Ультразвуковой измеритель перемещений

 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения и контроля параметров движения объектов, например элементов робототехнических систем. Целью изобретения является повышение точности измерения перемещений и расширение области использования за счет исключения электромагнитных помех о сигнальных цепях первичного преобразователя перемещений, содержащего прямолинейный звукопровод и снабженного двумя парами параллельно соединенных в противоположной полярности элементов считывания. Элементы считывания первой пары симметрично расположены относительно элемента записи и перемещаются по звукопроводу преобразователя совместно с элементом записи, а элементы считывания второй пары размещены по краям звукопровода. 3 ил

СОЮЗ СОВЕТСКИХ, ссциАлистических

РЕСПУБЛИК (s»s 6 01 В 17/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4746325/28 (22) 06.10.89 (46) 23.09.91. Бюл. М35 (71) Пензенский политехнический институт (72) С.Б.Демин (56) 620.179.16 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

М 956964, кл. G 01 B 17/00, 1981.

Авторское свидетельство СССР

М 1394033, кл, 6 01 B 17/00, 1987. (54) УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ REРЕМЕЩЕНИЙ (57) Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения и контроля параметров движения объектов, например элементов роботоИзобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения и контроля параметров движения объектов, например элементов робототехнических систем.

Целью изобретения является повышение точности измерения перемещений и расширение области использования за счет исключения электромагнитных помех в сигнальных цепях первичного преобразователя перемещений.

На фиг.1 приведена структурная схема ультразвукового измерителя перемещений; на фиг.2 — пример выполнения блока измерения интервалов времени; на фиг.3 — временные диаграммы, поясняющие работу ультразвукового измерителя перемещений, Ультразвуковой измеритель перемещений содержит магнитострикционный преоб„„. Ж„„1679187 А1 технических систем. Целью изобретения является повышение точности измерения перемещений и расширение области использования за счет исключения электромагнитных помех в сигнальных цепях первичного преобразователя перемещений, содержащего прямолинейный звукопровод и снабженного двумя парами параллельно соединенных в противоположной полярности элементов считывания. Элементы считывания первой пары симметрично расположены относительно элемента записи и перемещаются по звукопроводу преобразователя совместно с элементом записи, а элементы считывания второй пары размещены по краям звукопровода. 3 ил, разователь 1 перемещений в виде прямолинейного эвукопровода 2. выполненного из магнитострикционного материала, механически связанные с одним из концов звуко- СЬ провода 2 акустический поглотитель 3 и механизм 4 натяжения эвукопровода 2, за- со крепленный на звукопроводе 2 вблизи аку- д стичес кого поглотителя 3 неподвижный р элемент 5 считывания с магнитом 6 смещения, подключенный к выходу элемента 5 считывания усилитель-формирователь 7 считывания, установленный на рабочем участке звукопровода 2 подвижный элемент 8 записи с магнитом 9 смещения, предназначенный для кинематического соединения с объектом контролируемого перемещения, и последовательно соединенные одновибратор 10 и усилитель 11 записи, выход koToporo подключен к входу подвижного элемента 8 записи, первый и второй по1679187 движные элементы 12, 13 считывания с магнитами 14, 15 смещения, которые установлены на равных расстояниях по разные стороны от подвижного элемента 8 записи, второй акустический поглотитель 16 и второй неподвижный элемент 17 считывания с магнитом 18 смещения, которые установлены на втором конце акустического звукопровода 2, второй усилительформирователь 19 считывания и блок 20 измерения интервалов времени.

Первый и второй подвижные элементы

12, 13 считывания объединены в противоположной полярности и подключены к входам второго усилителя-формирователя 19 считывания, первый и второй неподвижные элементы 5, 17 считывания объединены в противоположной полярности, выходы первого и второго усилителей-формирователей

7, 19 считывания подключены к соответствующим сигнальным входам блока 20 измерения интервалов времени, первый вход управления которого объединен с входом одиовибратора 10 и предназначен для подачи сигнала "Запуск" ультразвукового измерителя перемещений, е второй управляющий вход блока 20 измерения интервалов времени предназначен для подачи сигнала "Разрешение работы, Кроме того, на фиг.1 показаны вход 21 разрешения, выход 22 запроса и вход 23 запуска, первый выход 24 результата, пер8blA выход 25 контроля резу T T6. ВТороА выход 26 результате, второй выход 27 контроля результата и выход 28 синхронизации. блок 20 измерения интервалы времени может быть выполнен из двух схем 29, ЗО измерения времени, элем6нте И 31 и зле мента ИЛИ 32 (см.фиг.2). Выход элемента И

31 служит выходом 22 запросе, выходы схем

29, ЗО измерения времени служат выходами

24, 26 результата, управляющие выходы укаэанных схем 29, 30 служат выходами 25, 27 контроля результата, е выход элемента

ИЛИ 32 служит выходом 28 синхронизации.

