Магнитострикционный преобразователь угловой скорости в код

 

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике, в которой механические величины преобразуются в электрический эквивалент, в частности значение угловой скорости в код. Целью изобретения является повьшение чувствительности и надежности и упрощение конструкции преобразователя . Для этого в магнитострикционный преобразователь угловых скоростей в код, содержащий кольцеобразный волновод 1, входной электроакустический преобразователь 4, выходные электроакустические преобразователи 5 и 6, тактовый генератор 7, формирователь 8 импульсов, усилители 9 и 10, триггеры 11 и 12, элемент ИСКЛЮЧАЩЕЕ ИЛИ 13, элемент И . 14, генератор 15 счетных импульсов, счетчик 16 импульсов, RS-триггер 17,. введен формирователь 18 строб-импульса , в качестве триггеров 11 и 12 использованы Т-триггеры, а в качестве усилителей - управляемые усилители . Поставленная цель достигается за счет того, что в кольцеобразном волноводе 1 возбуждаются акустические импульсы, которые циркулируют по нему . Разности моментов прохождения акустических импульсов мимо электроакустических преобразователей .суммируются в счетчике 16, выходной код которого пропорционален угловой скорости . 2 ил. (Л со to

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„„SU„„134172Î А1 (51)4 Н 03 M 1 50 G 01 Р 3 44

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

;.,Ть; °

Н АBTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 4068790/24-24 (22) 20.05.86 (46) 30.09.87. Бюл. М 36 (71) Киевский политехнический институт им. 50-летия Великой Октябрьской социалистической революции (72) А.П.Шпинь

{53) 625.382(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

М 385305, кл. G 08 С 9/04, 1973.

Авторское свидетельство СССР

Р 1109778, кл. G 08 С 9/04, 1984. (54) ИАГНИТОСТРИКЦИОННЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ УГЛОВОЙ СКОРОСТИ В КОД (57) Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике, в которой механические величины преобразуются в электрический эквивалент, в частности значение угловой скорости в код. Целью изобретения является повьппение чувствительности и надежности и упрощение конструкции преоб, разователя. Для этого в магнитострикционный преобразователь угловых скоростей в код, содержащий кольцеобразный волновод 1, входной электроакустический преобразователь 4, выходные электроакустические преобразователи 5 и 6, тактовый генератор

7, формирователь 8 импульсов, усилители 9 и 10, триггеры ll и 12, элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 13, элемент И

1.4, генератор 15 счетных импульсов, счетчик 16 импульсов, RS-триггер 17,. введен формирователь 18 строб-импульса в качестве триггеров 11 и 12 использованы Т-триггеры, а в качестве усилителей — управляемые усилители. Поставленная цель достигается за счет того, что в кольцеобразном волноводе 1 возбуждаются акустические импульсы, которые циркулируют по нему. Разности моментов прохождения акустических импульсов мимо электроакустических преобразователей :сумми-руются в счетчике 16, выходной код которого пропорционален угловой скорости. 2 ил.

1 13417

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано для преобразования угловой скорости в код.

Цель изобретения — повышение чувствительности и надежности и упрощения конструкции преобразователя.

На фиг. 1 приведена структурная схема магнитострикционного преобра10 зователя угловой скорости в код; на фиг. 2 — временные диаграммы, поясняющие работу преобразователя, Преобразователь угловой скорости в код содержит волновод 1, выполнен15 ный из акустически активного материала, который установлен на основании

2, связанном с валом 3, входной электроакустический преобразователь 4, выходные электроакустические преобразователи 5 и 6, тактовый генератор

7, формирователь 8 импульсов, управляемые усилители 9 и 10. Т-триггеры !

I и 12, элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 13 элемент И 14, генератор 15 счетных импульсов, счетчик 16 импульсов, RHтриггер 17, формирователь 18 стробимпульса.

Преобразователь работает следующим образом.

