RU2011294C1

RU2011294C1 - Linear displacement ultrasonic converter

Info

Publication number: RU2011294C1
Authority: RU
Inventors: С.Б. Демин
Original assignee: Демин Станислав Борисович
Priority date: 1991-05-12
Filing date: 1991-05-12
Publication date: 1994-04-15

Abstract

FIELD: robotics. SUBSTANCE: converter has basic and additional linear magnetostriction acoustic lines 1, 2, two acoustic absorbers 3, 4, three concentrated reading-out elements 5-7, polarizer 8, two displacement limiters 9, record amplifier 10, reading-out amplifier-former 11, pulse former 12, computational unit 13, which is formed by control flip-flop 14, frequency difference digital meter 15, displacement sign former 16. Converter also has resolution bus 17, interrogation bus 18, starting bus 19, n-buses of data 20 and w-buses of displacement sign 21. EFFECT: improved speed of operation; improved precision. 6 dwg

Description

Изобретение относится к измерительной и вычислительной технике и может найти применение в робототехнике для измерения и контроля параметров кинематического движения объекта. The invention relates to measuring and computing, and may find application in robotics for measuring and controlling the parameters of the kinematic motion of an object.

Известен ультразвуковой преобразователь линейных перемещений, содержащий звукопровод из магнитострикционного материала, излучатель ультразвуковых колебаний, формирователь импульсов записи, два приемника ультразвуковых колебаний, два усилителя-формирователя импульсов считывания, схему совпадения и два магнита [1] . Known ultrasonic transducer of linear displacements, containing a sound pipe made of magnetostrictive material, an emitter of ultrasonic vibrations, a recording pulse shaper, two ultrasonic vibration receivers, two reading pulse amplifiers, a matching circuit and two magnets [1].

Известен другой ультразвуковой преобразователь линейных перемещений, выбранный в качестве прототипа, который содержит два звукопровода из магнитострикционного материала, два акустических демпфера и ограничителя перемещений, стабилизатор растягивающих усилий, подвижный элемент записи, два неподвижных элементов считывания, усилитель записи, два усилителя-формирователя считывания, блок вычитания, формирователь импульсов и блок вычислений результата [2] . Another ultrasonic transducer of linear displacements is known, selected as a prototype, which contains two sound ducts of magnetostrictive material, two acoustic dampers and a limiter of displacements, a stabilizer of tensile forces, a movable recording element, two stationary reading elements, a recording amplifier, two reading amplifiers, a block subtraction, pulse shaper and the unit of calculation of the result [2].

Основными недостатками известных устройств являются недостаточные точность и быстродействие преобразования перемещений в код. Низкая точность преобразования объясняется влиянием дисперсии скорости продольной волны, которая не устраняется в процессе вычисления результата. Недостаточное быстродействие объясняется влиянием времени распространения упругой волны через среду звукопровода, увеличивая и делая переменным в широком диапазоне значений время цикла преобразования. Это не позволяет использовать указанные устройства в системах реального времени (в робототехнике) и выполнять высокоточные измерения параметров кинематического движения объекта. The main disadvantages of the known devices are the lack of accuracy and speed of conversion of movements to code. The low conversion accuracy is explained by the influence of the dispersion of the longitudinal wave velocity, which is not eliminated in the process of calculating the result. Insufficient speed is explained by the influence of the propagation time of an elastic wave through a sound guide medium, increasing and making the conversion cycle time variable over a wide range of values. This does not allow the use of these devices in real-time systems (in robotics) and to perform high-precision measurements of the parameters of the kinematic motion of the object.

Целью изобретения является повышение точности и быстродействия преобразования линейных перемещений в код. The aim of the invention is to improve the accuracy and speed of the conversion of linear movements into code.

