RU134631U1 - MAGNETOSTRICTION CONVERTER OF LINEAR MOVEMENTS - Google Patents

MAGNETOSTRICTION CONVERTER OF LINEAR MOVEMENTS Download PDF

Info

Publication number
RU134631U1
RU134631U1 RU2013117156/28U RU2013117156U RU134631U1 RU 134631 U1 RU134631 U1 RU 134631U1 RU 2013117156/28 U RU2013117156/28 U RU 2013117156/28U RU 2013117156 U RU2013117156 U RU 2013117156U RU 134631 U1 RU134631 U1 RU 134631U1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
transducer
amplitude
electro
amplifier
measuring device
Prior art date
Application number
RU2013117156/28U
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Иван Иванович Судаков
Андрей Павлович Сарайкин
Артем Андреевич Казанов
Алексей Игоревич Фомичёв
Original Assignee
ООО "ОКБ Вектор"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by ООО "ОКБ Вектор" filed Critical ООО "ОКБ Вектор"
Priority to RU2013117156/28U priority Critical patent/RU134631U1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU134631U1 publication Critical patent/RU134631U1/en

Links

Images

Landscapes

  • Length Measuring Devices Characterised By Use Of Acoustic Means (AREA)

Abstract

1. Магнитострикционный преобразователь линейных перемещений, включающий в себя измерительное устройство и электронный преобразователь, причем измерительное устройство выполнено в виде катушки возбуждения, намотанной на диэлектрическую трубку, вдоль которой может свободно двигаться магнитный позиционер (один или несколько), имеющий возможность соединения с контролируемым объектом, внутри диэлектрической трубки размещен звукопровод из материала с выраженным магнитострикционным эффектом, а на одном из концов звукопровода закреплен пьезоэлемент, при этом электронный преобразователь содержит ряд блоков, в том числе генератор электрических импульсов, усилитель и формирователь приемного сигнала, вычислитель, отличающийся тем, что пьезоэлемент измерительного устройства выполнен в виде электроакустического преобразователя, а электронный преобразователь включает в себя коммутатор, соединенный с упомянутым электроакустическим преобразователем и входом усилителя, и регулятор амплитуды, один из входов которого связан с генератором электрических импульсов, а выход - с коммутатором и катушкой возбуждения, при этом формирователь приемного сигнала выполнен в виде амплитудного селектора, включенного между выходом усилителя и вычислителем, выход которого соединен со вторым входом регулятора амплитуды.2. Магнитострикционный преобразователь линейных перемещений по п.1, отличающийся тем, что амплитудный селектор выполнен с возможностью отстройки помех при обнаружении ультразвукового сигнала путем изменения порога срабатывания по алгоритму, выработанному вычислителем.1. A magnetostrictive linear displacement transducer comprising a measuring device and an electronic transducer, the measuring device being made in the form of an excitation coil wound on a dielectric tube along which a magnetic positioner (one or several) can move freely, which can be connected to a controlled object, inside the dielectric tube there is a sound duct made of a material with a pronounced magnetostrictive effect, and at one end of the sound duct there is fixed a piezoelectric element, while the electronic transducer contains a number of blocks, including an electric pulse generator, an amplifier and a driver of a receiving signal, a calculator, characterized in that the piezoelectric element of the measuring device is made in the form of an electro-acoustic transducer, and the electronic transducer includes a switch connected to said electro-acoustic a converter and an amplifier input, and an amplitude regulator, one of the inputs of which is connected to an electric pulse generator, and the output to with a switch and an excitation coil, while the driver of the receiving signal is made in the form of an amplitude selector connected between the output of the amplifier and the computer, the output of which is connected to the second input of the amplitude controller. 2. The magnetostrictive linear displacement transducer according to claim 1, characterized in that the amplitude selector is configured to tune out interference when an ultrasonic signal is detected by changing the response threshold according to an algorithm developed by the calculator.

Description

Область техникиTechnical field

Полезная модель относится к измерительной технике, предназначенной для измерения и контроля линейного перемещения контролируемого объекта с помощью ультразвука. Может использоваться в различных механизмах и машинах, требующих контроля и точного измерения линейных перемещений, а также для измерения уровня жидкости в контролируемом резервуаре.The invention relates to a measurement technique designed to measure and control the linear movement of a controlled object using ultrasound. It can be used in various mechanisms and machines requiring control and accurate measurement of linear displacements, as well as for measuring the liquid level in a controlled tank.

Уровень техникиState of the art

Известны аналоги, предназначенные для измерения и контроля линейных перемещений.Known analogues designed to measure and control linear movements.

