Ультразвуковой наклономер

 

Устройство содержит: 1 кольцевой магнитострикционный звукопровод (1), 1 поводок (2), 1 поляризатор (3), 1 шарнир (4), 1 акустический поглотитель (5), 1 отражатель (6), 1 сосредоточенный элемент считывания (7), 1 генератор импульсов (8), 1 усилитель записи (9), 1 усилитель - формирователь считывания (10), 1 блок кодирования и вычислений (11), 1 шину управления (12), n - шин данных (13), m - шин знака наклона (14), 12-8-9-5, 7-10-11-13, 8-11-14. По разные стороны от акустического поглотителя размещены отражатель и сосредоточенный элемент считывания, установленные так же, как и поглотитель, на звукопроводе. Шарнир расположен в центре оси звукопровода и соединен посредством поводка с поляризатором, размещенным на звукопроводе и выполненном с возможностью перемещения вдоль него. 3 ил.

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для измерения и контроля углового отклонения объекта. Целью изобретения является повышение разрешающей способности преобразователя за счет увеличения базы прохождения упругой волной С-образного акустического тракта. На фиг. 1 приведена структурная схема ультразвукового наклономера; на фиг. вариант выполнения его блока кодирования и вычислений; на фиг.3 основные временные диаграммы, поясняющие работу ультразвукового наклономера. Ультразвуковой наклономер (фиг.1) содержит С-образный звукопровод 1 из магнитострикционного материала с радиусом закругления R, поводок 2, поляризатор 3, шарнир 4, акустический поглотитель 5, отражающую нагрузку 6, сосредоточенный элемент 7 считывания, генератор 8 импульсов, усилитель 9 записи, усилитель-формирователь 10 считывания, блок 11 кодирования и вычислений, шину 12 управления, n-шины 13 данных и m-шины 14 знака наклона. Магнитострикционный звукопровод 1 заключен в акустический поглотитель 5. С одной стороны от него на звукопроводе 1 неподвижно закреплен сосредоточенный элемент 7 считывания, подключенный через усилитель-формирователь 10 считывания и сигнальному входу блока 11 кодирования и вычислений, а с другой стороны отражающая нагрузка 6. На рабочей части звукопровода 1 закреплен поляризатор 3, выполненный с возможностью перемещения, кинематически подключенный через поводок 2 и шарнир 4 к осевому центру звукопровода 1. Выход усилителя 9 записи гальванически подключен к звукопроводу 1 через акустический поглотитель 5. Его вход соединен с опорным входом блока 11 кодирования и вычислений, а также с выходом генератора 8 импульсов, вход которого подключен к шине 12 управления. Первая и втоpая группы выходов блока 11 кодирования и вычислений подключены к шинам 13 данных и шинам 14 знака наклона соответственно. Ультразвуковой наклономер работает следующим образом. Первоначально преобразователь (фиг.1) находится в заблокированном состоянии. По сигналу "Разрешение" (фиг.3а), подаваемому по шине 12 управления, он переводится в режим работы. Запускается генератор 8 импульсов, вырабатывающий прямоугольные видеоимпульсы с частотой опроса первичного преобразователя f_оп 1/Т_оп (фиг.3,б), которые проходят на опорный вход блока 11 кодирования и вычислений и вход усилителя 9 записи. Производится обнуление счетчиков 20-22 блока 11 кодирования и вычислений и возбуждение усилителя 9 записи. На его выходе формируется токовый сигнал записи, который проходит в среду магнитострикционного звукопровода 1 и возбуждает под поляризатором 3 упругую волну кручения вследствие магнитомеханического преобразования (эф. Видемана). Эта волна в следующий момент времени распространяется в обе стороны по С-образному звукопроводу 1. Так, распространяясь в сторону сосредоточенного элемента 7 считывания, упругая волна достигает его через искомое время T₁= (1) где l₁ расстояние от сосредоточенного элемента 7 считывания до поляризатора 3 по огибающей звукопровода 1 и считывается вследствие магнитоупругого преобразования (эф. Виллари). Поступая на вход усилителя-формирователя 10 считывания, аналоговый сигнал (фиг.3.в) усиливается, преобразуется в прямоугольный видеоимпульс (фиг.3.г) и проходит на сигнальный вход блока 11 кодирования и вычислений, переключая его Т-триггер 15 (фиг.2, фиг.3.е,ж). По фронту его сигнала переключается второй Т-триггер 16 (фиг.3.д), что вызывает запуск измерительного генератора 17 (фиг.3.з,и,к). Его счетные сигналы, следующие с частотой дискретизации временного интервала перемещения f_о 1/Т_о, проходят на входы логических элементов 18, 19 И и подсчитываются первым счетчиком 20 (фиг.3,з). Импульсы генератора 17 одновременно проходят через открытый второй логический элемент 19 И на счетный вход третьего счетчика 22 (фиг.3.и) и накапливаются, формируя код перемещения N₁= T₁f_o= · f_o (2) Другая упругая волна распространяется по звукопроводу 1 в сторону отражающей нагрузки 6, достигает ее, испытывает отражение без изменения фазы и профиля волны и распространяется в сторону сосредоточенного элемента 7 считывания, который достигает через искомое время T₂= (3) где l₂ расстояние от поляризатора 3 до отражающей нагрузки 6 по огибающей звукопровода 1. В результате на выводах сосредоточенного элемента 7 считывания формируется аналоговый сигнал считывания, преобразуемый в прямоугольный видеоимпульс усилителем-формирователем 10 считывания (фиг.3,г). Производится переключение Т-триггеров 15, 16, что ведет к останову измерительного генератора 17, блокированию логических элементов 18, 19 И и запуску одновибратора 23 (фиг.3.л), по сигналу которого устанавливаются в исходное состояние Т-триггеры 15, 16 (фиг.3,д,е,ж.). На выводах второго счетчика 21 формируется код перемещения N₂= T₂ f_o= · f_o (4)
а на выводах первого счетчика 20 код полного цикла преобразования перемещений, равный
N₃= T f_o= (T₁+T₂) f_o= 2 · f_o
определяющий угловое отклонение αобъекта от положения вертикали в относительных значениях. С выхода второго и третьего счетчиков 21, 22 коды (2), (4) поступают на входы второго вычитателя 25, где производится вычисление относительного значения кода углового отклонения объекта, равный удвоенной величине чувствительности перемещения
N₄= N₃-N₅= 2 · f_o
(7)
По относительным значениям кодов (6), (7) отклонения объекта от вертикали α= ll₁--l₂l/0,01745 R в третьем вычитателе 27 производится вычисление результирующего кода удвоенной разрешающей способности по перемещению, равный
N_x= N₄-N 2 · f_o
(8)
Знак кода (8) отклонения объекта вычисляет цифровой компаратор 28 и представляет его в виде m=3-разрядного кода
N_3н= N₃-N₅=
(9)
На выходе логического элемента 29 ИЛИ формируется сигнал (0/1), которым переключаются входы цифрового коммутатора 26, определяя однозначное прохождение кодов (6), (7) на входы третьего вычитателя 27 (8). С выходов блока 11 кодирования и вычислений код N_х проходит на n-шины 13 данных с формированием сигнала "Угол наклона". Код N_зн знака наклона с других выходов блока 11 проходит на m-шины 14 знака наклона, формируя сигнал "Знак наклона". На этом цикл преобразования завершается и преобразователь переходит в режим ожидания очередного цикла, который выполняется по сигналу генератора 8 импульсов. Таким образом, выполнение звукопровода первичного преобразователя С-образным с отражающей нагрузкой повышает в два раза его разрешающую способность при заданной частоте дискретизации временного интервала перемещения (8) по сравнению с прототипом. Кроме того, выполнение звукопровода металлическим позволяет одновременно повысить надежность, технологичность ультразвукового наклономера, способствуя расширению области технического приложения.