Цель достигается тем, что в ультразвуковой преобразователь линейных перемещений, содержащий два параллельных звукопровода из магнитострикционного материала, закрепленных в акустических поглотителях, с внутренней стороны первого из которых на звукопроводах друг против друга неподвижно установлены первый и второй сосредоточенные элементы считывания, выводы которых соединены с первым и вторым входами усилителя-формирователя считывания, выход которого соединен с первым информационным входом вычислительного блока, первый и второй управляющие входы которого подключены соответственно к шине запуска и к шине разрешения, которая соединена со входом формирователя импульсов, выход которого соединен со входом усилителя записи, выход вычислительного блока соединен с шиной запроса, а первая группа выходов соединена с шинами данных, два ограничителя перемещений, закрепленные на границах рабочего участка первого звукопровода, и третий элемент считывания, в него введен поляризатор, формирователь импульсов выполнен в виде генератора качающей частоты, вычислительный блок содержит цифровой измеритель разности частот, триггер управления и формирователь знака перемещения, а третий элемент считывания неподвижно установлен на первом звукопроводе с наружной стороны первого акустического поглотителя, вывод третьего элемента считывания соединен с третьим входом усилителя-формирователя считывания, расположенный с наружной стороны первого акустического поглотителя, конец первого звукопровода подключен к выходу усилителя записи, один сигнальный вход цифрового измерителя разности частот является первым информационным входом вычислительного блока, вторым информационным входом которого является другой сигнальный вход цифрового измерителя разности частот, который подключен к выходу генератора качающей частоты, вход синхронизации формирователя знака перемещения является первым управляющим входом вычислительного блока и соединен с входом установки в единичное состояние триггера управления и с первым управляющим входом цифрового измерителя разности частот, второй управляющий вход которого является вторым управляющим входом вычислительного блока, выход соединен с входом установки в нулевое состояние триггера управления, инверсный выход которого является выходом вычислительного блока, а прямой выход соединен с третьим управляющим входом цифрового измерителя разности частот, группа выходов которого является первой группой выходов вычислительного блока и соединена с информационными входами формирователя знака перемещения, выходы которого являются выходами кода знака вычислительного блока, поляризатор установлен на первом звукопроводе с возможностью перемещения вдоль него между ограничителями перемещений и является кинематическим входом преобразователя. The goal is achieved by the fact that in the ultrasonic transducer of linear displacements, containing two parallel sound ducts of magnetostrictive material fixed in acoustic absorbers, on the inside of the first of which the first and second concentrated reading elements are fixedly mounted on the sound ducts against each other, the conclusions of which are connected to the first and the second inputs of the amplifier-driver read, the output of which is connected to the first information input of the computing unit, the first and second control the main inputs of which are connected respectively to the trigger bus and to the resolution bus, which is connected to the input of the pulse shaper, the output of which is connected to the input of the recording amplifier, the output of the computing unit is connected to the request bus, and the first group of outputs is connected to the data buses, two movement limiters, fixed at the boundaries of the working section of the first sound duct, and the third reading element, a polarizer is introduced into it, the pulse shaper is made in the form of a pumping frequency generator, the computing unit is there is a digital frequency difference meter, a control trigger and a movement sign generator, and the third reading element is fixedly mounted on the first sound pipe from the outside of the first acoustic absorber, the output of the third reading element is connected to the third input of the reading driver, located on the outside of the first acoustic absorber, the end of the first sound duct is connected to the output of the recording amplifier, one signal input of a digital frequency difference meter is the first information ion input of the computing unit, the second information input of which is another signal input of a digital measuring device of the frequency difference, which is connected to the output of the oscillating frequency generator, the synchronization input of the shaper of the sign of movement is the first control input of the computing unit and is connected to the installation input in the unit state of the control trigger and the first the control input of a digital frequency difference meter, the second control input of which is the second control input of the computing of the unit, the output is connected to the zero setting of the control trigger, the inverse output of which is the output of the computing unit, and the direct output is connected to the third control input of the digital frequency difference meter, the output group of which is the first group of outputs of the computing unit and connected to the information inputs of the sign formator movement, the outputs of which are the outputs of the sign code of the computing unit, the polarizer is mounted on the first sound pipe with the ability to move along n it between the movement limiters and is the kinematic input of the converter.

