Измерительный преобразователь линейных перемещений

 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в системах измерения и контроля параметров перемещения контролируемого объекта. Целью изобретения является повышение помехоустойчивости и точности измерения линейных перемещений. Измерительный преобразователь содержит магнитофрикционный датчик линейных перемещений, основу которого составляют звукопровод и элементы записи и считывания, один из которых соединен с контролируемым объектом перемещения, и аналого-цифровой канал преобразования. Расстояние между элементами записи и считывания преобразуется в цифровой код. Одновременно формируется сигнал о направлении перемещения. Предусмотрена компенсация изменения скорости распространения ультразвуковых волн в звукопроводе путем преобразования значения эталонного расстояния в цифровой код, который затем используется при обработке информационного кода. 1 з.п.ф-лы, 3 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ.

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„,SU» 1504507 А 1 (5!) 4 G 01 В 17/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

H АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ная диаграмма, поясняющая работу измерительного преобразователя °

Измерительный преобразователь линейных перемещений содержит магнитострикционный датчик J линейных перемещений, состоящий из эвукопровода 2 с магнитострикционными свойствами со свободным концом, акустического демпфера 3 и стабилизатора 4 растягивающих усилий, расположенных на другом конце эвукопровода 2, закрепленных на звуковопроводе 2 элементов 5 и 6 записи и считывания с элементами 7 и 8 подмагничивания, усилителя 9 записи, подключенного по входу элемента 5 записи, предГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР! (21) 4274101/25-28; 4304685/25-28 (22) О!.07.87 (46) 30.08.89. Бюл. У 32 (71) Пензенский политехнический институт (72) С.Б.демин (53) 534.232(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

У 956965, кл. G 01 В 7/00, 1982.

Авторское свидетельство СССР и 7478!2, кл. G 01 В 7/00, 1980. (54) ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ

ЛИНЕЙНЫХ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ (57) Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в системах измерения и контроля параметров перемещения контролируемого объекта. Целью изобретения является повыщение помехоустойчивости и точности измерения линейИзобретение относится к измерительной технике и может быть применено в системах измерения и контроля параметров перемещения контролируемого объекта.

Цель изобретения — повьппение помехоустойчивости и точности измерения линейных перемещений.

На фиг. 1 приведена схема измерительного преобразователя линейных перемещений со струнным магнитострикционным датчиком линейных перемещений; на фиг. 2 — схема измерительного преобразователя линейных перемещений, выполненного по неконтактной схеме, на фиг. 3 — времен2 ных перемещений. Измерительный преобразователь содержит магнитофрикционный датчик линейных перемещений, основу которого составляют эвукопровод и элементы записи и считывания, один из которых соединен с контролируемым объектом перемещения, и аналого-цифровой канал преобразования. Расстояние между элементами записи и считывания преобразуется в цифровой код. Одновременно формируется сигнал о направлении перемещения. Предусмотрена компенсация изменения скорости рас- . пространения ультразвуковых волн в звукопроводе путем преобразования значения эталонного расстояния в цифровой код, который затем используется при обработке инфор-. мационного кода. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

3 1504507 усилителя 10, подключенного к выходу элемента 6 считывания, и аналогоцифровой канал 11 преобразования, состоящий из одновибратора 12, измерительного генератора 13, RS-триггера 14, выход одновибратора 12 подключен к информационному усилителю 9 записи, блока 15 автоматической регулировки усиления (АРУ), первый вход которого соединен с управляющим входом усилителя 9 записи, последовательно соединенных усилителяформирователя 16, коммутатора 17, регистра 18, блока 19 табличного вычисления, регистров 20 и 21 и цифрового компаратора 22, регистра 23, первый вход которого соединен со вторым входом коммутатора 17 и первыми входами измерительного генератора 13 20 и КБ-триггера 14, его второй вход— со вторым входом регистра 18 и выходом измерительного генератора 13, а выход — со вторым входом блока 19 табличного вычисления и элемента 24 25 задер;кки, вход которого соединен со вторым выходом компаратора 17, а выход — со вторыми входами регистров 20 и 21, выход RS-триггера 14 соединен со вторым входом измери- 30 тельного генератора 13, первым вхо, дом одновибратора 12 и выходной шиной 25 запроса, второй вход RS-триггера 14 соединен с шиной 26 запуска, второй вход одновибратора !2 третий вход измерительного генератора 13 и первый вход блока 15 АРУ соединены с шиной 27 управления, первый выход одновибратора 12 соединен со вторыми входами блока 15 АРУ и 40 коммутатора 17, а его второй выход с шиной 28 синхронизации, второй выход усилителя-формирователя 16 соединен с третьим входом блока 15

