Устройство для измерения линейных перемещений

 

Изобретение относится к измерительной электроакустической технике. Целью изобретения является повышение точности. В первом цикле измеряют время распространения ультразвуковых колебаний между неподвижным и подвижным преобразователями. В каждом последующем цикле измеряют время, отличающееся от предыдущего на интервал ΔТ, до тех пор,пока величина измеряемого интервала не станет меньше ΔТ.Измерение производят путем заполнения временных интервалов импульсами опорной частоты. Определяют сумму импульсов опорной частоты во всех циклах измерения, по которой судят о перемещении. Устройство для измерения линейных перемещений содержит блоки, реализующие перечисленные операции. 8 ил.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (19) (И1 (51)4 С О1 В 17/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А BTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ П.(НТ СССР

1 (21) 42?4102/25-28 (22) 01 ° 07.87 (46) !5.!0.89. Бюл. В 38 (71) Пензенский политехнический институт (72) С.Б,Демин (53) 531.71:531.14:534.6(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

И 1158865, кл. G 01 В 17/00, 1983.

Авторское свидетельство СССР

У 1 252667, кл . G 01 В 1 7/00. 1 985 . (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ Л1%ЕЙНЫХ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ (57) Изобретение относится к измерительной электроакустической технике.

Целью изобретения является повышение

Изобретение относится к измерительной электроакустической технике и может быть использовано для измерения линейных перемещений.

Цель изобретения — повышение точности измерения.

На фиг. 1 приведена блок-схема устройства для измерения линейных поремещений; на фиг. 2 — схемы основных блоков устройства, варианты исполнения; на фиг. 8 — временные диаграммы работы устройства для измерения линейных перемещений.

Устройство для измерений линейных перемещений содержит магнитостргпсционный датчикперсмещений, состоящий из звуког(ровода 1 с монолитным акустическим демпфером 2, распределенного элемента 3 считывания, подвижного элемента 4 подмагничивания, магнито2 точности. В первом цикле измеряют время распространения ультразвуковых колебаний между неподвижным и подвижным преобразователями. В каждом послецующем цикле измеряют время, отличающееся от предыдущего на интервал 0 t., до тех пор, пока величина измеряемого интервала не станет меньme dt.. Измерение производят путем заполнения временных интервалов импульсами опорной частоты. Определяют сумму импульсов опорной частоты во всех циклах измерения, по которой судят о перемещении. Устройство для измерения линейных перемещений содержит блоки, реализующие перечисленные операции. 8 ил. стр.жционного генератора 5 и усилителя-формирователя 6, и цифровой канал преобразования, состоящий из формирователя 7 IIIMM-сигналов, блока 8 управления, элемента И 9, блока 10 накопления, формирователя 11 записи и блока 12 циклического контроля, а также шин 13 — 17 запроса, запуска, синхронизации, результата и тактов прообразования, при этом соосно со звукопроводом 1 по всей его длине установлен элемент 3 считывания, вдоль которого перемещается элемент

4 подмагничивания, кинематически соединенный с объектом контролируемого перемещения, с противоположной от акустического демпфера 2 стороны звукопроиода 1 установлен магнитострикUHoHHblA генератор 5, его выход подключен к одному из входов элемента

3 1515041

И9 и синхровходам блока 12 циклического контроля и формирователя 7 ШИМсигналов, а вход — к выходу блока 8 управления, счетному входу формирователя 7 ШИМ-сигналов и входу формирователя 11 записи, выход последнего соединен с синхровходом блока 10 накопления, выводы элемента 3 считывания подсоединены к входам усилителя- l0 формирователя 6, его выход подключен к одному нулевому входу блока 8 управления, другой нулевой вход которого соединен с одним нулевым входом блока 1 0 накопления, выходом бло- !5 ка 12 циклического контроля и подключен к шине 13 запроса, выход блока 8 управления подключен к шине 15 синхронизации, выход формирователя

7 ШИМ-сигналов соединен с одним ну- 20 левым входом блока 12 циклического контроля и другим входом элемента

И9, выход последнего соединен со счетным входом блока 10 накопления, выходы формирователя 7 ШИМ-сигналов 25 подключены к шине 17 тактов преобразования, а выходы блока 10 накопления — к шине 16 результата.

Магнитострикционный генератор 5 выполнен на основе звукопровода 1 датчика с подмагничиваемыми с помощью 18 элементами 19 и 20 считывания и возбуждения, предусилителя-формирователя 21, ждущего мультивибратора

22 и преобразователя 23 напряжение— ток (фиг. 2).

