Дискретный магнитострикционный преобразователь перемещений

 

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к устройствам для Г. I 1.1I. измерения и контроля перемещений, применяемым в системах автоматического управления и регулирования. Цель изобретения - повышение информативности и расширение области применения. Преобразователь содержит звукопровод, выполненный в виде квадратной плоской пластины 1 из магнитострикционного материала , записывающие элементы, выполненные в виде пьезоэлементов 3 и 4, магнитную головку 10 считывания, жестко связанную с объектом Контроля, устройство 5 считывания , связанные с ним блок 6 формирования импульсов записи, канал 7 измерения перемещений по координате X, канал 8 измерения перемещений по координате Y, причем 1П СЛ С о ю а 00 4 СЛ

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РесПуБлик . (51)5 G 01 В 7/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

О

0с

4, Ql

Фиг.1 (21) 4719556/28 (22) 14.07.89 (46) 07.12.91. Бюл. М 45 (71) Уфимский авиационный институт им. Серго Орджоникидзе (72) P.Þ.Ìóêàåâ, В.Х.Ясовеев и С.Н.Вершинин (53) 531.717.7(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

t4 592023, кл. Н 04 P 15/00, 1976. (54) ДИСКРЕТНЫЙ МАГНИТОСТРИКЦИ-.

ОННЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ (57) Изобретение относится к измерительной технике, в частности к устройствам для 12 1696845 А1 измерения и контроля перемещвний, применяемым в системах автоматического управления и регулирования. Цель изобретения — повышение информативности и расширение области применения. Преобразователь содержит звукопровод, выполненный в виде квадратной плоской пластины 1 из магнитострикционного материала, записывающие элементы, выполненные в виде пьезоэлементов 3 и 4, магнитную головку 10 считывания, жестко связанную с объектом Контроля. устройство 5 считывания, связанные с ним блок 6 формирования импульсов записи, канал 7 измерения перемещений по координате Х, канал 8 измерения перемещений по координате У, причем

1695845 оба канала соединены также с блоком 6 формирования импульсоЬ записи, Измерение перемещений осуществляется поочередным возбуждением пьезоэлементами 3, 4 ультразвуковых волн в звукопроводе 1 и считыванием их магнитной головкой 10 через время задержки, пропорциональное измеряемому перемещению. Информация о пеИзобретение относится к измерительной технике, в частности к устройствам для измерения и контроля перемещений, применяемым в системах автоматического управления регулирования.

Цель изобретения — повышение информативности и расширение области применения, На фиг.1 представлена блок-схема преобразователя; на фиг.2 — конструкция магнитной головкй; на фиг,3 — схема практического применения преобразователя.

Преобразователь содержит звукопровод 1 из магнитострикционного материала, выполненный в виде квадратной пластины, демпферы 2 на двух соседних торцах пластины 1, пьезоэлементы 3, 4 на двух других соседних торцах пластины 1, блок 5 считывания, связанные с ним блоком 6 формирования импульсов записи, соединенный с пьезоэлементами 3; 4 блок измерения, выполненный в виде канала 7 измерения перемещений по координате X и канала 8 измерения перемещений по координате У, причем оба канала соединены также с блоком 6, генератор 9 импульсов, магнитная головка 10 считывания, подключенная к входу блока 5 считывания., который выполнен в виде последовательно соединенных фомирователя 11 импульсов считывания, элемента ИЛИ 12, линии 13 задержки. Первый вход элемента ИЛИ 12 связан с выходом формирователя 11 импульсов считывания, ° второй вход — с кнопкой "Запуск", блок 6 формирователя импульсаt. записи, состоящий из последовательно соединенных одновибратора 14, линий 15, 16 задержки, 0-триггера 17, включенного в качестве счетного триггера, тактовым входом подключенного к выходу одновибратора 14, элемента

И 18, первым входом соединенного с выходом линии 15 задержки, а вторым — с выходом О-триггера 17, элемента НЕ I9, связанного также с выходом D-триггера 17, элемента И 20, первым входом подключенного к выходу линии 16 задержки, а вторым— ремещениях объекта записывается в виде двоичных кодов в регистрах 26, 4 каналов 7, 8 измерения перемещений по координатам

X, Y. Блок 6 формирования импульсов записи формирует поочередные импульсы возбуждения в пьезоэлементах 3, 4 по приходу импульсов из устройства 5 считывания, 1 з.п, ф-лы, 3 ил. к выходу элемента НЕ 19, формирователей

