Устройство для преобразованияперемещения b код

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

Союз Советскик

Соцмалистическик

Республик (1)830469

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 27.07.79 (21) 2802822/18-24 с присоединением заявки №вЂ” (23) Приоритет— (51) М. Кл э

G 08 С 9/04

Гасударственный камнтет

Опубликовано 15.05.81. Бюллетень № 18

Дата опубликования описания 25.05.81 ло делам изобретений н открмтий (53) УДК 681.34 (088.8) (72) Автор изобретения

Г ь

В. М. Горбатенко

1 ! (I

I

i (71 ) Заявитель (54) УСТРОЛСТВО ДЛЯ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ПЕРЕМЕЩЕНИЯ

В КОД

Изобретение относится к системам автоматического преобразования аналогового сигнала в дискретный сигнал, а именно к устройствам для преобразования перемещения в код.

Известны преобразователи перемещения во временной интервал и перемещения во временной интервал и в код, служащие для преобразования линейных и угловых механических перемещений и содержащие магнитострикционную линию задержки, один из магнитострикционных преобразователей 1О которой выполнен подвижным относительно звукопровода и прикреплен к объекту перемещения. В таком преобразователе для получения информации о перемещении используется время распространения ультразвукового импульса между передающим и

15 приемным магнитострикционным преобразователями (1) .

Недостатком таких преобразователей является низкая точность преобразования, обусловленная во-первых температурной ао нестабильностью скорости звука в материале звукопровода, а во-вторых — большой величиной скорости звука вызывающей необходимость измерения малых временных интервалов.

Наиболее близким техническим решением к данному изобретению является устройство для преобразования перемещения в код, содержащий магнитострикционнный звукопровод, концы которого связаны с поглотителем звуковых волн, натянутый параллельно направлению перемещения подвижного объекта, магнитострикционный преобразователь-передатчик, закрепленный на неподвижном основании, магнитострикционный преобразователь-приемник, закрепленный на подвижном объекте, управляемый генератор и формирователь выходного сигнала (2).

В качестве информации о перемещении объекта используется период импульсов генерируемых устройством, который равен сумме времени распространения ультразвукового импульса по звукопроводу между передающим и приемным преобразователями и времени задержки импульса в формирователе выходного сигнала.

Недостатком такого устройства является низкая точность преобразования перемещений во временной интервал, обусловленная

830469

50 автогенератора 17, управляемого напряжением, усилителя 18 формирователя импуль-, 55 температурной нестабильностью скорости звука в материале звукопровода.

Цель изобретения — повышение точности устройства.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для преобразования перемещения в код введены управляемый генератор, фазовый детектор, два делителя частоты два преобразователя частоты, преобразователь фазы в код и дополнительный магнитострикционный преобразователь-приемник, расположенный на неподвижном основании, выход управляемого генератора подключен к входам первого и второго делителей частоты и к первому входу преобразователя фазы в код, выход первого делителя частоты соединен с первым входом первого преобразователя частоты, с магнитострикционным преобразователем-передатчиком и с первым входом фазового детектора, выход второго делителя частоты соединен с вторыми входами первого и второго преобразователей частоты, выход основного магнитострикционного преобразователя-приемника соединен с первым входом второго преобразователя частоты, выход дополнительного магнитострикционного преобразователя-приемника подключен к второму входу фазового детектора, выход которого соединен с входом управляемого генератора, выходы первого и второго преобразователей частоты соединены соответственно с вторым и третьим входами преобразователя фазы в код.

На чертеже представлена функциональная схема устройства.

Устройство содержит магнитострикционный звукопровод 1, поддерживающий в натянутом состоянии пружиной 2, на. одном конце звукопровода расположен поглотитель 3 ультразвуковых волн, вдоль звукопровода 1 размещены магнитострикционный преобразователь-передатчик 4, основной магнитострикционный преобразовательприемник 5, дополнительный магнитострикционный преобразователь-приемник 6. Преобразователи 4 — 6 выполнены идентичными по конструкции и содержат катушки 7 — 9 намотанные на звукопровод 1, постоянные магниты 10 — 12 и резонансные узкополосные согласующие трансформаторы 13 — 15, причем между катушками 7 — 9 и звукопроводом 1 имеется зазор. Магнитострикционные преобразователи 4 и 6 закреплены на неподвижном основании устройства, а преобразователь 5 закреплен на объекте перемещения и может перемещаться вместе с ним вдоль звукопровода. Устройство содержит также управляемый генератор 16, который управляется по частоте напряжением и состоит из сов с логическими уровнями и усилителя 19 постоянного тока, который является одновременно и фильтром нижних частот, первый

1О

2О

25 зо делитель 20 частоты с коэффициентом деления и, второй делитель 21 частоты с кс». -фициентом деления m не равным п, фазовый детектор 22, состоящий из резонансного усилителя 23 и детектирующего каскада 24, первый преобразователь 25 частоты, состоящий из смесителя 26, фильтра 27 нижних частот и усилителя-формирователя

28 опорных фазовых импульсов, второй преобразователь 29 частоты, состоящий из смесителя 30, фильтра 31 нижних частот и усилителя-формирователя 32 фазовых импульсов и преобразователя 33 фазы в код.

Устройство работает следующим образом.

