Магнитострикционный преобразователь перемещений

 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения и контроля перемещения, скорости, ускорения в системах автоматического управления и регулирования. Цель изобретения - повышение помехоустойчивости. Преобразователь содержит делитель частоты, счетчик, дешифратор, блок памяти, мультиплексор, формирователь импульсов, регистры, измеритель длительности импульса, линии задержки. 3 ил.

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к устройствам для измерения и контроля перемещения, применяемым в системах автоматического управления и регулирования.

Известен преобразователь линейных перемещений в код, содержащий последовательно соединенные одновибратор, усилитель записи, элемент записи с подмагничиванием, магнитострикционный звукопровод, элемент считывания с подмагничиванием, предусилитель и усилитель-формирователь, последовательно соединенные триггер и генератор, при этом выход триггера соединен с одновибратором, входную и выходную шины, стабилизатором напряжения, соединенным с звукопроводом, последовательно соединенными коммутатором, первым регистром, делителем, вторым регистром, третьим регистром и компаратором, четвертым регистром, включающим между выходом коммутатора и входом делителя, линией задержки, включенной между выходом коммутатора и входами второго и третьего регистров, и блоком автоматической регулировки усиления (АРУ), входы которого соединены с выходами одновибратора и усилителя-формирователя, а выход - с усилителем записи, выход коммутатора соединен с входами генератора и триггера, выход генератора соединен с входами первого и четвертого регистров, выход второго регистра соединен с входом компаратора, вход триггера и соединенные входы одновибратора, генератора и блока АРУ соединены с входной шиной, выходы триггера, одновибратора, второго регистра, компаратора и блока АРУ соединены с выходной шиной [1].

Недостатком преобразователя является низкая помехоустойчивость вследствие отсутствия проверки сигнала на наличие помехи.

Известен преобразователь линейных перемещений, содержащий звукопровод со свободным концом из магнитострикционного материала, акустический демпфер, элемент подмагничивания и элемент записи-считывания, при этом элемент подмагничивания выполнен с возможностью перемещения вдоль звукопровода и предназначен для кинематической связи с объектом контроля, звукопровод U-образным, а элемент записи-считывания выполнен длиной, равной длине ветви звукопровода, и размещен на одной ветви звукопровода с акустическим демпфером [2].

Недостатком преобразователя является низкая помехоустойчивость вследствие отсутствия проверки сигнала на наличие помехи.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому положительному эффекту является магнитострикционный преобразователь линейных скоростей в код, содержащий звукопровод, выполненный из магнитострикционного материала, на концах которого расположены демпферы, постоянные магниты, расположенные над катушкой записи, первой и второй катушками считывания, первая катушка считывания расположена на контролируемом объекте и соединена через первый усилитель-формирователь с S-входом первого RS-триггера и первым входом второго RS-триггера, вторая катушка соединена через второй усилитель-формирователь с S-входом третьего RS-триггера и вторым входом второго RS-триггера, тактовый генератор, выход которого соединен с R-входом первого и второго RS-триггеров и через формирователь импульсов записи - с катушкой записи, генератор образцовой частоты, выход которого соединен с первым входом элемента И, выход которого соединен с первым входом счетчика, катушка записи и вторая катушка считывания расположены на контролируемом объекте вдоль звукопровода, причем первая и вторая катушки считывания расположены симметрично относительно катушки записи, выход тактового генератора соединен со вторым входом счетчика, выходы первого и второго RS-триггеров соединены со входами элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, выход которого соединен со вторым входом элемента И [3].

Недостатком преобразователя является низкая помехоустойчивость вследствие отсутствия проверки сигнала на наличие помехи.

Задача изобретения - повышение помехоустойчивости за счет введения новых элементов в схему.

