RU1783328C - Устройство дл измерени нат жени магнитной ленты - Google Patents

Abstract

Сущность изобретени . Устройство содержит высоковольтный источник напр жени , к которому подсоединен подвижный электрод и через ограничительный резистор и направл ющий ролик магнитна  лента. Подвижна  система выполнена в виде валика с закрепленным на нем коромыслом. Магнитоэлектрический преобразователь состоит из посто нного магнита, жестко св занного с валиком, и обмоток обратной св зи, закрепленных у противоположных полюсов посто нного магнита. Стабилизированный источник тока подключен к обмоткам обратной св зи.через ключевой элемент, Подвижный электрод выполнен в виде закрепленной на коромысле пластины, расположенной параллельно плоскости движени  магнитной ленты. Устройство содержит также один генератор высокой частоты, два блока сравнени , один реверсивный счетчик , один цифроаналоговый преобразователь , один формирователь уровн , один счетчик импульсов, один вычислительный блок и одно регистрирующее устройство. Зил. сл

Description

Изобретение относитс  к области приборостроени  и может быть использовано при одновременном измерении нат жени  и скорости движени  магнитной ленты с высокой точностью, например, в аппаратуре магнитной записи.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению  вл етс  устройство дл  измерени  нат жени  ленты, содержащее высоковольтный источник напр жени , к полюсам которого подсоединены подвижный электрод и через ограничительный резистор и направл ющий ролик магнитна  лента, регистрирующее устройство, подвижную систему, выполненную в виде валика, имеющего возможность поворот; вокруг продольной оси, с закрепленным на нем коромыслом, магнитоэлектрический преобразователь, состо щий из посто нного магнита, жестко св занного с валиком, и обмоток обратной св зи, закрепленных на корпусе у противоположных полюсов посто нного магнита: стабилизированный источник тока, подключенный к обмоткам обратной св зи через ключевой элемент, управл ющий вход которого подключен к датчику положени  подвижной системы: при этом подвижный электрод выполнен в виде закрепленной на коромысле пластины, расположенной параллельно плоскости движени  магнитной ленты, а продольна  ось подвижной системы расположена перпендикул рно к плоскости движени  ленты. Подвижна  система устройства совершает автоколебани , при этом подвижный электрод перемеЫ

щаетс  в плоскости параллельной плоскости движени  ленты При подаче разнопо- л рного напр жени  на электрод и на ленту между ними возникает сила электростатического взаимодействи  РЭс. котора  оказывает демпфирующее воздействие на подвижную систему. Следовательно, при изменении нат жени  ленты новое состо ние равновеси  системы лента-электрод устанавливаетс  за счет изменени  силы F и величины демпфирующего воздействи  на подвижную систему, что, в свою очередь, приводит к изменению частоты автоколебаний . Таким образом, измер   регистрирующим устройством частоту колебаний, получаем информацию о величине нат жени  ленты.

Недостатком данного устройства  вл етс  невозможность одновременного измерени  нат жени  и скорости движени  магнитном ленты. Кроме того, устройство имеет низкие чувствительность и точность измерени  вследствие того, что информаци  о силе нат жени  ленты получаетс  как косвенный результат выделени  слабого приращени  от большой величины, т.е. производитс  выделение из величины собственного демпфировани  системы составл ющей, пропорциональной изменению частоты автоколебаний подвижной системы , и по ней определ етс  значение силы нат жени .

Цель изобретени  - расширение функциональных возможностей устройства за счет обеспечени  измерени  скорости движени  магнитной ленты,а также увеличени  точности и чувствительности.

