поставленная цель достигается тем, что в модульный преобразователь, содержащий формирователь импульсов возбуждения, формирователь импульса запуска, звукопровод с двумя электроакустическими преобразователями на его концах, два усилителя-формирователя, два RS-триггера, генератор счетных импульсов, счетчик, два регистра памяти, дешифратор управления, шину обмена и постоянный магнит, введены (2n - 2) электроакустических преобразователей, (2n - 2) усилителей-формирователей, (2n-2) RS-триггеров, два элемента ИЛИ и дешифратор номера модуля, звукопровод выполнен в виде n модулей равной длины, электрически соединенных последовательно друг с другом и размещенных вдоль направления перемещения постоянного магнита, на внутренних концах первого и n-го модулей и на каждом конце i-го модуля, где установлен соответствующий электроакустический преобразователь. 3 ил., 1 табл.

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано для преобразования информации о перемещении или положении контролируемого объекта в цифровую форму.

Известен магнитострикционный дифференциальный преобразователь линейных перемещений [1] содержащий рабочий и дополнительный звукопроводы, отличающийся расширенными функциональными возможностями и повышенной чувствительностью. Данное устройство достаточно сложное и имеет ограниченное быстродействие ввиду использования отраженных волн.

Известен также магнитострикционный преобразователь линейных перемещений [2] содержащий звукопроводы опорного и рабочего каналов, постоянный магнит смещения, охватывающий оба звукопровода, формирователи импульсов записи и усилители-формирователи считывания рабочего и опорного каналов, RS-триггер, ключ, счетчик, схему совпадения и нониусные катушки записи и считывания, причем введение нониусных катушек повышает разрешающую способность. Однако это повышение сопровождается усложнением конструкции и дополнительным снижением быстродействия, что ограничивает возможность контроля большим перемещением.

Наиболее близким по своей технической сущности к заявляемому устройству является устройство для преобразования перемещения в код [3] содержащее звукопровод с двумя электроакустическими преобразователями на его концах, элемент возбуждения ультразвукового импульса, жестко связанный с объектом контроля и выполненный в виде постоянного магнита, охватывающего звукопровод, формирователь импульсов возбуждения, формирователь импульсов запуска, усилители-формирователи, RS-триггеры, генератор счетных импульсов, регистры памяти, дешифратор управления и шину обмена. Однако с увеличением диапазона преобразования увеличивается время задержки ультразвукового импульса в звукопроводе, что снижает быстродействие преобразователя и увеличивает его динамическую погрешность.

Кроме того, затухание ультразвука в звукопроводе и отражение сигналов от его внутренних неоднородностей ограничивает диапазон преобразования и уменьшает точность с увеличением диапазона.

Цель изобретения расширение диапазона преобразуемого перемещения, повышение быстродействия и точности преобразователя. Поставленная цель достигается тем, что в модульном преобразователе перемещений в код, содержащем звукопровод с двумя электроакустическими преобразователями на его концах, постоянный магнит, жестко связанный с объектом контроля, формирователь импульсов возбуждения, формирователь импульса запуска, два усилителя-формирователя, генератор счетных импульсов, счетчик, два регистра памяти, дешифратор управления и шину обмена, причем выход формирователя импульсов запуска соединен с выходом формирователя импульсов возбуждения, входом сброса счетчика и R-входами RS-триггеров, S-входы которых через соответствующие усилители-формирователи соединены с выходами электроакустических преобразователей, выход генератора счетных импульсов соединен со счетным входом счетчика, информационный выход которого через регистры памяти соединен с шиной обмена, входы разрешения считывания регистров памяти соединены соответственно с первым и вторым выходами дешифратора управления, третий выход которого соединен с входом формирователя импульсов запуска, звукопровод выполняется в виде модулей равной длины, на концах которых устанавливается (2n-2) дополнительных электроакустических преобразователей, и электронную схему введения (2n-2) усилителя-формирователя, (2n-2) RS-триггера, два элемента ИЛИ и дешифратор номера модуля, при этом модули звукопровода размещены вдоль направления перемещения, охватываются магнитом и соединены последовательно электрически, с одним из свободных концов многомодульного звукопровода соединен выход формирователя импульсов возбуждения, другой свободный конец звукопровода соединен с шиной нулевого потенциала, выходы дополнительных электроакустических преобразователей соединены с входами соответствующих усилителей-формирователей, выходы которых соединены с S-входами дополнительных RS-триггеров, при этом выходы всех нечетных RS-триггеров соединены через первую схему ИЛИ с входом разрешения записи первого регистра памяти, а выходы всех четных RS-триггеров соединены через вторую схему ИЛИ с входом разрешения записи второго регистра памяти, кроме того, выходы всех RS-триггеров соединены с входами дешифратора номера модуля, выходы которого соединены с шиной обмена.