Задача решается тем, что в магнитострикционный преобразователь перемещений, содержащий тактовый генератор, два усилителя-формирователя, три RS-триггера, элемент И, первый счетчик и звукопровод, выполненный из магнитострикционного материала, на концах которого установлены демпферы, в поле магнитного воздействия звукопровода размещены постоянные магниты и катушки записи и считывания, причем первый и второй постоянные магниты индуктивно связаны соответственно с катушкой записи и с катушкой считывания, последняя из которых через второй усилитель-формирователь подключена к S-входу второго триггера, катушка записи соединена с выходом первого усилителя-формирователя, выход элемента И подключен ко входу первого счетчика, в отличие от ближайшего аналога введены два счетчика, три дешифратора, блок памяти, мультиплексор, формирователь импульсов, два регистра, две линии задержки, дешифратор, измеритель длительности импульсов и делитель частоты, вход которого подключен к выходу тактового генератора, соединенному с входом второго счетчика, выход которого подключен к входу первого дешифратора, выход которого соединен с S-входом первого триггера, выход которого и выход делителя частоты подключен ко входу элемента И, выход которого соединен с первым информационным входом мультиплексора, второй информационный вход которого подключен к выходу блока памяти, а выход соединен со входом первого усилителя-формирователя, R-вход первого триггера соединен с выходом переполнения первого счетчика, информационный выход которого подключен к адресному входу мультиплексора и к входу второго дешифратора, выход которого соединен с S-входом третьего триггера, выход первого триггера через формирователь импульсов подключен к синхровходу первого регистра и к входу третьего счетчика, выход переполнения которого непосредственно соединен с R-входом первого RS-триггера и через первую линию задержки - с первым входом измерителя длительности импульсов и с входом сброса первого регистра, информационный вход которого подключен к выходу усилителя-формирователя, выход первого регистра соединен с входом третьего дешифратора, выход которого подключен к R-входу третьего триггера и через вторую линию задержки - к входу разрешения второго регистра, выход которого является выходом преобразователя, а информационный вход соединен с выходом измерителя длительности импульсов, второй вход которого подключен к выходу третьего RS-триггера.

На фиг. 1 и изображена схема преобразователя; на фиг. 2 и 3 - временные диаграммы его работы.

Магнитострикционный преобразователь перемещения содержит звукопровод 1, выполненный из магнитострикционного материала, на концах которого расположены демпферы, постоянные магниты 2 и 3, катушки 4 записи и 5 считывания, усилитель-формирователь 6 RS-триггеры 7, 8 и 9, тактовый генератор 10, усилитель-формирователь 11, элемент 12 М, счетчик 13, делитель 14 частоты, счетчик 15, дешифратор 16, блок 17 памяти, мультиплексор 18, счетчик 19, формирователь импульсов 20, регистр 21, дешифратор 22, измеритель 23 длительности импульса, линии 24 и 25 задержки, регистр 26, дешифратор 27. Катушка 5 считывания через усилитель-формирователь 6 подключен к S-входу триггера 7, а катушка 4 записи соединена с выходом усилителя-формирователя 11. Выход элемента 12 И подключен к входу счетчика 13. Вход делитель 14 частоты подключен к выходу тактового 10 генератора, соединенному с входом 15 счетчика, выход которого подключен к входу дешифратора 16, выход которого соединен с S-входом триггера 9, выход которого и выход делителя 14 частоты подключен к входу элемента 12 И, выход которого соединен с первым информационным входом мультиплексора 18, второй информационный вход которого подключен к выходу блока 17 памяти, а выход соединен с входом усилителя-формирователя 11, R-вход триггера 9 соединен с выходом переполнения счетчика 13, информационный выход которого подключен к адресному входу мультиплексора 18 и к входу дешифратора 27, выход которого соединен с S-триггера 8, выход триггера 7 через формирователь 20 импульсов подключен к синхровходу регистра 21 и к входу счетчика 19, выход переполнения которого непосредственно соединен с R-входом RS-триггера 7 и через линию 24 задержки - с первым входом измерителя 23 длительности импульсов и с входом сброса регистра 21, информационный вход которого подключен к выходу усилителя-формирователя 6, выход регистра 21 соединен с входом дешифратора 22, выход которого подключен к R-входу триггера 8 и через линию 25 задержки - к входу разрешения регистра 26, выход которого является выходом преобразователя, а информационный вход соединен с выходом измерителя 23 длительности импульсов, второй вход которого подключен к выходу RS-триггера 8.

Принцип работы преобразователя основан на следующем.

Посылка в канал передачи (звукопровод 1 из магнитострикционного материала) состоит из старт-импульса, информационного сигнала и кода. Старт-импульс служит сигналом для начала обработки принятой информации на приемной стороне. Код принятой посылки сравнивается с контрольным кодом и в случае их совпадения происходит обработка информационного сигнала (его запись в выходной регистр 26).

