Измерительный преобразователь линейных перемещений

 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения параметров линейного перемещения объекта. Цель изобретения - повышение точности измерения линейных перемещений. Устройство содержит О-образный звукопровод, на прямой и обратной ветвях которого размещены элементы записи и считывания. Элемент записи возбуждает сигнал, который циркулирует в звукопроводе и регистрируется элементом считывания. О перемещении судят по коду, определяемому разностью времен распространения сигнала против часовой стрелки и по часовой стрелке. Выходной код равен сумме указанных кодов за несколько периодов циркуляции. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

»»

РЕСПУБЛИН (1% 011 (51) 5 G 01 В 17/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

;1Д:, E

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

f10 ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

APH ГННТ СССР

1 (21) 4484296/25-28 (22) 20.09.88 (46) 30,08.90 ° Бюл, 11! 32 (71) Пензенский политехнический институт (72) .С.Б.Демин (53) 531 ° 14(088 ° 8) (56) Авторское свидетельство СССР

У 747812, кл, G 01 В 7/00,.1980, (54) ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ

ЛИНЕЙНЫХ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ (57) Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения параметров линейного перемещения объекта Цель

Изобретение относится к измери» тельной технике, а именно к преобразователям- информации, и может быть использовано в робототехнических системах и комплексах дпя измерения параметров линейного перемещения объекта, Целью изобретения является повышение точности измерения линейных перемещений, На фиг.1 и 2 приведены схемы измерительного преобразователя линейных перемещений при разном исполнении его первичного магнитострикционного преобразователя перемещений; на фиг,3 пример выполнения схем последовательного счета измерительного преобразователя линейных перемещений; на фиг.4 - временные диаграммы работы устройства.

2 изобретения - повьппение точности иэ-, мерения линейных перемещений. Устройство содержит 0-образный эвукопровод, на прямой и обратной ветвях которого размещены элементы записи и считывания, Элемент записи возбуждает сигнал, который циркулирует в звукопроводе и регистрируется элементом считывания ° О перемещении судят по коду, определяемому разностью времен распространения сигнала против часовой стрелки и по часовой стрелке. Выходной код равен сумме указанных кодов за несколько периодов циркуляции. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

Измерительный преобразователь линейных перемещений содержит первичный магнитострикционный преобразователь линейных перемещений (МПП), со» стоящий из 0-образного звукопровода

1 из магнитострикционного материала, неподвижного сосредоточенного элемента 2 записи, подвижного,сосредоточенного элемента 3 считывания, двух ограничителей 4 перемещений, усили теля 5 записи и сигнального усилите- ля-формирователя 6, а также формирователь 7 импульсов записи, D-триггер

8, измерительный генератор 9, три элемента И 10-12, Т-триггер 13, две схемы 14 и 15 последовательного счета, счетчик 16 циклов рециркуляции, цифровой компаратор 17, элемент 18 задержки, два буферных регистра 19 и

20, шину 21 управления, шину 22 за1589051 проса, шину 23 запуска,, первую и вторую шину 24 и 25 результата и шину 26 синхронизации, На концах прямой ветви 0-образно5

ra эвукопровода 1 закреплены ограни чители 4 перемещений, между которыми перемещается сосредоточенный элемент

2 записи, кинематически подсоединяемый к объекту контролируемого пе- 10 ремещения, его вывод подсоединен к выходу усилителя 5 записи. В начале обратной ветви 0-образного эвукопровода 1 закреплен сосредоточенный эле" мент 3 считывания, вывод которого 15 подсоединен к входу сигнального уси лителя-формирователя 6 МПГ, Вход усилителя 5 записи соединен с выходом формирователя 7 импульсов записи„ его вход управления подключен к ши- 2g не 21 управления, а информационный вход подключен к шине 23 запуска и соединен с нулевыми входами Т-триггера 13, первой и второй схем 14 и 15 последовательного счета, счетчика 16 25 циклов рециркуляции, первого и в "oporo буферных регистров 19, 20 и единичным входом D-триггера 8, Один его выход подключен к шине 22 запроса, а второй выход соединен с входом из- 30 мерительного генератора 9 и одним вхо дом первого элемента И 10, Другой его вход соединен с вьгходом сигнального усилителя-формирователя 6 ИПП, а выход соединен со счетным входом

