Ультразвуковой измеритель параметров движения

 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в робототехнических системах и комплексах для автоматизированного измерения перемещения и скорости. Целью изобретения является расширение функциональных возможностей путем обеспечения возможности одновременного измерения перемещения и скорости. Для измерения перемещения формируется временной интервал, длительность которого зависит от величины перемещения. Скорость перемещения определяется как разность результатов измерения перемещения в соседних тактах измерения. Результаты измерений хранятся в соответствующих регистрах. 5 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 G 01 В 17/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСКОМ,Ф СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЦТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4428410/25-28

{.22) 23.05.88 (46) 07.01.90. Бюл. № 1 (71) Пензенский политехнический институт (72) А. И. Годунов, С. Б. Демин и В. В. Дрождин (53) 531.14 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 956965, кл. G 01 В 7/00, 1982.

Авторское свидетельство СССР № 747812, кл. G 01 В 7/00, 1980.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в робототехнических системах и комплексах для автоматизированного измерения перемещения и скорости.

Цель изобретения — расширение функциональных возможностей путем обеспечения возможности одновременного измерения перемещения и скорости.

На фиг. 1 приведена блок-схема измерителя параметров движения; на фиг. 2, 3, 4, 5 — варианты выполнения его основных узлов.

Измеритель линейных перемещений содержит магнитострикционный преобразователь линейных перемещений, состоящий из звукопровода 1 из магнитострикционного материала со свободным концом, стабилизатора 2 растягиваю щих усилий, акустического демпфера 3, двух ограничителей 4 перемещений, элемента 5 записи-считывания, усилитель 6 записи и предусилитель 7 считывания, цифровой канал преобразования, .SU» 15 43ОВ А1

2 (54) УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ

ПАРАМЕТРОВ ДВИЖЕНИЯ (57) Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в робототехнических системах и комплексах для автоматизированного измерения перемещения и скорости. Целью изобретения является расширение функциональных возможностей путем обеспечения возможности одновременного измерения перемещения и скорости. Для измерения перемещения формируется временной интервал, длительность которого зависит от величины перемещения. Скорость перемещения определяется как разность результатов измерения перемещения в соседних тактах измерения.

Результаты измерени и хранятся в соответствующих регистрах. 5 ил. состоящий из схемы 8 управления, измерительного генератора 9, блока 10 накопления, схемы 11 реверсирования, блока 12 накопления, генератора 13 опроса, формирователя 14 импульсов, первого элемента

15 задержки, формирователя 16 импульсов, регистров 17 и 18, элемента 19 задержки, шины 20 управления, шины 21 запуска, шины 22 запроса, шин 23 и 24 результата по положению и по скорости, шины 25 синхронизации, один конец звукопровода 1 установлен в акустический демпфер 3 и подключен к стабилизатору 2 растягивающих усилий, соосно со звукопроводом 1 закреплен элемент 5 записисчитывания с возможностью продольного перемещения между ограничителями 4 перемещений, имеющий кинематическое соединение с объектом контролируемого перемещения, выход элемента 5 записи-считывания подключен к третьему входу схемы 8 управления через предусилитель 7 считывания, ее первый выход через изме1534308

Nl=Tх1 °

3 рнтел ный генератор 9 подключен к прямому счетному входу блока 10 накопления и входу синхронизации схемы 11 реверсирования, ее выходы соединены с прямым и инверсным счетными входами блока 12 накопления, его выход переноса соединен информационным входом схемы 11 реверсирования, а ее нулевой вход соединен синхровходами блоков 10 и 12 накопления и подсоединен к одному выходу формирователя 14 импульсов, его другой выход подключен к входу элемента 5 записисчитывания через усилитель 6 записи, вход формирователя 14 импульсов подсоединен к третьему выходу схемы 8 управления через генератор -13 опроса, ее второй выход через элемент 15 задержки подключен к ивине 22 запроса и соединен с входом формирователя 16 импульсов, его выход соединен с синхровходами регистров 17 и 18

H подключен к шине !?5 синхронизации

-,ерез элемент 19 задержки, выходы блока

1О накопления соединены с информационными входами блока 12 накопления и pel истра 17, его выходы подключены к шине

24 результата по скорости через регистр

18, первый и второй входы схемы 8 управления подключены соответственно к шине 21 запуска и к шине 20 управления.

Устройство работает следующим образом.