Например, известен патент RU №2347187 «Способ измерения линейных перемещений и устройство для его осуществления», в котором устройство, реализующее указанный способ измерения линейных перемещений, содержит магнитострикционный звукопровод, три усилителя, два фильтра, первый измеритель интервалов времени, первый и второй демпферы, расположенные на концах магнитострикционного звукопровода. Кроме того, содержит генератор импульсных сигналов, выход которого соединен с входом первого усилителя, электроакустический преобразователь, неподвижно установленный на магнитострикционном звукопроводе, электроакустический приемник, установленный на звукопроводе с возможностью перемещения, или электроакустический преобразователь, установленный на звукопроводе с возможностью перемещения, электроакустический приемник, неподвижно установленный на магнитострикционном звукопроводе, а также -устройство управления, вычислитель, измерители интервалов времени. При этом выходы первого и второго измерителей интервалов времени соединены с входными каналами вычислителя, на выходном канале которого формируется выходной код.For example, patent RU No. 2347187 is known, “A method for measuring linear displacements and a device for its implementation,” in which a device that implements the specified method for measuring linear displacements contains a magnetostrictive sound duct, three amplifiers, two filters, a first meter of time intervals, the first and second dampers, located at the ends of the magnetostrictive sound duct. In addition, it contains a pulse signal generator, the output of which is connected to the input of the first amplifier, an electro-acoustic transducer fixedly mounted on the magnetostrictive sound duct, an electro-acoustic receiver mounted on the sound duct with the ability to move, or an electro-acoustic transducer mounted on the sound duct with the possibility of moving, the electro-acoustic receiver, motionless mounted on a magnetostrictive sound pipe, as well as a control device, a computer, Itel time intervals. The outputs of the first and second time interval meters are connected to the input channels of the calculator, on the output channel of which an output code is generated.

В изобретении по патенту RU №2359222 «Способ измерения линейных перемещений и устройство для его реализации» раскрывается устройство, реализующее указанный способ измерения линейных перемещений, которое содержит магнитострикционный звукопровод, неподвижный электроакустический преобразователь, подвижный электроакустический приемник, жестко связанный с контролируемым объектом, акустические демпферы, первый усилитель, программируемый цифровой блок управления, измеритель интервалов времени. Также содержит генератор импульсных сигналов, неподвижный электроакустический приемник, установленный на звукопроводе на расстоянии от электроакустического преобразователя, управляемый источник порогового напряжения, первый усилитель-формирователь, второй усилитель-формирователь, второй усилитель, выпрямитель, аналого-цифровой преобразователь.In the invention according to patent RU No. 2359222 "A method of measuring linear displacements and a device for its implementation" discloses a device that implements the specified method of measuring linear displacements, which contains a magnetostrictive sound duct, a stationary electro-acoustic transducer, a movable electro-acoustic receiver, rigidly connected to a controlled object, acoustic dampers, first amplifier, programmable digital control unit, time meter. It also contains a pulse signal generator, a stationary electro-acoustic receiver mounted on the sound pipe at a distance from the electro-acoustic transducer, a controlled threshold voltage source, a first driver amplifier, a second driver amplifier, a second amplifier, a rectifier, and an analog-to-digital converter.

Недостатком аналогов является отсутствие регуляторов амплитуды электрического импульса в обмотке катушки возбуждения, что накладывает ограничение на применение магнитных систем и делает датчик неустойчивым к изменению внешних факторов.The disadvantage of analogues is the lack of regulators of the amplitude of the electric pulse in the winding of the excitation coil, which imposes a limitation on the use of magnetic systems and makes the sensor unstable to changes in external factors.

Наиболее близким аналогом, взятым за прототип, является изобретение по патенту RU №2222786 «Способ измерения уровня жидкости магнитострикционным уровнемером и магнитострикционный уровнемер».The closest analogue, taken as a prototype, is the invention according to patent RU No. 2222786 "Method for measuring the liquid level by a magnetostrictive level gauge and magnetostrictive level gauge".

Преобразование ультразвуковых колебаний в электрические колебания производят путем деформации кристалла сегнетоэлектрика пьезоприемника под воздействием ультразвуковых колебаний (пьезоэлектрического эффекта), а за интервал времени прохождения ультразвука принимают интервал времени между моментом времени подачи сформированного импульса заданной длительности на обмотку катушки возбуждения и моментом времени формирования преобразованных электрических колебаний на пьезоприемнике.The conversion of ultrasonic vibrations into electrical vibrations is carried out by deforming the piezoelectric receiver ferroelectric crystal under the influence of ultrasonic vibrations (piezoelectric effect), and for the time interval of ultrasound propagation, take the time interval between the instant of supply of the generated pulse of a given duration to the excitation coil winding and the instant of formation of converted electrical oscillations on piezoelectric receiver.

