Преобразователь линейных перемещений

 

Изобретение относится к автоматике, в частности к устройствам, преобразующим механические колебания в цифровой код. Преобразователь содержит звукопровод, выполненный из магнитострикционного материала, с демпферами на концах. По всей длине звукопровода равномерно распределена обмотка записи. На контролируемом объекте закрепляется подвижный постоянный магнит. На звукопроводе установлена также считывающая обмотка с неподвижным постоянным магнитом. Количество импульсов кварцевого генератора за время между появлениями импульсов записи и считывания подсчитывается двоичным счетчиком. Особенностью преобразователя является то, что в его схему введен формирователь запирающих импульсов. Формирователь запирающих импульсов на время действия переходного процесса во входной цепи приемного тракта преобразователя запрещает работу компаратора, подключенного к выходу приемного тракта. Введение формирователя запирающих импульсов позволяет исключить ложные срабатывания компаратора при совпадении информационных сигналов с синхронными электромагнитными помехами и тем самым повысить помехоустойчивость преобразователя. 2 ил.

Изобретение относится к автоматике, в частности к устройствам, преобразующим механические перемещения в цифровой код.

Известен преобразователь перемещений, содержащий неподвижный магнитострикционный звукопровод, концы которого соединены с демпферами, последовательно соединенные катушку записи и усилитель-формирователь импульсов записи, катушку считывания, соединенную с усилителем-формирователем импульсов считывания, который соединен с RS-триггером, управляющим коммутацией линий задержки, элементы И, сравнивающие результаты прохождения импульсов, и элемент памяти [1].

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является преобразователь, содержащий звукопровод, выполненный из магнигострикционного материала, два демпфера, установленных на концах звукопровода, усилитель-формирователь импульсов возбуждения и подключенную к его выходу неподвижно установленную на звукопроводе катушку возбуждения с постоянным магнитом, установленную на звукопроводе с возможностью перемещения вдоль звукопровода приемную катушку с постоянным магнитом, подключенный к выходу последней усилитель-формирователь приемных синалов, последовательно соединенные генератор импульсов, линию задержки, коммутатор, вторую линию задержки и второй коммутатор, выход которого подключен к первому входу усилителя-формирователя импульсов возбуждения, подключенные к выходу первой линии задержки последовательно соединенные третий коммутатор, третью линию задержки и четвертый коммутатор, выход которого подключен к второму входу усилителя-формирователя импульсов возбуждения, последовательно соединенные генератор опорной частоты, счетчик импульсов и блок памяти, RS-триггер, первый и второй элементы И и четвертую линию задержки, выход генератора импульсов подключен к R-входу RS-триггера, выход усилителя-формирователя приемных сигналов подключен к S-входу RS-триггера и входу четвертой линии задержки, выход которой подключен к информационным входам первого и третьего коммутаторов и первым входам первого и второго элементов И, а вторые выходы второго и четвертого коммутаторов подключены к вторым входам соответственно первого и второго элементов И, последовательно соединенные датчик случайных чисел, запоминающий регистр, мультиплексор, подключенные к выходу первой линии задержки, последовательно соединенные пятый коммутатор, пятую линию задержки, шестой коммутатор, третий элемент И, элемент ИЛИ и шестую линию задержки, выход которой подключен к входу сброса счетчика, и подключенные к выходу первой линии задержки последовательно соединенные седьмой коммутатор, седьмую линию задержки, восьмой коммутатор и четвертый элемент И, выход которого подключен ко второму входу элемента ИЛИ, выходы первого и второго элементов И подключены соответственно к третьему и четвертому входам элемента ИЛИ, выход которого подключен к управляющему входу блока памяти, выход четвертой линии задержки подключен к информационным входам пятого и седьмого коммутаторов, четыре выхода мультиплексора подключены к третьим входам соответственно первого и второго, третьего и четвертого, пятого и шестого, седьмого и восьмого коммутаторов, выход RS-триггера подключен к управляющему входу запоминающего регистра, выход генератора импульсов подключен к четвертым входам всех коммутаторов, выходы шестого и восьмого коммутаторов подключены соответственно к третьему и четвертому входам усилителя-формирователя импульсов возбуждения, выход первой линии задержки подключен к пятым входам первого, третьего, пятого и седьмого коммутаторов, а выходы первого и второго элементов И подключены соответственно к третьему и четвертому входам элемента ИЛИ [2].

Недостаток указанных преобразователей - низкая помехоустойчивость, обусловленная тем, что при совпадении информационных сигналов преобразователя с синхронными электромагнитными помехами, т.е. кратными по частоте информационным сигналам, преобразователь начинает воспринимать помехи как импульс считывания. Этим нарушается правильность показаний прибора.

Предлагаемое техническое решение направлено на повышение надежности работы преобразователя за счет исключения ложных срабатываний при подаче импульсов питания датчика.

