Магнитострикционный преобразователь перемещения в код

 

СОЮЗ COBETCHHX

РЕСПУБЛИК (19) (11) А1

G1) 4 Н 03 М 1/26 1/50

ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

А BTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ ( ( ( ( и ( ( ( (Т ( к

p( з

Г СУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

1) 4039762/24-24

2) 20.03.86

6) 23.01.88. Бюл. У 3

1) Киевский инженерно †строительн ститут

2) В.С. Шикалов

3) 681.325 (088.8)

6) Авторское свидетельство СССР

1109778, кл. Н 03 М 1/22, 1983, Авторское свидетельство СССР

1327292, кл . ll 03 М 1/26, 06. 02.86.

4) МАГНИТОСТРИКЦИОННЫЙ ПРЕОБРАЗОВАЛЬ ПЕРЕМЕЩЕНИЯ В КОД

7) Изобре тение o THocH TcH к системам нтроля и преобразования перемещений электрический сигнал. Целью изобтения является повышение точности еобразователя. Для этого в магниторикционный преобразователь перемения в код, содержащий четыре электакустических преобразователя, два укопровода, три глушителя, два усителя записи, два усилителя считывания, два счетчика импульсов, пять элементов И, два элемента ИЛИ, дешифратор и инвертор, введены генератор одиночного импульса, два одновибратора и пятый электроакустический преобразователь. Поставленная цель достигается за счет того, что второй звукопровод используется как элемент задержки для возбуждения импульсов опорной частоты в генераторе, реализованном на элементе ИЛИ, втором усилителе записи и втором усилителе считывания. Импульсы этого генератора предназначены для измерения времени распространения между подвижным. первым и неподвижным вторым магнитострикционными преобразователями, расположенными на первом эвукопроводе.

При изменении температуры окружающей среды происходит пропорциональное изменение времени задержки и периода следования импульсов опорной часто- Д ты, благодаря чему код выходного счетчика независим от температуры. 1 ил.

1 136

Изобретение относится к системам контроля и преобразования перемещений в электрический сигнал.

Цель изобретения — повышение точности преобразователя °

На чертеже приведена схема магнитострикционного преобразователя перемещения в код.

Магнитострикционный преобразователь перемещения в код содержит электроакустические преобразователи 1-4, звукопровод 5, глушители 6-8, усилители 9 и 10 записи, усилители 11 и

12 считывания, счетчик 13 импульсов, элементы И 14 и 15, элемент ИЛИ 16, дешифратор 17, инвертор 18, триггер

19, элемент И 20, счетчик 21 импульсов, элемент ИЛИ 22, электроакустический преобразователь 23, элементы

И 24 и 25, генератор 26 одиночного импульса, одновибраторы 27 и 28 и звукопровод 29.

Преобразователь работает следую- щим образом.

В первом цикле измерения по команде оператора генератором 26 одиночного импульса создается импульс, который запускает одновибратор 27, после чего напряжение на его выходе становится запрещающим для элемента И 24.

Кроме того, импульс с выхода генератора 26 поступает через элемент ИЛИ

22 на вход усилителя 10 записи, а затем на электроакустические преобразователи 3 и 23. Под действием импульса в звукопроводе 29 (в опорном канале) в зонах прямого преобразования электроакустических преобразователей 3 и 23 вследствие прямого эффекта магнитострикции возникают два импульса мехаиического напряжения.

Эти импульсы распространяются по эвукопроводу 29 со скоростью звука и поступают последовательно в зону обратного преобразования электроакустического преобразователя 4, где они вследствие обратного эффекта магнитострикции преобразуются в электрические сигналы, которые затем усиливаются и формируются в импульсы усилителем 12 считывания. Таким образом, поступление одного импульса на вход усилителя 10 записи вызывает появление двух импульсов на выходе усилителя 12 считывания, причем первый выходной импульс будет задержен по отношению к входному на время

Второй импульс, появляющийся на вы8988 2 ходе усилителя 12, будет эадержен по отношению к входному импульсу на время » д q, 5

Эти два импульса с выхода усилителя 12 считывания проходят последовательно через элемент ИЛИ 22, усиливаются усилителем 10 записи и вновь поступают на электроакустические преобразователи 3 и 23, осуществляя этим цепь циркуляции импульсов. Каждый иэ этих входных импульсов в свою очередь вызывает появление двух импульсов на выходе усилителя 12 счи1В тывания и т.д.