Устройство, реализующее этот способ - магнитострикционный уровнемер - содержит чувствительный элемент с помещенным в диэлектрическую трубку звукопроводом из магнитострикционного материала, обмотку, намотанную на диэлектрическую трубку, по крайней мере, один поплавок с магнитным блоком из n постоянных магнитов, где n=1, 2… i, размещенных равномерно вокруг звукопровода на изолирующей оболочке с возможностью перемещения вдоль нее, а также генератор электрического импульса, блок определения уровня, первый вход которого связан с задатчиком скорости звука в звукопроводе, в котором генератор электрического импульса подключен к обмотке. Также введены пьезоприемник и формирователь цифрового импульса из преобразованных электрических колебаний с пьезоприемника, соединенный с пьезоприемником через усилитель преобразованных электрических колебаний с пьезоприемника, блок определения интервала времени между моментом времени подачи сформированного импульса заданной длительности на обмотку катушки возбуждения и моментом времени формирования электрических колебаний на пьезоприемнике, входы которого соединены соответственно с генератором электрического импульса и формирователем цифрового импульса из преобразованных электрических колебаний с пьезоприемника, а выход - со вторым входом блока определения уровня.A device that implements this method — a magnetostrictive level gauge — contains a sensing element with a sound duct made of magnetostrictive material placed in a dielectric tube, a winding wound on a dielectric tube, at least one float with a magnetic block of n permanent magnets, where n = 1, 2 ... i placed evenly around the sound duct on the insulating shell with the possibility of movement along it, as well as an electric pulse generator, a level determination unit, the first input of which is connected to the master with orosti sound in acoustic line, wherein the electric pulse generator connected to the coil. A piezoelectric receiver and a digital pulse generator from transformed electric oscillations from the piezoelectric receiver connected to the piezoelectric receiver through an converted electric oscillation amplifier from the piezoelectric receiver, a unit for determining the time interval between the time of the generated pulse of a given duration to the excitation coil winding and the time of the formation of electric oscillations on the piezoelectric receiver, the inputs of which are connected respectively to the electric pulse generator and irovatelem digital pulses from the transformed electric oscillations with the piezoelectric, and the output - to the second input of the level determining unit.

Технический результат прототипа определен тем, что генерирование и подачу переменного электрического сигнала осуществляют в катушку возбуждения, преобразование его в ультразвуковые колебания производят в звукопроводе из магнитострикционного материала посредством магнитоупругого эффекта в точке положения постоянного магнита, последующее преобразование ультразвуковых колебаний в электрические колебания осуществляют на пьезоприемнике, посредством пьезоэлектрического эффекта.The technical result of the prototype is determined by the fact that the generation and supply of an alternating electric signal is carried out in the excitation coil, its conversion to ultrasonic vibrations is carried out in a sound pipe from a magnetostrictive material by means of a magnetoelastic effect at the position of the permanent magnet, the subsequent conversion of ultrasonic vibrations into electric vibrations is carried out on a piezoelectric receiver, by piezoelectric effect.

При этом считается, что интервал времени между моментом времени подачи сформированного импульса заданной длительности на обмотку катушки возбуждения и моментом времени формирования преобразованных электрических колебаний на пьезоприемнике (моментом времени преобразования ультразвуковых колебаний в электрические колебания) равен интервалу времени между моментом времени формирования магнитоупругого эффекта и моментом времени формирования пьезоэлектрического эффекта.In this case, it is believed that the time interval between the moment of supply of the generated pulse of a given duration to the excitation coil winding and the time of formation of converted electric oscillations on the piezoelectric receiver (the time of transformation of ultrasonic vibrations into electric oscillations) is equal to the time interval between the time of the formation of the magnetoelastic effect and the time the formation of the piezoelectric effect.

Недостатком прототипа является невысокая точность в диапазонах измерения более 10 метров, обусловленная затуханием ультразвуковой волны в звукопроводе при определении скорости распространения звуковой волны. Отсутствие регуляторов амплитуды электрического импульса в обмотке катушки возбуждения накладывает ограничение на виды применямых магнитных систем и делает датчик неустойчивым к изменению внешних факторов.The disadvantage of the prototype is the low accuracy in the measuring ranges of more than 10 meters, due to the attenuation of the ultrasonic wave in the sound pipe when determining the propagation velocity of the sound wave. The absence of regulators of the amplitude of the electric pulse in the winding of the excitation coil imposes a limitation on the types of magnetic systems used and makes the sensor unstable to changes in external factors.

Предлагаемое изобретение позволяет при обеспечении заданной точности измерения расширить функциональные возможности устройства (увеличить диапазон измерения, повысить устойчивость к изменению внешних факторов, расширить номенклатуру используемых магнитных систем, избежать влияния от старения элементов и т.д.).The present invention allows to ensure the specified measurement accuracy to expand the functionality of the device (increase the measurement range, increase resistance to changes in external factors, expand the range of magnetic systems used, avoid the effects of aging elements, etc.).

Раскрытие полезной моделиUtility Model Disclosure

Магнитострикционный преобразователь линейных перемещений содержит измерительное устройство и электронный преобразователь.The magnetostrictive linear displacement transducer comprises a measuring device and an electronic transducer.

