Преобразователь линейного перемещения в код

 

Изобретение относится к области автоматики и вычислительной техники. С целью повьппения помехоустойчивости преобразователя, содержащего магнитострикционньгй датчик линейных перемещений , на звукопроводе которого расположена обмотка возбуждения и одна обмотка считывания, кинематически соединенная с объектом, генератор тактовых импульсов, формирователь импульсов возбуждения, один усилитель-формирователь , в него введены другая обмотка считывания, которая вьшолнена неподвижной, другой усилитель-формирователь , блок формирования выходного кода, балансньй компаратор , блок определения знака изменения амплитуды сигнала возбуждения. цифроаналоговый преобразователь,блок аварийной индикации, шина опорного напряжения и шина управления, а формирователь импульсов возбуждения вы: полнен управляемым. По сигналу,поступающему по шине управления, осуществляется запуск генератора, который запускает генератор формирователя импульсов возбуждения, на выходе которого формируется ток записи амплитуды , определяемой величиной сигнала управления с ЦАП и частотой f 1/Т, где Т - период следования импульсов генератора преобразователя . Величина сигнала управления опс SS ределяется по сигналу, принимаемому неподвижной обмоткой считывания, и сигналу балансного компаратора,где осуществляется сравнение с уровнем опорного напряжения, сигнал которого также свидетельствует о исправности магнитострикционного датчика. Сигналы с подвижной и неподвижной обмоток поступают на вход блока форЮ мирования выходного кода в моменты Т и TQJ( соответственно, где по ним вычисляется выходной код, соответст 4 вующий перемещению. 1 з.п. ф-лы, 4 ил. СЛ оэ

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (59 4 Н 03 М 1/06 1/50

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСКОМ .К СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3809125/24-24 (22) 02.10.84 (46) 30.11.86.Бюл.¹ 44 (72) С.Б.Демин (53) 681.325 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 830469, кл. G 08 С 9/04, 1979.

Авторское свидетельство СССР

¹ !016810, кл. G 08 С 9/04, 1982. (54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЛИНЕЙНОГО ПЕРЕМЕЩЕНИЯ В КОД (57) Изобретение относится к области автоматики и вычислительной техники.

С целью повышения помехоустойчивости преобразователя, содержащего магнитострикционный датчик линейных перемещений, на звукопроводе которого расположена обмотка возбуждения и одна обмотка считывания, кинематически соединенная с объектом, генератор тактовых импульсов, формирователь импульсов возбуждения, один усилитель-формирователь, в него введены другая обмотка считывания, которая выполнена неподвижной, другой усилитель-формирователь, блок формирования выходного кода, балансный компаратор, блок определения знака изменения амплитуды сигнала возбуждения, „„SU„„127415 А 1 цифроаналоговый преобразователь, блок аварийной индикации, шина опорного напряжения и шина управления, а формирователь импульсов возбуждения выполнен управляемым. По сигналу,поступающему по шине управления, осуществляется запуск генератора, который запускает генератор формирователя импульсов возбуждения, на выходе которого формируется ток записи амплитуды, определяемой величиной сигнала управления с ЦАП и частотой

f >1/Т, где Т вЂ” период следования импульсов генератора преобразователя. Величина сигнала управления определяется по сигналу, принимаемому неподвижной обмоткой считывания, и сигналу балансного компаратора,где осуществляется сравнение с уровнем опорного напряжения, сигнал которого также свидетельствует о исправности магнитострикционного датчика.

Сигналы с подвижной и неподвижной обмоток поступают на вход блока формирования выходного кода в моменты Т и Т „ соответственно, где по ним вычисляется выходной код, соответствующий перемещению. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

74156

Блок 15 аварийной индикации содержит два входных ключа и сдвигающий регистр, Датчик 1 может содер45

Балансный компаратор 12 выполнен на основе дифференциального входного каскада по схеме генератора тока, выходного формирователя и температурного стабилизатора, подключенного к управляемому источнику тока входного дифференциального каскада. Необ-. ходимый уровень обеспечивается пода" чей опорного напряжения Ui> на шину опорного напряжения.

1 12

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике, а именно к цифровым устройствам преобразования информации, и может быть использовано для контроля линейного перемещения контролируемого объекта.

Целью изобретения является повышение помехоустойчивости преобразователя.