На фиг. 1 приведена структурная схема ультразвукового преобразователя линейных перемещений; на фиг. 2-4 - варианты выполнения усилителя-формирователя считывания, формирователя импульсов и цифрового измерителя разности частот; на фиг. 5, 6 - основные временные диаграммы, поясняющие работу ультразвукового преобразователя линейных перемещений. In FIG. 1 shows a structural diagram of an ultrasonic transducer of linear displacements; in FIG. 2-4 are embodiments of a read driver, pulse shaper, and a digital frequency difference meter; in FIG. 5, 6 are the main timing diagrams explaining the operation of the ultrasonic transducer of linear displacements.

Ультразвуковой преобразователь линейных перемещений (фиг. 1) содержит первичный магнитострикционный преобразователь перемещений (МПП), состоящий из основного и дополнительного прямолинейных магнитострикционных звукопроводов 1, 2, двух акустических поглотителей 3, 4, трех сосредоточенных элементов 5, 6, 7 считывания, поляризатора 8, двух ограничителей 9 перемещений, усилителя 10 записи и усилителя-формирователя 11 считывания, формирователь 12 импульсов, выполненный в виде генератора качающей частоты, вычислительный блок (ВБ) 13, состоящий из триггера 14 управления, цифрового измерителя 15 разности частот (ЦИПЧ), формирователя 16 знака перемещения, шину 17 разрешения, шину 18 запроса, шину 19 запуска, n-шины 20 данных и m-шины 21 знака перемещения. The ultrasonic linear displacement transducer (Fig. 1) contains a primary magnetostrictive displacement transducer (MPP), consisting of the main and additional rectilinear magnetostrictive sound ducts 1, 2, two acoustic absorbers 3, 4, three lumped reading elements 5, 6, 7, polarizer 8, two limiters 9 displacements, the recording amplifier 10 and the reading driver 11, the pulse shaper 12, made in the form of a pumping frequency generator, a computing unit (WB) 13, consisting of trig hera 14 controls, digital meter 15 of the difference of frequencies (TsIFCH), the shaper 16 signs of movement, bus 17 permission, bus 18 request, bus 19 start, n-bus 20 data and m-bus 21 signs of movement.

Основной и дополнительный звукопроводы 1, 2 МПП установлены параллельно друг относительно друга и закреплены в акустических поглотителях 3, 4. Один конец основного звукопровода 1 подключен к общей шине преобразователя, а другой - к выходу усилителя 10 записи. С обоих сторон от первого акустического поглотителя 3 на основном звукопроводе неподвижно закреплены первый и второй сосредоточенные элементы 5, 6 считывания, подключенные к первому и второму входам усилителя-формирователя 11 считывания. Третий его вход подсоединен к выводам третьего сосредоточенного элемента 7 считывания, закрепленного неподвижно на дополнительном звукопроводе 2 оппозитно второму сосредоточенному элементу 6 считывания. На рабочей части основного звукопровода 1 МПП закреплен поляризатор 8, выполненный с возможностью перемещения между ограничителями 9 перемещений и кинематически связан с объектом. Выход усилителя-формирователя 11 считывания соединен с одним сигнальным входом ЦИРЧ 15 ВБ 13, его другой сигнальный выход соединен с выходом формирователя 12 импульсов и входом усилителя 10 записи. Управляющие входы формирователя 12 импульсов и ЦИРЧ 15 объединены и подключены к шине 17 разрешения. Второй управляющий вход ЦИРЧ 15 соединен с прямым выходом триггера 14 управления ВБ 13, третий управляющий вход соединен с единичным входом триггера 14 управления, синхровходом формирователя 16 знака перемещения и подключен к шине 19 запуска. Инверсный выход триггера 14 управления подключен к шине 18 запроса. Информационные выходы ЦИРЧ 15 соединены с одноименными входами формирователя 16 знака перемещения и подключены к шинам 20 данных, а его другой выход соединен с нулевым входом триггера 14 управления. Выходы формирователя 16 знака перемещения ВБ 13 подключены к шинам 21 знака перемещения. The main and additional sound ducts 1, 2 of the MPP are installed parallel to each other and fixed in acoustic absorbers 3, 4. One end of the main sound duct 1 is connected to the common bus of the converter, and the other to the output of the recording amplifier 10. On both sides of the first acoustic absorber 3, the first and second lumped reading elements 5, 6 connected to the first and second inputs of the reading amplifier 11 are fixedly fixed on the main sound duct. Its third input is connected to the terminals of the third concentrated reading element 7, which is fixed motionless on the additional sound duct 2 opposite to the second concentrated reading element 6. On the working part of the main duct 1 MPP fixed polarizer 8, made with the possibility of movement between the limiters 9 movements and kinematically connected with the object. The output of the read-amplifier 11 is connected to one signal input of the digital circulator 15 VB 13, its other signal output is connected to the output of the pulse shaper 12 and the input of the recording amplifier 10. The control inputs of the pulse shaper 12 and TsIRCH 15 are combined and connected to the resolution bus 17. The second control input CIRC 15 is connected to the direct output of the trigger 14 of the control VB 13, the third control input is connected to a single input of the trigger 14 of the control, the sync input of the shaper 16 signs of movement and connected to the start bus 19. The inverse output of the control trigger 14 is connected to the request bus 18. Information outputs TsIRCH 15 connected to the inputs of the same name shaper 16 signs of movement and connected to the data bus 20, and its other output is connected to the zero input of the trigger 14 of the control. The outputs of the shaper 16 signs of movement of the WB 13 are connected to the buses 21 of the sign of movement.