Таким образом, вскоре после запуска генератора 26 одиночного импульса весь эвукопровод 29 заполняется ультразвуковыми импульсами, расположенными друг с другом на одинаковом расстоянии. Следовательно, на выходе усилителя 12 считывания появляется правильная непрерывная последовательность импульсов, период T

25 повторения которых зависит от соотношения времен задержек t „,,и с так как Т„„ )t> д, — t>aA (, т.е.

его можно изменить в широких пределах.

30 Время, необходимое для достижения установившегося процесса, т. е. полного заполнения звукопровода 29 ультразвуковыми импульсами, определяется из выражения t, = m t a», если

t SaA2

35 t t Aa гдеm мд зад >

tsaA» t ъад число циклов обращения импульсов с выхода усилителя 12 считывания на вход усилителя 10 записи по цепи

4О циркуляции импульсов до достижения установившегося процесса.

Для надежной, работы преобразователя величинЫ t aä и tlag выбираются такими, чтобы число m было целым.

45 Через время top» tpc rye to>» длительность импульса одновибратора

27, одновибратор 27 возвращается в свое устойчивое состояние, и напряжение с его выхода становится разрешающим для элемента И 24, после чего импульсы с выхода усилителя 12 считывания проходят через элемент И 24 и поступают на первые входы элементов И

20 и 25. Так как в исходном состоянии потенциал с выхода одновибратора

28 является разрешающим для элемента И 25, а потенциал с выхода триггера 19 является запрещающим для элемента И 20, то первый импульс иэ не3 1368 прерывной серии с выхода элемента И

24 проходит через элемент И 25 (стартимпульс) и запускает одновибратор 28, после чего элемент И 25 закрывается.

Одновременно с этим старт-импульс с

5 выхода элемента И 25 устанавливает счетчики 13 и 21 импульсов в нулевое состояние, а также переключает триггер 19 в состояние, когда потенциал с его выхода становится разрешающим ля элемента И 20. После этого через элемент И 20 на счетчик 21 импульсов ачинают поступать импульсы с выхода лемента И 24, период повторения ко15 орых зависит от окружающей темперауры. Кроме этого, старт-импульс с

ыхода элемента И 25 проходит через леме нт ИЛИ 1 6 на вход усилителя 9 аписи, а затем на электроакустичес- 7«« ий преобразователь 1 (входной) . Под ействием этого усиленного импульса в вукопроводе 5 (в рабочем канале) в оне его прямого преобразования возикает импульс механического напряения. Этот импульс распространяется о звукопроноду 5 со скоростью V эе поступает в зону обратного преобраования электроакустического преобазователя 2 (выходного) где он пре—

30 бразуется в электрический сигнал, оторый затем усиливается и формиуется в импульс усилителем 11 счиывания. Этот импульс задерживается о отношению к старт-импульсу при нуевой скорости перемещения измеряеого объекта (при нулевой скорости лектроакустического преобразователя) при номинальной рабочей температуе на время t . Если скорость пе40 емещения объекта Ч„больше нуля, о за время t»» рабочая длина эвуопровода 5 между электроакустическии преобразователями 1 и 2 изменяется а величину.

988

45 »As "ep ) ««2 2 ««« зад.««ер, Этот второй импульс, нновь совершив циркуляцию по приведенной цепи, 50 появляется на выходе усилителя 11 считывания через время t0 относительно старт-импульса: зад, ««ер « а„э= 2С„, + 2д, д „,р, 55 то в свою очередь вызывает прираще«ие времени задержки на величину е V — средняя скорость перемеще««ер ния измеряемого объекта.