21, 22 импульсов записи, соединенных соответственно с элементами И 18,20, выходами подключеных к пьезоэлементам 3,4, Канал измерения перемещений по координате Х выполнен в виде последовательно соединенных RS-триггера 23, элемента И . 24, счетчика 25, регистра 26. Канал измерения перемещений по координате Y также выполнен в виде последовательно соединенных RS-триггера 27, элемента И 28, счетчика 29, регистра 30, R-входы RS-триггеров

23, 27 связаны с выходом элемента ИЛИ 12, S-вход RS-триггера 23 и установочный вход счетчика 25 — с выходом элемента И 18, Sвход RS-триггера 27 и установочный вход счетчика 29 — с выходом элемента И 20, тактовые входы регистров 26, 30 - с выходом линии 13 задержки, вторые входы элементов И 24, 28 соединены с выходом генератора 9 импульсов. Магнитная головка 10 (фиг. 2) состоит из стержня 31, корпуса 32 и обмотки 33.

Преобразователь работает следующим образом.

При включении преобразователя на вход "Запуск" элемента ИЛИ 12 подается импульс тока из внешней цепи, При этом

RS-триггеры 23, 27 переключаются в нулевое состояние. Одновибратор 14 вырабатывает импульс, который поступает на тактовый вход D-триггера 17 и одновременно задерживается в линии 15 задержки на время его срабатывания, D-триггер 17 из начального нулевого состояния переключается в единичное, С его выхода высокий потенциал логической единицы подается одновременно на вход элемента НЕ 19 и элемента И 18. В этот же момент времени на другой вход элемента И 18 и линию 16 задержки поступает импульс с линии 15 задержки. В последней он задерживается на. время срабатывания элементов НЕ 19 и, И

18, включенных параллельно. С выхода элемента И 18 импульс поступает одновременно на 3-вход R-триггера 23, обнуляющий вход счетчика 25, и через формирователь 21

25 (30

1696845

10

20

30

55 импульсов записи возбуждает ультразвуковую волну в звукопроводе 1 посредством пьезоэлемента 3, вследствие пьезоэффекта.

Элемент И 20 he пропускает импульс, так как с выхода элемента НЕ 19 на один из его входов .-адан низкий потенциал логического нуля, следовательно, канал измерения перемещения по координате Y будет закрыт. При подаче импульса на S-вход RSтриггера 23 он переводится в единичное состояние, счетные импульсы с генератора

9 импульсов проходят через элемент И 24 и считаются в счетчике 25. Через время ц = —, где Х вЂ” кратчайшее расстояние межХ.

V ду пьезоэлементом 3 и магнитной головкой

10; V — скорость звука в эвукопроводе 1.

Ультразвуковая волна доходит до магнитной головки 10, связанной с объектом перемещений, и вследствие обратного магнитострикционного эффекта, наводит в ней импульс ЭДС, Этот импульс через формирователь 11 импульсов считывания, элемент ИЛИ 12 поступает на вход линии 13 задержки и R-входы RS-триггеров 23, 27, RS-триггер 23 переводится в нулевое состо. яние, а RS-триггер 27 остается в прежнем нулевом состоянии. Элемент И 24 закрывается, а в счетчике 25 будет записан двоичный код количества счетных импульсов, соответствующий времени. распространения t1 ультразвуковой волны по звукопроводу 1 от момента ее возбуждения до момента приема, а следовательно, и перемещению объекта контроля по координате Х. Линия

13 задержки задерживает прохождение импульса на время срабатывания RS-триггера.

23; элемента И 24 и счетчика 25. Затем импульс с выхода линии 13 задержки поступает на вход одновибратора 14 и одновременно на тактовый вход регистра

26, который срабатывает по фронту импульса. Код из счетчика 25 переписывается в регистр 26.

Второй импульс с выхода одновибратора 14 переводит D-триггер 17 в нулевое состояние и задерживается одновременно в линии 15 задержки на время его срабатывания. Так как элемент И 18 при этом закрывается, то импульс с выхода линии 15 задержки проходит линию 16 задержки и поступает на вход элемента И 20, на втором входе которого находится также высокий потенциал, поступивший с выхода элемента

НЕ 19. Элемент И 20 открывается, с его. выхода импульс через формирователь 2 импульсов записи и пьезоэлемент 4 возбуждает ультразвуковую волну в звукопроводе 1, одновременно с этим обнуляет счетчик 29 и переводит RS-триггер 27 в единичное состояние. Канал измерения перемещения по координате X в это время закрыт. Счетные импульсы с генератора 9 импульсов проходят через элемент И 28 и с итываются в счетчике 29. Через время

tz= —, V где Y — кратчайшее расстояние между пьезоэлементом 4 и магнитной головкой 10, ул ьтразвуковая вол на доходит до магнитной головки 10 и наводит в ней импульс ЭДС.