Под действием импульса U, (фиг, 2) З0 тактового генератора 7 с помощью формирователя 8 импульса и входного электроакустического преобразователя 4,, в волноводе 1 формируется упругая деформация, задающая движение упру- 35 гой волне в виде двух акустических импульсов, распространяющихся в обе стороны от места возбуждения, При прохождении по волноводу 1 акустические импульсы достигают выходных электро- 40 акустических преобразователей 5 и 6 и, вследствие обратного магнитострикционного эффекта и явления взаимной индукции, вызывают на выходе преобразователей 5 и 6 электрические им- 45 пульсы, временное положение которых характеризуется запаздыванием относительно импульса возбуждения на величину, пропорциональную угловому рассогласованию q между входным и 50 ь выходными преобразователями 4-6 и обратно пропорциональную скорости С распространения акустических импульсов по волноводу 1

2О в/(С+Ч), в/(С ч). (1)

Эти импульсы занимают первую позицию в выходной импульсной последовательности Uz, Uq, (фиг. 2), на что указывает первая цифра индекса при с, а вторая определяет принадлежность импульса к преобразователю 5 или 6.

Разность между первой парой считанных импульсов равна (2) л л л р и 2 gz где я=С/R — угловая скорость распространения акустических импульсов по волноводу 1.

Так как ю-тгЯ, то выражение (2), являющееся функцией преобразования преобразователя, можно представить в виде линейной зависимости раэностного интервала с„ от угловой скорости

Я.

24 Я

Э (3) После первого считывания оба акустических импульса продолжают распространяться по волноводу 1 навстречу друг другу. Через интервал времени, пропорциональный угловому смещению между преобразователями 5:или 6, акустические импульсы будут вновь считаны. При этом происходит смена преобразователей 5 и 6. Теперь импульс, считанный преобразователем 5, совершает путь по волноводу 1 с пониженной скоростью, а импульс, считанный преобразователем 6, — с повышенной скоростью. Временное запаздывание этих импульсов относительно импульса возбуждения составляет стояния постоянны = = у, то временное положение импульсов считывания выходных преобразователей 5 и 6 совпадает.

При вращении вала 3, например, по часовой стрелке с угловой скоростью

Я, волновод 1 приобретает линейную скорость Ч=ЯБ, которая соответственно ускоряет или замедляет процесс распространения акустического импульса к преобразователям 5 и 6. Временное запаздывание считанных импульсов от носительно момента возбуждения равно

= цР/с, где  — радиус кривизны волновода 1.

Если вал 3 и, соответственно, волновод 1 неподвижны, а угловые рас55

7, =2(2#i — q, )H/(С-V) (=2(27- q,)R/(С+Ч) J

Разностный интервал между ними равен!

341720

2(27 - q, )g — б l (4) л

С учетом выражения (3) представляют (4) в виде 5 л л 2(2» 2Чо ) л л + î @ (5) („2

Если выходные преобразователи 5 и

6 смещены относительно входного преобразователя 4 на угол q =ii/2, то с учетом выражения (3) формула (5) принимает простой вид (6) 15

40 т.е. второй разностный интервал превышает первый втрое или на величину

27

Рассуждая аналогично, можно показать, что третий разностный интервал превьппает второй также на величину

2,, т.е. длительности разностных временных интервалов 7. составляют воз1 растающую арифметическую прогрессию, общий член которой равен (2п-l)л»,, а сумма и членов равна ь

;) л =п /; (7) о»»»

»с»

Таким образом, общий суммарный 30 временной интервал разностных интервалов превьппает первичный интервал в п раз, что эквивалентно повышению чувствительности преобразования в то же число раз. Свойство временного положения импульсов, считанных преобразователями 5 и 6, многократно увеличивать чувствительность преобразования использовано при построении логической части схемы.

После усиления усилителями 9 и 10, каждая из последовательностей 11, . U в течение длительности строб-им3 пульса 11 (фиг. 2) действует на информациойный вход соответствующего 45 триггеров 11 и 12.