Изменение окружающей температуры а

««Т относительно номинальной рабой температуры вызывает дополнительное изменение времени задержки на величину так как — температурный коэффициент задержки, для звукопроводов из различных материалов может иметь положительный или отрицательный знак, а величина его определяется температурными изменениями скорости Ч е и длины знукопровода 1 е

Таким образом, на выходе усилителя 11 считывания появляется первый импульс, который задерживается по отношению к старт-импульсу с учетом влияния скорости перемещения объекта и изменения окружающей среды, на время

«« „зад q t зад.пер- aAë

Этот импульс поступает на вход счетчика 13 импульсов, а также на один из нходов элементов И 14 и 15.

Так как на второй вход элемента И

14 поступает запрещенный потенциал с выхода иннертора 18, на вход которого поступает потенциал с (п-1)-го выхода дешифратора 17, то поэтому на выходе элемента И 14 отсутствует импульс. В то же время на второй вход элемента И 15 поступает разрешающий потенциал с (и-1)-ro выхода дешифратора 17, и поэтому импульс, снимаемый с усилителя 11 считывания, проходит через элемент И 15 и элемент ИЛИ 16, поступает на усилитель 9 записи и, совершив циркуляцию по приведенной цепи, вновь появляется на выходе усилителя 11 считывания через время tU относительно старт-импульса, янляясь нторым в частотной последовательности, где и т.д.

Таким образом, на выходе усилителя 11 считывания формируется после1ЗЬ89 донательность импульсов с нарастающим периодом повторения, где каждый последующий период между импульсами превышает предыдущий на величину

5 а t )ад „,р . 3TH HMIIVJlbCbl )IONIC 4HTb!BBNTCH счетчиком 13 импульсов, причем (n-1)-й импульс этой последовательности проходит через элемент И 15 и далее по цепи циркуляции и, кроме этого, поступая на вход счетчика 13, вызывает появление на (и-1)-м выходе дешифратора 17 запрещающего потенциала для элемента И 15, а на ныходе инвертора 18 появляется разрешающий потен- )5 циал для элемента И 14. После этого цепь циркуляции импульсов разрывается, и очередной и-й импульс (стопимпульс), появляющийся на выходе усилителя 11 считывания, проходит только через элемент И 14 на вход триггера 19, устанавливая его в состояние, при котором элемент И 20 закрывается, и прекращается поступление импульсов с выхода элемента И 24 на вход счетчика 21 импульсов.

Таким образом, в каждом цикле измерения, задаваемом старт-импульсом с выхода элемента И 25, происходит преобразование перемещения во временной интервал, равный времени м, ду старт- и стоп-импульсом:

ntö (n 1)gtypp ðeð

88

6 и tза g н опорном канале соот ве тств енно на величины g t „и

)ад м 4

Пропорциональное температурное изменение нремен задержек t », и приводит к пропорциональному изменению периода повторения Т„ на величину ьТ„= у TU„KT, где Т вЂ” период повторения импульсов

"ч при номинальной температуре.

Таким образом, период повторения выходных импульсон опорного канала о при изменении температуры на Т буT))), + )1 Тн„LT, т e° . будет изменяться пропорционально изменению температуры.

С учетом приведенных соотношений определяет требуемую неличину и— максимальное число импульсов с выхода усилителя 11 в каждом .цикле

V)5 Ткн (1 > f hT ) + 1 пер )в.макс

1 зв макс 2 пер. где 1, „с — максимальная длина звукопровода 5, соответствующая случаю максимального измеряемого перемещения.

Счетчик 21 импульсов преобразует интервал времени t „ â число импульсов, зафиксированное н нем

Отсюда следует, что полученный интервал времени tL, соответствующий и измеряемому перемещению н момент действия старт-импульса в каждом цикле, состоит из действительного значения

t> = п(+ t ) и приращения ) с = (2п-1) ht обусловленного погрешностью из-за влияния скорости перемещения объекта и изменения окружающей температуры.