На фиг, 1 приведена функциональная схема преобразователя; на фиг.2 " функциональная схема блока формирования выходного кода; на фиг. 3 — функциональная схема блока определения знака изменения амплитуды сигнала возбуждения; на фиг. 4 — временные диаграммы работы устройства.

Преобразователь содержит магнитострикционный датчик 1 линейных перемещений, состоящий из демпферов 2 звуковых волн, звукопровода 3, обмотки 4 возбуждения, первой 5 и второй

6 обмоток считывания, формирователь

7 импульсов возбуждения, усилителиформирователи 8,9, цифроаналоговый преобразователь 10„ блок 11 определения знака изменения амплитуды сигнала возбуждения, балансный компара1 тор 12, генератор 13 тактовых импульсов, блок 14 формирования выходного кода, блок 15 аварийной индикации, Блок 14 формирования выходного кода содержит элементы ИЛИ 16, триггеры 17, генератор 18 импульсов, делитель 19, элементы И 20, счетчики 21, элементы 22 задержки, сдвигающий регистр 23, регистры 24, блок 25 вычитания, блоки 26 поразрядного сравнения двух чисел, блок 27 сложения, формирователь 28 импульсов.

Блок 11 определения знака изменения амплитуды сигнала возбуждения содержит элементы ИЛИ 29, триггер 30.

Формирователь 7 импульсов возбуждения содержит последовательно соединенные генератор несущей частоты и управляемый преобразователь напряжение-ток.

1S

40 жать стабилизатор 31 натяжения эвукопровода 3, Преобразователь работает следующим образом.

В первоначальный момент преобразователь устанавливается в исходное состояние, при этом на выходе циф-! роаналогового преобразователя 10 устанавливается оптимальное начальное управляющее напряжение U» середины диапазона регулирования, устанавливаются в нулевое состояние элементы блока 11 определения знака амплитуды сигнала возбуждения и блока 14 формирования выходного кода.

Преобразователь переводится в режим работы при подаче по нине управления устройства сигнала, который поступает на входы управления блока

15 аварийной индикации и генератора

13. По этому сигналу осуществляется установка в нулевое состояние блока

15 аварийной индикации и запуск генератора 13.

По сигналу синхронизации на первом выходе генератора 13 производится запуск генератора 18 импульсов блока 14. По сигналу, формируемому на втором выходе генератора 13, производится запуск формирователя импульсов, на выходе которого будет сформирован ток Е „;, где i — число тактов регулировайия записи несущей частоты оптимального значения„ опре.деляемого величиной управляющего напряжения У „;, поступающего на его вход управления с выхода цифроаналогового преобразователя 10.

По поступлению импульса с генератора 13 на вход формирователя 7 импульсов возбуждения на его выходе формируется ток амплитуды, определяемой величиной 11„„р, с выхода цифроаналогового преобразователя 10 с несущей частотой f>1/T где Т вЂ” период следования импульсов генератора 13.

Ток записи несущей частоты f c выхода формирователя 7 поступает на вход магнитострикционного датчика 1 линейных перемещений (фиг.1) и проходит в его элемент записи, который неподвижно закреплен соосно со звукопроводом 3.

Прохождение тока записи несущей частоты через активную среду элеменз 1274 та записи формирует под ним в звукопроводе 3 информационные механические волны несущей частоты соответствующей амплитуды вследствие прямого магнитострикционного эффекта, которые начинают распространяться в обе стороны по звукопроводу 3 со скоростью V от источника сообщения,Так в соответствующие моменты времени механические волны несущей частоты, tO распространяясь влево и вправо по звукопроводу 3, минуя первую 5 и вторую 6 обмотки считывания, достигают демпферов 2 звуковых волн, жестко закрепленных на его концах, и пол- 15

В костью рассеивают на них свою энергию. Этим устраняется образование механических волн обратного хода.

Распространяясь вправо по звукопроводу 3, информационные механические волны несущей частоты в моменты времени:

Ток и Т» » 1 ° где E, — расстояние до неподвижной обмотки 5 считывания;

I . „- расстояние до подвижной обмотки считывания, кинематически соединенной с объектом, наводят в обмотках 5 и 6 соответст- 30 вующие по величине ЗДС сигналы:

U„-К,А,-а1,и

= К А — а Й

2 ис о к где А., — амплитуда информационной д5 механической волны;

К,= 0,9...0,85 — коэффициент магнитомеханической связи; а — коэффициент затухания вследствие обратного магии- 40 тострикционного эффекта.