Указанна  цель достигаетс  тем, что в устройство, содержащее высоковольтный источник напр жени , к полюсам которого подсоединены подвижный электрод и через ограничительный резистор и направл ющий ролик магнитна  лента, регистрирующее устройство, подвижную систему, выполненную в виде валика, установленного с возможностью поворота вокруг продольной оси с закрепленным на нем коромыслом, магнитоэлектрический преобразователь , состо щий из посто нного магнита , жестко св занного с валиком, и обмоток обратной св зи, закрепленных на корпусе у противоположных полюсов посто нного магнита, стабипизированный источник тока, подключенный к обмоткам обратной св зи через ключевой элемент, управл ющий вход которого подключен к датчику положени  подвижной системы, при этом подвижный электрод выполнен в виде закрепленной на коромысле пластины, расположенной параллельно плоскости движени  магнитной ленты, в него сведены гене ратор высокой частоты и последовательно соединенные первый блок сравнени , реверсивный счетчик, цифроаналоговый преобразователь . второй блок сравнени  счетчик импульсов и вычислительный блок, при этом вторые входы блоков сравнени  подключены к выходам генератора высокой частоты, а выходы реверсивного счетчика и

0 вычислительного блока - к входам регистрирующего устройства причем направл ющий ролик изолирован от корпуса, его образующа  поверхность выполнена в виде то- копровод щего и изолированного секторов.

5 а продольна  ось подвижной системы расположена параллельно плоскости движени  магнитной ленты.

Данное устройство по сравнению с известным обеспечивает возможность одно0 временного измерени  двух основных параметров движени  ленты в лентопрот жном механизме1 ее скорости движени  и силы нат жени ; более высокую чувствительность устройства за счет обеспечени 

5 перпендикул рности к плоскости движени  подвижного электрода относительно нитной ленты и увеличени  таким образом эффективной площади электростатического взаимодействи  ленты и электрода, более

0 высокую точность измерени  за счет, во- первых, использовани  компенсационного метода измерени , т.к при построении электромеханической измерительной сие темы, в которой входное воздействие ком5 пенсируетс  с помощью компенсиоующего преобразовател , наход щегос  в цепи обратной св зи, по решность элементов пр мой цепи уменьшаетс  в К раз, где К- коэффициент преобразовани  контура:

0 во-вторых, величина нат жени  определ етс  по изменению скважности колебаний подвижной системы а не магнитной ленгы, что приводит к отсутствию погрешности при измерении колебаний от неоднородностей

5 материала магнитной ленты

На фиг. 1 показана функциональна  схема устройства дл  измерени  нат жени  ленты; на фиг.2 -диаграмма сил электростатического взаимодействи  электрода и лен0 ты, где FH - сила нат жени : РЭс - сила электростатического взаимодействи , FI и F2 нормальна  и тангенциальна  составл ющие силы нат жени ; МЛ - магнитна  лента; Э - подвижный электрод на фиг.З 5 временные диаграммы работы электронных блоков устройства.

Плоский электрод 1 закреплен на одном конце коромысла 2, на другом конце которого установлена шторка 3. Коромысло 2 закреплено на одном из концов валика 4,

установленного в опорах 5 и 6 с возможностью перемещени  вокруг своей продольной оси, что обеспечивает перемещение шторки 3 в зазоре между установленными попарно и соосно на корпусе устройства 5 излучател ми 7 и 8 и фотоприемниками 9 и 10 датчика положени  11. Посто нный магнит 12 жестко насажен на продольную ось 4, котора  вместе с коромыслом 2 и с закрепленными на них элементами образуют 10 подвижную систему 13. Обмотки 14 и 15 обратной св зи закреплены на корпусе устройства у противоположных полюсов посто нного магнита 1 и совместно с последним образуют магнитоэлектрический преобра- 15 зователь 16. Управл ющие входы ключевого элемента 17 соединены с выходами фотоприемников 9 и 10 датчика 13 положени . К выходу ключевого элемента 17 подключены параллельно соединенные обмотки 14 и 15 20 обратной св зи. К клеммам стабилизированного источника 18 посто нного тока подключены излучател ми 7 и 8, фотоприемники 9 и 10, обмотки 14 и 15 обратной св зи и ключевой элемент 17.25