Первые входы управления схем 29, 30 объединены и служат входом 21 разрешения блока 20, а вторые входы управления схем

29, ЗО объединены и служат входом 23 запуска блока 20.

Сигнальные входы первой и второй схемы 29, 30 измерения интервалов времени являются первыми входами блока 20.

Измеритель работает следующим образом.

Первоначально измеритель устанавливается в исходное состояние (см.фиг.1). При подаче цифрового сигнала "Разрешение" (см.фиг.З,а) на выход 21 разрешения иэме10

20 ритель переводится в режим работы. На его выходе 22 выставляется цифровой сигнал

"Запрос" (см.фиг.З,е) в ответ на который пользователь через время реакции tp на вход 23 подает импульсный сигнал "Запуск" (см.фиг.З,б), по которому подготавливается к работе блок 20 и запускается одновибратор 10, Одновибратор 10 вырабатывает прямоугольный видеоимпульс записи длительности т (который может быть промодулирован высокой частотой) и возбуждает усилитель

11 записи преобразователя 1, На его выходе формируется токовый импульс записи l», который проходит через обмотку подвижного элемента 8 записи. В звукопроводе 2 возбуждается магнитоупругая волна о» вследствие магнитомеханического преобразователя, Эта волна распространяется по звукопроводу в обе стороны с фазовой скоростью Ч.

В некоторые искомые моменты времени соответственно

Iî 1о

Т1 =V+V и Т2 — V+V (1) где.4 — опорное расстояние между синхроподвижными элементами 8 и 12, 13 записи и считывания первичного МПП;

V» — искомая скорость перемещения объема, если направление перемещения совпадает с направлением распространения магиитоупругой волны а вдаль эвукопровода, магнитоупругая волна о достигает первый и второй подвижные элементы 12, 13 считывания с магнитами 9 смещения и наводит не их выводах электрические импульсы считывания, крторые проходят на вход второго усилителя-формирователя 19 считывания, усиливаются, преобразуются в прямоугольные видеоимпульсы считывания (см.фиг.З,В) и проходят ие один из сигнальных входов измерительного блока 20. Если скорость Ч» перемещения объекта выше некоторого начальнрго neperesaro значения, определяемого параметрической чувствительностью канале, значение раэностного интервале перемещения составит величину

4.1 1Т1 Т2 + 24 " (2)

V2 у2х

50 . который второй схемой 30 измерения времени будет преобразован в соответствую щий цифровой код ».1- Т».А (3)

55 где f> — частота дискретизации по кана лу измерения скорости перемещения объекта, Сформированный код (3) — "Код скорости" — с выходов схемы 30 поступает на выход 26 Результата, Если этот результат

1679187 совпадает с результатом смежного измерения (т.е. Nх-1 = Nx.i+1), то по выходу 27 схемы

30 вырабатывается цифровой сигнал (см,фиг.3,ж) "Дублирование 2".

По окончании преобразования на пер- 5 вом выходе схемы 30 формируется цифровой сигнал "Запрос 2" (см.фиг.2), производится блокирование сигнального входа схемы 30, открывается логический элемент И 31. На втором выходе схемы 30 в 10 следующий момент формируется цифровой импульсный сигнал "Синхронизация 2" (фиг.3,д), поступающий через элемент ИЛИ

32 на выход 28 синхронизации.