Ультразвуковой преобразователь линейных перемещений работает следующим образом. Первоначально преобразователь (фиг. 1) устанавливается в исходное состояние, а именно триггер 14 управления ВБ 13, D-триггеры 34, 35 по сигналу формирователя начального сброса, выполненного на инверторе 30 с RC-элементами 50, 51 и диоде 52 (фиг. 4). При подаче сигнала "Разрешение" (фиг. 6, а) по шине 17 разрешения производится запуск формирователя 12 импульса, вырабатывающий серии импульсных сигналов качающей частоты f_o (фиг. 5. б, фиг. 6. б) и разблокирование сигнальных входов ЦИРЧ 15 ВБ 13. Сигналы формирователя 12 импульсов поступают на один из сигнальных входов ЦИРЧ 15 и вход усилителя 10 записи, возбуждая его. На его выходе вырабатываются токовые посылки с частотой следования f_o = 1/Т_о, которые проходят в среду основного магнитострикционного звукопровода 1 МПП и возбуждают упругие крутильные волны под поляризатором 8 вследствие магнитомеханического преобразования. Одновременно на выводах первого и второго сосредоточенных элементов 5, 6 считывания наводятся импульсы считывания вследствие индуктивного эффекта, которые проходят на входы усилителя-формирователя 11 считывания и взаимокомпенсируются первым дифференциальным усилителем 22 (фиг. 2). На выходе усилителя-формирователя 11 считывания не вырабатывается импульсная последовательность сигналов опорной частоты f_o в моменты возбуждения звукопровода 1 МПП. Для формирования импульсной последовательности качающей частоты f_o формирователь 12 импульсов выполнен на основе последовательно включенных генератора 27 линейно-изменяющегося напряжения (ГЛИН), формирующего треугольное напряжение, генератора 28 управляемого напряжения и одновибратора 29 (фиг. 3).Ultrasonic transducer linear displacements works as follows. Initially, the converter (Fig. 1) is set to its initial state, namely, the trigger 14 of the control VB 13, D-flip-flops 34, 35 by the signal of the initial reset driver performed on the inverter 30 with RC elements 50, 51 and the diode 52 (Fig. 4 ) When the signal "Resolution" (Fig. 6, a) is sent via the resolution bus 17, the pulse shaper 12 is launched, which generates a series of pulse signals of the pumping frequency f _o (Fig. 5. b, Fig. 6. b) and the signal inputs of the RCCH 15 are unlocked WB 13. The signals of the pulse shaper 12 are fed to one of the signal inputs of the digital circulating frequency converter 15 and the input of the recording amplifier 10, exciting it. At its output current packages are generated with a repetition rate f _o = 1 / Т _о , which pass into the medium of the main magnetostrictive sound pipe 1 of the MPP and excite elastic torsion waves under the polarizer 8 due to the magnetomechanical transformation. At the same time, the read pulses are induced at the terminals of the first and second concentrated reading elements 5, 6 due to the inductive effect, which pass to the inputs of the read-imaging amplifier 11 and are mutually compensated by the first differential amplifier 22 (Fig. 2). At the output of the reading amplifier 11, a pulse sequence of signals of the reference frequency f _o is not generated at the moments of excitation of the sound duct 1 MPP. To form a pulse sequence of the pumping frequency f _o , the pulse shaper 12 is made on the basis of a serially connected linearly varying voltage generator (GLIN) 27, forming a triangular voltage, a controlled voltage generator 28 and a single-shot 29 (Fig. 3).