Блок 8 управления содержит элемент 24 задержки, обеспечивающий задержку сигнала на величину С>, элемент ИЛИ 25 и D-триггер 26 (фиг. 3). 40

Формирователь 7 ШИМ-сигналов состоит из схемы 27 формирования пилообразных сигналов, балансного компаратора 28 с цифровым выходом, счетчика 29 циклов и цифроаналогового 45 преобразователя 30 (фиг. 4).

Формирователь 11 записи выполнен на основе элемента 31 задержки, включенного в обратную связь П-тригера 32 (фиг. 5).

Блок 10 накопления содержит элемент ИЛИ 33, счетчик 34 последовательного счета, комбинационный сумматор 35 и буферный регистр 36 (фиг. 6), Сумматор 35 и регистр 36 при данном включении образуют накапливающий сумматор.

Блок 12 циклического контроля выполнен на элеменТе ИПИ 37 и регистре

38 последовательного сдвига (фиг. 7) °

Устройство работает следующим образом.

Первоначально устройство устанавливается в исходное состояние. По шине 13 запроса выставляется цифровой сигнал "Запрос" (фиг. 8а), в ответ на который по шине !4 запуска подается цифровой импульсный сигнал "3aпуск" (фиг. 8б). Происходит перевод устройства в режим работы. По этому сигналу формирователь 7 ШИМ-сигналов, блоки IO и 12 накопления и циклического контроля переводятся в нулевое состояние (фиг. 1).

По сигналу блока 12 циклического контроля осуществляется обнуление (сброс) выходного буферного каскада (регистра) блока 10 накопления, выполненного по схеме накапливающего сумматора со схемой последовательного счета на входе (не показана), подготавливая его к работе, и запуск блока 8 управления. На его прямом выходе формируется цифровой сигнал (фиг. 6в), по которому запускаются магнитострикционный генератор 5 магнитострикционного датчика перемещений, формирователь 1 записи и формирователь 7 ШИМ-сигналов цифрового канала преобразования устройства. С другого выхода блока 8 управления цифровой сигнал противоположной полярности (фиг. 8д) проходит на шину 15 синхронизации, формируя сигнал "Синхронизация".

Формирователь 11 записи по переднему фронту цифрового сигнала блока

8 обнуления вырабатывает короткий цифровой импульсный сигнал, по которому осуществляется запись в буферный регистр информации по выходам комбинационного сумматора и обнуление (сброс) схемы последовательного счета блока 10 накопления.

Формирователь 7 ШИМ-сигналов по первому выходу формирует циклические цифровые сигналы (фиг. 8ж) длительностью Т „Т „- (i — 1)4 1, на основе широтно-импульсного метода модуляции (фиг. 8е), которые поступают на один из входов элемента И 9, выполняющего функцию логического ключа, и управляет им (фиг. 8з).

Магнитострикционный генератор 5 формирует ультразвуковые сигналы опорной частоты f, которые рас1 5041

5 15 пространяются по звукопроводу 1 магнитострикционного датчик» перемещение в сторону его подвижного элемента 4 подмагничивания. На его другом (электронном) выходе формируются цифровые импульсные сигналы этой же частоты (фиг. 8г), которые проходят на входы блока 12 циклического контроля, формирователя 7 ШИМ-сигналов и элемента И9.

По сигнзлам магнитострикционного генератора 5 в блок 12 циклического контроля потактно записывается информация (), = 11...110, О

11...100 и т.д. (т.е. нулевой сигнал потактно продвеегается к К-му выходу блока}. По шине 13 запроса снимается сигнал "Запрос" (фиг. 8а).

На другой нулевой вход блока 12 поступает цифровой сигнал с выхода формирователя 7 ШИМ-сигнзлон длительностью Т., по которому блок 12 цикли1 ческого контроля устанавливается в исходное состояние: Q =- 11...110, 1

В этом случае на К-м выходе блок» не формируется цифровой сигнал "Запрос".

При выполнении условия Т; = О, которое имеет место при завершении такта преобразования перемещения в код, обнуление (сброс) блока 12 циклического контроля по сигналу формирователя 7 Ш1ш1-сиrнaлон не производится и через K-1 циклов сдвига на выходе блока 12 формируется сигнал

"Запрос". По этому сигналу устройство переводится в режим останона, его работа блокируется. Так осуществляется контроль окончания циклического измерения перемещений.

