Преобразователь линейных перемещений (его варианты)

 

Изобретение относится jc магнитострикционным преобразователям линейных перемещений с логометрическим преобразованием. Цель изобретения - повьшение точности преобразования. Модулированный по частоте импульсный цифровой сигнал опроса по выходу ге

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (gg 4 H 04 R 15/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМ,Ф СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3857204 /24-10 (22) 20. 02, 85 (46) 23. 01. 87, Бюл. ¹ 3 (72) С. Б.Демин (53) 534.232(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 668103, кл. Н 04 R 15/00, 1979.

Авторское свидетельство СССР

Н- 551806, кл. Н 04 R 15/OG, 19?7.

„„SU„„1285631 А 1 (54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЛИНЕЙНЫХ НЕРЕИЕЩЕНИИ (ЕГО ВАРИАНТЫ) (») Изобретение относится к магнитострикционным преобразователям линейных перемещений с логометрическим преобразованием. Цель изобретения— повьппение точности преобразования.

Модулированный по частоте импульсный цифровой сигнал опроса по выходу re128563 нератора 12 опроса поступает через

> преобразователь 9 на вход элемента

7 записи и возбуждает в магнитострикциоином канале 2 (MK) передачи .ультразвуковые волны модулирующей частоты, распространяющиеся в обе стороны от источников сообщения. Распространяясь влево, волны рассеиваются на поглотителе 4. Распространяясь вправо по.МК 2, ультразвуковые волны достигают границ отражения, образованных ползуном 3 из магнитной жидкости, и,, 1 отразившись, меняют направление хода.

На выходах элемента 8 чтения формируются импульсы напряжения модулированной частоты вследствие обратного магнитострикционного преобразования.

По ним на выходах аналого-цифрового формирователя 13 формируется сигнал синхронизации, записывающий цифровой код в регистр 17. На выходе блока 21 вычисления результата будет сформирован итоговый код результата преобразования. 1 с.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к технике измерений и контроля линейных переМещений, а именно к магнитострикционным преобразователям линейных перемещений с логометрическим преобразованием, и может быть использовано.в системах автоматического управления.

Цель изобретения — повышение точности преобразования.

На фиг. 1 и 2 приведены варианты 10 .устройства преобразования линейных перемещений с односторонним и дифференциальным преобразованиями; на фиг.3 — временная диаграмма.

Преобразователь линейных перемеще- 15 ний (фиг.1 и 2) содержит магннтострикционный датчик 1 линейных перемещений, состоящий иэ магнитострикционного канала 2 передачи с магнитным ползуном 3 в его рабочей полости, 20 акустического поглотителя 4, неподвижного и подвижного элементов 5 и б подмагиичивания, элементов 7 и 8 записи и чтения, преобразователя 9 напряжение — ток, избирательного усилителя 10 чтения, и аналого-цифровой канал 11 преобразования, состоящий из генератора 12 опроса, аналогоцифрового формирователя 13 чтения, цифрового коммутатора 14, цифрового генератора 15 взвешенных частот, первого, второго, третьего регистров 1618, первого и второго сумматоров 19 и 20, блока 21 вычисления результата,. четвертого регистра 22, элемента 23 за- 35 держки, блока 24, синхронизации, блока

25 контроля перемещения, первую и вторую входные шины 26 и 27 управления, первую выходную разрядную шину

28 данных, вторую выходную шину 29 стробирования, третью выходную разрядную шину 30 контроля перемещения. Кроме того, преобразователь (фиг.2) кроме указанных признаков содержит акустический поглотитель 31, элемент 32 подмагничивания с элементами 33 и 34 записи и чтения, преобразователь 35 напряжение — ток, избирательный усилитель 36 чтения, цифроаналоговый формирователь 37 чтения и цифровой компаратор 38.

Устройство работает следующим образом.