Наведенные импульсные ЭДС сигналы несущей частоты с обмоток 5 и 6 поступают в соответствующие моменты времени Т „ и Т„ на информационные 45 входы первого и второго усилителей

8и9.

Сигнал с выхода усилителя 9 поступает на первый вход блока 11 про= . изводит его переключение в режим пря-50 мого регулирования и проходит на первый информационный вход блока 14.

Информационный сигнал текущей амплитуды с выхода усилителя 8 посту- . пает на информационный вход баланс- 55 ного компаратора 12 и второй информационный вход блока 14. В балансном компараторе 12 осуществляется анализ

I>6 4 амплитуды информационного сигнала относительно заданного опорного напряжения U, подаваемого на опорный л» вход балансного компаратора 12 и определяющего уровень регулирования амплитуды информационной механической волны в магнитострикционном канале передачи датчика. Имеют место следующие текущие условия: U, U или

< U„. В зависимости от выполнения того или иного условия на цифровом выходе балансного компаратора 12 сформирован сигнал соответствующей полярности, который управляет работой блока 11 его второму входу, Так, например, при выполнении условия U > Uд на выходе балансного т компаратора 1.2 сформирован импульсный сигнал низкого уровня, по которому переключены в исходное (нулевое) состояние блок 15 аварийной индикации и блок 11, так что в следующем такте преобразования цифровой импульсный сигнал опроса с вто, рого выхода генератора 13 проходит через вход синхронизации блока 11 на его инверсный выход.

В другом случае (при выполнении условия U, (U„) на цифровом выходе балансного компаратора 12 выставлен статический высокий уровень, по которому не производится переключение в исходное состояние блока 15 аварийной индикации и блока II. Поэтому в следующем такте преобразования сигнал с второго выхода генератора 13 проходит через вход синхронизации блока 11 на его прямой выход, а также формирует на выходе блока 15 аварийной индикации сигнал "Авария".

Таким образом, при правильной работе цифрового канала регулирования на выходах блока 11 поочередно формируются импульсные сигналы управления, которые управляют работой цифроаналогового преобразователя 10 и на его выходе формируется соответстayrotqee управляющее напряжение, что приводит к аналогичному изменению рабочего тока записи несущей частоты. На выходе формирователя 7 устройства в свою очередь это приводит к соответствующему иаменению амплитуды информационной механической волны в магнитострикционном канале передачи датчика 1 линейных перемещений °

5 127

Следовательно, н процессе работы устройства канал регулирования отслеживает заданный уровень амплитуды информационных механических волн в магнитострикционном канале передачи датчика линейных перемещений, чем достигается повышение помехоустойчивости устройства, Вычисление выходного кода результата преобразования линейного перемещения выполняется н блоке 14, вариант выполнения которого показан на фиг.2. Работа блока 14 основана на итерационном вычислении (вычитании) итогового цифрового кода результата

11„= NÄ/Ы,„, По сигналу синхронизации начальной фазы текущего такта преобразования генератора 13, поступающего на вход синхронизации блока 14, производится установка н исходное состояние элементон 17,21 и запуск генератора 18 блока 14. С приходом сигнала высокого уровня с выхода генератора 13 на вход блока 14 эт .т импульс проходит на 1-й вход элемента. ИЛИ

16-1 и на нход формирователя 28 импульсов, На выходе формирователя 28 сформировQH импульс1|ый сиГнал нысакаГО уровня, по которому осущестнляе ся перезапись кодон N,„, и И с ныходных разрядных шин счетчиков 21-1 и

21- 2 делителя и делимого н регистры

23 и 24, установка н нуленае состояние счетчика 21-3 и установка н едйпичное состояние триггера 17-3 через в емя

Независимо от формирования текущих значений N и N„ осуществляетак ся обработка этой информации преды,цущего цикла преобразования с момента запуска генератора 18, т,е, выполняется нычисление двоичного ка45 да Ц р = И вЂ” Ц.„на Основе Операции х логического вычитания.