Распространяясь по звуконопроноду 1 датчика, ультразвуковые сигналы магнитострикционного генератора 5 через время Т .„ = 1. /V достигают элемента 4 подмагничивзния, которьей кинематически соединен с объектом контролируемого перемещения, и наводят на выходе элемента 3 считывания импульсы напряжения.

Эти импульсные сигналы считывания проходят на вход усилителя-формирователя 6, усиливаются и преобразуются в положительные видеосигналы. По первому цифровому импульсному сигналу усилителя-формирователя 6 блок 8 управления переводится и исходное состояние ° Происходит останов магнитострикционного генератора 5 . датчика устройства (фиг, 3r).

Распространяясь далее по звукопроноду 1, ультразвуковые си-.íàëû н следующий момент времени достигают его акустического демпфера 2 и рас5 сеивзют нз нем свою энергию. Для эффективной работы демпферного элемента, которь1и выполнен монолитным со звукопроводом, образующая его угла должна быть более 3 — 30, В этом случае полностью устраняется эффект отражения сигналов о свободный конец эвукопронода и образованпе ш еа.

В результате н каждом цикле пр"1 бразоваееия на счетный нхсд блока 10 накоплОиия проходят N; = Т; fp (Т „- (i — 1) 4с .1 f,импульсов, которые хранятся до начала очерадног11 цикла преобраэоваеееея, 20 По окончании текущего цикла измерения устройство через время

1 задержки нновь перез»пускается (ф ег„8в). Так происходит в течение циклов измерения, пока на вы25 xcpå формирователя 7 ШИМ-сигналов не будет сформирован сигнал управления Т = О. С каждым i-м пиклом из1 мерения на счетный вход блока 10 пакопееения проходит все меньшее число счетных ".еме1ульсов н результате их модуляции низкочастотным сие налом

Т, формирователя 7. В результате за

j циклов измерения на К-и выходе блока 11 циклического контроля формируется сигнал Запрос", а нз Bblxo да блока 10 накопления выставляется код перемещения, описываемый нырзжеЕ»1 вием N „= > N ., который прохсдит

j:1 нз шину 16 результата, формируя сигнал 11Код перемещения". Одновременно нз выходах формирователя 7 ШИИ-сигналон выставляется код, определяющий чиспо циклов измерения.

Этот код поступает на шину 17 тактов преобразования, формируя сигнзл

"Код преобразсвания".

При подаче по шине 14 запуска оче5О

pepного сигнала Запуск начинает выIl tl полняться следующий такт измерения перемещения, также состоящий иэ циклов °

Предлагаемое устройство позволяет г," независимо от дискретности заданного шага механической измерительной шкалы (в данном случае шаг шкалы равен

Т, н единицах временного интервала) 1 515041

Залус производить измерения с более высокой разрешающей способностью, которая задается величиной циклического фазового сдвига d t интервалов элек5 тронной измерительной шкалы.

Формула изобретения

Устройство для измерения линейных перемещений, содержащее магнитострикционный преобразов атель, состоf ящий из звукопровода и распределенного элемента считывания с подвижным элементом подмагничивания, имеющим возможность соединения с контролируе-15 мым объектом, генератор, усилительформирователь считывания, подключенный к выводам распределенного элемента считывания, и цифровой канал преобразования, о т л и ч а ю щ е— е с я тем, что, с целью повышения точности измерения, цифровой канал преобразования снабжен последователь„ИЯ прей а- „Сие роЯИ 7ЮIЯ " НИЗОЦИЯ но соединенными формирователем ШИМсигналов, элементом И и блоком накопления, блоком управления, формирователем записи и блоком циклического контроля, выход которого соединен с первым входом блока управления и вторым выходом блока накопления, третий вход которого соединен с первыми входами формирователя ШИМ-сигналов и блока циклического контроля, а его четвертый вход - с выходом формирователя записи, второй вход блока управления соединен с выходом усилителя, формирователя, а его выход — с входами генератора, формирователя записи и вторым входом формирователя ШИМсигналов, выход генератора соединен с вторыми входами блока циклического контроля, схемы И и третьим входом формирователя ШИМ-сигналов, а третий вход блока циклического контроля — с выходом формирователя ШИМ-сигналов.

16

„ий nape - „далрпс

Фие. 7

151504

Фиг.2

Фиг. f

Фиеб

igflflll

1515041 м

И к

Составитель В. Кольцов

Т ех реп Л. Олий иык Корректор N. Шароши

Редактор А. Огар

Заказ 6215/40 Тираж 683 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

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