Измерительное устройство выполнено в виде катушки возбуждения, намотанной на диэлектрическую трубку, вдоль которой может свободно двигаться магнитный позиционер (один или несколько), обладающий возможностью механической связи с контролируемым объектом. Внутри диэлектрической трубки размещен звукопровод из материала с выраженным магнитострикционным эффектом, который появляется при взаимодействии полей - электромагнитного поля катушки возбуждения и магнитного поля позиционера. На одном из концов звукопровода закреплен электроакустический преобразователь, который, с одной стороны, преобразует ультразвуковой сигнал магнитострикционного импульса в электрический сигнал с целью дальнейшей обработки в электронном преобразователе, а с другой стороны, при процедуре вычисления скорости распространения ультразвука именно в данном звукопроводе - преобразует поданный на него зондирующий электрический сигнал в ультразвуковой, который, распространяясь по звукопроводу, отражается от его противоположного конца и принимается обратно этим же электроакустическим преобразователем. Принятый ультразвуковой сигнал также преобразуется в электрический сигнал и обрабатывается электронным преобразователем.The measuring device is made in the form of an excitation coil wound on a dielectric tube, along which a magnetic positioner (one or several) can freely move, with the possibility of mechanical communication with the controlled object. Inside the dielectric tube there is a sound duct made of material with a pronounced magnetostrictive effect, which appears when the fields interact — the electromagnetic field of the excitation coil and the magnetic field of the positioner. An electro-acoustic transducer is fixed at one end of the sound duct, which, on the one hand, converts the ultrasonic signal of the magnetostrictive pulse into an electrical signal for further processing in the electronic transducer, and on the other hand, when calculating the speed of propagation of ultrasound in this sound duct, it converts probing electric signal in the ultrasound, which, propagating through the sound duct, is reflected from its opposite end and It is reversed by the same electro-acoustic transducer. The received ultrasonic signal is also converted into an electrical signal and processed by an electronic transducer.

На входе электронного преобразователя расположен коммутатор, управляющей режимом работы электроакустического преобразователя: подача зондирующего сигнала в измерительное устройство или прием магнитострикционного сигнала от измерительного устройства. Далее электронный преобразователь включает в себя следующие блоки: усилитель приемного сигнала, амплитудный селектор, вычислитель, соединенные последовательно, а также - генератор электрических импульсов, соединенный с регулятором амплитуды, второй вход которого связан с вычислителем, а выход - через коммутатор с катушкой возбуждения.At the input of the electronic transducer there is a switch that controls the operation mode of the electro-acoustic transducer: supplying a probing signal to the measuring device or receiving a magnetostrictive signal from the measuring device. Further, the electronic converter includes the following blocks: a receiving signal amplifier, an amplitude selector, a computer connected in series, and an electric pulse generator connected to an amplitude regulator, the second input of which is connected to the computer, and the output is through a switch with an excitation coil.

Сущность полезной модели заключается в использовании амплитудного селектора и регулятора амплитуды, которые позволяют поддерживать амплитуду и, соответственно, крутизну фронта приемного сигнала постоянными и не зависящими от затухания ультразвуковой волны в звукопроводе, т.е. устраняется зависимость от удаленности объекта контроля, от характеристики магнитной системы, от старения элементов в процессе эксплуатации, от внешних климатических факторов. Кроме того, амплитудный селектор может быть выполнен с возможностью отстройки помех при обнаружении ультразвукового сигнала путем изменения порога срабатывания по специальному алгоритму, выработанному вычислителем. Применение автоматического регулирования амплитуды выходного электрического импульса по входной амплитуде ультразвуковой волны позволяет в значительной мере расширить диапазон применяемых магнитных систем (как по направленности, так и по силе магнитного поля), автоматизировать процесс определения применяемости магнитных систем, а также расширить сферы применения за счет устойчивости к изменению параметров преобразователя с учетом времени и условий эксплуатации.The essence of the utility model consists in the use of an amplitude selector and amplitude regulator, which allow maintaining the amplitude and, accordingly, the slope of the front of the receiving signal constant and independent of the attenuation of the ultrasonic wave in the sound duct, i.e. the dependence on the remoteness of the control object, on the characteristics of the magnetic system, on the aging of elements during operation, on external climatic factors is eliminated. In addition, the amplitude selector can be configured to tune out interference when an ultrasonic signal is detected by changing the response threshold according to a special algorithm developed by the calculator. The use of automatic control of the amplitude of the output electric pulse by the input amplitude of the ultrasonic wave allows one to significantly expand the range of applied magnetic systems (both in direction and magnetic field strength), to automate the process of determining the applicability of magnetic systems, and also to expand the scope due to resistance to changing the parameters of the converter taking into account the time and operating conditions.

Описание графических иллюстрацийDescription of Graphic Illustrations

На фигуре представлена структурная схема магнитострикционного преобразователя линейных перемещений, где обозначены позиции:The figure shows a structural diagram of a magnetostrictive linear displacement transducer, where the positions are indicated:

1 - измерительное устройство1 - measuring device

2 - электронный преобразователь2 - electronic converter

3 - катушка возбуждения3 - excitation coil

4 - диэлектрическая трубка4 - dielectric tube

5 - звукопровод5 - sound duct

6 - электракустический преобразователь6 - electro-acoustic transducer

7 - позиционер (с постоянным магнитом)7 - positioner (with a permanent magnet)

8 - коммутатор8 - switch

9 - усилитель9 - amplifier

10 - амплитудный селектор10 - amplitude selector

11 - вычислитель11 - calculator

12 - генератор12 - generator

13 - регулятор амплитуды13 - amplitude control

Осуществление изобретенияThe implementation of the invention

Полезная модель содержит измерительное устройство 1 и электронный преобразователь 2.The utility model includes a measuring device 1 and an electronic transducer 2.