Тактовый генератор10 выдает сигнал с частотой f₁, которая уменьшается делителем 14 частоты до величины f₂. Код на выходе счетчика 15 функционально связан с количеством импульсов, направленных на вход счетчика 15 с выхода тактового генератора 10. Дешифратор 16 настроен так, чтобы сигнал на его выходе появлялся только при определенном коде на выходе счетчика 15, который соответствует началу периода измерения. Таким образом, длительность периода измерения определяется количеством импульсов с выхода тактового генератора 10. Счетчик 15 настроен так, чтобы максимальное количество импульсов, которое он может сосчитать, соответствовало длительности периода измерения. Итак, в начале цикла измерения на S-вход RS-триггера 10 с выхода дешифратора 16 поступает импульс, который устанавливает RS-триггер в единичное состояние. При этом открывается ключ, выполненный на элементе 12 И и на вход счетчика 13 и первый информационный вход мультиплексора 18 начинают поступать импульсы с выхода делителя 14 частоты. Счетчик настроен так, чтобы максимальное количество импульсов, которое он может сосчитать, равнялось количеству тактовых импульсов с выхода делителя 14 частоты, необходимых в одном цикле измерения (оно равно количеству разрядов кода с выхода блока 17 памяти плюс один для старт-импульса). После прихода последнего в цикле измерения импульса на вход счетчика 13 появляется сигнал на его выходе переполнения, который поступает на R-вход RS-триггера 9 и устанавливает его в нулевое состояние. При этом ключ на элементе 12 И закрывается и прекращается поступление импульсов на его выход. Дешифратора 27 настроен так, чтобы сигнал на его выходе появлялся при таком коде на информационном выходе счетчика 13, который соответствует последнему импульсу в цикле измерения преобразователя. Сигнал с дешифратора 27 поступает на S-вход RS-триггера 8 и устанавливает его в единичное состояние. Это момент времени t₁. Таким образом, счетчик 15 и дешифратор 16 определяют длительность периода измерения, а счетчик 13 количество импульсов с выхода делителя 14 частоты, необходимых в одном периоде измерения.

Код с выхода блока 17 памяти поступает на второй информационный вход мультиплексора 18 (его контрольный код, так как обработка сигнала на приемной стороне преобразователя происходит при условии равенства принятого и контрольного кода). Сигнал с выхода счетчика 13 подается на адресный вход мультиплексора 18. Таким образом, первый тактовый импульс в цикле измерения с выхода делителя 14 частоты с помощью счетчика 13 устанавливает мультиплексор в такое состояние, что сигнал на его выходе повторяет сигнал на его первом входе, т.е. сигнал с выхода элемента 12 И (это старт-импульс). Затем с приходом следующего импульса на вход счетчика 13 мультиплексор 18 переключается на второй вход и на его выходе появляется разряд параллельного кода с выхода блока 17 памяти. Затем таким же образом сигналы с остальных входов мультиплексора 18 появляются на его выходе. Сигнал с выхода мультиплексора 18 через усилитель-формирователь 11 попадает на вход катушки 4 записи в момент времени t^ʹ₁ . В результате прямого магнитострикционного эффекта на участке звукопровода 1, находящимся под катушкой 4 записи, возникает ультразвуковая волна, распространяющаяся по звукопроводу 1 из магнитострикционного материала. При взаимодействии с магнитным полем постоянного магнита 2, укрепленного на подвижном объекте, изменяется намагниченность магнитострикционного материала, что вызывает появление ЭДС в катушке 5 считывания в момент времени t^ʹ₂ . Таким образом, время задержки Δtʹ=t^ʹ₂-t^ʹ₁ пропорционально перемещению подвижного объекта.

В предлагаемом изобретении сначала в канал передачи, состоящего из звукопровода 1, передается старт-импульс (с выхода элемента 12 И), Это является сигналом для приемной стороны о начале цикла измерения. Затем в канал передачи передается контрольный код с выхода блока 17 памяти (этот код подается на второй информационный вход мультиплексора 18 в параллельном виде и снимается с его выхода в последовательном виде).