Согласно техническому решению в преобразователь линейных перемещений, содержащий звукопровод, выполненный из магнитострикционного материала, два демпфера, установленных на концах звукопровода, обмотку записи, равномерно распределенную по всей длине звукопровода с подвижным постоянным магнитом, закрепленным на контролируемом объекте, установленную на звукопроводе обмотку считывания с постоянным магнитом, введены формирователь импульсов возбуждения, прямой выход которого через стабилизатор тока соединен с обмоткой записи, подключенный к выходу обмотки считывания входной каскад, который последовательно соединен с первым и вторым усилителями, выход второго усилителя подключен к компаратору, выход которого соединен со входом С триггера, выход триггера подключен к первому входу схемы управления, выход которой соединен с тактовым входом С двоичного счетчика, выход двоичного счетчика подключен к формирователю кода, с выхода которого снимается выходной цифровой код, кварцевый генератор, выход которого подключен к входу С формирователя импульсов возбуждения и третьему входу схемы управления, формирователь запирающих импульсов, прямой выход которого подключен к входу R компаратора, а инверсный выход соединен со входом R триггера и вторым входом схемы управления, вход формирователя запирающих импульсов подключен к выходу кварцевого генератора, инверсный выход формирователя импульсов возбуждения через формирователь импульсов подключен к входу двоичного счетчика.

На фиг. 1 представлена схема предлагаемого преобразователя линейных перемещений; на фиг.2 - временная диаграмма сигналов.

Преобразователь линейных перемещений содержит звукопровод 1, выполненный из магнитострикционного материала, два демпфера 4, установленных на концах звукопровода 1, формирователь импульсов возбуждения F1, прямой выход которого через стабилизатор тока ST подключен к обмотке записи 2, равномерно распределенной по всей длине звукопровода 1 с подвижным постоянным магнитом 6, закрепленным на контролируемом объекте, установленную на звукопроводе 1 обмотку считывания 3 с постоянным магнитом 5, подключенный к выходу последней входной каскад ВК, который последовательно соединен с первым U1 и вторым U2 усилителями, выход второго усилителя U2 подключен к компаратору, К выход которого соединен со входом С триггера Тр, выход триггера Тр подключен к первому входу схемы управления Е, выход которой соединен с тактовым входом С двоичного счетчика СТ2, выход двоичного счетчика СТ2 подключен к формирователю кода F4, с выхода которого снимается выходной цифровой код, кварцевый генератор G, выход которого подключен к входу С формирователя импульсов возбуждения F1 и третьему входу схемы управления Е, формирователь запирающих импульсов F2, прямой выход которого подключен к входу R компаратора К, инверсный выход формирователя запирающих импульсов F2 соединен со входом R триггера Тр и вторым входом схемы управления Е, вход формирователя запирающих импульсов F2 подключен к выходу кварцевого генератора G, инверсный выход формирователя импульсов возбуждения F1 через формирователь импульсов F3 подключен к входу двоичного счетчика СТ2.

Преобразователь работает следующим образом.

Усиленные импульсы тока возбуждения длительностью τ_пит (фиг.2, эпюра б), периодом повторения Т_зап (фиг.2, эпюра а) поступают в распределенную обмотку записи 2 и вдоль звукопровода 1 распространяется электромагнитное импульсное поле, при взаимодействии которого с магнитным полем перемещаемого постоянного магнита 6 в месте деформации магнитного состояния звукопровода 1 за счет прямого магнитострикционного эффекта (под магнитом), возникает продольная механическая волна напряжения, вызывающая механическую деформацию участка звукопровода 1. Вследствие упругости материала звукопровода эта волна будет распространяться в обе стороны от места ее возникновения со скоростью где G - модуль сдвига, ρ - удельная плотность материала звукопровода 1.

Импульс механической деформации, который распространяется в сторону демпферов 4, достигнув обмотки считывания 3, вследствие обратного магнитоупругого эффекта, наведет в ней через время (где Х - расстояние между обмоткой считывания 3 и магнитом 6) импульс ЭДС считывания (фиг.2, эпюра г) и, распространяясь дальше по звукопроводу 1, импульс механической деформации погашается в демпферах 4.

Положение перемещающегося магнита 6 определяется временным интервалом t_изм между импульсом записи и импульсом считывания (фиг.2, эпюра г), далее импульс, наведенный в обмотке считывания, поступает на входной каскад ВК промежуточного преобразователя. ВК предназначен для согласования выходного сопротивления датчика с входным сопротивлением измерительного канала, а также для увеличения помехоустойчивости за счет включения емкостей в тракт прохождения сигнала.

Далее сигнал поступает на усилительные каскады U1 U2, которые усиливают его. Выход усилительного каскада соединен с компаратором К, порог срабатывания которого настраивается на 2/3 амплитуды полезного сигнала, и в соответствии с перемещением сигнала, приходящего с датчика, на выходе К будет соответственно формироваться импульс, подаваемый на управляемый триггер Тр.