АРУ, второй выход которого соединен 45 с шиной 29 контроля аварийного состояния, выход регистра ?О соединен с шиной 30 результата и вторым входом цифрового компаратора 22, первый и второй выходы которого соеди50 цены с шинами 31 и 32 знака результата и контроля дублирования результата соответственно. На концах звукопровода 2 установлены ограничители

33 перемещения.

Измерительный преобразователь линейных перемещений работает следующим образом, Устройство переводится в режим работы по цифровому сигналу "Разрешение, поступающему по входной шине

27 управления. По этому сигналу производится разблокирование входов одновибратора 12, блока 15 АРУ и измерительного генератора 13 аналогоцифрового канала 11 преобразователя устройства (фиг. 1). Блок 15 АРУ вырабатывает сигнал "Начальная установка",.с помощью которого производится принудительная установка в исходное состояние некомбинационных элементов 14,17,18,20,21,23,24 устройства. На управляющем выходе блока 13 АРУ формируется сигнал управления U>„ = LUAU/2, задающий размерность токового сигнала записи на выходе управляемого усилителя 9 записи, установленного в корпусе магнитострикционного датчика 1 линейных перемещений.

Перевод RS-триггера 14 в исходное (нулевое) состояние инициирует выставление по вьгходной шине 25 запроса цифрового сигнала иЗапрос" (фиг. 3). В ответ на выставленный сигнал "Запрос" по входной шине 26 запуска подается цифровой импульсныи сигнал "Запуск" (фиг. 4д). Производится переключение RS-триггера

14 в единичное состояние: по шине

25 снимается сигнал "Запрос", запускается одновибратор 12 и измерительный генератор 13, выполненный по схеме цифрового развертывающего генератора кодов (на фиг. 1 не показано).

Одновибратор 12 по первому выходу формирует цифровой импульсный сигнал опроса, который может быть промодулирован высокой частотой. Запускаются блок 15 АРУ и управляемый усилитель 9 записи. На его выходе формируется токовый видеоимпульс записи соответствующей амплитуды, который проходит в элемент 5 записи электромагнитного возбуждения.. При прохождении токового сигнала записи через активную среду элемента 5 записи с элементом 7 подмагничивания, расположенным на звукопроводе 2, на искомом расстоянии 1„ от неподвижного элемента 6 считывания элементом 8 подмагничинания под ним в звукопроводе 2 возбуждается ультразвуковая волна механической деформации.

04507

41 х 11к

-N =0

Ф х — N „) 0, Ф

М„(О, = О1, если 1„ (8) N>„-- 10, если Nx

5 l5

Эта волна, распространяясь влево (по фиг. 1), в некоторый момент достигает акустический демпфер 3 и рассеивает на нем свою энергию. Использование демпфера 3 позволяет исключить образование в звукопроводе датчика информационных механических волн отражения. Подключение звукопровода 2 к стабилизатору 4 растягивающих усилий через акустический демпфер 3 обеспечивает стабилизацию механического напряжения вдоль звукопровода 2 при работе преобразователя. Одновременно ультразвуковая волна механической деформации распространяется по звукопроводу 2 вправо (по фиг. 1) и через искомое время: Т = 1„/V, где V --скорость волны, достигает неподвижно установленного на расстоянии 1„ от свободного конца звукопровода элемента 6 считывания. Проходя под ним, механическая волна наводит на его выходе импульс напряжения считывания.