Формула изобретения

УЛЬТРАЗВУКОВОЙ НАКЛОНОМЕР, содержащий кольцевой звукопровод, акустический поглотитель, установленный на звукопроводе, генератор импульсов и блок кодирования и вычисления, отличающийся тем, что, с целью повышения разрешающей способности, в него введены усилитель записи, усилитель формирователь считывания, сосредоточенный элемент считывания, поляризатор, отражатель, поводок, шарнир и шины управления данных и знака наклона, при этом выход генератора импульсов подключен к опорному входу блока кодирования и вычисления и входу усилителя записи, выход которого соединен с акустическим поглотителем, по разные стороны от которого на звукопроводе размещены отражатель и сосредоточенный элемент считывания, подключенный к усилителю формирователю считывания, выход которого соединен с сигнальным входом блока кодирования и вычисления, первые и вторые выходы которого подключены соответственно к шинам данных и знака наклона, выход генератора импульсов подключен к шине управления, причем звукопровод выполнен из магнитострикционного материала, шарнир расположен в центре оси звукопровода и соединен посредством поводка с поляризатором, расположенным на звукопроводе и выполненным с возможностью перемещения вдоль него.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3

MM4A Досрочное прекращение действия патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Номер и год публикации бюллетеня: 29-2000

Извещение опубликовано: 20.10.2000        

---