Положительна  клемма высоковольтного источника 19 посто нного напр жени  соединена с плоским электродом 1, а отрицательна  клемма источника 19 через резистор 20 и направл ющий ролик 21 - с 30 магнитной лентой 22. Электрод 1 закреплен на коромысле 2 таким образом, что его плоскость и продольна  ось А подвижной системы 13 расположены параллельно плоскости движени  ленты, обеспечива  35 перпендикул рное перемещение электрода 1 относительно ленты 22. Направл ющий ролик 21 изолирован откор- пуса, и его образующа  поверхность выполнена в виде токопровод щего и 40 изолированного секторов. К выходным обмоткам 14, 15 обратной св зи магнитоэлектрического преобразовател  подключены последовательно соединенные первый блок 23 совпадени , реверсивный счетчик 24, 45 цифроаналоговый преобразователь 25, формирователь 2Ь уровн , второй блок 27 совпадени , счетчик28 импульсов, вычислительный блок 29 и устройство 30 регистрации , другой вход которого соединен с 50 выходом реверсивного счетчика 24, а вторые входы первого и второго блоков совпадени  23, 27 подключены к выходам высокочастотного генератора 31.

Блоки 23, 27 совпадени  выполнены на 55 элементе И (микросхема 155ЛИ1), формирователь 26 уровн  представл ет собой пороговый элемент (микросхема К544САЗ). В качестве вычислительного 29 блока используетс  делитель (микросхема К155ИР1). Устройство регистрации  вл е;с  двухканэль- ным и может быть построено на светодиодных семисегметных индикаторах АЛС321 с дешифраторами КР514ИД1.

При подаче разнопол рного высоковольтного напр жени  от источника 19 на плоский электрод 1 и на направл ющий ролик 21, имеющий на образующей поверхности токопровод щий и изолированные секторы, на ленте 22 будет присутствовать зар д в моменты ее контакта с токопровод - щим сектором ролика. В эти моменты между лентой 22 и электродом 1 возникает сила Электростатического взаимодействи  F3C, пропорциональна  величине приложенного напр жени  и обратно пропорциональна  квадратур рассто ни  д между ними. Из диаграммы сил электростатического взаимодействи  электрода и ленты (фиг.2) следует необходимость параллельности расположени  их плоскостей, т.к. это обеспечивает на- ибольшую эффективную площадь электростатического взаимодействи . Из услови  расновеси  сил (фиг.2)уравновеши- вание силы РЭс происходит за счет нормальной составл ющей FI силы нат жени  FH магнитной ленты. При изменении нат жени  ленты при посто нном напр жении дл  сохранени  состо ни  равновеси  системы лента-электрод необходимо соответствующее изменение величины силы РЭс. Таким образом, зависимость РЭс от величины нат жени  магнитной ленты дает возможность говорить о зависимости момента Мох, действующего на подвижную систему, создаваемого силой электроста тического взаимодействи , от силы FH. что использовано дл  измерени  последней.

Устройство работает следующим образом .

Предположим, что в исходном положении шторка 3, закрепленна  на противоположном относительно электрода 1 конце коромысла 2, перекрывает поток излучени  одного из излучателей, например 8. При подаче питани  на излучатели 7 и 8 и фотоприемники 9 и 10 срабатывает фотоприемник 9, сигнал с которого поступает на один из управл ющих входов ключевого элемента 17, и в обмотку 15 обратной св зи магнитоэлектрического преобразовател  16 подаетс  ток от стабилизированного источника 18 посто нного тока. При этом в магнитоэлектрическом преобразователе 16 за счет взаимодействи  магнитного пол  посто нного магнита 12 с магнитным полем, создаваемым посто нным током, идущим по обмотке 15 обратной св зи, возникает момент вокруг продольной оси валика 4, направленный таким образом, что подвижна 

система 13 переходит в положение, при котором шторка 3 перекрывает поток излучени  излучател  7. но открывает поток излучени  излучател  8. Тогда фотоприемник 9 закроетс , а фотоприемник 10 откроетс . Сигнал с фотоприемника 10 поступает на второй вход ключевого элемента 17, после переключени  которого ток от стабилизированного источника 18 посто нного тока пойдет в обмотку 14 обратной св зи магнитоэлектрического преобразовател  16, за счет чего в последнем будет создаватьс  момент, направленный противоположно предыдущему. Далее процесс переключени  будет повтор тьс , и таким образом по- движна  система 13 устройства и, следовательно, плоский электрод 1 будут совершать автоколебани  с некоторыми посто нными амплитудой и частотой.