Т-триггера 13. Прямой выход Т-триггера соединен с одним входом второго элемента И 11, а инверсный выход соединен с одним входом третьего элемента И 12 и счетным входом счетчика 40

16 циклов рециркуляции, Другие входы элементов И 11 и 12 объединены и соединены с выходом измерительного генератора 9, Их выходы соединены со счетными входами соответственно пер- 45 вой и второй схем 14 и 15 последова тельного счета, и-разрядные выходы которых подключены к первой и второй шинам 24 и 25 результата соответственно через первый и второй буферные регистры 19 и 20. Их „"инхровходы объединены и соединены с одним выходом элемента 18 задержки, другой его выход подключен к шине 26 синхронизации. Вход элемента 18 задержки соединен с синхровходом D-триггера

8 и выходом компаратора 17, входы которого подсоединены к выходам счетчика 16 циклов рециркуляции. Схе мы 14 и 15 последовательного счета выполнены на основе m-разрядного регистра 27„ комбинационного сумматора 28 и счетчика 29 итерационных циклов

Кроме того, первичный магнито стрикционный преобразователь линейных перемещений .может быть выполнен по неконтактной кинематической схеме с использованием распределенного элемента 30 считывания с подвижным элементом 31 подмагничивания, котс рый кинематически подключен к объекту контролируемого перемещения и может перемещаться между ограничителями 4 перемещений вдоль элемента 30, соосно установленного на прямой ветви 0-образного эвукопровода 1, Выводы распределенного элемента 30 считывания подсоединены к входу сигнального усилителя-формирователя 6 MIIII. устройство работает следующим образом, Первоначально устройство устанавливается в исходное состояние. При подаче по шине 21 управления цифро вого сигнала "Разрешение" производится перевод устройства в режим работы, По шине 22 запроса выставляется цифровой сигнал "Запрос", в ответ на который через время t> реакции пользователь выставляет по шине 23 запуска цифровой импульсный сигнал

"Запуск", По этому сигналу производится установка в нулевое состояние

Т-триггера 13, схем 14 и 15 последовательного счета, счетчика 16 циклов рециркуляции, буферных регистров 19 и 20 перевод D-триггера 8 в единичное состояние и запуск формирователя

7 импульсов записи, В результате по шине 22 запроса снимается сигнал "Запрос". Одновременно производится разблокирование входа логического элемента И 10 и запуск измерительного генератора 9, который формирует цифровую измерительную шкалу с частотой дискретизации f = i/Ò ° Затем импульсы про ходят на счетный вход второй схемы

15 последовательного счета через открытый элемент И 12. Счетчик 16 циклов рециркуляции отмечает начало пер вого цикла преобразования, Это состояние сохраняется до момента переключения Т триггера 13 в противоположное (единичное) состояние.

5 1

На выходе формирователя 7 импульсов записи формируется прямоугольный видвоимпульс калиброванной длитель ности !,„, промодулированный несущей частотой f который проходит на нес ° усилитель 5 записи ИПП, вырабатываю щий токовый сигнал записи. Этот сигнал возбуждает сосредоточенный элемент 2 записи, под которым в О-образном магнитострикционном эвукопроводе 1 возбуждается модулированная продольная магнитоупругая волна, распространяющаяся в обе стороны с фазовой скоростью V, Одна магнитоупругая волна + 6 распространяется влево (по фиг.l) по обратной ветви звукопровода 1 и через время

1х +!R

Т

1,! у

589051 6 стрелки) продольная магнитоупругая волна + g достигает вторично подвижный элемент 3 считывания через время

5 рециркуляционного цикла, равное

Х +!!R

Т - 2 — — - - !! V где 1 - длина прямой и обратной вет»