На фиг. 1 приведена структурная схема преобразователя; на фиг.2 пример нахождения магнита в зоне перекрывания двух соседних модулей; на фиг.3 - временные диаграммы сигналов преобразователя при нахождении магнита в середине зоны перекрывания модулей.

Преобразователь содержит многомодульный звукопровод 1, отдельные модули которого, имеющие рабочую длину X₀, соединены гальванически через соединительные проводники 2, постоянный магнит 3, электроакустические преобразователи, выполненные в виде катушек считывания 4 и 5. На фиг.1 показано только три модуля 1.1, 1.2,1.n. Электрическая часть преобразователя содержит формирователь 6 импульсов (возбуждения), формирователь 7 импульсов запуска, выполненный на одновибраторе, усилители-формирователи 8 и 9, RS-триггеры 10 и 11, генератор 12 счетных импульсов, счетчик 13 импульсов, регистры 14 и 15, дешифратор 16 управления, элементы ИЛИ 17 и 18, дешифратор 19 номера модуля.

Преобразователь работает следующим образом.

По звукопроводам 1 через соединительные проводники 2 пропускается импульс тока возбуждения, сформированный с помощью формирователя 6 импульсов возбуждения, формирователь 6 запускается одновибратором 7 по сигналу с выхода "с" дешифратора управления 16. Одновременно устанавливаются в нулевое состояние триггеры 10, 11 и счетчик 13. Электрический импульс проходит по всем звукопроводам 1 и создает радиальное магнитное поле. В зоне к-го модуля (на рисунке это второй модуль), где расположен подвижный постоянный магнит 3, происходит взаимодействие продольного поля постоянного магнита с радиальным магнитным полем импульса возбуждения. В месте расположения постоянного магнита 3 возбуждается крутильная ультразвуковая волна. Ультразвуковой импульс, распространяясь в обе стороны по звукопроводу 1.2, доходит до катушек считывания 4.2 и 5.2 и индуктирует в них ЭДС через время t_x и t₀ соответственно.

Импульс ЭДС, индуктированный в катушке считывания 4.2, усиливается и формируется с помощью усилителя-формирователя 8.2 и переключает соответствующий триггер 10.2, в результате чего по сигналу с выхода элемента ИЛИ 17 информация, поступающая на вход регистра 14, запоминается в нем, в регистре 14 записывается цифровой код N_x расстояния и от постоянного магнита 3 до катушки считывания 4.2. Аналогично импульс считывания с катушки 5.2 через усилитель-формирователь 9.2 переключает соответствующий триггер 11.2, в результате по сигналу с выхода схемы ИЛИ 18 информация, поступающая на вход регистра 15, запоминается в нем. В регистре 15 оказывается записанным цифровой код расстояния N₀ (X₀-Х) от магнита 3 до катушки считывания 5.2. Одновременно сигналы с триггеров 10.2 и 11.2 подаются на входы дешифратора 19 номера модуля, в результате чего на выходе дешифратора 19 устанавливается сигнал, указывающий что информация принята со 2-го модуля. В случае, когда магнит 3 находится в зоне свободный от перекрытия соседних модулей, срабатывают триггеры, соответствующие только этому модулю. По сигналу с выходов "а" и "в" дешифратора управления 16 выводится информация с регистров 14 и 15, а по сигналу с выхода "d" информация о номере модуля с выхода дешифратора 19.

Для пояснения работы устройства в случае нахождения магнита 3 в зоне перекрывания двух соседних модулей приведен пример на фиг.2.

Рассмотрим три точки "а", "б", "в" нахождения магнита 3. Следует иметь в виду то, что при длине x_o + 2l рабочей длиной является X₀, а зона l на обоих концах исключается на измерения. Это достигается тем, что длительность импульса запуска на входе формирователя 6, который одновременно является сбросом триггеров 10 и 11 превышает длительность импульса возбуждения на выходе формирователя 6. Длительность импульса сброса t_с и зона l связаны соотношением (1) где v скорость распространения крутильной ультразвуковой волны; t_сч длительность импульса считывания.

