RU2035692C1 - Ultrasonic displacement transducer - Google Patents
Ultrasonic displacement transducer Download PDFInfo
- Publication number
- RU2035692C1 RU2035692C1 SU4941994A RU2035692C1 RU 2035692 C1 RU2035692 C1 RU 2035692C1 SU 4941994 A SU4941994 A SU 4941994A RU 2035692 C1 RU2035692 C1 RU 2035692C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- recording
- magnetostrictive
- bkv
- signal
- coding
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Length Measuring Devices Characterised By Use Of Acoustic Means (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для использования в робототехнике для измерения и контроля параметров кинематического движения объекта. The invention relates to measuring equipment and is intended for use in robotics to measure and control the parameters of the kinematic motion of an object.
Известен ультразвуковой преобразователь перемещений, содержащий О-образный магнитострикционный звукопровод, сосредоточенные элемент записи и элемент считывания, два ограничителя перемещений, усилитель записи, сигнальный усилитель-формирователь, формирователь импульсов записи, D-триггер, измерительный генератор, два элемента И, Т-триггер, две схемы последовательного счета, счетчик циклов рециркуляции, цифровой компаратор, элемент задержки, два буферных регистра [1]
Известен ультразвуковой преобразователь перемещений, выбранный в качестве прототипа, который содержит У-образный магнитострикционный звукопровод, акустический демпфер, два ограничителя перемещений, входной и выходной сосредоточенные магнитострикционные преобразователи, усилитель записи, усилитель-формирователь считывания, опорный генератор, делитель частоты, три счетчика последовательного счета, четыре буферных регистра, три логических элемента И, сумматор, элемент задержки, блок вычисления результата, триггер управления [2]
Основным недостатком известных устройств является недостаточное быстродействие преобразования перемещений, что ограничивает динамический диапазон. Это объясняется тем, что в преобразователе [1] из-за увеличения базы акустического тракта увеличивается время вычисления результирующего кода перемещения. В другом преобразователе [2] время цикла существенно уменьшено вследствие использования метода частотно-временного кодирования перемещения на основе ВИМ, формируемой по закону однотактного интегрирования, требующего устранения двузначия кодирования. За счет этого снижается быстродействия преобразования, ведущее к сужению динамического диапазона преобразования перемещений.A known ultrasonic displacement transducer containing an O-shaped magnetostrictive sound guide, a concentrated recording element and a reading element, two movement limiters, a recording amplifier, a signal amplifier-shaper, a recording pulse shaper, a D-trigger, a measuring generator, two I elements, a T-trigger, two serial counting circuits, recycle counter, digital comparator, delay element, two buffer registers [1]
A known ultrasonic displacement transducer, selected as a prototype, which contains a U-shaped magnetostrictive sound pipe, an acoustic damper, two limiters of movement, input and output concentrated magnetostrictive transducers, a recording amplifier, a reading driver, a reference generator, a frequency divider, three sequential counters , four buffer registers, three logical elements AND, adder, delay element, result calculation unit, control trigger [2]
The main disadvantage of the known devices is the lack of speed of movement conversion, which limits the dynamic range. This is because in the transducer [1], due to an increase in the base of the acoustic path, the computation time of the resulting displacement code increases. In another converter [2], the cycle time is significantly reduced due to the use of the time-frequency coding of displacement based on VIM, which is formed according to the law of single-cycle integration, which requires the elimination of encoding two-valued. Due to this, the performance of the conversion is reduced, leading to a narrowing of the dynamic range of the transformation of displacements.
Целью изобретения является повышение быстродействия преобразования и расширение диапазона перемещений объекта. The aim of the invention is to increase the speed of conversion and expanding the range of movements of the object.
Это достигается тем, что в ультразвуковой преобразователь перемещений, содержащий магнитострикционный звукопровод с замкнутыми прямой и обратной ветвью, оппозитно установленные на них элементы записи и считывания и связанный с ним блок кодирования и вычислений, снабжен формирователь сигналов опроса, выполненным из последовательно связанных генератора, двух инверторов и элемента И-НЕ, звукопровод выполнен О-образным с возможностью кинематической связи с перемещающимся объектом, элементы записи и считывания установлены неподвижно относительно звукопровода, а блок кодирования и вычислений выполнен в виде последовательно-параллельно связанных двух реверсивных счетчиков, двух D-триггеров, двух буферных регистров, связанного с выходами последних компаратора с коммутатором и соединенных с ними каскадов суммирования и вычитания сигналов. This is achieved by the fact that the ultrasonic displacement transducer containing a magnetostrictive sound duct with closed forward and reverse branches, the recording and reading elements opposite to them, and the associated coding and computing unit, is equipped with a polling signal shaper made of a series-connected generator, two inverters and the AND-NOT element, the sound duct is made O-shaped with the possibility of kinematic communication with a moving object, the recording and reading elements are mounted motionless from ositelno acoustic line, and a block coding and calculations made as a series-parallel connected two reversible counters, two D-flip-flops, two buffer registers associated with the last comparator outputs with the switch and associated cascades summation and subtraction signals.