Генератор 16 вырабатывает сигнал частотой f в форме меандра, частота которого делится на и делителем 20 и íà m делителем 21. Сигнал частотой f/è с выхода делителя 20 поступает на узкополосный магнитостриционный преобразователь-передатчик 4, настроенный на частоту f/è, который возбуждает в звукопроводе синусоида Ibную продольную ультразвуковую волну, бегущую вправо по магнитострикционному звукопроводу 1 и возбуждающую в магнитострикционных преобразователях-приемниках

5 и 6, настроенных на ту же частоту, гармонические напряжения частотой, фаза которых зависит от места расположения преобразователей 5 и 6 на звукопроводе. Волна, бегущая влево от преобразователя 4, отражается от левого конца звукопровода и складывается с волной бегущей вправо, усиливая ее, если расстояние между точкой закрепления левого конца звукопровода 1 и катушкой 7 равно четному числу полуволн.

Сигнал с преобразователя 6 поступает на один из входов фазового детектора 22, на второй вход которого поступает опорный сигнал частотой f/è с выхода делителя 20.

Сдвиг между фазами этих двух сигналов определяется временем распространения ультразвуковой волны между преобразователями 4 и 6 и составляет ье =.

Л где -длина участка звукопровода между преобразователями 4 и 6, 31 - длина волны в звукопроводе.

С выхода фазового детектора 22 напряжение, пропорциональное cos Ь<р подается на вход управления частотой генератора 16 и перестраивает его частоту таким образом, чтобы приблизить к нулю напряжение на управляющем входе генератора 16, и следовательно, приблизить величину 2g - к 2 (Hi„( где — целое число, а N + —, — — полное число длин волн, укладывающихся на отрезке звукопровода длиной между катушками 7 и 9 преобразователей 4 и 6. Благодаря этому стабилизируется длина волны .

Сдвиг между фазой сигнала, снимаемого с подвижного преобразователя 5 и фазой

830469 сигнал подаваемого на преобразователь 4

Х

> равен 2 Я вЂ”, где х — расстояние между

Х преобразователями 4 и 5. Таким образом, перемещение объекта оказывается преобразованным в сдвиг фазы, причем крутизна преобразования перемещение-фаза равна

1/23 . Поскольку А стабилизирована, то оказывается стабилизированной и крутизна преобразования перемещение — фаза.

Изменение фазы сигнала, снимаемого с преобразователя 5, пропорциональное перемещению объекта, преобразуется в цифровой î код счетно-импульсным методом с помощью преобразователя 33 фаз-код после предварительного понижения частоты этого сигнала преобразователем 29 частоты.

Сигнал частотой f/ï с преобразователя 5 ss поступает на первый вход смесителя 30, на второй вход которого поступает гетеродинный сигнал частотой f/è от делителя 21. Самая низкая частота в спектре на выходе смесителя 30 составляет f(n — m)/n m, остальные спектральные составляющие имеют частоты в два и более раз превышающие это значение, и легко подавляются фильтром !

31 нижних частот. Гармонический сигнал частотой f(n — m}/è m с выхода фильтра 31 проходит через усилитель-формирователь 32, где он усиливается и из него формируются фазовые импульсы, поступающие на второй вход преобразователя 33 фаза-код. Преобразователь 25 частоты точно таким же образом, как и преобразователь 29 частоты, формирует опорные фазовые импульсы такой же частоты f (и — m)/ï m, поступающие на первый вход преобразователя 33 фазакод.

Для повышения разрешающей способности преобразования фазы в код желательно, чтобы и и m были большими и близкими друг к другу числами: Целесообразно выбирать m = и — 1 в этом случае, разрешаю щая способность будет 2 /и (и — 1).

Экономический эффект от использования устройства для преобразования перемещения в код обусловлен отмеченными выше его техническими преимуществами.

Формула изобретения

Устройство для преобразования перемещения в код, содержащий магнитострикционный звукопровод, один конец которого связан с пружиной, а другой — с.поглотителем звуковых волн, магнитострикционный преобразователь-передатчик, закрепленный на неподвижном основании, магнитострикционный преобразователь-приемник, закрепленный на подвижном объекте, отличающее.ся тем, что, с целью повышения точности устройства, в него введены два делителя частоты управляемый генератор, фазовый детектор, два преобразователя частоты, преобразователь фазы в код и дополнительный магнитострикционный преобразователь-приемник, расположенный на неподвижном основании, выход управляемого генератора подключен к входам первого и второго делителей частоты и к первому входу преобразователя фазы в код, выход первого делителя частоты соединен с первым входом первого преобразователя частоты, с магнитострикционным преобразователем-передатчиком и с первым входом фазового детектора, выход второго делителя частоты соединен с вторыми входами первого и второго преобразователей частоты, выход основного магнитострикционного преобразователя-приемника соединен с первым входом второго преобразователя частоты, выход дополнительного магнитострикционного преобразователя-приемника подключен к второму входу фазового детектора, выход которого соединен с входом управляемого генератора, выходы первого и второго преобразователей частоты соединены соответственно с вторым и третьим входами преобразователя фазы в код.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР № 262518, кл. G 08 С 9/04, 1968.

2. Авторское свидетельство СССР № 190244, кл. G 08 С 9/04, 1964 (прототип) .

830469

Составитель И. Назаркина

Редактор Н. Воловик Техред А. Бойкас Корректор М. Шароши

Заказ 3711/80 Тираж 691 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП «Патент», г. Ужгород, ул. Проектная, 4