Обеспечива  движение электрода перпендикул рно к плоскости движени  ленты, добиваемс  того, что их электростатическое взаимодействие приводит к изменению не частоты, как в прототипе (устройстве дл  измерени  нат жени  ленты), а скважности автоколебаний, что позвол ет при дальнейшей обработке сигнала получить информацию о нат жении ленты через пр мую зависимость между искомым параметром и величиной входного момента, создаваемого силой электростатического взаимодействи .

Последовательность бипол рных импульсов (фиг.За, б) с обмоток 14,15 поступает на вход блока 23 совпадени , куда также подаютс  счетные высокочастотные импульсы (фиг.Зв), в результате чего осуществл етс  синхронизаци  счетных импульсов, импульсов обратной св зи и заполнение интервалов Ti и Т2 счетными импульсами, в результате чего формируютс  пачки m и Л2 счетных импульсов (фиг.Зг, д). Эти пачки поступают на реверсивный счетчик 24, где определ етс  разность числа импульсов в пачках гп-П2 (фиг.Зе). Полученна  разность пост упает на устройство 30 регистрации дл  визуальной оценки измер емого параметра - силы нат жени  FH. Кроме того, разность импульсов с реверсивного счетчика 24 поступает и на вход цифроаналогового преобразовател  25, который преобразует величину разности гм-П2 в аналоговый сигнал (фиг.Зж). Этот сигнал поступает на формирователь 26 уровн , осуществл ющий формирование уровн  по следующему принципу: при поступлении сигнала ni- П2 0 ± Д где Л - допустимое значение, вводимое в формирователь 26 уровн  в качестве поправки, выдаетс  сигнал нулевого

уровн , при поступлении всех других щ-П2 А формируетс  сигнал с посто нным по амплитуде уровнем (фиг.Зз). Причем длительность т сформированной ступеньки

перепада уровней пропорциональна времени присутстви  высоковольтного потенциала на ленте 22, образованного в результате ее взаимодействи  с токопровод щей поверхностью ролика. Полученные пачки импульсовзатемзаполн ютс 

высокочастотными счетными импульсами (фиг.Зи, к) с генератора 31 высоких частот в блоке 27 совпадени  и поступает на счетчик 28 импульсов, где производитс  подсчет

числа заполненных пачек N (фиг.Зл). Далее в вычислительном 29 блоке производитс  переход к оценке измерительного параметра - скорости движени  ленты - путем выполнени  операции делени  L/т , где L длина то ко про вод щего сектора направл ющего ролика, и в устройстве 30 регистрации осуществл етс  ее визуальное отображение.

По сним математически зависимости,

используемые дл  нахождени  силы нат жени  и скорости движени  магнитной ленты .

Дифференциальное уравнение, описывающее собственное движение системы,

имеет вид

Р+р0 + М:(р, Р/ТЮ,(1)

где I - момент инерции подвижной системы;

ju - собственное демпфирование систе- мы;

F (Д РуЗ) - нелинейна  функци , описывающа  нелинейное звено;

k - коэффициент преобразовани  линейной части системы;

ft- угол поворота подвижной системы.

Поскольку в рассматриваемом устройстве реализован компенсационный метод измерени , то в установившемс  режиме работы входной Мвх уравновешиваетс  мо- ментом, создаваемым компенсирующим преобразователем;

МВх Ккп1ос,(2)

где ККР коэффициент преобразовани  компенсационного преобразовател ; loc - ток обратной св зи.

Заменив нелинейную функцию Fty ,p/), использу  метод вибрационного сглаживани , плавной характеристикой

F(A,/3o) kH/3,(3)

где кц - коэффициент преобразовани  линеаризованного нелинейного элемента;

/3 о -смещение центра колебаний ПС,

получаем уравнениз. описывающее движение системы в виде

(Т 12p2+2ЈTi р+1)(Т2р+1 У) kkH/% (Т2рН)Мвх.,(4)

где Ti2 I/C. T2 L/R, | или. учитыва , что MBx const, (1+kkH) /3b Мвх(5)

Из выражений (2), (5) следует, что (1+kkH) 0 kKnloc(6)

При пр моугольных импульсах обратной св зи

loc (ri -Т2)Ј

ю

На основании (2), (6), (7) получаем (I 4 k kH)

lo

и - °

РО (7)

П - Г2

А

м

вх

«о

Таким образом, из последнего соотношени  видно, что разность длительности положительного и отрицательного импульсов обратной св зи пропорциональна величине Мвх и при изменении последнего будет осуществл тьс  широтно-импульсна  модул ци  выходного сигнала.