Управляемый триггер Тр представляет собой D-триггер с управлением по R-входу. На С-вход триггера поступает импульс с К, в результате чего на выходе Тр формируется временной импульс t_изм (фиг.2, эпюра ж), длительность которого будет однозначно определять измеряемое перемещение. Во время подачи в звукопровод 1 импульса тока записи в звукопроводе 1 и вокруг него возникает электромагнитное поле, которое наводит в выходной обмотке ЭДС значительной амплитуды, которая возбуждает во входной цепи приемного тракта переходной процесс длительностью τ_зап (фиг.2, эпюра г). Эта помеха вызывает ложное срабатывание триггера Тр и приводит к сбою в работе системы. Для того чтобы исключить влияние электромагнитного поля импульса записи на работу системы введен формирователь запирающих импульсов F2, который одновременно с импульсом записи формирует сигнал запрета длительностью τ_бл≥τ_зап (фиг.2, эпюра в), на время действия этого импульса триггер Тр и компаратор К отключаются.

Импульс с триггера Тр поступает на схему управления Е, где измеренный период заполняется образцовой частотой от стабильного кварцевого генератора G (фиг.2, эпюра д).

В передающую распределенную обмотку 2 датчика с формирователя F1 через стабилизатор тока ST подаются стабильные по частоте и амплитуде импульсы тока (фиг.2, эпюра б), стабильность по амплитуде достигается с помощью ключевого стабилизатора тока ST, выполненного на составных транзисторах с различным питанием для увеличения суммарного усиления тока, что позволяет уменьшить мощность в цепи управления ключом.

С выхода измерительного канала импульсы поступают на счетчик СТ2 для подсчета импульсов и выдачи двоичного кода, соответствующего перемещению датчика.

Формирователи импульсов F1, F2, F3 схемно реализованы на D-тригтерах, работающих в режиме одновибраторов, что обеспечивает генерацию под действием входных сигналов одиночных прямоугольных импульсов заданной длительности. Наличие хронирующей цепи и обратной связи, обеспечивающей регенеративные (лавинообразные) процессы переключения, обеспечивает достижение большей крутизны фронтов выходных импульсов и лучшей устойчивости к дестабилизирующим факторам.

С формирователя F1 подаются короткие, стабильные по частоте и амплитуде импульсы тока в передающую распределенную обмотку датчика (фиг.2, эпюра б), отрицательные импульсы данного формирователя служат для сброса счетчика СТ2 (фиг. 2, эпюра з), формирователь F2 служит для управления компаратором К, а именно для запирания во время действия переходного процесса во входной цепи приемного тракта (фиг.2, эпюра в), формирователь F3 отрицательным импульсом τ_уст разрешает параллельную загрузку счетчика СТ2 (фиг.2, эпюра и), формирователь F4 формирует параллельный 10-разрядный двоичный код.

Преимущество преобразователя заключается в том, что для исключения ложных срабатываний и, следовательно, сбоя в работе преобразователя в схему введен формирователь запирающих импульсов, который устраняет этот недостаток.

Таким образом, предлагаемая схема позволяет повысить помехоустойчивость (стабильность работы) преобразователя за счет исключения помех, создаваемых питанием датчика.

Источники информации 1. Авторское свидетельство СССР 1562700, кл. G 01 В 17/00, 1989.

2. Авторское свидетельство СССР 1742618, кл. G 01 В 17/00, 1992.

Формула изобретения

Преобразователь линейных перемещений, содержащий звукопровод, выполненный из магнитострикционного материала, два демпфера, установленных на концах звукопровода, обмотку записи, равномерно распределенную по всей длине звукопровода с подвижным постоянным магнитом, закрепленным на контролируемом объекте, установленную на звукопроводе обмотку считывания с постоянным магнитом, отличающийся тем, что в преобразователь введены формирователь импульсов возбуждения, прямой выход которого через стабилизатор тока соединен с обмоткой записи, подключенный к выходу обмотки считывания входной каскад, который последовательно соединен с первым и вторым усилителями, выход второго усилителя подключен к компаратору, выход которого соединен со входом С-триггера, выход триггера подключен к первому входу схемы управления, выход которой соединен с тактовым входом С двоичного счетчика, выход двоичного счетчика подключен к формирователю кода, с выхода которого снимается выходной цифровой код, кварцевый генератор, выход которого подключен к входу С-формирователя импульсов возбуждения и третьему входу схемы управления, формирователь запирающих импульсов, прямой выход которого подключен к входу R-компаратора, а инверсный выход соединен со входом R-триггера и вторым входом схемы управления, вход формирователя запирающих импульсов подключен к выходу кварцевого генератора, инверсный выход формирователя импульсов возбуждения через формирователь импульсов подключен к входу двоичного счетчика.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2