Этот импульс через формирователь 11 импульсов считывания оставляет RS-триггер

23 в прежнем состоянии, переводит RSтриггер 27 в нулевое состояние и одновременно поступает в линию 13 задержки.

Элемент И 28 закрывается, в счетчике 29 будет записан двоичный код, соответствующий времени t2 распространения ультразвуковой волны по звукопроводу 1, а следовательно, и перемещению объекта контроля по координате Y.

С выхода линии 13 задержки импульс переписывает код счетчика 29 в регистр 30 и одновременно запускает одновибратор

9. Далее повторяется процесс измерения и преобразования объекта контроля по координате Х, Импульс на вход одновибратора 14 подается с выхода линии 13 задержки с той целью, чтобы обнуление счетчиков 25, 29 происходило не раньше записи кодов в регистры 26, 30. Преобразователь можно использовать для контроля двухкоординатных. перемещений в диэлектрической жидкости, находящейся в сосуде, стенки которого выполнены их неферромагнитного материала.

Для этого достаточно поместить в жидкость магнитную головку, жестко связанную с объектом контроля, а под дном сосуда разместить плоскость преобразователя (фиг.3).

Ультразвуковые волны возбуждаются и распространяются не в воздухе, а в плоскости из магнитострикционного материала, что повышает помехоустойчивость преобразователя к высокочастотным шумовым поме-. хам. . Предлагаемое устройство обеспечивает независимость измерения перемещений от поворотов и вращения объекта контроля вокруг собственной оси, что обусловлено конструкцией магнитной головки, Формула изобретения

1. Дискретный магнитострикционный преобразователь перемещений, содержащий эвукопровод из магнитострикционного материала, укрепленные на нем записывающие элементы и соединенный с ними блок формирования импульсов записи, считывв1696845

Фю3

Фиг. 5

Составитель И,Юрьева

Техред M.Mîðãåí Tàë Корректор M,Øàðoøè

Редактор А.Мотыль

Заказ 4295 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 101 ющий элемент и соединенный с ним блок считывания, и блок измерения перемещений, о т л и ч а ю щ и и с ч тем, что, с целью расширения области применения и повышения информативности, звукопровод выполнен в виде квадратной пластины, записывающие элементы выполнены в виде пьезопреобраэователей и установлены на двух смежных ее сторонах, считывающий элемент выполнен в виде магнитной головки, установленной с воэможностью перемещения относительно звукопровода, блок измерения перемещений выполнен в виде генератора импульсов и соединенных с ним двух идентичных каналов измерений перемещений по координатам.Х и У, блок считывания выполнен в виде последовательно соединенных элемента ИЛИ и линии задержки, формирователя импульсов считывания, входом соединенного со считывающей магнитной головкой, а выходом — с первым входом элемента ИЛИ, второй вход которого соединен с кнопкой "Запуск", блок формирования импульсов записи выполнен в виде последовательно соединенных одновибратооа, первой и второй линии задержки

О-триггера, С-вход которого соединен с выходом одновибратора, О-вход — с его инверсным выходом, первого элемента И, первый вход которого соединен с выходом первой линии задержки, второй вход — с приемным входом О-триггера, последовательно соединенными элементом HIE и вторым элементом И, вход элемента НЕ соединен с приемным входом О-триггера, второй вход второго элемента И соединен с выходом второй линии задержки, первым формирователем импульсов записи, вход которого соединен с выходом первого элемента И, а

5 выход — с первым пьезоэлементом. вторым формирователем импульсов записи, вход которого соединен с выходом второго элемента И, выход — с вторым пьезоэлементом, а вход одновибратора соединен с выходом

10 линии задержки блока считывания, каждый канал измерения перемещения выполнен в виде последовательно соединенных RSтриггера, элемента И, счетчика и регистра памяти, установленные входы триггеров

15 объединены и соединены с выходом генератора импульсов, тактовые входы регйстров памяти соединены с выходом линии задержки блока считывания, установочный вход счетчика канала измерения по координате

20 Х объединен с информационным входом

RS-триггера того же канала и соединен с выходом первого элемента и блока формирования импульсов записи, установочный вход счетчика канала измерения перемеще25 ния по координате Y объединен с информационным входом триггера того же канала и соединен с выходом второго элемента и блока формирования импульсов записи, а выходы регистров памяти являются выходами

30 каждого канала измерения.

2. Преобразователь по п.1, о т л и ч а юшийся тем, что магнитная головка выполнена в виде цилиндрического корпуса и стержня с обмоткой, установленного коак35 сиально.