RU2031360C1 - Ultrasonic converter of linear movements of object - Google Patents
Ultrasonic converter of linear movements of object Download PDFInfo
- Publication number
- RU2031360C1 RU2031360C1 SU5009786A RU2031360C1 RU 2031360 C1 RU2031360 C1 RU 2031360C1 SU 5009786 A SU5009786 A SU 5009786A RU 2031360 C1 RU2031360 C1 RU 2031360C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- output
- trigger
- recording
- inputs
- counter
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Length Measuring Devices Characterised By Use Of Acoustic Means (AREA)
- Transmission And Conversion Of Sensor Element Output (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к измерительной технике, а именно к ультразвуковым преобразователям перемещений, и может найти применение в робототехнических системах и комплексах для измерения и контроля параметров кинематического движения объекта. The invention relates to measuring equipment, namely to ultrasonic transducers of displacements, and can find application in robotic systems and complexes for measuring and controlling the parameters of the kinematic motion of an object.
Известен ультразвуковой преобразователь линейных перемещений, содержащий Y-образный звукопровод из магнитострикционного материала со свободным концом, акустический демпфер, два ограничителя перемещений, распределенный элемент записи-считывания с основным магнитом смещения, два дополнительных магнитных отражателя, механически связанные с объектом [1]. Known ultrasonic transducer of linear displacements, containing a Y-shaped sound conductor from a magnetostrictive material with a free end, an acoustic damper, two movement limiters, a distributed write-read element with a main displacement magnet, two additional magnetic reflectors mechanically connected to the object [1].
Известен ультразвуковой преобразователь линейных перемещений, выбранный в качестве прототипа, который содержит магнитострикционный звукопровод со свободным концом, заключенный в акустический демпфер, элемент записи с магнитом смещения и элемент считывания с магнитом смещения, усилитель записи, одновибратор, предусилитель и усилитель-формирователь считывания, триггер, блок АРУ, четыре регистра, коммутатор, элемент задержки, генератор кодов, блок деления, компаратор, входные и выходные шины [2]. Known ultrasonic transducer of linear displacements, selected as a prototype, which contains a magnetostrictive sound conductor with a free end, enclosed in an acoustic damper, a recording element with a bias magnet and a reading element with a bias magnet, a recording amplifier, one-shot, preamplifier and reading driver, trigger, AGC block, four registers, switch, delay element, code generator, division block, comparator, input and output buses [2].
Общим недостатком известных устройств является недостаточная точная точность измерения перемещений из-за влияния дестабилизирующих факторов среды, например изменение температуры окружающей среды, а также сложность аппаратурной реализации, что снижает быстродействие и надежность. A common disadvantage of the known devices is the lack of accurate accuracy of displacement measurement due to the influence of destabilizing environmental factors, for example, a change in ambient temperature, as well as the complexity of the hardware implementation, which reduces speed and reliability.
Техническим результатом изобретения является повышение точности и надежности преобразования линейных перемещений в код за счет коррекции температурной погрешности и упрощения структуры вторичного преобразователя. The technical result of the invention is to increase the accuracy and reliability of the conversion of linear movements into code by correcting the temperature error and simplifying the structure of the secondary transducer.
