Магнитострикционный преобразователь перемещений

 

Использование: в устройствах для измерения и контроля перемещения, скорости, ускорения, применяемых в системах автоматического управления и регулирования. Сущность изобретения: устройство содержит усилитель /8/, два генератора синусоидальных колебаний (9, 16), три фильтра (10, 12, 14), ключ (11), измеритель временных интервалов (13), мультиплексор (17). 1 ил.

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к устройствам для измерения и контроля перемещения, применяемых в системах автоматического управления и регулирования.

Известен магнитострикционный преобразователь перемещения, содержащий магнитострикционный звукопровод с демпферами на концах, последовательно соединенные генератор импульсов, усилитель-формирователь импульсов записи и катушку записи с постоянным магнитом, установленную с возможностью перемещения вдоль звукопровода, соединенные с ней усилитель импульсов считывания, триггер, входы которого соединены с генератором импульсов и усилителем считывания, первую линию задержки, соединенную с усилителем импульсов считывания, и регистр, который снабжен, по крайней мере, двумя блоками формирования сигналов, второй линией задержки, опорным генератором и счетчиком импульсов, каждый из блоков формирования сигналов включает последовательно соединенный первый коммутатор, третью линию задержки, вход которой соединен с генератором импульсов, а выход с вторым выходом первого коммутатора, второй выход второго коммутатора соединен с соответствующим входом усилителя-формирователя записи, а управляющие входы коммутаторов соединены между собой, входы счетчика импульсов соединены с генератором импульсов, второй линией задержки и опорным генератором, а вход с регистром, информационный вход первого коммутатора первого блока формирователя сигналов соединен с выходом первой линией задержки, управляющие входы коммутаторов соединены с выходом триггера, выход элемента И каждого блока формирования сигналов, кроме последнего, соединен с тремя входами первого коммутатора последующего блока формирования сигналов, выход элемента "И" последнего блока формирования сигналов соединен с входом первой линии задержки и вторым входом регистра, а вторые входы первых коммутаторов каждого блока формирования сигналов, кроме последнего, соединены с соответствующими входами элементов "И" своего и последнего блока формирования сигналов [1] Недостатком преобразователя является низкая помехоустойчивость вследствие отсутствия проверки частоты сигнала.

Известен ультразвуковой датчик перемещения, содержащий корпус, генератор, соединенный с ним излучающий магнитострикционный преобразователь, приемный магнитострикционный преобразователь и соединенный с ним измеритель, а также каждый из преобразователей состоит из звукопровода с установленными на его концах демпферами, магнита и обмотки, каждая из обмоток выполнена из нескольких секций, витки соседних секций включены встречно, профиль обмоток выполнен по синусоидальному закону, длина звукопровода равна половине длины волны ультразвуковых колебаний, а один из концов звукопровода закреплен в корпусе датчика [2] Недостатком преобразователя является низкая помехоустойчивость вследствие отсутствия проверки частоты сигнала.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому положительному эффекту является магнитострикционный преобразователь линейных скоростей в код, содержащий звукопровод, выполненный из магнитострикционного материала, на концах которого расположены демпферы, постоянные магниты, расположенные над катушкой записи, первой и второй катушками считывания, первая катушка считывания расположена на контролируемом объекте и соединена через первый усилитель-формирователь с S-входом первого RS-триггера и первым входом второго RS-триггера, вторая катушка соединена через второй усилитель-формирователь с S-входом третьего RS-триггера и вторым входом второго RS-триггера, тактовый генератор, выход которого соединен с R-входом первого и второго RS-триггеров и через формирователь импульсов записи с катушкой записи, генератор образцовой частоты, выход которого соединен с первым входом элемента И, выход которого соединен с первым входом счетчика, катушка записи и вторая катушка считывания расположены на контролируемом объекте вдоль звукопровода, причем первая и вторая катушки считывания расположены симметрично относительно катушки записи, выход тактового генератора соединен со вторым входом счетчика, выходы первого и второго RS-триггеров соединены с входами элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, выход которого соединен со вторым входом элемента И. [3] Недостатком преобразователя является низкая помехоустойчивость вследствие отсутствия проверки частоты сигнала.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является повышение помехоустойчивости за счет введения новых элементов.

Задача решается тем, что в магнитострикционный преобразователь перемещений, содержащий звукопровод, выполненный из магнитострикционного материала, на концах которого расположены демпферы, постоянные магниты, расположенные над катушкой записи считывания, два усилителя, тактовый генератор, в отличии от ближайшего аналога введены два генератора синусоидальных колебаний, три фильтра, ключ, третий усилитель, измеритель временных сигналов, мультиплексор, выход мультиплексора, первый информационный вход которого присоединен к выходу первого генератора синусоидальных колебаний, а второй информационный вход к выходу второго генератора синусоидальных колебаний, выход мультиплексора соединен через первый усилитель с катушкой записи, катушка считывания соединена со входом первого фильтра, выход которого соединен через второй усилитель с управляющим входом ключа, также катушка считывания соединена со входом второго фильтра, выход которого через третий усилитель соединен с информационным входом ключа, выход ключа соединен с первым входом измерителя временных интервалов, второй вход которого присоединен через третий фильтр к выходу мультиплексора.

На чертеже изображена схема устройства.