Провед  заполнение импульсов обратной св зи высокочастотными счетными импульсами , на выходе счетчика разности получаем информацию в цифровом коде KN То.

-Me

(9)

1о

где 71

72(10)

kN - коэффициент преобразовани  временного интервала в цифровой код.

В соответствии с тем, что сила электростатического взаимодействи  приводит к возникновению момента

,(11)

где I - плечо приложени  силы относительно оси подвижной системы, а из услови  равновеси  сил имеем 1

F,,

(12)

,1 Бо S U

где k3C 2 -15-

коэффициент преобразовани  ЭСПП, получаем, что разность N будет обратно пропорциональна силе нат жени  FH

N , N Т° i k kn to FH

Таким образом, измер   разность щ-П2. получаем информацию о величине силы нат жени  ленты,

Дл  измерени  скорости движени  ленты воспользуемс  информацией, снимаемой с выхода счетчика разности, т.е. разностью N ni-n2. В св зи с тем, что направл ющий ролик выполнен изолированным от корпуса и его образующа 

поверхность раздела на токопрог.пд«щип и изолированные секторы, то длительность нахождени  зар да на ленте будет опреде л тьс  временем контакта ленты с токопро

вод щей поверхностью ролика Отсюда определив длительность присутстви  зар да на ленте т по числу N, в которых щ-П2 Д и зна  размеры токопровод - щей поверхности ролика L, получаем информацию о скорости движени  ленты .

Таким образом, измер   длительность присутстви  зар да на ленте, получаем ин- форма цию о величине скорости движени 

ленты.

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   Устройство дл  измерени  нат жени 

   магнитной ленты, содержащее высоковольтный источник напр жени , к полюсам которого подсоединены подвижный электрод и через ограничительный резистор и направл ющий ролик-магнитна  лента, регистрирующее устройство, подвижную систему, выполненную в виде валика, установленного с возможностью поворота вокруг продольной оси с закрепленным на нем коромыслом, магнитоэлектрический преобразователь , состо щий из посто нного магнита , жестко св занного с валиком, и обмоток обратной св зи, закрепленных на корпусе у противоположных полюсов посто нного магнита, стабилизированный источник тока, подключенный к обмоткам обратной св зи через ключевой элемент, управл ющий вход которого подключен к датчику положени  подвижной системы, при этом подвижный электрод выполнен в виде

   закрепленной на коромысле пластины, расположенной параллельно плоскости движени  магнитной ленты, отличающеес  тем, что, с целью расширени  функциональных возможностей путем обеспечени  измерени  скорости движени  магнитной ленты, а также увеличени  точности и чувствительности , в устройство введены генератор высокой частоты и последовательно соединенные первый блок сравнени , реверсивный счетчик, цифроаналоговый преобразователь , формирователь уровн , второй блок сравнени , счетчик импульсов и вычислительный блок, при этом вторые входы блоков сравнени  подключены к выходам генератора высокой-частоты, а выходы реверсивного счетчика-и вычислительного блока - к входам регистрирующего устройства , причем направл ющий ролик изолирован от корпуса, его образующа  поверхность

   выполнена в виде токопровод щего и изолированного секторов, а продольна  ось подвижной системы расположена параллельно плоскости движени  магнитной ленты.

   и

   а) «

   t)

   П

   г;ПЯ

   шш

   ШШ1Ш

   ж) 3) О «) «)

   фиг, 1

   JCL

   П

   П

   Л

   1ПИГ.

   ШЕ

   пинии

   111ЯПП1111И11ИППШШШ1ППШ1Г