Первоначально устройство устанавлиHaercH в исходное состояние. По шине 22 запроса выставлен цифровой сигнал «Запрос», в ответ на который по шине 21 запуска подается цифровой импульсный сигнал «Запуск». Производится запуск схемы 8 управления цифрового канала преобразования устройства, если пс шине 20 управления не выставлен цифровой сигнал «Останов» (фиг. 2). На ее третьем выходе формируется с этого момента сигнал, по которому производится запуск генератора 13 опроса (фиг. 5), вырабатывающий импульсные сигналы опроса с частотой следования 1|= †/Тп, где To -- период опроса магнитострикционного преобразователя перемещений.

IIo первому импульсу генератора 13 o;lpoca запускается формирователь 14 Hlv. пульсов (фиг. 4), по сигналам которого производится запись начального кода (Х„=-=О...ОО) по п информационным входам в блок 10 накопления, и возбуждение усилителя 6 записи магнитострикционного преобразователя линейных перемещений.

Модулированный токовый импульс усилителя записи проходит»а вход индуктивного элемента 5 записи-считывания, установленного соосно с звукопроводом 1 и выполненного с возможностью перемещения, и возоуждает под ним модулированную магнитоупругую волну вследствие прямого ма HHTocTpHvll,HOHíoão преобоазования. Ута волна распространяется 13 обе стороны по звукоп1)ОВод3 магHHTocTpHKUHOHHOÃO преобразователя линейных перемещений с конечной фазовой скоростью Ч. Одновременно на выходе элемента 5 записи-считывания формируется модулированныЙ импульс напряжения, который проходит без: задержки на вход предусилителя ? считывания и по которому производится запуск измерительного генератора 9 через схему 8 управления. Генератор 9 вырабатывает опорные счетные импульсы частоты f, которые. проходят на прямой счетный вход блока 10 накопления.

Распространяясь в сторону составного акустического демпфера 3, магнитоупругая волна в некоторый момент времени достигает акустический демпфер и испытывает полное акустическое поглощение, исключая тем са мым образование в магнитострикционном тракте передачи вторичных отраженных магнитоупругих волн.

Распространяясь в противоположную сторону, магнитоупругая волна в искомый момент времени достигает зоны отражения свободного конца звукопровода, испытывает практически полное отражение и распространяется в обратную сторону в направлении элемента 5 записи-считывания, расположенного на искомом расстоянии

1„,, от свободного конца звукопровода, достигнув элемента 5 записи-считывания, магнитоупругая волна наводит на его выходе модулированный импульс напряжения считывания вследствие магнитоупругого преобразования, который проходит в предусилитель 7 считывания.

Распространяясь далее по звукопроводу 1, магнитоупругая волна, минуя элемент 5 записи-считывания, достигает акустический демпфер 3 и испытывает полное акустическое поглощение.

Импульс предусил ителя 7 считывания проходит на информационный вход схемы 8 управления цифрового канала преобразования устройства и останавливает работу измерительного генератора 9. Счетные импульсы опорной частоты f с этого момента не поступают на прямой счетный вход блока 10 накопления. Прохождение этих импульсов на счетные входы блока

12 накопления через схему 11 реверсирования в первом такте преобразования не несет информации. В результат в первом такте преобразования линейного переме- щения на h — - разрядном выходе блока

10 накопления формируется цифровой код положения, равный (1)

Затем генератор 13 опроса вырабатывает второй импульсный сигнал опроса. При этом возбуждается формирователь 14 импульсов, по сигналам которого производится запись сформированного на выходах первого блока 10 накопления кода (1) в блок 12

20 накопления и установка схемы 11 реверсирования (фиг. 3) в режим инверсного счета, при котором счетные импульсы измерительного генератора 9 проходят на инверсный счетный вход блока 12 накопления.

Одновременно запускаетея усилитель б записи магнитострикционного пре1образователя линейных перемещений, по сигналу которого производится запуск измерительного генератора 9 через цредусилитель 7 считывания и схему 8 управления и возбуждается магнитоупругая волна в звукопроводе 1. Отклик магнитоупругой волны считывается перемещающимся элементом 5 записи-считывания через искомое время

Тхр= — — я

4.е

У (2) через которое останавливается измерительный генератор 9. 3а этот период Т.а его счетные импульсы проходят на прямой счетный вход блока 10 накопления и формируют код текущего положения контро. лируемого объекта

Nx.ïîë=Х >=Тх.2°.

Ь (3)

У

Счетные импульсы измерительного генератора 9 одновременно проходят через схему 11 реверсирования на инверсный счетный вход блока 12 накопления, производя вычитание текущего кода N- q из кода Nx.i, сформированного в первом такте преобразования перемещения. Если значения кодов окажутся Nx. )1Чх 2, то на выходе переноса блока 12 накопления формируется сигнал переполнения разрядной сетки, по которому схема 11 реверсирования переключается в режим прямого счета, при котором счетные импульсы измерительного генератора 9 проходят на прямой счетный вход блока 12 накопления, формируя разность указанных кодов

Nx. f Nq — 5 i), (4) кбторая несет информацию о текущей скорости перемещения контролируемого объекта

Л1х 11х.2 — 1õ.1 f т, 1-, — д

В результате в конце второго такта преобразования перемещения на п-разрядном выходе блока 10 накопления формируется код (3) положения контролируемого объекта, а на п-разрядном выходе блока 12 накопления — код скорости объекта.