В следующие искомые моменты време- 15 ни соответственно

11 +1о 12 +1о

Тз —, T4 = —, (4) где1,12 — расстояния между элементами

8 и 5, 17 записи и считывания, магнитоупру- 20 гие волны о достигают неподвижные первый и второй элементы 5, 17 считывания, На их выводах будут индуцированы электрические сигналы считывания, преобразуемые первым усилителем-формирователем 7 счи- 25 тывания в прямоугольные видеоимпульсы, В результате на его выходе формируется искомый раэностный временный интервал, несущий информацию о текущем положении объекта 30

11 — 12

Тх.2 = ТЗ - Т4

V (5)

По этим сигналам производится запуск и остановка первой схемы 29 измерения времени измерительного блока 20, на выхо- 35 дах которого в следующий момент формируется код положения объекта

1 1х.2 = 1х.2т2 (6) где f2 — частота дискретизации по каналу измерения положения объекта, 40

Полученный код(6) — "Код положения"— поступает на выход 24, Если имеет место паритет со смежным результатом, то на выходе 25 контроля результата формируется цифровой сигнал "Дублирование 1". По 45 окончании цикл измерения величины Ny,,2 схема 29 вырабатывает цифровой импульсный сигнал "Синхронизация 1", поступающий на выход 28 синхронизации (см.фиг.3,д) через элемент 32 ИЛИ. На другом выходе 50 схемы 29 формируется цифровой сигнал

"Запрос 1 и проходит через открытый элемент 31 И на выход 22 (фиг.3,е). Сигнальный вход схемы 29 блокируется.

На этом цикл работы измерителя завер- 55 шается. Очередной цикл начинается по инициативе пользователя, Перевод измерителя в режим блокирования осуществляется при снятии сигнала

"Разрешение" на входе 21 управления. В этом режиме измеритель не реагирует на сигналы "Запуск".

Акустические поглотители 3, 16, установленные по концам прямолинейного звукопровода 2, демпфируют падающие магнитоупругие волны и препятствуют образованию отраженных волн, воспринимаемых сигнальными цепями преобразователя

1 как сигналы помехи, Для обеспечения требуемого отношения сигнал/помеха, стабилизации волнового сопротивления и повышения жесткости звукопровод 2 механически растягивают в продольном направлении с помощью механизма 4 натяжения, Параллельное соединение элементов

12, 13 и 5, 17 считывания в противоположной полярности повышает устойчивость измерителя к электромагнитным помехам и обеспечивает более высокие метрологические характеристики измерений по обоим каналам. Точность измерения по каналам устанавливается выбором частоты дискретизации f1, f2 в пределах разрешающей способности акустического тракта. Применение схем 29, 30 измерения времени позволяет избирательно устанавливать чувствительность по каждому каналу измерения и тем самым расширить функциональные возможности измерителя.

Формула изобретения

Ультразвуковой измеритель перемещений, содержащий магнитострикционный преобразователь перемещений в виде прямолинейного заукопровода из маг Фтострикционного материала, механически связанные с одним из концов звукопровода акустический поглотитель и механизм натяжения звукопровода. закрепленный на эвукопроводе вблизи акустического поглотителя неподвижный элемент считывания с магнитом смещения, подключенный к выходу элемента считывания, усилитель-формирователь считывания, установленный на рабочем участке. звукопровода подвижный элемент записи с магнитом смещения, предназначенный для кинематического соединения с объектом контролируемого перемещения и последовательно соединенные одновибратор и усилитель записи, выход которого подключен к входу подвижного элемента записи, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения перемещений и расширения области использования, он снабжен первым и вторым подвижными элементами считывания с магнитами смещения, которые установлены на равных расстояниях по разные стороны от подвижного элемента записи, вторым акустическим поглотителем и вторым непод1679187 рч рр гггног вижным элементом считывания с магнитом смещения, которые установлены на втором конце акустического звукопровода, вторым усилителем-формирователем считывания и блоком измерения интервалов времени, выходы первого и второго подвижных элементов считывания объединены в противоположной полярности и подключены к входам второго усилителя-формирователя считывания, выводы первого и второго неподвижных элементов считывания объединены в противоположной полярности, выходы первого и второго усилителей-формирователей считывания подключены к соответствующим сигнальным входам блока измерения интервалов вре5 мени, первый вход управления которого объединен с входом одновибратора и предназначен для подачи сигнала "Запуск" ультразвукового измерителя перемещений, а второй управляющий вход блока измерения

10 интервалов времени предназначен для подачи сигнала "Разрешение работы".

1679187

28

29 25 22.Запрос

„Ay nupo8aeue 2

Составитель Г.Максимочкин

Техред М.Моргентал Корректор Т.Малец

Редактор А.áep

Заказ 3200 Тираж 353 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Произеодстеенно-издательский комбинат "Патент", г. ужгород, ул.Гагарина. 101