10 вей 0-образного звукопровода, и вновь наводит на выходе элемента

3 считывания модулированный импульс напряжения, который преобразуется в прямоугольный видеоимпульс считыва ния усилителем-формирователем 6, и переключает Т-триггер 13 в соответствующее логическое состояние согласно временной диаграмме (фиг,4), 2О Интервал Т рециркуляции импульсов является постоянной величиной, цифровой эквивалент которого.,равен где 1 - искомое линейное перемеще х ние объекта;

R — радиус закругления звуко 25 провода, проходит в прямую ветвь звукопровода и достигает подвижный сосредоточенный элемент 3 считывания, индуцирует на его выходе модулированный импульс 30 напряжения, который проходит на вход сигнального усипителя-формирователя

6 и преобразуется в прямоугольный видеоимпульс считывания ° Этот импульс далее проходит на счетный вход

T-триггера 13 через открытый эле мент И 10 и переключает его в единич ное состояние.

Это приводит к блокированию входа элемента И 12, через который с этого 40 момента запрещено прохождение опор» ных сигналов измерительного генера» тора 9 на счетный вход второй схемы

15 последовательного счета, и разблокированию входа другого элемента 45

И 11. Через элемент И 11 будут проходить счетные импульсы измеритель ного генератора 9 на счетный вход первой схемы 14 последовательного счета до момента очередного переклю 50 чения T-триггера 13, Вторая схема 15 последовательного счета в данный мо» мент эаломинает код промежуточного значения искомого линейного перемеще ния, равный 55

И!! T(! fo

Распространяясь далее по прямой ветви звукопровода 1 (против часовой

N = Т ° f, i 1, 2, ° ... k °

0 о где i — текущее значение рециркуля ционного цикла, За (k-1) циклов преобразования во второй схеме 15 последовательного счета накапливается следующее количество импульсов

g -.!

Н = К (, + .= К ;, (1)

1a !.

Другая магнитоупругая волна - о распространяется вправо по обратной ветви звукопровода 1 (по фиг,l), достигает неподвижный элемент 3 считывания через время

21 - Ir + !! R

g,! !у и наводит на его выходе модулирован» ный импульс напряжения, который преобразуется в прямоугольный видеоимпульс считывания и проходит на счетный вход Т-триггера )3 и переключает его.. Это приводит к выключению эле» мента И 11, и первая схема 14 последовательного счета хранит разностный ход текущего значения, равный l

1-1х

2)

М (Т -Т )f 2 — — — f.

3 ! ° ч 0

Эта пр одоп ьн ая магнито упругая волна — (3 обращается по 0-образному зву копроводу 1 МПП по часовой стрелке с временем цикла Т!!, что вызывает формирование разностного кода (2) на выходах первой схемы 14 последова1589051 тельного счета эа k циклов преобразования, равного к

2 "— 3

1с!

Схемы 14 и 15 последовательного счета выполнены на основе щ разряд.ного регистра 7 и комбинационного сумматора 28, включенных в кольцо, и счетчика 29 итерационных циклов (Фиг.3), Выполнение сумматора 28 на программируемых элементах (ПЗУ„ РПЗУ)

-и запрограммированным как функциональный элемент позволяет Расширить функ 15 циональные возможности устройства, так как в этом случае имеет место формирование Результирующего функцио» нального кода линейного перемещения, Количество Ы циклов рециркуляцион 20 ного преобразования линейного переме щения подсчитывается счетчиком 16, на k-разрядном выходе которого форми руется соответствующий код N< . Этот код сравнивается (анализируется) на ,цифроврм компараторе ll7 с кодом 5< задаваемого числа циклов преобразова» ния с учетбм декремента затухания (Ь продольной магнитоупругой волны 5, в звукопроводе 11ПП, При достижении 30 условия N ць ъ N производится оста пов устройства по цифровому сигналу, компаратора 17. D"триггер 8 перево дится в .нулевое состояние, что при водит к блокированию входного логичес-35 кого элемента 10 и выставленйю по шине 22 сигнала ".Запрос". л р, Л

ЧеРез время, „,,2 + <., + <.,4 1э, Л л где

19, 20 которые далее проходят на шины 24 и 25 результата н формируют циФровой сигнал "Код положения" ° В последствии эти коды могут быть использованы для вычислений. В следующий момент g„> c. + c,<,20 по второму л выходу элемента 18 задержки выставляется цифровой сигнал, который проходит на шину 26 синхронизации, фор ðóà сигнал "Синхронизация" °

На этом полный цикл преобразования линейного перемещения в код заканчивается, и устройство подготовлено к очередному циклу преобраэова-, ния, который выполняется без изменения согласно рассмотренному при поступлении по шине 23 сигнала."Запуск .