По второму выходу схемы 8 управления (фиг. 2) формируется сигнал, который задерживается на время переходного процесса в схемах 10 и 12. Через это время запускается формирователь 1á импульсов, по сигналу которого сформированные коды положения (3) и скорости (4) 30

55 перемещения объекта записываются в выходные буферные регистры

Nz== Nx пол N„=== A x ск > (6) где хранятся до чедующего цикла преобразования. По третьему выходу схемы 8 управления снимается разрешающий работу генератора 13 опроса сигнал, работа генератора блокируется.

В следующий момент времени по шине 23 результата по положению, шине 24 результата по скорости и шине 25 синхрони.зации выставляются следующие си гнал ы:

«Код положения», «Код скорости» и «Синхронизация». По шине 22 запроса выставляется сигнал «Запрос».

На этом полный цикл преобразования перемещения в код заканчивается, и следующий цикл выполняется без изменений при подаче сигнала «Запуск» по шине 2! запуска. Работа устройства может быть принудительно блокирована при выставлении по шине 20 управления цифрового сигнала

«Останов».

Точность измерения устройства определяется частотон 1 дискретизации временного интервала Т„перемещения, а помехоустойчивость обеспечивается за счет использования модуляции зондирующего магнитоупругого сигнала, стабилизации волнового сопротивления магнитос-.рикционного тракта передачи сигналов за счет стабилизации его механического напряжения, а также его изоляции от воздействия внешней среды. Ограничители 4 перемещений задают требуемый диапазон перемещения элемента записи-считывания вдоль звукопровода и предохраняют от механическо(.о разрушения элементы конструкции преобразователя при работе.

Таким образом, использование в устройтве процессора для вычисления параметров движения объекта, выполненного по схеме цифрового автомата с «жесткой» логикой, обеспечивает расширение его функциональных возможностей относительно области технического применения. При этом досдигается максимально возможное быстродействие процесса вычисления параметров движения контролируемого объекта.

Формула изобретения

Ультразвуковой измеритель параметров движения, содержащнй магнитострикционный преобразователь линейных перемещений включающий звукопровод с акустическим демпфером на конце, элемент считывания, выполненный с возможностью перемещения вдоль звукопровода и предназначенный для подсоединения к контролируемому объекту перемещения, и предусилитель считывания, вход которого соединен с выходом элемента считывания, и цифровой канал преобразования, включающий последовательно соединенные измерительный генератор, схему реверсирования и первый блок на1534308

5 "1 — — б дд

c1 ll

Заоди сширонтоо,л

Ы тг датоьа

jI 7 26 иl„коо скарос пи л

Ю, КвдпоЛдМЕНЮЮ коггения, и последовательно соединенные генератор опроса и первь и формирователь и м пульсов, вы ход которого соединен с входами схемы реверсирования и первого блока накопления, отл, солса,яйся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей одновременного измерения перемещения и скорости, магнитострикционный преобразователь перемещений снабжен стабилизатором растягивающих усилий, ограничителями переме.пений, установленными на концах звукспровода,и усилителем записи, вход которого соединен с выходом первого форм ирователя импульсов, а элемент считывания выполнен универсальным в виде элемента записисчитыва ния, вход которого соединен с выходом усилителя записи, цифровой канал преобразования снабжен последовательно соединенными схемой управления, — åpâûì элементом задержки и вторым формирователем импульсов, вторым элементом задержки, первым и вторым регистрами, входы которых соединены с выходом вто!

Э рого формирователя импульсов, и вторым блоком накопления, первый и второй входы которого соединены соответственно с выходом измерительного генератора и выходом первого формирователя импульсов, 1Д а выход — с вторыми входами первого блока накопления и первого регистра, вход схемы управления соединен с выходом цредусилителя считывания, ее выходы— с входом генератора опроса и измерительного генератора, а выходы первого блока накопления — с вторыми входами сх6мы реверсирования и второго регистра соответственно.

l 534308

1534308

77, 18

0mÂ

Сост ав и тел ь В. Кол ьцо в

Редактор С. Патрушева Техрец И. Верес Корректор М. Шароши

Заказ 34 Тираж 470 Подп исное

I3HHHIIH Государственного квмитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

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