Рассмотрим принцип работы этой части устройства, р

9 2 " 3о.!. 6

С

Где L время задержки pG cIIpo cTp 3." пения сигнала элементов

22-1 задержки;

; время записи информации н регистр 23 н 24, установка н нулевое состояние счетчиков 21-1„ 21-2 делителя и делимого, т.е. осуществляется их падготонка к очередному циклу преобразования.

Сигнал от генератора 13, пройдя через элемент ИЛИ 16-1, устананлинает н единичное состояние 1-й триггер

17-1„ лО ныхсднОму сиI"íÿë нысакаГО уровня которого запускается генератор 18 блока 14 °

Сигналы частоты f с выхода генео ратора 18 поступают на вход делителя 19 частоты и на входы элементов

И 20 и через открытый элемент И 20

4156 Ь проходят на прямой счетный вход счетчика 21-1 делителя, формируя на его выходной разрядной шине двоичный код

Ы.„ = К;Т.„ = Г (8 /V) где f, — опорная частота;

V — скорость распространения звуковой волны в канале передачи (звукопроводе).

Формирование этого двоичного ко10 да N,„ çàêàí÷èâàåòñÿ с приходом импульсного сигнала высокого уровня через время T,„ ñ выхода усилителя 9, Триггер 17-1 переключается в нулевое состояние. По его нулевому выходному сигналу осуществляется блокирование прохождения импульсов генератора 18 через элемент И 20-1. Одновременно этот импульс через элемент ИЛИ 16-2 поступает на вход триггера 17-2 и устанавливает его в единичное состояние, открывается элемент И 20-2 и через элемент ИЛИ 16 осуществляется перезапуск генератора 18 (фиг.2), 25 Теперь в счетчике 21-2 формируется кад делимого

М, = 1: Т„ = f. („/Ч).

Формирование этого кода заканчивается с нрихоцам еигнала высокого

30 урания через время Т „ с выхода усилителя 8, Этот сигнал поступает на счетный вход триггера 17-2, переводит его в нулевое состояние, Низкий уровень

З5 ега выхацного сигнала осуществляет блокирование прохождения импульсов генератора 18 через элемент И 20-2.

1(ак было выше отмечено, н регистры 23 и 24 через время . „ с начала очередного цикла преобразования будут занесены коды И,„ и N .,С зах пуском генератора 18 начинается процесс вычисления итогового результа55 та N р преобразования.

Частота f /IC, где К вЂ” коэффициент деления делителя 19, поступает через элемент И 20-3 на второй вход синхро7 274 низации сдвигающего регистра 23 и на вход счетчика 21-3 частного (фиг.2).

Регистр 23 включен по кольцевой схеме с блоком 25 вычитания, что позволяет по каждому импульсу частоты

Й /K формировать на его выходной разрядной шине разностный код N„-Н оу, а счетчик 21-3 частного будет подсчитывать число итерационных циклов, т.е. формирование двоичного кода Ч 10 результата, Этот код результата полностью сформирован.при выполнении неравенства N -N <О (при условии

К 2Х

N N ). .В этом случае на выходе блоок к ка 25-2 сформирован сигнал высокого 15 уровня (при выполнении неравенства

N )N„- No„) rIo которому производится переключение триггера 17-3 в нулевое состояние.

По этому же сигналу блока 25-2 20 через время

) Зап 22 2 27 где „„— время задержки элемен- 25 та 22-2, двоичный код N результата с выходГ ной разрядной нины блока 27 сложения переписывается в регистр 24-2 частного, разрядный выход которого сое- 30 динен с выходной разрядной шиной данных устройства (фиг. 1 и 2).

Блок 25-1 осуществляет анализ остатка полученной разности N --И оХ и если эта разность составляет ве- 5 личину

Nõ Г1 х+ N„/2 остатка, то к двоичному коду 11р результата, сформированного на выходной разрядной шине счетчика 21-3 40 частного, прибавляется значащая младшая единица, в противном случае—

"О", т.е. производится округление итогового результата вычисления до целого младшего двоичного разряда, 45 чем достигается повышение точности вычисления выходного кода устройства (фиг. 2-1).