II

Кроме того, первичный ИПП устройства может быть выполнен по некон" тактной схеме, (фиг,.2), В этом случае соосно с прямой ветвью 0 образного звукопровода 1 неподвижно устанавли-,„ вается распределенный элемент 30 считывания, подклшченнь и к входу сиг-.. нального усилителя формирователя б, Вдоль него в диапазоне ограничителей

4 перемещений перемещается элемент

31 подмагничиваиия, кинематически подключаемый к объекту контролйруемого перемещения. При этом принцип работы устройства (фиг,2) ие отлича ется от рассмотренного, Использование О-образного эвукопровода позволяет организовать ите рационный процесс вычисления искомого перемещения и в k раз повысить точность измерения при заданной час тоте f,, дискретизации, Формула и э о б р е т е и и я

1 ° Измерительный преобразователь линейных перемещений, содержащий звукопровод нэ магнитострикционного материала, последовательно соединенные формирователь импульсов записи, усилитель записи и уСтановленный на ! звукопроводе элемент записи, соеди ненные между собой установленный на звукопроводе,элемент считывания и усйлитель-формирователь, последрвательно соединенные измерительный генератор, первый элемент И и первую схему последовательного счета, Т- . триггер и второй элемент И, первый вход которого соединен с выходом из» мерительного генератора, о т л ич а ю щ и Й с я тем, что, с целью повышения точности измерения, он снабжен третьим элементом И, D-триггером, второй схемой последовательно. го счета, первым и вторым буферными регистрами и последовательно соединенными счетчиком циклов рециркуляции, компаратором и элементом задержки, первый и второй входы третье. го элемента И соединены соответст венно с выходом усилителяформирова» теля и D-триггера, а выход - с входом Т-триггера, вход формирователя

9 5Цд импульсов записи, информационный вход Р-триггера, вхоцц обнуления

Т-т иггера, первой и второй схем последовательного счета, счетчика цик- . лов рециркуляции, первого и второго буферных регистрон соединены между собой, вход измерительного генерато ра соединен с выходом 0триггера, синхровход которого соединен с ныхо . дом компараторе и входом элемента задержки, первый и второй выходы

Т"триггера соединены с вторыми входами соответственно первого и второго элементов И, выход второго элемента

И соединен с информационным входом второй схемы последовательного счета, выходы первой и второй схем последо нательного счета соединены соотнатст» некио с входами первого и второго буферных регистров, :.нхронходы кота" рых соединены с выходами элемента задержки, счетный вход счетчика цик™

05! lO лов рециркуляции соединен с вторым . выходом Т-триггера, а звукопронод выполнен 0-образным с параплельными прямой и обратной ветвями, элемент

5 записи установлен на обратной ветви энукопронода, а элемент считывания на прямой ветви.

2. Преобразователь по,п,l, о т ф л и ч а ю шийся тем, что эле менты записи и считывания выполнены сосредоточенными, а элемент ачитыва .ния установлен с воэможностью пере мещения вдоль прямой ветви энукопро l5 вода, 3. Преобраэонатель по n,l, о т л и ч а ю шийся тем, что элв мент записи выполнен сосредоточенным, а элемент считывания распределен

2О ным и снабжен элементом подмвгничи ваяю, установленным с возможностью перемещения вдаль прямой ветви звукопроиода, 22

Ôèà !

Синхрюнцзацця

ПП!Н

1589051

Составитель В,Кольцов

Техред М.Дидык

Корр ектор М. Мак симишинец

Редактор T.Ïàðôåíoâà

Заказ 2530 Тираж 478 Подпи с но е

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

Фэ з

М

«р i о

Ф

1l ьР