Измерительное устройство состоит из катушки возбуждения 3, намотанной на диэлектрическую трубку 4, внутри которой расположен звукопровод 5 из материала с ярко выраженным магнитострикционным эффектом. На конце этого звукопровода закреплен электроакустический преобразователь 6. Вдоль диэлектрической трубки с звукопроводом и катушкой возбуждения проходит путь движения позиционера 7, который должен закрепляться на контролируемом объекте, перемещение которого контролируется и измеряется описываемой полезной моделью.The measuring device consists of an excitation coil 3, wound on a dielectric tube 4, inside which is located a sound pipe 5 made of a material with a pronounced magnetostrictive effect. An electro-acoustic transducer 6 is fixed at the end of this sound duct. Along the dielectric tube with the sound duct and the excitation coil, the path of the positioner 7 passes, which must be fixed on the controlled object, the movement of which is controlled and measured by the described utility model.

Измерительное устройство 1 электрически связано с электронным преобразователем 2, а именно - электроакустический преобразователь 6 соединен с коммутатором 8, выход которого соединен со входом усилителя 9 приемного сигнала, выход которого соединен со входом амплитудного селектора 10, который, в свою очередь, связан с вычислителем 11. Это связи элементов обработки приемного сигнала.The measuring device 1 is electrically connected to the electronic transducer 2, namely, the electro-acoustic transducer 6 is connected to the switch 8, the output of which is connected to the input of the amplifier 9 of the receiving signal, the output of which is connected to the input of the amplitude selector 10, which, in turn, is connected to the calculator 11 This is the connection of the processing elements of the receiving signal.

С другой стороны электронный преобразователь 2 включает в себя генератор электрических импульсов 12 и связанный с ним регулятор амплитуды 13, выход которого соединен как с входом коммутатора 8, так и с катушкой возбуждения 3. Генератор электрических импульсов 12 обеспечивает возбуждение электромагнитного поля в катушке возбуждения, а также вырабатывает электрический импульс для электроакустического преобразователя 6, который преобразует его в зондирующий ультразвуковой импульс, необходимый для определения скорости распространения ультразвука в конкретном звукопроводе при конкретных внешних условиях.On the other hand, the electronic converter 2 includes an electric pulse generator 12 and an amplitude controller 13 connected to it, the output of which is connected both to the input of the switch 8 and to the excitation coil 3. The electric pulse generator 12 provides the excitation of the electromagnetic field in the excitation coil, and also generates an electric pulse for the electro-acoustic transducer 6, which converts it into a probe ultrasonic pulse, which is necessary to determine the propagation speed of the ultrasound sound in a particular sound duct under specific environmental conditions.

Использование амплитудного селектора 10 на пути обработки приемного сигнала и регулятора амплитуды 13 при формировании зондирующего импульса обеспечивают реализацию метода адаптивного регулирования, при котором амплитуда ультразвукового сигнала на выходе усилителя 9 поддерживается постоянной путем изменения амплитуды тока в катушке возбуждения, обеспечивая, таким образом, компенсацию влияния дестабилизирующих факторов (температура, старение компонентов), а также открывает возможность работы с магнитными системами, обладающими различной индукцией магнитного поля. Тем самым обеспечивается долговременная точность измерений и снижены требования к применяемым магнитным системам.The use of an amplitude selector 10 in the path of processing the receiving signal and amplitude regulator 13 when generating a probe pulse provides an adaptive control method in which the amplitude of the ultrasonic signal at the output of amplifier 9 is kept constant by changing the amplitude of the current in the excitation coil, thereby compensating for the effect of destabilizing factors (temperature, aging of components), and also opens up the possibility of working with magnetic systems with different ary induction magnetic field. This ensures long-term measurement accuracy and reduces the requirements for the applied magnetic systems.

Кроме того, амплитудный селектор 10 может быть выполнен с возможностью отстройки помех при обнаружении ультразвукового сигнала путем изменения порога срабатывания по специальному алгоритму, выработанному вычислителем 11.In addition, the amplitude selector 10 can be configured to tune out interference when an ultrasonic signal is detected by changing the response threshold according to a special algorithm developed by the calculator 11.

Магнитострикционный преобразователь линейных перемещений работает следующим образом.Magnetostrictive linear transducer operates as follows.