Наведенный сигнал считывания с выхода элемента 6 проходит через предусилитель 10 считывания с ограниченной полосой пропускания, установленный в корпусе магнитострикционного датчика 1 линейных перемещений, на вход усилителя-формирователя 16. На его втором выхоце формируется при этом цифровой импульсный сигнал, по которому в регистр 18 записывается код временного интервала Т, линейного перемещения N (= f Т, где f — частота дискретизации измерительного генератора 13 °

Производится переключение коммутатора 17 в режим "Вход — выход 2".

В следующий момент времени Т г

21 /V механическая волна проходит по звукопроводу 2 датчика дальше, минуя элемент 6 считывания, отражается от его свободного конца, изменяет направление своего движения и вторично достигает элемента 6 счи тывания. На его выходе наводится импульс напряжения считывания, который последовательно усиливается предусилителем 10 и усилителем-формирователем 16. В результате на первом выходе усилителя-формирователя 16 будет сформирован аналоговый сигнал считывания.

На втором выходе усилителя-формирователя 16 формируется цифровой импульсный сигнал, по которому производится запись выставленного текущего кода N; измерительного генератора 14 во второй регистр 23: Nz =

f (Т + T ) . Производится переключение коммутатора 17 в исходный режим "Вход — выход 1", а также останов измерительного генератора 13 и переключение в исходное (нулевое)

l0 состояние RS-триггер 14.

В следующий момент коды N, N интервалов Т,, Т линейных положений с разрядных выходов регистров

18,23 проходят на входы блока 19

l5 табличного вычисления. Производится табличное вычисление кода разностного интервала gТ = Т вЂ” Т, =21

И» Г ° 1 /V 1

N = K — = К вЂ” — — — = K - -, (7)

ЬМ f 2 1 /V 21, где К вЂ” нормирующий элемент.

Вычисленный результирующий код

N< через интервал времени, больший

30 времени распространения информационных сигналов через электрические цепи элементов 19,23 устройства, по цифровому импульсному сигналу элемента 24 задержки заносится в регистр 20: Nx N> а код предыдуще35 го преобразования с выходов этого регистра 20 переписывается в регистр

Код Мк текущего преобразования с ,п-разрядного выхода регистра 20 проходит в выходную разрядную шину 30 результата, формируя сигнал "Код

45 перемещения, и поступает на один иэ входов цифрового компаратора 22. На

его другой вход поступает и-разряд«ныи код N предыдущего преобразовах ния с выхода регистра 21. Цифровой компаратор 22 выполняет текущий анализ кодов смежных вычислений линейного перемещения на равнозначность с формированием кода знака перемещения

Ngg = 00, QcJIH Nx

1504507

Cm-разрядного выхода цифрового комиаратора 22 код N qp знака перел! ещени1! и О ступа е т в выходную ра з рядиую шину 31 знака перемещения, формируя сигнзл "Знак пере!!ещения". А на его выходе равнозначности формируется цифровой сигнал "Дублирование" (фиг. 3) при выполнении у!.ловия

%N > N который проходит в выходную ш1шу 32 контроля дублирования результата.

11а этом полный цикл преобразования лш!ейного перемещения в код заканчивается и по выходным шинам

?5,28 устройства выставляются цифровые сигналы Запрос" и Синхронизация" (фиг. 3). Устройство подготовлено к очередному циклу преобразоваш!я, который начинается по поступлению очередного сигнала "Запуск", При этом устройство может быть причуд!!тень!!о остановлено при снятии сиг1ьзла ИРазрешение (фиг. 3) по входной шине 27 управления.

В измер11тельном преобразователе линейных перемещешш предусмотрено формирование сигнала "Авария", который подается со второго выхода блок 1 15 АРУ на !Зп!Иу 29 контроля аварийного состояш!я. Формиропа1гие того сигнала свидетельствует о чарушешш режима работы блока 15 Лру и результате непрохождеш!я 1онд1!рующих ультразвуковых с1!гналов через звукопровод 2 вследствие его поломк11, фрикциоппого контакта с корпусом зл.! !" IIта 5 записи или нарушения его сигна:1ьпых цепей. По сигналу !!Авария" может производиться остапов устройства с последующим его

20

30

40 рестартом.