Магнитострикционный преобразователь перемещения содержит звукопровод 1, выполненный из магнитострикционного материала, на концах которого расположены демпферы, постоянные магниты 2 и 3, расположенные над катушкой записи 4 и катушкой считывания 5, усилители 6, 7, 8, генератор 9 синусоидальных колебаний, фильтр 10, ключ 11, измеритель 13 временных интервалов, фильтр 14, тактовый генератор 15, генератор 16 синусоидальных колебаний, мультиплексор 17, выход тактового генератора 15 подключен к управляющему входу мультиплексора 17, первый информационный вход которого присоединен к выходу генератора 9 синусоидальных колебаний, а второй информационный вход к выходу генератора 16 синусоидальных колебаний, выход мультиплексора 17 соединен через усилитель 6 с катушкой 4 записи, катушка 5 считывания соединена со входом фильтра 10, выход которого соединен через усилитель 7 с управляющим входом ключа 11, также катушка 5 считывания соединена с входом фильтра 12, выход которого через усилитель 8 соединен с информационным входом ключа 11, выход ключа 11 соединен с входом измерителя 13 временных интервалов, второй вход которого присоединен через фильтр 14 к выходу мультиплексора 17.

Преобразователь работает следующим образом.

Генератор 9 синусоидальных колебаний генерирует сигнал частотой f₁, а генератор 16 синусоидальных колебаний сигнал частотой f₂. С выхода тактового генератора 15 на управляющий вход мультиплексора 17 подаются импульсы напряжения, т.е. последовательно подается напряжение двух уровней: низкого и высокого. В зависимости от этого на выходе мультиплексора 17 присутствует сигнал, поданный на его первый или второй информационный вход. Таким образом, с выхода мультиплексора подается сигнал с последовательно меняющийся частотой: f₁ и f₂. Между циклами измерений частота колебаний равна f₁ /на выходе мультиплексора сигнал с генератора 16/. В момент t₁ частота колебаний изменяется с f₁ на f₂ /уровень сигнала на выходе тактового генератора 15 изменился и на выходе мультиплексора 17 появился сигнал с генератора 9/. Это начало цикла измерения. В этот момент фильтр 14, настроенный на частоту f₂, пропускает сигнал с генератора 9 синусоидальных колебаний на второй вход измерителя 13 временных сигналов. Также эти колебания, усиленные усилителем 6, попадают на вход катушки 4 записи. В результате этого на участке звукопровода 1, находящемся под катушкой 4, возникает ультразвуковая волна, распространяющаяся по звукопроводу 1 из магнитострикционного материала. При взаимодействии с магнитным полем постоянного магнита 2, укрепленного на подвижном объекте, изменяется намагниченность магнитострикционного материала, что вызывает появление ЭДС в катушке 5 считывания в момент времени t₂. Таким образом, время задержки Δt t₂-t₁ пропорционально перемещению подвижного объекта. Колебания с выхода катушки 5 считывания поступают на входы фильтров 10 и 12, настроенных на частоту f₁ и f₂ соответственно. Таким образом, когда придет сигнал с частотой f₂, то он пройдет только через фильтр 12 и через усилитель 8 попадает на информационный вход ключа 11. На выходе фильтра 10 в этот момент будет "0", который перейдет и на управляющий вход ключа 11. Ключ 11 настроен таким образом, что сигнал с информационного входа окажется на его выходе при условии, что на его управляющий вход подан "0". Итак, сигнал с выхода фильтра 12 через ключ 11 поступает на первый вход измерителя 13 временных интервалов, который измеряет временной интервал Δt между моментами появления на входе катушки 4 записи /t₁/ и на выходе катушки 5 считывания /t₂/. А Δt пропорционально перемещению магнита 2, который жестко связан с измеряемым объектом.

Повышение помехоустойчивости преобразователя происходит за счет введения в схему ключа 11. Если на управляющем входе ключа 11 присутствует "I" /с выхода генератора 9 синусоидальных колебаний идет частота f₂/, то, какой бы ни был сигнал на его информационном входе, на его выходе будет "0". Т.е. в случае, если в канале передачи присутствует помеха с широкой полосой частот, включающей f₁ и f₂, то на информационном входе ключа 11 будет присутствовать сигнал, но он не пройдет на вход измерителя 13 временных интервалов, т.к. на управляющем входе ключа 11 тоже будет "I" и ключ будет закрыт.

Также помехоустойчивость увеличивается за счет использования узкополосных кварцевых фильтров 10, 12, 13. При этом уменьшается вероятность прохождения помех через фильтр.

Формула изобретения

Магнитострикционный преобразователь перемещений, содержащий звукопровод, выполненный из магнитострикционного материала, на концах которого расположены демпферы, два постоянных магнита, расположенные соответственно в зоне действия катушки записи и катушки считывания, три усилителя, первый из которых подключен к катушке записи, и тактовый генератор, отличающийся тем, что в него введены два генератора синусоидальных колебаний, три фильтра, ключ, измеритель временных интервалов и мультиплексор, при этом выход тактового генератора подключен к управляющему входу мультиплексора, первый информационный вход которого присоединен к выходу первого генератора синусоидальных колебаний, а второй информационный вход к выходу второго генератора синусоидальных колебаний, выход мультиплексора соединен через первый усилитель с катушкой записи, катушка считывания соединена с входом первого фильтра, выход которого соединен через второй усилитель с управляющим входом ключа и входом второго фильтра, выход которого через третий усилитель соединен с информационным входом ключа, выход ключа соединен с первым входом измерителя временных интервалов, второй вход которого присоединен через третий фильтр к выходу мультиплексора.

РИСУНКИ

Рисунок 1