Упругие волны кручения, распространяясь по основному звукопроводу 1 МПП в сторону второго акустического поглотителя 4 со скоростью V_кр, в следующие моменты времени поглощаются. Другие упругие волны распространяются в сторону второго сосредоточенного элемента 6 считывания, достигают его и считываются через интервал времени искомого линейного перемещения l_x объекта, равного
T_x=

; ; (1) На его выводах индуцируются аналоговые сигналы считывания импульсной последовательности вследствие магнитоупругого преобразования, которые проходят через второй и третий дифференциальные усилители 23, 24 (фиг. 2), ограничиваются по амплитуде ограничителем 25 и преобразуются в прямоугольные видеоимпульсы пороговым элементом 26 (триггер Шмитта). На выходе усилителя-формирователя 11 считывания формируется импульсная последовательность видеоимпульсов (фиг. 5, в, фиг. 6, в), следующая с отличной частотой f_o* = 1/T_о* на величину временной задержки (1) по акустическому тракту МПП, и поступает на другой сигнальный вход ЦИРЧ 15 ВБ 13 преобразователя. В следующие моменты времени упругие волны достигают первый акустический поглотитель 3 и рассеивают на нем свою энергию. В среде основного звукопровода 1 МПП не происходит накопления энергии отраженных волн и поддерживается заданное отношение сигнал/помеха.Elastic torsion waves, propagating along the main sound path 1 of the MPP towards the second acoustic absorber 4 with a speed of V _cr , are absorbed at the following time instants. Other elastic waves propagate in the direction of the second concentrated reading element 6, reach it and are read through the time interval of the desired linear displacement l _{x of the} object, equal to
T _x =

; ; (1) At its terminals, analogue signals are read out of the pulse sequence due to magnetoelastic conversion, which pass through the second and third differential amplifiers 23, 24 (Fig. 2), are limited in amplitude by the limiter 25, and are converted into rectangular video pulses by the threshold element 26 (Schmitt trigger) . At the output of the reading amplifier 11, a pulse sequence of video pulses is formed (Fig. 5, c, Fig. 6, c), which follows with an excellent frequency f _o * = 1 / T _o * by the amount of time delay (1) along the MPP acoustic path, and enters the other signal input CIRC 15 WB 13 Converter. At the following time instants, the elastic waves reach the first acoustic absorber 3 and scatter their energy on it. In the medium of the main sound duct 1 of the MPP, the energy of reflected waves does not accumulate and the specified signal / noise ratio is maintained.

