Магнитострикционный преобразователь перемещений в код

 

Изобретение относится к измерительной технике. Технический результат - увеличение точности преобразователя перемещений в код без ухудшения динамических свойств. В преобразователь перемещений в код, содержащий звукопровод, на котором установлены демпферы, формирователь импульсов, соединенный с катушкой записи, катушку считывания, соединенную с усилителем, введены генератор пачки импульсов, генератор счетных импульсов, счетчик, регистр, устройство управления, запоминающее устройство и сумматор. 1 ил.

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

Известен преобразователь перемещений во временной интервал, содержащий звукопровод, катушку записи, подключенную к генератору импульсов, и катушку считывания [1].

Однако из-за статического разброса времени между стартовыми и стоповыми импульсами преобразователь обладает низкой точностью.

Наиболее близким к изобретению является преобразователь перемещения в код, содержащий магнитострикционную линию с демпферами на концах, электроакустический преобразователь, элемент возбуждения ультразвукового импульса, жестко связанный с объектом контроля, усилитель-формирователь, формирователь импульсов тока, генератор счетных импульсов, счетчик, регистры памяти, буферный формирователь, дешифратор адреса, формирователь запуска, формирователь сигнала готовности, шину обмена и счетчик режима [2].

Его недостатком является низкая точность преобразования, обусловленная конечной шириной спектра импульса считывания, конечным отношением сигнал/шум, а также наличием погрешности квантования.

Целью изобретения является увеличение точности преобразователя перемещений в код без ухудшения динамических свойств.

Поставленная цель достигается тем, что в преобразователь перемещений в код, содержащий звукопровод, на концах которого установлены демпферы, катушку записи, жестко связанную с объектом позиционирования и соединенную с выходом формирователя импульсов записи, катушку считывания, соединенную с входом усилителя импульсов считывания, генератор счетных импульсов, соединенный выходом со счетным входом счетчика, который входом установки в нулевое состояние соединен с линией "Старт", а выходом - с информационным каналом регистра, который тактовым входом соединен с усилителем импульсов считывания, введены генератор пачки импульсов, входом соединенный с линией "Старт", а выходом - с входом формирователя импульсов, устройство управления, запоминающее устройство, входом управления соединенное с первым выходом устройства управления, информационным каналом - с выходом регистра, а выходом - с первым информационным каналом сумматора, вход управления которого соединен со вторым выходом управляющего устройства, и имеющего обратную связь по второму информационному каналу с собственным выходом, при этом под воздействием устройства управления в сумматоре вычисляется среднее значение кода, пропорционального времени распространения ультразвуковой волны от катушки записи до катушки считывания.

Генератор пачки импульсов входом соединен с линией "Старт", а выходом - с формирователем импульса; генератор счетных импульсов соединен выходом со счетным входом счетчика, входом установки в нулевое состояние соединенного с линией "Старт", а выходом - с информационным каналом регистра, соединенного тактовым входом с усилителем. Запоминающее устройство соединено информационным каналом с выходом регистра, управляющим входом - с первым выходом управляющего устройства, а выходом - с первым информационным каналом сумматора, входом управления соединенного со вторым выходом управляющего устройства и имеющего обратную по второму информационному каналу с собственным выходом.

На чертеже приведена структурная схема магнитострикционного преобразователя.

Устройство содержит звукопровод 1, на концах которого установлены демпферы 2, жестко связанную с объектом позиционирования катушку записи 4 и катушку считывания 5 с постоянным магнитом 3, генератор пачки импульсов 6, вход которого соединен с линией "Старт", а выход - с выходом формирователя импульсов записи 7, выходом соединенного с катушкой записи 4, усилитель импульсов считывания 8, соединенный входом с катушкой считывания 5, а выходом с тактовым входом регистра 12, устройство управления 9, соединенное выходами с запоминающим устройством 13 и сумматором 14, генератор счетных импульсов 10, выходом соединенный с входом прямого счета счетчика 11, входом установки в нулевое состояние соединенного с линией "Старт", а выходом - с информационным каналом регистра 12, тактовым входом соединенного с выходом усилителя 8, а выходом - с первым информационным каналом сумматора 14, входом управления соединенного со вторым выходом управляющего устройства 9, имеющего обратную связь по второму информационному каналу с собственным выходом.

Преобразователь работает следующим образом.

Передним фронтом сигнала "Старт" сбрасывается в ноль счетчик 11, на счетный вход которого подается последовательность счетных импульсов с частотой f от генератора 10. Одновременно запускается ждущий генератор 6 пачки импульсов.