Таким образом, при нахождении магнита в районе точки "а" срабатывают триггеры 10.1 и 11.1 и от их сигналов записывается цифровой код в регистры 14 и 15, затем позже срабатывает триггер 11.2, но он уже не изменяет кода в регистрах, триггер 10.2 и момент прихода импульса считывания с катушки 4.2 через усилитель 8.2 будет сброшен и не сработает.

Аналогично при нахождении в зоне точки "в" срабатывают триггеры 10.2 и 11.2 и в регистрах 14 и 15 запишется цифровой код, соответствующий этому положению, несколько позже срабатывает триггер 10.1, но информация в регистрах уже не изменится, триггер 11.1 не сработает от импульса считывания в катушке 5.1, так как будет еще сброшен.

Работа преобразователя при положении магнита в точке "б" иллюстрируется диаграммами, приведенными на фиг.3. Из диаграммы следует, что в т."б" формируется два сигнала считывания одновременно V_8.1 и V_9.1. При этом триггеры 10.2 и 11.1 сработают даже при неодновременности прихода импульсов в интервале времени t в связи с тем, что задний фронт импульса сброса на порядок меньше заднего фронта импульсов считывания.

При нахождении магнита в зоне "б" срабатывают триггеры 10.2 и 11.1, причем в регистры 14 и 15 будет записан нулевой код. В этом случае, когда постоянный магнит переходит с модуля на модуль, измеряемое перемещение определяется номером модуля, который однозначно определяется с помощью дешифратора 19 номера модуля, режим работы которого приведен в таблице.

Во всех остальных случаях перемещение определяется по формуле: где к номер модуля, в зоне которого находится магнит.

Технические средства для реализации формулы (2) могут быть весьма разнообразны. В частности, при наличии в контуре управления ЭВМ, целесообразно реализовать формулу (2) на ЭВМ.

Предлагаемый преобразователь перемещений в код обеспечивает существенное расширение диапазона измерений в область больших перемещений до несколько десятков метров за счет модульного принципа и исключения проблемы передачи ультразвукового импульса с модуля на модуль. Разработанное решение обеспечивает расширение диапазона без потери быстродействия преобразователя и в n раз увеличивает его точность.

Формула изобретения

Модульный преобразователь перемещения в код, содержащий звукопровод с двумя электроакустическими преобразователями на его концах, формирователь импульсов возбуждения, формирователь импульса запуска, два усилителя-формирователя, два RS-триггера, генератор счетных импульсов, счетчик, два регистра памяти, дешифратор управления, шину обмена и постоянный магнит, жестко связанный с объектом контроля и охватывающий звукопровод, свободные концы звукопровода соединены соответственно с шиной нулевого потенциала и выходом формирователя импульсов возбуждения, вход которого подключен к выходу формирователя импульсов запуска, соединенному с входом сброса счетчика и R-входами RS-триггеров, S-входы которых через усилители-формирователи соединены с выходами соответствующих электроакустических преобразователей, выход генератора счетных импульсов соединен со счетным входом счетчика, информационный выход которого подключен к информационным входам регистров памяти, выходы которых соединены с шиной обмена, входы разрешения считывания регистров памяти соединены соответственно с первым и вторым выходами дешифратора управления, третий выход которого соединен с входом формирователя импульсов запуска, отличающийся тем, что в него введены 2n 2 электроакустических преобразователей, 2n 2 усилителей-формирователей, 2n 2 RS-триггеров, два элемента ИЛИ и дешифратор номера модуля, звукопровод выполнен в виде n модулей равной длины, электрически соединенных последовательно друг с другом и размещенных вдоль направления перемещения постоянного магнита, на внутренних концах первого и n-го модулей и на каждом конце i-го модуля (где ) установлен соответствующий электроакустический преобразователь, выход каждого из электроакустических преобразователей через соответствующий усилитель-формирователь соединен с S-входом соответствующего RS-триггера, R-вход которого подключен к выходу формирователя импульсов запуска, выход j-го RS-триггера (где j 1, 3, 5) соединен с соответствующим входом первого элемента ИЛИ, выход которого подключен к входу разрешения записи первого регистра, выход K-го RS-триггера (где K 2, 4, 6) соединен с соответствующим входом второго элемента ИЛИ, выход которого подключен к входу разрешения записи второго регистра, выходы всех RS-триггеров соединены с входами дешифратора номера модуля, выход которого подключен к шине обмена.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4