Для устранения влияния погрешности ttp на число импульсов, зафиксированных в счетчике 21 импульсов, необходимо чтобы htö

Dt Ъй .э

N = ----- - )

Та ц дtg так как по условию 5N = — — с1.

Т„, Через время Са„ одновибратор 28

40 возвращается в исходное устойчивое состояние, и потенциал с его выхода становится разрешающим для элемента

И 25. На выходе элемента И 25 вновь появляется одиночный импульс (старт45 импульс), под действием которого весь описанный процесс измерения перемещения повторяется вновь, т.е. происходит следующий цикл измерения и т.д. Для надежной работы устройст50 ва необходимо, чтобы С „ p tu и

Предлагаемый многострикционный преобразователь перемещения н код имеет преимущество по сравнению с иэ55 вестным в меньшей погрешности преобразования из-эа устранения влияния температуры. Это объясняется следующим образом. При изменении окружающей температуры происходит пропор7 1368988 циональное изменение измеряемого вре- в мени задержки t„„ и периода следова- те ния Т«, счетных импульсов с выхоть да опорного канала и поэтому цифро- вь вой код N, зафиксированный в счетчи- ро

5 ке 21, не зависит от температуры. кт

Формула изобретения

Магнитострикционный преобразователь перемещения в код, содержащий первый и второй звукопроводы, между первыми концами которых установлен глушитель, на вторых концах первого и второго звукопроводов расположены второй и третий глушители, первый и второй электроакустические преобразователи, расположенные на первом звукопроводе, неподвижные третий и четвертый электроакустические преобразователи, расположенные на втором звукопроводе, первый усилитель записи, выход которого соединен с первым электроакустическим преобразователем, установленным неподвижно, второй электроакустический преобразователь кинематически связан с контролируемым перемещением и через первый усилитель считывания соединен с первыми входами первого и второго элементов И, выход первого элемента И соединен с первым входом первого элемента ИЛИ, выход которого соединен с входом первого усилителя записи, первый счетчик импульсов, выход которого соединен с входом дешифратора, выход которого соединен с вторым вхоом первого элемента И и входом ин- ертора, выход которого соединен с торым входом второго элемента И, ретий электроакустический преобраэоатель соединен через второй усилиль считывания с первым входом треего элемента И, второй элемент ИЛИ, )ход которого соединен через втой усилитель записи с четвертым элероакустическим преобразователем, четвертый и пятый элементы И, второй счетчик импульсов, триггер, о т л ичающий с я тем, что, с целью повышения точности преобразования, в него введены генератор одиночного импульса, два одновибратора и пятый электроакустический преобразователь, который неподвижно установлен на втором звукопроводе и соединен с выходом второго усилителя записи, выход второго усилителя считывания соединен с первым входом второго элемента ИЛИ, выход генератора одиночного импульса соединен с вторым входом второго элемента ИЛИ и выходом первого одновибратора, выход которого соединен с вторым входом третьего

25 элемента И, выход которого соединен с первыми входами четвертого и пятого элементов И, выход четвертого элемента И соединен с входами обнуления первого и второго счетчиков импульсов, входом второго одновибратора, первым входом триггера и вторым входом первого элемента ИЛИ, выход первого усилителя считывания соедннен со счетным входом первого счетчика

35 импульсов, выход второго элемента И соединен с вторым входом триггера, выход которого соединен с вторым входом пятого элемента И, выход которого соединен со счетным входом второго счетчика импульсов, выход второго одновибратора соединен с вторым входом четвертого элемента И.

1368988

Составитель Е, Бударина

Редактор Н. Яцола -Техред А.Кравчук Корректор Н.Король

Заказ 315/56 Тираж 928 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

1!3035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно †полиграфическ предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4