Это достигается тем, что в ультразвуковой преобразователь линейных перемещений, содержащий прямолинейный звукопровод со свободным концом из магнитострикционного материала с одним знаком магнитострикции, другой его конец заключен в акустический демпфер, два ограничителя перемещений, установленные по его концам, сосредоточенный элемент считывания с магнитом смещения, неподвижно закрепленный на звукопроводе вблизи его акустического демпфера и подключенный к выводам избирательного усилителя-формирователя считывания, сосредоточенный элемент записи, закрепленный на звукопроводе с возможностью перемещения между ограничителями перемещений и кинематически подключенный к объекту, его выводы подсоединены к выходам усилителя записи, вход которого подключен к выходу одновибратора, триггер и измерительный генератор, его вход соединен с прямым выходом триггера, дополнительно введены второй прямолинейный звукопровод со свободным концом из магнитострикционного материала с другим знаком магнитострикции, установленный равнопараллельно первому звукопроводу и заключенный в акустический демпфер, второй сосредоточенный элемент считывания, неподвижно закрепленный на втором звукопроводе параллельно первому элементу считывания с магнитом смещения, его выводы подсоединены к выводам второго избирательного усилителя-формирователя считывания, а элемент записи охватывает второй звукопровод, второй и третий триггеры, первый и второй элементы И, первый, второй и третий счетчики, сумматор и инвертор. Выход одновибратора соединен с нулевыми входами первого, второго и третьего счетчиков и через инвертор подключен к одним входам первого и второго элементов И и счетному входу третьего счетчика через измерительный генератор, а инверсный выход подключен к шине запроса, нулевые входы первого, второго и третьего триггеров объединены, соединены с одним входом одновибратора и подключены к шине управления, другой вход одновибратора подключен к шине запуска, выходы второго и третьего триггеров через первый и второй элементы И подключены к счетным входам первого и второго счетчиков соответственно, их разрядные выходы подсоединены к первой и второй группам входов сумматора, а его выходы подключены к шинам результата, выход третьего счетчика соединен с синхровходом первого триггера. This is achieved by the fact that in an ultrasonic transducer of linear displacements containing a rectilinear sound duct with a free end made of magnetostrictive material with one magnetostriction sign, its other end is enclosed in an acoustic damper, two displacement stops installed at its ends, a concentrated reading element with a displacement magnet, is stationary fixed to the sound duct near its acoustic damper and connected to the terminals of the selective amplifier-driver of reading, concentrated a recording element mounted on a sound pipe with the ability to move between the movement limiters and kinematically connected to the object, its outputs are connected to the outputs of the recording amplifier, the input of which is connected to the output of a single-shot, a trigger and a measuring generator, its input is connected to the direct output of the trigger, a second rectilinear is additionally introduced sound conductor with a free end of magnetostrictive material with another magnetostriction sign, installed equally parallel to the first sound duct and enclosed an acoustic damper, a second concentrated reading element, fixedly mounted on the second sound pipe parallel to the first reading element with a bias magnet, its conclusions are connected to the terminals of the second selective reading driver, and the recording element covers the second sound pipe, the second and third triggers, the first and second elements And , first, second and third counters, adder and inverter. The output of the one-shot is connected to the zero inputs of the first, second and third counters and is connected through the inverter to one of the inputs of the first and second elements AND and the counting input of the third counter via a measuring generator, and the inverse output is connected to the request bus, the zero inputs of the first, second and third triggers are combined are connected to one input of the one-shot and connected to the control bus, the other input of the one-shot is connected to the start bus, the outputs of the second and third triggers through the first and second elements AND are connected to the account th inputs of the first and second counters, respectively, their bit outputs are connected to the first and second groups of inputs of the adder, and its outputs are connected to the busbars result, the third counter output is connected to the clock terminal of the first flip-flop.
На фиг. 1, 2 приведены блок-схемы ультразвукового преобразователя линейных перемещений, выполненного по условно контактной и неконтактной кинематическим схемам первичного преобразователя. In FIG. 1, 2 are block diagrams of an ultrasonic transducer of linear displacements made according to conditionally contact and non-contact kinematic circuits of the primary transducer.
Ультразвуковой преобразователь линейных перемещений содержит первичный магнитострикционный преобразователь перемещений (МПП), состоящий из первого и второго прямолинейных звукопроводов 1, 2 со свободными концами из магнитострикционных материалов с разными знаками коэффициентов магнитострикции, закреп- ленные равнопараллельно друг друга и установленные в акустический демпфер 3, сосредоточенный элемент 4 записи, закрепленный на звукопроводах с возможностью перемещения между ограничителями 5 перемещений и кинематически подключенный к объекту, первый и второй сосредоточенные элементы 6, 7 считывания с магнитом смещения, закрепленные на опорном расстоянии от акустического демпфера 3 на звукопроводах 1, 2 соответственно, усилитель 8 записи, подсоединенный к выводам элемента 4 записи, первый и второй избирательные усилители-формирователи 9, 10 считывания, подсоединенные к выводам первого и второго элементов 6, 7 считывания соответственно, и вторичный преобразователь, состоящий из одновибратора 11, инвертора 12, первого, второго и третьего триггеров 13, 14, 15, измерительного генератора 16, первого и второго элементов И 17, 18, первого, второго и третьего счетчиков 19, 20, 21 и сумматора 22. The ultrasonic transducer of linear displacements contains a primary magnetostrictive transducer of displacements (MPP), consisting of the first and second