Сначала измеряют время распространения ультразвукового сигнала по звукопроводу от контролируемого объекта до неподвижного преобразователя. Звукопровод 5 обладает магнитострикционными свойствами, и имеет намотанную поверх диэлектрической трубки 4 катушку возбуждения 3, в которую подают сигнал от генератора электрических импульсов 12 через регулятор амплитуды 13 и коммутатор 8, который создает в катушке возбуждения 3 магнитное поле. Ультразвуковой сигнал в звукопроводе 5 возникает в месте взаимодействия магнитных полей катушки возбуждения 3 и постоянного магнита позиционера 7, который находится вблизи звукопровода 5 и механически связан с контролируемым объектом. Ультразвук распространяется от места расположения позиционера 7 к концам звукопровода 5, детектируется неподвижным электроакустическим преобразователем 6, преобразуется в электрический сигнал, который через коммутатор 8, усилитель 9 и амплитудный селектор 10 поступает на вычислитель 11. С помощью вычислителя 11 фиксируют интервал времени с момента подачи электрического импульса в катушку возбуждения до момента детектирования ультразвукового сигнала, который прямо пропорционален расстоянию между контролируемым объектом (позиционером 7) и электроакустическим преобразователем 6.First, the propagation time of the ultrasonic signal through the sound duct from the controlled object to the stationary transducer is measured. The sound pipe 5 has magnetostrictive properties, and has an excitation coil 3 wound over a dielectric tube 4, into which a signal is supplied from an electric pulse generator 12 through an amplitude regulator 13 and a switch 8, which creates a magnetic field in the excitation coil 3. An ultrasonic signal in the sound pipe 5 occurs at the place of interaction of the magnetic fields of the excitation coil 3 and the permanent magnet of the positioner 7, which is located near the sound pipe 5 and is mechanically connected with the controlled object. Ultrasound propagates from the location of the positioner 7 to the ends of the sound pipe 5, is detected by a stationary electro-acoustic transducer 6, is converted into an electrical signal, which, through a switch 8, an amplifier 9 and an amplitude selector 10, is transmitted to a calculator 11. Using the calculator 11, the time interval from the moment of supply of electric pulse into the excitation coil until the detection of an ultrasonic signal, which is directly proportional to the distance between the controlled object (positioner 7) 6 electroacoustic transducer.

Затем измеряют скорость распространения и амплитуду ультразвукового сигнала на всей длине звукопровода путем излучения зондирующего ультразвукового сигнала, спровоцированного электрическим сигналом от генератора электрических импульсов 12, который поступил на электроакустический преобразователь 6 через регулятор амплитуды 13 и коммутатор 8.Then measure the speed of propagation and the amplitude of the ultrasonic signal over the entire length of the sound path by emitting a sounding ultrasonic signal triggered by an electric signal from an electric pulse generator 12, which was supplied to the electro-acoustic transducer 6 through an amplitude regulator 13 and a switch 8.

Фиксируют временной интервал, за который зондирующий ультразвуковой сигнал проходит по всей длине звукопровода и, отразившись от его конца, возвращается к электроакустическому преобразователю 6. По известной длине звукопровода и времени прохождения его ультразвуком, вычисляют скорость распространения ультразвукового сигнала в данном звукопроводе.The time interval for which the probing ultrasonic signal passes along the entire length of the sound duct and is reflected from its end is recorded and returned to the electro-acoustic transducer 6. The propagation velocity of the ultrasonic signal in this sound duct is calculated from the known length of the sound duct and the time it takes to travel by ultrasound.

Расстояние между электроакустическим преобразователем 6 и позиционером 7 вычисляют по формуле:The distance between the electro-acoustic transducer 6 and the positioner 7 is calculated by the formula:

Figure 00000002
Figure 00000002

где TПС - время приема полезного сигнала ультразвуковой волны (временной интервал между импульсом возбуждения и импульсом, выделенным электроакустическим преобразователем),where T PS - the time of reception of the useful signal of the ultrasonic wave (the time interval between the excitation pulse and the pulse allocated by the electro-acoustic transducer),

VЗВ - скорость распространения звука в звукопроводе.V ЗВ is the speed of sound propagation in the sound duct.

Скорость звука в звукопроводе Vст зависит от параметров окружающей среды, таких как температура, плотности и т.д., поэтому для повышения точности измерения необходимо вычислять текущую скорость звука. С этой целью в магнитострикционном преобразователе линейных перемещений реализован следующий метод определения скорости звука: электрический импульс определенной формы подается не в обмотку катушки возбуждения, а на электроакустический преобразователь, при этом ультразвуковая волна распространяется по звукопроводу, отражается от конца и возвращается обратно к электроакустическому преобразователю, а скорость распространения звука определяется формулой:The speed of sound in the duct Vst depends on environmental parameters, such as temperature, density, etc., therefore, to increase the accuracy of measurement, it is necessary to calculate the current speed of sound. To this end, the following method for determining the speed of sound is implemented in a magnetostrictive linear displacement transducer: an electric pulse of a certain shape is supplied not to the winding of the field coil, but to the electro-acoustic transducer, while the ultrasonic wave propagates through the sound duct, is reflected from the end, and returns back to the electro-acoustic transducer, and the speed of sound propagation is determined by the formula:

Figure 00000003
Figure 00000003

где TПСО - время приема полезного сигнала ультразвуковой волны (временной интервал между зондирующим импульсом, поданным в электроакустический преобразователь и сигналом импульса упругой деформации, выделенным электроакустическим преобразователем),where T PSO is the time of reception of the useful signal of the ultrasonic wave (the time interval between the probe pulse supplied to the electro-acoustic transducer and the signal of the elastic deformation pulse highlighted by the electro-acoustic transducer),

LИЭ - точная длина (паспортное значение) измерительного элемента магнитострикционного преобразователя линейных перемещений.L IE - the exact length (nameplate value) of the measuring element of the magnetostrictive linear displacement transducer.