По инверсному выходу триггера 14 управления выставляется сигнал "Запрос" (фиг. 5, г), который проходит на шину 18 запроса и информирует пользователя о готовности преобразователя к началу цикла преобразования. При выставлении сигнала "Запуск" (фиг. 5, а, фиг. 6, г) по шине 19 запуска в произвольный момент времени производится переключение триггера 14 управления в единичное состояние (фиг. 5, г), обнуление счетчиков 44, 45 (фиг. 5, з, к), установка в единичное состояние D-триггеров 34, 35 (фиг. 5. д. е) и в нулевое состояние - D-триггеров 36, 37 (фиг. 5, ж, и). Входные логические элементы 31, 32 И-НЕ разблокируются, что приводит к захвату пары импульсов опорной и сдвинутой по времени частот f_o и f_o(фиг. 5, б, в), которые проходят через элементы 31, 32 И-НЕ и переключают D-триггеры 36, 37, работающие в режиме счетного триггера (фиг. 5, ж, к). На время действия этих сигналов запускаются измерительные генераторы 42, 43, производящие дискретизацию с интервалом Т = 1/f. Счетчики 44, 45 производят подсчет числа импульсов, выработанных генераторами 42, 43 за интервалы Т_о и Т_о* и формирование n-разрядных кодов N₁ = T_o˙f и N₂ = T_o*˙f (фиг. 5, з, к), разность которых ΔN = | N₁ - N₂ | отражает разность частот Δf = | f_o - f_o* | , несущую информацию о текущем перемещении объекта. По срезу импульсов D-триггеров 36, 37 запускаются одновибраторы 39, 40 (фиг. 5, л, м), переключая в исходное состояние D-триггеры 34, 35, что приводит к блокированию входных логических элементов 31, 32 И-НЕ. Сигналы формирователя 12 импульсов и усилителя-формирователя 11 считывания с этого момента не проходят в ЦИРЧ 15 и не изменяют его состояние. Сигналы D-триггеров 36, 37 далее логически перемножаются на элементе 38 ИЛИ и по их срезу (фиг. 5. н) производится запуск третьего одновибратора 41, который устанавливает в исходное состояние триггер 14 управления ВБ 13 преобразователя (фиг. 5. г). По шине 18 выставляется сигнал "Запрос".The inverse output of the control trigger 14 sets the “Request” signal (Fig. 5d), which passes to the request bus 18 and informs the user about the converter’s readiness for the start of the conversion cycle. When setting the "Start" signal (Fig. 5, a, Fig. 6, g) via the start bus 19 at an arbitrary time, the control trigger 14 is switched to a single state (Fig. 5, g), the counters 44, 45 are reset to zero (Fig. 5, h, k), setting the D-flip-flops 34, 35 into a single state (Fig. 5. e) and to the zero state - D-flip-flops 36, 37 (Fig. 5, g, and). The input logic elements 31, 32 AND-NOT unlocked, which leads to the capture of a pair of pulses of the reference and time-shifted frequencies f _o and f _o (Fig. 5, b, c), which pass through the elements 31, 32 AND-NOT and switch D-flip-flops 36, 37, operating in counting trigger mode (Fig. 5, g, k). For the duration of the action of these signals, measuring generators 42, 43 are started, which produce discretization with an interval of T = 1 / f. The counters 44, 45 calculate the number of pulses generated by the generators 42, 43 for the intervals T _o and T _o * and the formation of n-bit codes N ₁ = T _o ˙ f and N ₂ = T _o * ˙ f (Fig. 5, s , k) whose difference ΔN = | N ₁ - N ₂ | reflects the frequency difference Δf = | f _o - f _o * | carrying information about the current movement of the object. By cutting the pulses of the D-flip-flops 36, 37, one-shots 39, 40 (Fig. 5, l, m) are started, switching the D-flip-flops 34, 35 to the initial state, which leads to blocking of the input logic elements 31, 32 AND-NOT. The signals of the pulse shaper 12 and the reading amplifier-shaper 11 from this moment do not pass into the circulating frequency converter 15 and do not change its state. The signals of the D-flip-flops 36, 37 are then logically multiplied on the OR element 38 and, after their slice (Fig. 5. n), the third one-shot 41 is launched, which sets the control trigger 14 of the converter WB 13 into the initial state (Fig. 5. g). On the bus 18 sets the signal "Request".