Выход одновибратора 11 подключен к входам усилителя 8 записи, инвертора 12 и соединен с нулевыми входами первого, второго и третьего счетчиков 19, 20, 21, а выход инвертора 12 соединен с единичным входом первого триггера 13. Его инверсный выход подключен к шине 25 запроса, а прямой выход через измерительный генератор 16 - к одним входам первого и второго элементов И 17, 18 и счетчиков 19, 20 соответственно. Их разрядные выходы соединены с первой и второй группами входов сумматора 22, выходы которого подключены к шинам 26 результата. The output of the one-
Выходы первого и второго избирательных усилителей-формирователей 9, 10 считывания подключены к синхровходам второго и третьего триггеров 14, 15, выходы которых соединены с другими входами первого и второго элементов И 17, 18. Другой вход одновибратора 11 подключен к шине 25 запуска. The outputs of the first and second
Кроме того, в ультразвуковой преобразователь линейных перемещений (фиг. 2), в его МПП дополнительно введены первый и второй сосредоточенные элементы 27, 28 записи-считывания с магнитом смещения, закрепленные на первом и втором звукопроводах 1, 2 на опорном расстоянии от акустического демпфера соответственно, магнитные отражатели 19, закрепленные на звукопроводах 1, 2 с возможностью перемещения между ограничителями 5 перемещений и кинематически соединенные с объектом. Одни выводы элементов 27, 28 записи-считывания подсоединены к выходам первого и второго избирательных усилителей-формирователей 9, 10 считывания, а другие их выводы - к выводам усилителя 8 записи. In addition, in the ultrasonic transducer of linear displacements (Fig. 2), in its MPP, the first and second lumped write-
Устройство работает следующим образом. The device operates as follows.
Первоначально по шине 23 управления выставлен сигнал "Останов", удерживающий преобразователь в заблокированном состоянии. При этом одновибратор 11 блокирован, а триггеры 13, 14, 15 установлены в нулевое состояние (фиг. 1). Initially, a "Stop" signal is set on the
При снятии сигнала "Останов" преобразователь переводится в режим ожидания начала цикла преобразования. По шине 24 запроса выставляется сигнал "Запрос", информирующий пользователя о готовности к началу цикла преобразования. В следующий момент по шине 25 запуска пользователь выставляет импульсный сигнал "Запуск", по которому запускается одновибратор 11. When the “Stop” signal is removed, the converter is put into standby mode of the beginning of the conversion cycle. A request signal is issued on the
На его выходе формируется импульсный сигнал, по которому счетчики 19, 20, 21 устанавливаются в исходное состояние (Q=0), возбуждается усилитель 8 записи и через инвертор 12 взводится (Q=1) триггер 13. По шине 24 запроса снимается сигнал "Запрос", и запускается измерительный генератор 16, вырабатывающий серию импульсных сигналов с частотой следования fo, которые проходят на входы логических элементов И 17, 18 и счетный вход счетчика 21. Счетчик 21 подсчитывает их число.A pulse signal is generated at its output, by which the
На выходе усилителя 8 записи формируется модулированный высокой частотой токовый импульс записи, который проходит в подвижный сосредоточенный элемент 4 записи и возбуждает в первом и втором звукопроводах 1, 2 МПП зондирующие продольные ультразвуковые (УЗ) волны вследствие магнитомеханического преобразования. A recording pulse modulated by a high frequency is generated at the output of the
Возбужденные УЗ волны распространяются в обе стороны вдоль звукопроводов 1, 2 со скоростью vпр. Так, распространяясь влево (по фиг.1) по звукопроводам 1, 2 зондирующие УЗ волны в моменты времени соответственно:
T1.1 = и T2.1 = , (1) где Δ l - изменения длины l1 звукопроводов 1, 2 с разными знаками коэффициента магнитострикции под действием тепловых полей, достигают неподвижные сосредоточенные элементы 6, 7 записи с магнитом смещения и, проходя под ними, наводят на их выводах модулированные сигналы считывания вследствие магнитоупругого преобразования. Наведенные сигналы считывания демодулируются и преобразуются в прямоугольные видеоимпульсы в первом и втором избирательных усилителей-формирователей 9, 10 считывания.Excited ultrasonic waves propagate in both directions along the
T 1.1 = and T 2.1 = , (1) where Δ l is the change in the length l 1 of the sound ducts 1, 2 with different signs of the magnetostriction coefficient under the influence of thermal fields, the stationary concentrated
По сигналам считывания устанавливается в единичное состояние (Q=1) второй и третий триггеры 14, 15. Открываются логические элементы И 17, 18, через которые на счетные входы первого и второго счетчиков 19, 20 начинают проходить импульсы измерительного генератора 16. According to the read signals, the second and
Распространяясь вправо (по фиг.1) по звукопроводам 1,3 МПП зондирующие УЗ волны достигают свободные концы, отражаются и распространяются в сторону элементов 6, 7 считывания, достигая их через суммарное время соответственно:
T1.2 = , (2)
T2.2 = , (3) где Δ lx - изменение длины lх звукопроводов 1, 2 с разными знаками коэффициента магнитострикции на момент измерения под действием тепловых полей.Spreading to the right (in Fig. 1) along the soundtracks of 1.3 MPP, the sounding ultrasonic waves reach their free ends, are reflected and propagate in the direction of the
T 1.2 = , (2)
T 2.2 = , (3) where Δ l x is the change in the length l x of sound ducts 1, 2 with different signs of the magnetostriction coefficient at the time of measurement under the influence of thermal fields.