В первоначальный момент устройство (фиг.1) устанавливается в исходное состояние. Перевод устройства в режим работы осуществляется rio цифровому управляющему сигналу, поступающему по первой входной шине 26 управления на вход его аналого-цифрового канала 11 преобразования..По этому сигналу производятся разблокирование блока 24 синхронизации и запуск генератора 12 опроса и цифрового генератора 15 взвешенных частот. На и-разрядном выходе последнего формируется текущий цифровой код N; где i — число тактов преобразования, представленных опорной высокостабильной сеткой разрядных частот длительностей Т вЂ” Т„, Т„= 2" Т, и = 1,2..., где и — разрядность устройства. С выходов цифрового генератора 15 взвешенных частот текущий цифровой код N поступает на информационные входы первого, второго и третьего регистров 16-18 и заносит-

128563 ся в них по импульсным цифровым сигналам синхронизации, формируемым на втором выходе генератора 12 опроса и выходах цифрового коммутатора 14 в соответствующие моменты времени теку- 5 щего такта преобразования.

Одновременно по второй входной разрядной шине 27 управления выставляются цифровые и-разрядные коды И,р и

N рр р границ линейного перемещения !О подвижного элемента 6 подмагничивания .магнитострикционного датчика 1 линейных перемещений, имеющего,кинематическое соединение с внешним объектом контролируемого линейного переме- 15 щения.

По импульсному цифровому сигналу синхронизации с второго выхода генератора 12 опроса производится запись текущего цифрового кода начальной 20 фазы преобразования в первый регистр

16, который выставлен на выходах цифрового генератора 15 взвешенных частот, а также "взведен" блок 24 синхронизации.

Одновременно (синхронно) на первом выходе генератора 12 опроса формируГ ется цифровой сигнал опроса, модулированный по частоте, и поступает на вход преобразователя 9 напряжение — ЗО ток, установленного в корпусе магнитострикционного датчика 1 линейных перемещений.,На его выходе формируется модулированный по частоте токовый импульс записи, поступающий на 35 вход неподвижного элемента 7 записи.

Под ним в магнитострикционном канале

2 передачи возбуждена модулированная по частоте ультразвуковая волна механической деформации, распространяю- 40 щаяся в обе стороны по магнитострикционному каналу передачи датчика со скоростью V.

Распространяясь влево (по фиг. 1)

rro магнитострикционному каналу 2 пе- 45 редачи датчика от источника сообщения, импульсная ультразвуковая волна достигает акустического поглотителя 4 и рассеивает на нем свою энергию, прекратив свое существование. 50

Распространяясь вправо, ультразвуковая волна проходит под неподвижным элементом 8 чтения и наводит на его выходе модулированный по частоте импульс напряжения, который уси- 55 ливается и демодулируется избирательным усилителем 10 чтения, установленным в корпусе магнитострикционного датчика 1 линейных перемещений, и

1 4 проходит с его выхода на вход аналого-цифрового формирователя 13 чтения аналого-цифрового канала 11 преобразования устройства. На выходе аналого-цифрового формирователя 13 чтения формируется импульсный цифровой сигнал синхронизации, который проходит через цифровой коммутатор 14 на вход синхронизации второго регистра 17 и записывает в него текущий цифровой код начальной основной фазы преобразования, который выставлен в данный момент на выходах цифрового генератора 15 взвешенных частот. По этому цифровому сигналу синхронизации осуществляется асинхронный запуск блока

24 синхронизации, на выходе которого формируется импульсный цифровой сигнал стробирования, по которому производится переключение во второе состояние цифрового коммутатора 14, а также формирование на второй выходной шине 29 стробирования устройства цифрового строб-сигнала.

Распространяясь вправо по магнитострикционному каналу 2 передачи датчика, ультразвуковая волна достигает границы отражения, образованной магнитным ползуном 3 из магнитной жидкости, расположенным в рабочей полости магнитострикционного канала передачи и удерживаемым радиальным магнитостатическим полем подвижного эле-. мента 6 подмагничивания, и, отразившись, изменит направление своего хода и в некоторый момент достигнет вторично неподвижного элемента 8 чтения, Прохождение ультразвуковой волны под элементом 8 чтения формирует на его выходе импульс напряжения, который проходит через избирательный усилитель 10.чтения, демодулируется и поступает на вход аналого-цифрового формирователя 13 чтения. С его выхода импульсный цифровой сигнал синхронизации проходит через цифровой коммутатор 14 на вход синхронизации третьего регистра 18 и записывает в него текущий цифровой код конечной основной фазы преобразования, который выставлен на выходах цифрового генератора

15 взвешенных частот в данный момент времени.