Ограничители 33 перемещения, установлеипые на концах звукопровода

2 пОзБОляют задавать диапазОИ пе- 45 ремещешш подвижного элемента 7 подмагничивания °

Кроме того, измерительный преобразователь линейных перемещений может быть выполнен по схеме неконтактного преобразователя линейных перемещений со стержневым или трубча гым звукопроводом (фиг. 2). В этом случае элемент 5 записи электромаг55 ш!тиого возбуждения выполнен неподвижным и расположен по всей длине звукопровода в зоне перемещения подвижного элемента 7 подмагш!чивапия, имеющий кинематическое соединение с объектом контролируемого перемещения. Работа измерительного преобразователя линейных перемещений по фиг. 2 не отличается от работы преобразователя по фиг. 1.

Формула изобретения

). Измерительный преобразователь линейных перемещений, содержащий магнитострикционный датчик линейных перемещений, состоящий из звукопровода с магнитострикционными свойствами со свободным концом и расположенными на другом его конце акустическим демпфером, закрепленных на звукопроводе элементов записи и счи-ывания с элементами подмагиичивания, предусилителя считывания, подключенного к выходу элемента считывания, и усилителя записи, подключенного к входу элемента записи, и аналогоцифровой канал преобразования, состоящий из одновибратора, измерительного генератора и RS-триггера, выход

Одновибратора подключен к ин!ЪормациОIIIIoMQ вхОду усилителя записи О T л и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения помехоустойчивости и точности измерения, он снабжен стабилизатором растягивающих усилий, установленных на конце згукопровода со стороны акустического демпфера, блоком 11 томатической регулировки усиления, первый выход которого соединен с управляющим входом усилителя записи, последовательно соединенными усилителем-формирователем, коммутатором, первым регистром, блоком табличного вычисления, вторым и третьим регис-,рами и цифровым компаратором, четвертым регистром, первый вход которого соединен с вторым входом коммутатора и первыми входами измерительного генератора и RS-триггера, его второй вход — с вторым входом первого регистра и.выходом измерительного генератора, а выход— с вторым входом блока табличного вычисления, и элементом задержки, вход которого соединен с вторым выходом коммутатора, а выход — с вторыми входами второго и третьего регистров, элемент считывания выполнен неподвижным и установлен со стороны свободного конца знукопровода, выход RS-триггера соединен с вто150450

9 рым входом измерительного генератора, первым входом одновибратора и предназначен для подключения к шине запроса, второй вход RS-триггера предназначен для подключения к шине запуска, второй вход одновибратора, третий вход измерительного генератора и первый вход блока автоматической регулировки усиления соединены 1р между собой и предназначены для подключения к шине управления, первый выход одновибратора соединен с вторыми входами блока автоматической регулировки усиления и коммутатора, а 15 его второй выход предназначен для подключения к шине синхронизации, второй выход усилителя-формирователя соединен с третьим входом блока ав10 томатической регулировки усиления, второй выход которого предназначен для подключения к шине контроля аварийного состояния, выход второго регистра соединен с вторым входом цифрового компаратора и предназначен для подключения к шине результата, а первый и второй выходы цифрового компаратора предназначены для подключения к шинам знака результата и контроля дублирования результата соответственно.

2. Преобразователь по п. 1, о т— л и ч а ю шийся тем, что, с целью улучшения эксплуатационных характеристик, он снабжен ограничителями перемещения, установленными на концах эвукопровода.

Л7 Л У2!

504507

25 28 2

Редактор А. Долинич

Заказ 5240/41 Тираж 683 Подписное

ВНИИП!! Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

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

У е

Ж г

Н

Составитель В, Кольцов

Техред М.Моргентал Корректор М. !!!ароши