На выходах избирательных усилителей-формирователей 9, 10 считывания формируются цифровые видеоимпульсы, по которым устанавливаются в исходное состояние (Q=0) второй и третий триггеры 14, 15, блокируются входы логических элементов И 17, 18. На счетные входы первого и второго счетчиков 19, 20 с этого момента не проходят счетные импульсы измерительного генератора 16. На их n разрядных выходах формируются коды искомого перемещения:
N1=Tx1·fo=(T)fo=2fo, (4)
, (5) считанные относительно магнитострикционных шкал МПП, образованных звукопроводами 1, 2.At the outputs of the selective reading amplifiers-
N 1 = T x1 · f o = (T ) f o = 2 f o , (4)
, (5) read relative to the magnetostrictive scales of the MPP formed by
С выходов счетчиков 19, 20 коды (4), (5) перемещения объекта поступают в комбинационный m-разрядный сумматор 22, на выходе которого формируется результирующий код искомого перемещения. From the outputs of the
Nx= N1+N2= 4 + 2 fo, (6) выставляемый далее по шинам 26 результата с обозначением сигнала "Код перемещения".N x = N 1 + N 2 = 4 + 2 f o , (6) set further on the
В следующий момент времени Tоп=2(l1+lx) на К-ом выходе третьего счетчика 21 формируется сигнал, по которому переключается первый триггер 13 в исходное состояние (Q=0), что приводит к останову измерительного генератора 16 и выставлению по шине 24 запроса сигнала "Запрос". На этом цикл преобразования завершается и преобразователь подготовлен к очередному циклу преобразования, который выполняется согласно рассмотренного.At the next point in time T op = 2 (l 1 + l x ), a signal is generated at the K-th output of the
Кроме того, МПП преобразователя может быть выполнен по неконтактной кинематической схеме, как показано на фиг.2. In addition, the MPP Converter can be performed on a non-contact kinematic scheme, as shown in figure 2.
Магнитные отражатели 29 в виде двух постоянных магнитов, установленные на опорном расстоянии lo друг от друга, закреплены на звукопроводах 1, 2 с возможностью перемещения между ограничителями 5 перемещений и кинематически подключены к объекту. При подаче токового модулированного импульса записи на выводах первого и второго сосредоточенных элементов 27, 28 записи-считывания под ними в звукопроводах 1, 2 возбуждаются продольные УЗ-волны. А на выходах первого и второго усилителей-формирователей 9, 10 считывания формируются импульсные сигналы считывания, переключающие в единичное состояние второй и третий триггеры 14, 15, одновременно запускается измерительный генератор 16. Его импульсы проходят на счетные входы первого и второго счетчиков 19, 20 через открытые элементы И 17, 18, а также на счетный вход третьего счетчика 21.