В следующий момент на и-разрядном выходе блока 21 вычисления результата формируется итоговый цифровой код результата преобразования линейного перемещения

12856

Nx.1 = N .l /N>,l, (1)

rpe Nt l 1 1 " цифровой код формируе мый на выходах первого и второго сумматоров

19 и 20, который про- 5 порционален формируемому результирующему временному интервалу линейного перемещения:

Т„1= т, „ /T 1, где Т 1 = Й /Ч;

T> = 2фк/Ч;

ФО,4„ — зоны логометрического и основного преобразования.

Этот цифровой код N ;. переписывается в четвертый регистр 22 по импульсному цифровому сигналу синхронизации генератора 12 опроса, задержанному по первому выходу элемента 23 задержки. С его и-разрядного выхода цифровой код итогового преобразования поступает на первую выходную разрядную шину 28 данных устройства и одновременно заносйтся B блок 25 контроля

25 перемещения по импульсному цифровому сигналу синхронизации, задержанному по второму выходу элемента 23 задержки. В блоке 25 выполняется анализ текущего цифрового кода Nx, результата относительно заданных границ линейного перемещения, заданных цифровыми кодами Nrp u NrI.2 . В результате данного анализа на его

m-разрядном выходе формируется цифро- 35 вой код NzÄ; состояния положения

"(перемещения), который поступает на третью выходную разрядную шину 30 контроля перемещения устройства °

На этом текущий цикл преобразова- 40 ния заканчивается, и устройство подготовлено к следующему циклу преоб-разования, который начинается с момента формирования импульсного цифро-. вого сигнала синхронизаций на втором; 45 выходе генератора опроса устройства и выполняется без изменения в соответствии с формулой (1).

Использование в преобразователе магнитострикционного канала переда- 50 чи с магнитным ползуном из магнитной ,жидкости и использование внутриим- . пульсной модуляции позволяет повысить точность преобразования линейно< го перемещения в код путем повыше- 55 ния его помехоустойчивости и уменьшения неоднородности границы отражения относительно известного преобра31 6 зователя. А использование бесконтактного способа преобразования линейного перемещения позволяет повы- . сить его надежность путем увеличения срока эксплуатации по сравнению с известным преобразователем.

В преобразователе линейных перемещений (фиг.1) имеет место взаимосвязь направления перемещения и итогового результата преобразования.

Устранить отмеченную зависимость позволяет представленный преобразователь линейных перемещений, магнитострикционный датчик которого выполнен по дифференциальной схеме (фиг.2).

Преобразователь линейных перемещений по дифференциальной схеме работает следующим образом.

Модулированный по частоте импульсный цифровой сигнал опроса по первому.выходу генератора 12 опроса поступает через первый и второй преобразователи 9 и 35 напряжение — ток, установленные в корпусе магнитострикционного датчика 1.линейных перемещений, на входы первого и второго элементов 7 и 33 записи и возбуждают в магнитострикционном канале 2 передачи ультразвуковые волны модулирующей частоты, распространяющиеся в обе стороны от источников сообщения по магнитострикционному каналу со скоростью V.

Распространяясь влево и вправо по магнитострикционному каналу 2 передачи, ультразвуковые волны испытывают полное поглощение на акустических поглотителях 4 и 31.

Одновременно, распространяясь вправо и влево по магнитострикционному каналу 2 передачи датчика 1 от источников сообщений, ультразвуковые вол-.. ны достигают границ отражения, образованных магнитным ползуном 3 из магнитной жидкости, расположенным в зоне расположения подвижного элемента 6 подмагничивания, имеющего кинематическое соединение с внешним объектом контролируемого линейного перемещения, и, отразившись от границы отражения, изменяют направление своего хода. В моменты времени