С выходов счетчиков 44, 45 коды N1, N2 поступают на первые и вторые группы входов цифровых компаратора 46 и коммутатора 48. Компаратор 46 выполняет поразрядное сравнение указанных кодов и вырабатывает сигналы "больше" и равно", которые через элемент 47 ИЛИ поступают на управляющий вход коммутатора 48. Это условие позволяет коммутатору 48 передавать на первую и вторую группы входов вычитателя 49 коды N1 и N2 в однозначной последовательности для вычисления результирующего кода искомого перемещения независимо от направления перемещения объекта, а именно
N_x = |N1 - N2| = |T_o - T_o ^*|˙f; (2) Вычисленный код (2) далее проходит на информационные входы формирователя 16 знака перемещения ВБ 13 преобразователя и шины 20 данных, формируя сигнал "Перемещение".From the outputs of the counters 44, 45, codes N1, N2 are sent to the first and second groups of inputs of the digital comparator 46 and switch 48. The comparator 46 performs bitwise comparison of the indicated codes and generates “greater than and equal” signals, which are transmitted through the OR element 47 to the control input switch 48. This condition allows the switch 48 to transmit to the first and second groups of inputs of the subtractor 49 codes N1 and N2 in an unambiguous sequence to calculate the resulting code of the desired movement regardless of the direction of movement of the object, namely
N _x = | N1 - N2 | = | T _o - T _o ^* | ˙f; (2) The calculated code (2) then passes to the information inputs of the shaper 16 of the movement sign WB 13 of the converter and the data bus 20, generating a “Move” signal.

По сигналу "Запуск" в следующем цикле преобразования код текущего цикла преобразования заносится в буферный регистр формирователя 16 знака перемещения и сравнивается с последующим результирующим кодом N_x.1на компараторе (на фиг. 1 не показано). В результате на его выходах будет сформирован код знака перемещения, равный
N_зн= N_x.1-N_x =

(3) который проходит на шины 21 знака перемещения с выставлением сигнала "Знак перемещения".By the signal "Start" in the next conversion cycle, the code of the current conversion cycle is entered in the buffer register of the shaper 16 of the movement sign and compared with the subsequent resulting code N _x.1 on the comparator (not shown in Fig. 1). As a result, a code of the sign of movement equal to
N _character = N _x . ₁ -N _x =

(3) which passes to the bus 21 of the sign of movement with the signal "Sign of movement".

На этом цикл преобразования перемещения в код (2) завершается и преобразователь переходит в режим ожидания очередного цикла преобразования, который выполняется без изменения согласно описанного алгоритма. Частота подачи запускающего импульса "Запуск" определяется временем переходных процессов в счетчиках 44, 45, компараторах 46, 47, коммутаторе 48 и вычитателе 49 цифрового измерителя 15 разности частот (фиг. 4) и не связана с временем трансляции волны через среду звукопровода 1 МПП, вследствие использования метода частотно-временного преобразования с ЛЧМ-кодированием (ЛЧМ-линейная частотная модуляция). Это позволяет повысить быстродействие преобразования перемещений приблизительно в (Т_х/Т_к+1) раза относительно прототипа, где Т_к - время кодирования интервалов Т_о, Т_о* сравниваемых частот, Т_х - верхний диапазон преобразования перемещений.This completes the conversion cycle of moving to code (2) and the converter goes into standby mode of the next conversion cycle, which is performed without change according to the described algorithm. The start-up pulse supply frequency "Start-up" is determined by the transient times in the counters 44, 45, comparators 46, 47, switch 48 and subtractor 49 of the digital meter 15 of the frequency difference (Fig. 4) and is not related to the time of wave transmission through the medium of the MPP sound pipe 1, due to the use of the time-frequency conversion method with LFM coding (LFM-linear frequency modulation). This allows you to increase the speed of the conversion of displacements approximately (T _x / T _to +1) times relative to the prototype, where T _k is the coding time of the intervals T _o , T _o * of the compared frequencies, T _x is the upper range of the transformation of displacements.