Возбужденные УЗ волны, пройдя по звукопроводам 1, 2 МПП до магнитных отражателей 29, испытывают отражение от динамической границы, образованной вследствие ΔЕ-эффекта при намагничивании ферромагнетика, и изменяют направление своего движения. Через время соответственно:
Tx1 = 2 и Tx2 = 2 (7) упругие волны достигают элементы 27, 28 записи-считывания и считываются вследствие магнитоупругого преобразования.Excited ultrasonic waves, passing through the
T x1 = 2 and T x2 = 2 (7) the elastic waves reach the write-
На выводах избирательных усилителей-формирователей 9, 10 считывания формируются сигналы считывания, которыми переключаются в исходное состояние (Q= 0) второй и третий триггеры 14, 15. Блокируются входы элементов И 17, 18, и счетные импульсы измерительного генератора 16 не проходят на счетные входы первого и второго счетчиков 19, 20. На их разрядных выходах формируются коды перемещения (4), (5), поступающие далее на группы входов сумматора 22, где вычисляется результирующий код искомого перемещения объекта (6). At the terminals of the selective reading amplifiers-
В следующий момент по сигналу счетчика 21 останавливается (блокируется) измерительный генератор 16, по шине 24 выставляется сигнал "Запрос". Преобразователь переводится в режим ожидания очередного цикла преобразования. При подаче сигнала "Останов" рестарт преобразователя (фиг.1, 2) невозможен, а установка звукопроводов 1, 2 в акустический демпфер 3 позволяет устранить переотражение УЗ-волн в акустическом тракте МПП преобразователя. At the next moment, at the signal of the
Таким образом, применение в МПП преобразователя звукопроводов из магнитострикционных материалов с разными знаками коэффициента магнитострикции позволяет уменьшить температурную погрешность на величину (Δ lx'- Δlx") _→ 0 в широком температурном диапазоне простыми техническими средствами, и тем самым упростить его структуру и повысить быстродействие относительно прототипа.Thus, the use of sound ducts made of magnetostrictive materials with different signs of the magnetostriction coefficient in the MPP allows reducing the temperature error by (Δ l x '- Δl x ") _ → 0 in a wide temperature range by simple technical means, and thereby simplify its structure and improve performance relative to the prototype.
Claims (2)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU5009786 RU2031360C1 (en) | 1991-11-21 | 1991-11-21 | Ultrasonic converter of linear movements of object |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU5009786 RU2031360C1 (en) | 1991-11-21 | 1991-11-21 | Ultrasonic converter of linear movements of object |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2031360C1 true RU2031360C1 (en) | 1995-03-20 |
Family
ID=21589100
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
SU5009786 RU2031360C1 (en) | 1991-11-21 | 1991-11-21 | Ultrasonic converter of linear movements of object |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2031360C1 (en) |
-
1991
- 1991-11-21 RU SU5009786 patent/RU2031360C1/en active
Non-Patent Citations (2)
Title |
---|
1. Авторское свидетельство СССР N 1573343, кл. G 01B 17/00, 1990. * |
2. Авторское свидетельство СССР N 1394033, кл. G 01B 17/00, 1988. * |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2031360C1 (en) | Ultrasonic converter of linear movements of object | |
RU2104482C1 (en) | Magnetostrictive converter of movements | |
RU2039930C1 (en) | Ultrasonic displacement transducer | |
RU2189009C2 (en) | Ultrasonic converter of linear displacement | |
RU2080559C1 (en) | Magnetostriction motion-to-code transducer | |
RU2097916C1 (en) | Movement-to-code module converter | |
SU1620834A1 (en) | Ultrasonic meter of displacements | |
RU1783608C (en) | Movement-to-number converter | |
JPS6123917A (en) | Position detector | |
SU1589051A1 (en) | Instrument transducer of linear displacements | |
SU1504508A1 (en) | Ultrasonic self-calibrating meter of linear dimensions and displacements | |
RU2138118C1 (en) | Magnetostrictive displacement-speed-to-code transducer | |
RU2032179C1 (en) | Ultrasonic angular displacement speed transducer | |
SU1765690A1 (en) | Ultrasonic displacement transducer | |
RU2318186C2 (en) | Ultrasound transformer of linear movements | |
RU2011294C1 (en) | Linear displacement ultrasonic converter | |
RU2035692C1 (en) | Ultrasonic displacement transducer | |
SU647554A1 (en) | Temperature measuring device | |
SU1747892A1 (en) | Ultrasonic linear displacement rate sensor | |
SU1065678A1 (en) | Magnetic striction converter of displacements | |
RU2299401C2 (en) | Ultrasound transformer of angular displacements | |
SU1758429A1 (en) | Displacement measuring device | |
SU1504509A1 (en) | Ultrasonic self-calibrating meter of linear dimensions and displacements | |
SU1679187A1 (en) | Ultrasonic unit for measuring movements | |
SU1696845A1 (en) | Digital magnetostrictive displacement transducer |