T« =2(x+6)/V и T2 „= 2(_#_x+ ) /V, где А-смещение от центра эоны (1 +

II х

+ 1„) линейного перемещения, на выходах первого и второго элемен12856

1. Преобразователь линейных перемещений, содержащий магнитострикционный датчик линейных перемещений., состоящий из магнитострикционного кана- 35 ла передачи, на котором установлены акустический поглотитель и элементы записи и чтения с элементами подмагничивания, отличающийся тем, что, с целью повышения точности 40 преобразования, магнитострикционный датчик линейных перемещений выполнен

l3 виде трубчатого магнитострикционного канала передачи, подвижного эле-. мента подмагничивания, установленного 45 соосно с магнитострикционным каналом передачй, магнитного ползуна из магнитной жидкости, расположенного в .полости трубчатого канала передачи, преобразователя напряжение — ток, из- 50 бирательного усилителя, а преобразователь линейных перемещений-снабжен аналого-цифровым каналом преобразования, состоящим из генератора, опроса, аналого-цифрового формирователя чте- 55 ния,,цифрового коммутатора, цифрового генератора взвешенных частот, перво". го, второго, третьего и четвертого регистров, первого и второго сумматотов 8 и 34 чтения формируются импульсы напряжения модулированной частоты вследствие обратного магнитострикционного преобразования.

По этим импульсам напряжения чтения на выходах первого и второго аналого-цифровых формирователей 13 и 37 чтения формируются импульсные цифровые сигналы синхронизации, по которым производится запись текущих цифровых 10 кодов дифференциального преобразования во второй и третий регистры 17 и

18. В первом регистре 16 хранится текущий цифровой код начальной фазы преобразования, записанный в него по 15 импульсному цифровому сигналу синхронизации по второму выходу генератора

12 опроса.

На и-разрядном выходе блока 21 вычисления результата формируется ито- 20 говый цифровой код результата преобразования линейного перемещения

1 Nqi N2 i! (2)

Далее весь процесс преобразования полностью совпадает с описанным процессом преобразования для преобразователя линейных перемещений по фиг.1.

Формула изобретения -30

31 8 ров, блока вычисления результата, элемента задержки, блока синхронизации и блока контроля перемещения, при" чем выход избирательного усилителя чтения магнитострикционного датчика линейных перемещений соединен с входом аналого-цифрового формирователя чтения аналого-цифрового канала преобразования, выход которого соединен с входом цифрового коммутатора, первый выход которого соединен с входом синхронизаций второго регистра и с третьим входом блока синхронизации, а его второй выход соединен с входом синхронизации третьего регистра, информационные входы которого соединены с выходами цифрового генератора взвешенных частот и с информационными входами первого и второго регистров, выходы второго и третьего регистров соединены с первымй входами первого и второго сумматоров, вторые входы которых соединены с выходами первого регистра,.выходы первого и второго сумматоров соединены с первыми и вторыми входами блока вычисле- ния результата, его выходы соединены с информационными входами четвертого регистра, вход синхронизации которого соединен с первым выходом элемента задержки, а его выходы соединены с первой выходной разрядной шиной данных и с первыми информационными входами блока контроля перемещения, у которого вторая группа информационных входов соединена с второй входной разрядной шиной управления, выходы соединены с третьей выходной разрядной шиной контроля перемещения, а его вход синхронизации соединен с вторым входом элемента задержки, первый вход которого соединен с входом синхронизации первого регистра, с вторым входом блока синхронизации и вторым выходом генератора опроса, при этом его первый выход соединен с входом преобразователя напряжение ток магнитострикционного датчика линейных перемещений, соединенного с элементом записи, а его вход управления соединен с первой входной шиной управления, с входом управления цифрового генератора взвешенных частот и с входом управления блока синхронизации, выход которого соединен с входом управления цифрового коммутатора и с второй выходной шиной стробирования преобразователя линейных перемещений.