Период следования сигналов "Старт" где X_max - максимальное перемещение; V - скорость ультразвука в звукопроводе; t_n - длительность пачки из n импульсов.

С выхода генератора 6 n импульсов поступают на вход формирователя 7, который формирует в катушке записи 4 n импульсов тока. Каждый из этих импульсов возбуждает в звукопроводе 1 в результате прямого эффекта магнитострикции собственную ультразвуковую волну.

По прошествии времени где x - измеряемое перемещение; T - период следования импульсов в пачке; i-я волна наводит в катушке считывания 5 ЭДС, которая усиливается усилителем 8 и, поступая на тактовый вход регистра 12, разрешает запись в него из счетчика 11 кода, пропорционального времени С выхода регистра 12 код поступает в запоминающее устройство 13.

После прихода n-й ультразвуковой волны в запоминающем устройстве 13 оказываются записанными n кодов, пропорциональных времени, прошедшему от формирования первой упругой волны до достижения i-й волной катушки считывания 5.

Под воздействием устройства управления 9 в сумматоре 14 вычисляется среднее значение кода N_x, пропорционального времени , распространения ультразвуковой волны по звукопроводу от катушки записи 4 до катушки считывания 5.

Такие элементы преобразователя, как устройство управления 9, запоминающее устройство 13 и сумматор 14 могут быть, к примеру, реализованы при помощи контроллеров на базе микропроцессоров. При этом в качестве сумматора 14 используется арифметико-логическое устройство (АЛУ) микропроцессора, а алгоритм вычисления значения времени хранится в виде программы в ПЗУ контроллера. В качестве запоминающего устройства 13 может использоваться оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) контроллера. Примеры реализации контроллеров приведены [4], [5], [6].

Усредняемое значение прямого измеряемого перемещения определяется контроллером следующим образом

где f - частота следования счетных импульсов.

При этом, согласно [3],

где среднеквадратичное отклонение X_ср;
- среднеквадратичное отклонение X_i.

Таким образом, незначительное (на величину длительности пачки из n импульсов) увеличение времени преобразования приводит к увеличению в раз точности преобразователя, что позволяет применить его в системах, предъявляющих высокие требования как к динамическим параметрам преобразователей, так и к точности измерений.

Источники информации
1. А.с. СССР N 385305, кл. G 08 9/04, 1971 г.

2. Патент RU N 2047179, кл. G 01 B 7/00, 1995 г.

3. НОВИЦКИЙ П.В., ЗООГРАФ И.А. Оценка погрешностей результатов измерений. - Л.: Энергоатомиздат, 1991. - 304 с.

4. СТАШИН В. В., УРУСОВ А.В., МОЛОГОНЦЕВА О.Ф. Проектирование цифровых устройств на однокристальных микроконтроллерах. -М.:Энергоатомиздат, 1990.

5. БАЛАШОВ Е.П., ПУЗАНКОВ Д.В. Микропроцессоры и микропроцессорные системы. -М.: Радио и связь, 1981.

6. ДРОЗДОВ Н.В., МИРОШНИК И.В., СКОРУБСКИЙ И.В. Системы автоматического управления с микроЭВМ. -Л.: Машиностроение, Ленинградское отделение, 1989.

Формула изобретения

Магнитострикционный преобразователь перемещений, содержащий звукопровод, на концах которого установлены демпферы, катушку записи, жестко связанную с объектом позиционирования и соединенную с выходом формирователя импульсов записи, катушку считывания, соединенную с входом усилителя импульсов считывания, генератор счетных импульсов, соединенный выходом со счетным входом счетчика, отличающийся тем, что счетчик входом установки в нулевое состояние соединен с линией "Старт", а выходом - с информационным каналом регистра, который тактовым входом соединен с усилителем импульсов считывания, в него введены генератор пачки импульсов, входом соединенный с линией "Старт", а выходом - с входом формирователя импульсов, устройство управления, запоминающее устройство, входом управления соединенное с первым выходом устройства управления, информационным каналом - с выходом регистра, а выходом - с первым информационным каналом сумматора, вход управления которого соединен со вторым выходом управляющего устройства и имеющего обратную связь по второму информационному каналу с собственным выходом, при этом под воздействием устройства управления в сумматоре вычисляется среднее значение кода пропорционального времени распространения ультразвуковой волны от катушки записи до катушки считывания.

РИСУНКИ

Рисунок 1