Воздействие акустических полей на МПП преобразователя в процессе его работы в реальных условиях вызывает искажение формы динамической магнитострикционной мерной шкалы, формируемой в среде акустического тракта преобразователя, что ведет к снижению точности и надежности. Для уменьшения их влияния МПП преобразователя (фиг. 1) выполнен по компенсационной кинематической схеме. Так, при воздействии акустических (а также и электромагнитных) помех на выводах второго и третьего сосредоточенных элементов 6, 7 считывания наводятся сигналы f_n, которые проходят на входы усилителя-формирователя 11 считывания и взаимокомпенсируются дифференциальными усилителями 22, 23, 24 (фиг. 2). Эффективность подавления помех зависит от идентичности электрических и геометрических параметров элементов 5, 6, 7 считывания и акустических трактов 1, 2 МПП. Данный подход позволяет уменьшить искажения формы магнитострикционной мерной шкалы преобразователя, а использование упругих волн кручения нулевого порядка - устранить влияние дисперсии скорости волны. В результате повышается точность преобразования по сравнению с прототипом.The influence of acoustic fields on the MPP of the transducer during its operation under real conditions causes a distortion in the shape of a dynamic magnetostrictive measuring scale formed in the medium of the transducer acoustic path, which leads to a decrease in accuracy and reliability. To reduce their influence, the MPP converter (Fig. 1) is made according to the compensation kinematic scheme. So, when exposed to acoustic (as well as electromagnetic) interference, the outputs of the second and third concentrated reading elements 6, 7 induce signals f _n that pass to the inputs of the reading amplifier 11 and are mutually compensated by differential amplifiers 22, 23, 24 (Fig. 2 ) The effectiveness of noise suppression depends on the identity of the electrical and geometric parameters of the reading elements 5, 6, 7 and the acoustic paths 1, 2 MPP. This approach allows us to reduce the distortion of the shape of the magnetostrictive measuring scale of the transducer, and the use of elastic torsion waves of the zeroth order to eliminate the influence of wave velocity dispersion. The result is increased conversion accuracy compared to the prototype.

(56) Авторское свидетельство СССР N 1158865, кл. G 01 B 17/00, 1985. (56) Copyright certificate of the USSR N 1158865, cl. G 01 B 17/00, 1985.

Авторское свидетельство СССР N 1640546, кл. G 01 B 17/00, 1989. USSR copyright certificate N 1640546, cl. G 01 B 17/00, 1989.

Claims

ULTRASONIC LINEAR MOVEMENT CONVERTER, containing two parallel sound ducts of magnetostrictive material, mounted in acoustic absorbers, on the inside of the first of which the first and second concentrated reading elements are fixedly mounted on the sound ducts against each other, the outputs of which are connected to the first and second inputs of the reading amplifier the output of which is connected to the first information input of the computing unit, the first and second control inputs of which are respectively connected to the trigger bus and the resolution bus, which is connected to the input of the pulse shaper, the output of which is connected to the input of the recording amplifier, the output of the computing unit is connected to the request bus, and the first group of outputs is connected to the data buses, two movement limiters fixed at the boundaries of the working section the first sound duct, and the third reading element, characterized in that a polarizer is introduced into it, the pulse shaper is made in the form of a pumping frequency generator, the computing unit contains numbers a frequency difference meter, a control trigger and a movement sign generator, and the third reading element is fixedly mounted on the first sound pipe from the outside of the first acoustic absorber, the output of the third reading element is connected to the third input of the reading driver, located on the outside of the first acoustic absorber the sound duct is connected to the output of the recording amplifier, one signal input of a digital frequency difference meter is the first information input the house of the computing unit, the second information input of which is another signal input of a digital measuring device of the frequency difference, which is connected to the output of the oscillating frequency generator, the synchronization input of the shaper of the sign of displacement is the first control input of the computing unit and is connected to the unit input to the single state of the control trigger and to the first control the input of the digital meter of the frequency difference, the second control input of which is the second control input of the computing unit, the output One is connected to the input of the installation in the zero state of the control trigger, the inverse output of which is the output of the computing unit, and the direct output is connected to the third control input of the digital frequency difference meter, the group of outputs of which is the first group of outputs of the computing unit and connected to the information inputs of the displacement sign generator, the outputs of which are the outputs of the sign code of the computing unit, the polarizer is mounted on the first sound pipe with the possibility of moving along it between limiters of movement and is the kinematic input of the converter.