Поскольку триггеры ll и 12 предварительно установлены в нулевое состояние импульсом тактового генератора 7 по установочным R-входам, то 50 в результате действия последовательностей Б, U на выходе Т-триггеров

11 и 12 образуются интервалы (л.;»вЂ”

-С(;,1<) U, U<, которые содержат информацию о разностных интервалах

Суммируя по mod2 совокупности выходных сигналов триггеров 11 и 12 получают последовательность И (фиг. 2) разностных интервалов л,. Эта логическая операция реализована элементом ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 13. Для преобразования временных интервалов в код используется элемент И 14, на один вход которого поступает последовательность 7., а на другой — счетные . импульсы частоты f» с выхода генератора 15. Число счетных импульсов, прошедшее за период действия импульсов л 1, поступает на вход счетчика

16, на выходных шинах которого по окончании иктервала л „ зафиксировано число

2 2 4Й

И=f п

1»Ь 2 (s) т, = ппк/C.

При этом число и выбирают в зависимости от требуемой чувствительности преобразования угловой скорости.

Идентификация направления вращения входного вала осуществляется состоянием RS-триггера 17 по окончании строб-импульса. Например, при вращении входного вала 3 по часовой стрелопределяющее значение угловой скорости входного вала 3.

К такой же величине кода N (или суммарного временного интервала и

Т = 2 Т ) можно прийти, выбрав вели-!

=» чину первичного углового рассогласования между входным преобраз ователем 4 и выходными преобразователями

5 и 6 не равной Т/2, у 47/2, а, например, q =2»/3, т.е. на выбор величины у не существует жестких огра-о ничений.

Процесс формирования последовательности импульсов, считанных выходными преобразователями 5 и 6, продолжается до тех пор, пока запас энергии акустических импульсов не будет израсходован на диссоциацию энергии в теле волновода 1. В конце этой последовательности помехоустойчивое выделение считанных импульсов становится затруднительным. Поэтому в устройстве применяют упрежденное ограничение длительности выходной последовательности путем стробирования усилителей 9 и 10 строб-импульсом

U с выхода формирователя 18 по команде импульса тактового генератора

7. Длительность строб-импульса Т принимают равной числу и интервалов пробега акустическим импульсом половины длины волновода 1, т.е.

5 134 ке последним, действующим на вход

RS-триггера 17, является импульс с выхода первого усилителя 9, который приводит его н единичное положение

{U ). .Если вал 3 вращается против часовой стрелки, то последним будет импульс с выхода усилителя 10 BSтриггер 17 принимает нулевое положение.

Тираж 901 Подписное

ВНИИПИ Заказ 4444!56

Проиэн.-полигр.. пр-тие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Как видно иэ диаграмм (фиг ° 2), это правило справедливо, если пчетное, s противном случае — истинно обратное состояние RS-триггера 17.

Чтобы в этом случае сохранить первичное правило определения напранленкя вращения, необходимо в качестве выходной шины испольэовать иннертный выход 2$-триггера 17.

Ф о р м у л а изобретения

Магнитострикционный преобразователь угловой скорости н код, содержащий нолновод, выполненный из акустически активного материала, тактовый генератор, выход которого соединен с

R-входами первого, второго триггеров,, счетчика импульсов и через формирователь импульсов с входным электроакустическим преобразователем, перный и второй выходные электроакустические преобразователи, расположенные вдоль нолновода симметрично относительно

1720 6 входного электроакустического преобразователя и соединенные через соответствующий усилитель с информационными входами соответственно первого и второго триггеров, выходы усилителей соединены соотнетстненно с первым и вторым входами RS-триггера, выходы первого и второго триггеров соединены с входами элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, вход которого подключен к первому входу элемента И, второй вход которого подключен к выходу генератора счетных импульсов, ныход элемента И соединен с информационным входом счетчика импульсов, о т л и-, ч а ю шийся тем, что, с целью повышения чувстнительности и надежности и упрощения конструкции преобразователя, в него введен формирователь строб-импульса, а нолнонод выполнен s виде бесконечного кольца, установлен на основании, жестко связанном с контролируемым валом, входной электроакустический преобразова25 тель, первый и второй выходные электроакустические преобразователи установлены неподвижно, в качестве первого и второго триггеров использованы T-триггеры, а н качестве усилителей - управляемые усилители, вход формирователя строб-импульсов подключен к выходу тактового генератора, а выход — к управляющим входам управляемых усилителей;