Принятый катушкой 5 считывания старт-импульс через усилитель-формирователь 6 попадает на S-вход RS-триггера 7 и устанавливает его в единичное состояние. При этом запускается формирователь импульсов 20, импульсы с выхода которого поступают на тактовый вход регистра 21. При этом частота этих импульсов должна быть равна f₂, т.е. частоте импульсов с выхода делителя 14 частоты, равной частоте передачи контрольного кода в канале передачи. Принятый сигнал с выхода катушки 5 также поступает на информационный вход регистра 21. Если частота сигнала с выхода формирователя импульсов 20 равна f₂, то приход каждого разряда кода на информационный вход регистра 21 совпадает по времени с приходом тактового импульса на его тактовый вход. Тогда сигнал с информационного входа регистра 21 переписывается на соответствующий выход. Таким образом, регистр 21 преобразует последовательный код в параллельный. Импульсы с выхода формирователя 20 импульсов поступают на входе кольцевого счетчика 19, который настроен на количество импульсов, равное количеству разрядов в посылке в канале передачи (количество разрядов контрольного кода плюс один разряд для старт-импульса). После принятия последнего разряда из канала передачи на выходе счетчика 19 появляется сигнал переполнения, который поступает на R-вход RS-триггера 7 и устанавливает его в нулевое состояние. Формирователь 20 импульсов прекращает формирование импульсов. Код с выхода регистра 21 поступает на вход дешифратора 22. Если этот код равен контрольному коду, то на выходе дешифратора 22 появляется сигнал, который поступает на R-вход RS-триггера 8 и устанавливает его в нулевое состояние. Это момент времени t₂. Так как t₁=t^ʹ₁ , а t₂=t^ʹ₂ для последнего импульса в посылке канала передачи (см. временные диаграммы), то Δt=t₁-t₂=Δtʹ . В данном преобразователе информационный сигнал заменяется на последний разряд кода в посылке канала передачи. Таким образом, на второй вход измерителя 23 длительности импульса поступает импульс, длительность которого равна Δt=t₂-t₁ и прямо пропорциональна перемещению подвижного объекта, связанного с постоянным магнитом 2. На его выходе появляется код, пропорциональный перемещению подвижного объекта.

Сигнал с выхода переполнения счетчика 19 через линию 24 задержки подается на первый вход измерителя 23 длительности импульса (вход сброса) и вход сброса регистра 21 и устанавливает их в нулевое состояние. Линия 24 задержки нужна для того, чтобы измеритель 23 длительности импульса успел произвести измерения. Затем код с его выхода переписывается в регистр 26 по сигналу с дешифратором 23, поступившего через линию 25 задержки.

Сигнал на выходе преобразователя (регистра 26) появляется только в том случае, если контрольный код с выхода блока 17 памяти совпадет с кодом, принятым катушкой 5 считывания. Если в канале передачи действует помеха, которая была принята на приемной стороне, то код на входе дешифратора 22 не совпадает с контрольным кодом и на выходе дешифратора 22 сигнала не будет. Число с выхода измерителя 26 временных интервалов не будет переписано в регистр 26 и не появится на выходе преобразователя.

Формула изобретения

Магнитострикционный преобразователь перемещений, содержащий тактовый генератор, два усилителя-формирователя, три RS-триггера, элемент И, первый счетчик и звукопровод, выполненный из магнитострикционного материала, на концах которого установлены демпферы, в поле магнитного воздействия звукопровода размещены постоянные магниты и катушки записи и считывания, причем первый и второй постоянные магниты индуктивно связаны соответственно с катушкой записи и с катушкой считывания, последняя из которых через второй усилитель-формирователь подключена к S-входу второго триггера, катушка записи соединена с выходом первого усилителя-формирователя, выход элемента И подключен к входу первого счетчика, отличающийся тем, что в него введены два счетчика, три дешифратора, блок памяти, мультиплексор, формирователь импульсов, два регистра, две линии задержки, дешифратор, измеритель длительности импульсов и делитель частоты, вход которого подключен к выходу тактового генератора, соединенному с входом второго счетчика, выход которого подключен к входу первого дешифратора, выход которого соединен с S-входом первого триггера, выход которого и выход делителя частоты подключен ко входу элемента И, выход которого соединен с первым информационным входом мультиплексора, второй информационный вход которого подключен к выходу блока памяти, а выход соединен с входом первого усилителя-формирователя, R-вход первого триггера соединен с выходом переполнения первого счетчика, информационный выход которого подключен к адресному входу мультиплексора и к входу второго дешифратора, выход которого соединен с S-входом третьего триггера, выход первого триггера через формирователь импульсов подключен к синхровходу первого регистра и к входу третьего счетчика, выход переполнения которого непосредственно соединен с R-входом первого RS-триггера и через первую линия задержки - с первым входом измерителя длительности импульсов и с входом сброса первого регистра, информационный вход которого подключен к выходу усилителя-формирователя, выход первого регистра соединен с входом третьего дешифратора, выход которого подключен к R-входу третьего триггера и через вторую линию задержки - к входу разрешения второго регистра, выход которого является выходом преобразователя, а информационный вход соединен с выходом измерителя длительности импульсов, второй вход которого подключен к выходу третьего RS-триггера.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3