Технический результат полезной модели достигается за счет самокалибровки магнитострикционного преобразователя линейных перемещений по скорости распространения ультразвуковой волны в звукопроводе, за счет использования регулятора амплитуды тока выходного электрического импульса от амплитуды электрического сигнала входной акустической волны, преобразуемого электроакустическим преобразователем, и благодаря селекции помех, обеспеченной амплитудным селектором.The technical result of the utility model is achieved by self-calibration of the magnetostrictive transducer of linear displacements with respect to the propagation velocity of the ultrasonic wave in the sound pipe, by using the current amplitude amplitude of the output electric pulse from the amplitude of the electrical signal of the input acoustic wave converted by the electro-acoustic transducer, and thanks to the interference selection provided by the amplitude selector.

Основные элементы схемы могут быть исполнены, например, следующим образом.The main elements of the circuit can be performed, for example, as follows.

Катушка возбуждения 3 выполнена из намоточного провода марки ПЭТ-155, намотанного в один слой витком к витку на фторопластовую трубку 4.The excitation coil 3 is made of a winding wire brand PET-155, wound in a single layer round to round on a fluoropolymer tube 4.

Звукопровод 5 выполнен в виде прутка из низкоуглеродистой стали марки 10.The sound pipe 5 is made in the form of a bar of mild steel grade 10.

Позиционер 7 выполнен на основе кольцевого постоянного магнита с аксиальной или радиальной намагниченностью.The positioner 7 is made on the basis of an annular permanent magnet with axial or radial magnetization.

Коммутатор 8 выполнен на полевых транзисторах по схеме электронного ключа.The switch 8 is made on field-effect transistors according to the electronic key circuit.

Усилитель 9 выполнен по схеме инвертирующего усилителя на операционных усилителях.The amplifier 9 is made according to the scheme of an inverting amplifier on operational amplifiers.

Амплитудный селектор 10 выполнен по схеме двухпорогового компаратора, один из порогов которого управляется от цифро-аналогового преобразователя.The amplitude selector 10 is made according to the scheme of a two-threshold comparator, one of the thresholds of which is controlled from a digital-to-analog converter.

Вычислитель 11 реализован на микроконтроллере типа i8051. Генератор электрических импульсов 12 выполнен программным способом внутри микроконтроллера вычислителя 11.The calculator 11 is implemented on the microcontroller type i8051. The electric pulse generator 12 is made programmatically inside the microcontroller of the calculator 11.

Регулятор амплитуды 13 выполнен по схеме генератора тока, управляемым напряжением.The amplitude controller 13 is made according to the scheme of the current generator, voltage-controlled.

Claims (2)

1. Магнитострикционный преобразователь линейных перемещений, включающий в себя измерительное устройство и электронный преобразователь, причем измерительное устройство выполнено в виде катушки возбуждения, намотанной на диэлектрическую трубку, вдоль которой может свободно двигаться магнитный позиционер (один или несколько), имеющий возможность соединения с контролируемым объектом, внутри диэлектрической трубки размещен звукопровод из материала с выраженным магнитострикционным эффектом, а на одном из концов звукопровода закреплен пьезоэлемент, при этом электронный преобразователь содержит ряд блоков, в том числе генератор электрических импульсов, усилитель и формирователь приемного сигнала, вычислитель, отличающийся тем, что пьезоэлемент измерительного устройства выполнен в виде электроакустического преобразователя, а электронный преобразователь включает в себя коммутатор, соединенный с упомянутым электроакустическим преобразователем и входом усилителя, и регулятор амплитуды, один из входов которого связан с генератором электрических импульсов, а выход - с коммутатором и катушкой возбуждения, при этом формирователь приемного сигнала выполнен в виде амплитудного селектора, включенного между выходом усилителя и вычислителем, выход которого соединен со вторым входом регулятора амплитуды.1. A magnetostrictive linear displacement transducer comprising a measuring device and an electronic transducer, the measuring device being made in the form of an excitation coil wound on a dielectric tube along which a magnetic positioner (one or several) can move freely, which can be connected to a controlled object, inside the dielectric tube there is a sound duct made of a material with a pronounced magnetostrictive effect, and at one end of the sound duct there is fixed a piezoelectric element, while the electronic transducer contains a number of blocks, including an electric pulse generator, an amplifier and a driver of a receiving signal, a calculator, characterized in that the piezoelectric element of the measuring device is made in the form of an electro-acoustic transducer, and the electronic transducer includes a switch connected to said electro-acoustic a converter and an amplifier input, and an amplitude regulator, one of the inputs of which is connected to an electric pulse generator, and the output to a switch and an excitation coil, while the driver of the receiving signal is made in the form of an amplitude selector connected between the output of the amplifier and the computer, the output of which is connected to the second input of the amplitude regulator. 2. Магнитострикционный преобразователь линейных перемещений по п.1, отличающийся тем, что амплитудный селектор выполнен с возможностью отстройки помех при обнаружении ультразвукового сигнала путем изменения порога срабатывания по алгоритму, выработанному вычислителем.
Figure 00000001
2. The magnetostrictive linear displacement transducer according to claim 1, characterized in that the amplitude selector is configured to tune out interference upon detection of an ultrasonic signal by changing the response threshold according to an algorithm developed by the calculator.
Figure 00000001
RU2013117156/28U 2013-04-15 2013-04-15 MAGNETOSTRICTION CONVERTER OF LINEAR MOVEMENTS RU134631U1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013117156/28U RU134631U1 (en) 2013-04-15 2013-04-15 MAGNETOSTRICTION CONVERTER OF LINEAR MOVEMENTS