Формула изобретения50

1. Преобразователь линейного перемещения в код, содержащий магнитострикционный датчик линейных перемещений, состоящий из эвукопровода с демпферами, размещенными на его концах, на котором расположена обмотка возбуждения и первая обмотка считы156 8 вания, кинематически соединенная с объектом, генератор тактовых импульсов, выход которого подключен к входу запуска формирователя импульсов возбуждения, выход которого подключен к обмотке возбуждения, выход первой обмотки считывания подключен к входу первого усилителя-формирователя, отличающийся тем, что, с целью повышения помехоустойчивости преобразователя, в него введены вторая обмотка считывания, которая размещена неподвижной на звукопроводе, второй усилитель-формирователь,-блок формирования выходного кода, балансный компаратор, блок определения знака изменения амплитуды сигнала возбуждения, цифроаналоговый преобразователь, блок аварийной индикации, шина опорного напряжения и шина управления, а формирователь импульсов возбуждения выполнен управляемым, управляющий вход которого подключен к выходу цифроаналогового преобразователя, выход первого усилителя-формирователя подключен к первым входам блока определения знака изменения амплитуды сигнала .возбуждения и блока формирования выходного кода, выход второй обмотки считывания через второй усилитель-формирователь подключен к одному входу балансного компаратора и второму входу блока формирования выходного кода, другой вход балансного компаратора подключен к шине опорного напряжения, а выход — к первому входу блока аварийной индикации и второму входу блока определения знака изменения амплитуды сигнала возбуждения, один- выход генератора покдлючен к третьему входу блока формирования выходного кода, а другой — к второму входу блока аварийной индикации и третьему входу блока определения знака изменения амплитуды сигнала возбуждения, а шина управления подключена к входу генератора и третьему входу блока аварийной индикации, выходы блока определения знака изменения амплитуды сигнала возбуждения соединены с входами цифроаналогового преобразователя.

2. Преобразователь по п.1, о тл и ч а ю шийся тем, что блок формирования выходного кода содержит формирователь импульсов, три элемента ИЛИ, три триггера, три элемен.9 l 2 74 та И, три счетчика, два элемента задержки, два регистра, сдвигающий регистр, блок вычитания, блок сложения, два блока поразрядного сравнения двух чисел, генератор импульсов 5 и делитель, первые входы первого и второго элементов ИЛИ объединены и являются первым входом блока, второй вход второго элемента ИЛИ является вторым входом блока, второй вход пер-1О вого элемента ИЛИ является третьим входом блока и подключен через формирователь импульсов к синхровходу первого регистра, первому синхровходу сдвигающего регистра, к прямому входу первого триггера и нулевому входу первого счетчика и через первый элемент задержки к входам установки в ноль, второго и третьего счетчиков

9 выходы которых подключены соответственно к информационным входам первого регистра и первой группе информационных входов сдвигающего регистра, выходы первого и второго элементов

ИЛИ подключены к прямым входам второго и третьего триггеров, прямые входы которых подключены к первым входам соответственно первого и второго элементов И и первому и второму входам третьего элемента ИЛИ, выход ЗО которого через генератор импульсов подключен к вторым входам первого и второго элементов И и через делитель к первому входу третьего элемента

И, выход которого подключен к второ- З5 му синхровходу сдвигающего регистра и счетному входу первого счетчика, выходы которого подключены к одной группе входов блока сложения, выходы которого подключены к информационным входам второго регистра, выходы которого являются выходами блока, выходы сдвигающего регистра и первого регистра подключены к соответствующим группам входов блока вычитания, выходы которого подключены к второй группе информационных входов сдвигающего регистра, выходы первого регистра подключены к первой группе входов первого блока поразрядного сравнения двух чисел, выходы первого регистра, кроме последнего, подключены к первой группе входов второго блока поразрядного сравнения двух чисел, вторые группы входов блоков поразрядного сравнения двух чисел подключены к выходам сдвигающего регистра, выход первого блока поразрядного сравнения двух чисел подключен к нулевому входу первого триггера и через второй элемент задержки к синхровходу второго регистра, выход второго блока поразрядного сравнения двух. чисел подключен к второй группе входов блока сложения, выход первого триггера подключен к третьему входу третьего элемента ИЛИ и второму входу третьего элемента И, выходы первого и второго элементов

И подключены к счетным входам соответственно третьего и второго счетчиков. г

127415v

10P)

iЩ

Твлр, pv с.

Составитель И. Сидорова

Редактор Н.Слободяник Техред И.Попович Корректор В.Бутяга

Тираж 816 Подписное

ВНК1ПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Заказ 6490/58

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