1285á31

2. Преобразователь линейных перемещений, содержащий магнитострикционный датчик линейных перемещений, состоящий из магнитострикционного канала передачи, на котором установлены акустический поглотитель и элементы записи и чтения с элементами подмагничивания, отличающийся тем, что, с целью увеличения точности, магнитострикционный датчик линейных перемещений выполнен в виде труб1 чатого магнитострикционного канала передачи с двумя акустическими поглотителями на концах, двух неподвижных и одного подвижного элементов подмагничивания с элементами записи и чтения, установленных соосно с магнитострикционным каналом передачи, магнитного ползуна из магнитной жидкости, расположенного в полости трубчатого канала передачи, двух преобразователей напряжение — ток, двух избирательных усилителей чтения, а преобразователь линейных перемещений также снабжен аналого-цифровым каналом преобразования, состоящим из генератора опроса, первого и второго аналого-цифровых формирователей чтения, цифрового генератора взвешенных частот, первого, второго, третьего и четвертого регистров, первого и второго сумматоров, блока вычисления результата, элемента задержки, блока синхронизации, блока контроля перемещения, цифрового компаратора, при,чем выход первого избирательного усилителя чтения магнитострикционного датчика линейных перемещений соединен с входом первого аналого-цифрового формирователя чтения, а выход избирательного усилителя соединен с входом второго аналого-цифрового формирователя чтения, первый вход, генератора опроса соединен с входами первого и второго преобразователей напряжение — ток, выход перного аналого-цифрового формирователя чтения соединен с вторым регистром и блоком синхронизации, а выход второго аналого-цифрового форми5 рователя чтения соединен с третьим регистром, информационные выходы третьего регистра соединены с выходами цифрового генератора взвешенных частот и с информационными входами

1О первого и второго регистров, выходы второго и третьего регистров соединены с первыми входами первого и второго сумматоров, вторые входы которых соединены с выходами первого регистра, выходы первого и второго сумматоров соединены с первыми и вторыми входами блока вычисления результата и входами цифрового компаратора, который подсоединен. выходом к блоку вычисления результата, выходы которого соединены с информационными входами четвертого регистра,- вход синхронизации которого соединен с первым выходом элемента задержки, а его выходы соединены с первой выходной разрядной шиной данных и с первыми информационными входами блока контроля перемещения, у которого вторая группа информационных входов соединена с второй входной разрядной шиной управления, выходы соединены с третьей выходной разрядной шиной контроля перемещения, а его выход синхронизации соединен с вторым входом

35 элемента задержки, вход которого соединен с входом синхронизации первого регистра, с вторым входом блока синхронизации и вторым выходом генератора опроса, при этом его вход управ4О ления соединен с первой входной шиной управления, с входом управления цифрового генератора взвешенных частот и с входом управления блока синхронизации, выход кото4> рого соединен с второй шиной стробирования.

1285631

Фаз. 2

1 28 5631

I !

Ф1

Составитель M.Àáðoñèìoâ

Редактор Н.Рогулич Техред Л.Сердюкова Корректор С.Шекмар

Заказ 7513/59 Тираж 637 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

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

Ь

° ьф а л

1

Преобразователь линейных перемещений (его варианты) Преобразователь линейных перемещений (его варианты) Преобразователь линейных перемещений (его варианты) Преобразователь линейных перемещений (его варианты) Преобразователь линейных перемещений (его варианты) Преобразователь линейных перемещений (его варианты) Преобразователь линейных перемещений (его варианты) Преобразователь линейных перемещений (его варианты) 

 

Похожие патенты:

Изобретение относится к ультразвуковой технике и может быть использовано в ультразвуковых технологических аппаратах для различных обработок - ударного упрочнения, ультразвукового резания, разборки сопряженных изделий, в системах предотвращения накипеобразования и т.п

Изобретение относится к устройствам для получения импульсных колебаний ультразвукового спектра и предназначено для предупреждения отложений в теплообменной аппаратуре и интенсификации технологических процессов

Изобретение относится к средствам воздействия на грызунов для защиты складов, жилых помещений и т

Изобретение относится к области физики и техники ультразвука и может быть использовано для целей ультразвуковой дефектоскопии в качестве широкополосных датчиков колебаний различных мод, в акустоэлектронике в качестве фильтров и резонаторов

Изобретение относится к устройствам для электроакустического преобразования энергии посредством магнитострикционного излучателя и передачи ее в нагрузку и может быть использовано в технологических устройствах и системах

Изобретение относится к ультразвуковой технике

Изобретение относится к приборостроению, в частности к ультразвуковой технике, и может быть использовано в технологическом оборудовании различных отраслей народного хозяйства

Изобретение относится к измерению и контролю угловых перемещений объекта в системах контроля и управления

Изобретение относится к ультразвуковому оборудованию промышленного назначения, преимущественно для металлообработки
Наверх