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013117156/28U RU134631U1 (en) 2013-04-15 2013-04-15 MAGNETOSTRICTION CONVERTER OF LINEAR MOVEMENTS

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU134631U1 true RU134631U1 (en) 2013-11-20

Family

ID=49555494

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2013117156/28U RU134631U1 (en) 2013-04-15 2013-04-15 MAGNETOSTRICTION CONVERTER OF LINEAR MOVEMENTS

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU134631U1 (en)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112097861A (en) * 2020-09-11 2020-12-18 北京妙思特仪表有限公司 Threshold voltage determination method and device and magnetostrictive liquid level meter
RU208494U1 (en) * 2021-05-24 2021-12-21 Общество с ограниченной ответственностью «ОКБ Вектор» MAGNETOSTRICTION LEVEL FOR LIQUID LEVEL MEASUREMENT WITH COMPENSATION OF ERRORS CAUSED BY LINEAR EXPANSION OF THE TANK WALLS
RU210083U1 (en) * 2021-06-30 2022-03-28 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Уфимский государственный нефтяной технический университет" Information-measuring device for linear displacements
RU214164U1 (en) * 2021-07-09 2022-10-13 ООО "ТрейсЛайн" Measuring element for magnetostrictive linear encoder

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112097861A (en) * 2020-09-11 2020-12-18 北京妙思特仪表有限公司 Threshold voltage determination method and device and magnetostrictive liquid level meter
CN112097861B (en) * 2020-09-11 2024-05-31 北京妙思特仪表有限公司 Threshold voltage determining method and device and magnetostrictive liquid level meter
RU208494U1 (en) * 2021-05-24 2021-12-21 Общество с ограниченной ответственностью «ОКБ Вектор» MAGNETOSTRICTION LEVEL FOR LIQUID LEVEL MEASUREMENT WITH COMPENSATION OF ERRORS CAUSED BY LINEAR EXPANSION OF THE TANK WALLS
RU210083U1 (en) * 2021-06-30 2022-03-28 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Уфимский государственный нефтяной технический университет" Information-measuring device for linear displacements
RU214164U1 (en) * 2021-07-09 2022-10-13 ООО "ТрейсЛайн" Measuring element for magnetostrictive linear encoder

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US3853005A (en) Interface measuring apparatus
RU134631U1 (en) MAGNETOSTRICTION CONVERTER OF LINEAR MOVEMENTS
CN113028965A (en) Giant magnetoresistance detection device of magnetostrictive displacement sensor
CN101813528A (en) Method for precisely measuring temperature by using ultrasonic technology and measuring instrument
CN102095478A (en) Magnetostrictive liquid level sensor
CN201637504U (en) High-sensitivity ultrasonic thermometer
RU2222786C1 (en) Procedure measuring level of liquid with use of magnetostrictive level gauge and magnetostrictive level gauge
RU52477U1 (en) ULTRASONIC LEVEL METER
RU2289795C1 (en) Level meter
RU2584577C1 (en) Method of calibrating magnetostrictive converters of linear displacements and device for therefor
RU195795U1 (en) LEVEL
RU208494U1 (en) MAGNETOSTRICTION LEVEL FOR LIQUID LEVEL MEASUREMENT WITH COMPENSATION OF ERRORS CAUSED BY LINEAR EXPANSION OF THE TANK WALLS
RU2310174C1 (en) Ultrasonic level meter
CN113340380A (en) Method for detecting liquid level position based on surface wave mode conversion
RU2614854C2 (en) Method of measuring depth and echo sounder therefor
RU187411U1 (en) DEVICE FOR DETERMINING ELASTIC SOLID CONSTANTS
RU2374608C1 (en) Method of measuring linear displacement
RU189910U1 (en) Level
RU155410U1 (en) ADAPTIVE MAGNETOSTRICTION CONVERTER OF VEHICLE LEVEL AND DENSITY OF FUEL FUEL (ITS OPTIONS)
RU2391626C1 (en) Method of measuring linear displacement and device for realising said method
KR20130106559A (en) Displacement sensor and compensation of measurement errors thereof
RU2256158C1 (en) Level gage
RU222271U1 (en) Magnetostrictive linear displacement sensor
RU2359222C2 (en) Method of linear movement measuring and device for its implementation
RU2463566C1 (en) Method of determining level of liquid and floating magnetostrictive level gauge for realising said method

Legal Events

Date Code Title Description
MM1K Utility model has become invalid (non-payment of fees)

Effective date: 20150416