На фиг. 1 приведена блок-схема ультразвукового преобразователя перемещений; на фиг. 2 и 3 варианты выполнения его основных блоков; на фиг. 4 и 5 основные временные диаграммы, поясняющие работу ультразвукового преобразователя перемещений. In FIG. 1 shows a block diagram of an ultrasonic displacement transducer; in FIG. 2 and 3 embodiments of its main blocks; in FIG. 4 and 5 are the main time diagrams explaining the operation of the ultrasonic displacement transducer.
Ультразвуковой преобразователь перемещений (фиг. 1) содержит О-образный звукопровод 1 из магнитострикционного материала, установленный на подвижном основании 2 и заключенный в акустический поглотитель 3, ограничители 4 перемещений, сосредоточенные элементы 5, 6 записи и считывания, усилитель 7 записи, избирательный усилитель-формирователь 8 считывания, формирователь 9 сигналов опроса, блок 10 кодирования и вычислений (БКВ), а также шину 11 управления, шину 12 запуска, первый и вторые n-шины 13 и m-шины 14 данных, П-шины 15 знака перемещения. The ultrasonic transducer of displacements (Fig. 1) contains an O-
Ограничители 4 перемещений закреплены на концах подвижного основания 2, кинематически подключенного к объекту. Оппозитно на параллельных ветвях О-образного звукопровода 1 установлены сосредоточенные элементы 5, 6 записи и считывания, выводы которых подсоединены соответственно к выходу усилителя 7 записи и входу избирательного усилителя-формирователя 8 считывания. Его выход соединен с одним сигнальным входом БКВ 10, а второй сигнальный вход соединен с одним выходом формирователя 9 сигналов опроса. Другой его выход соединен с входом усилителя 7 записи, а вход управления подключен к шине 11 управления. Управляющий вход БКВ 10 подключен к шине 12 запуска, а его первый, вторые и третьи выходы соответственно к первым и вторым шинам 13, 14 данных и шинам 15 знака перемещения. Limiters 4 movements are fixed at the ends of the
Ультразвуковой преобразователь перемещений работает следующим образом. Первоначально преобразователь (фиг. 1) устанавливается в исходное состояние. По сигналу формирователя начального сброса на инверторах 54,38, 39, 40 RC-элементах 55, 56 и диоде 57 производится установка в нулевое состояние D-триггеров 25, 29, 44 и запись нулевой информации (NН=00 0) по информационным входам в реверсивные счетчики 24, 28 (фиг. 3).Ultrasonic transducer works as follows. Initially, the converter (Fig. 1) is set to its initial state. The signal of the initial reset driver on the inverters 54.38, 39, 40 of the
Перевод преобразователя в режим работы осуществляется по сигналу "Разрешение" (фиг. 4 а) выставляемому по шине 11 управления. Запускается формирователь 9 импульсов опроса, выполненный на опорном генераторе 16, формирователе укороченных импульсов на инверторе 17, элементе И-НЕ 18 с времязадающей RC-цепью на элементах 20, 21 и инверторе 19 (фиг. 2). На его выходах формируются паритетные цифровые мерные шкалы грубого отсчета с шагом дискретизации Топ=1/fоп, поступающие на вход усилителя 7 записи и один сигнальный вход БКВ 10 преобразователя (фиг. 5 б).The converter is put into operation by the signal “Resolution” (Fig. 4 a) set via the
Поступая на сигнальный вход БКВ 10, импульсные сигналы формирователя 9 подсчитываются первой схемой реверсивного счета (фиг. 3), выполненной на логических элементах И-НЕ 22, 23, реверсивном счетчике 24 и D-триггере 25. На выходах реверсивного счетчика 24 формируется n разрядный код N1= ·fоп текущего значения (фиг. 3 б), подаваемый на информационные входы буферного регистра 30 БКВ 10, где - верхний диапазон преобразования перемещений.Arriving at the
Одновременно импульсные сигналы формирователя 9 укороченной длительности τи поступая на вход усилителя 7 записи, вырабатывают на его выходе токовые посылки, которыми возбуждается сосредоточенный элемент 5 записи. В результате магнитомеханического преобразования в среде О-образного звукопровода 1 под элементом 5 возбуждаются продольные упругие волны, которые распространяются в обе стороны с фазовой скоростью Vпр и следуют с опорной частотой = 1/Топ, устанавливая шаг дискретизации магнитострикционной мерной шкалы преобразователя (фиг. 5 б). Распространяясь в сторону акустического поглотителя 3 по звукопроводу 1, упругие волны в следующий момент времени достигают его и рассеивают свою энергию. Распространяясь в другую сторону, упругие волны через временной интервал искомого линейного перемещения lx объекта
Tx=
(1) где R радиус закругления звукопровода 1, достигают сосредоточенного элемента 6 считывания и им считываются вследствии магнитоупругого преобразования. Достигая акустического поглотителя 3, упругие волны в следующий момент демпфируются. В среде магнитострикционного звукопровода формируется магнитострикционная мерная шкала грубого отсчета.At the same time, the pulsed signals of the
T x =
(1) where R is the radius of curvature of the
Наведенные импульсные аналоговые сигналы считывания, следующие с частотой fx=1/To, поступают на вход избирательного усилителя-формирователя 8 считывания, где преобразуются в прямоугольные видеоимпульсы длительности τ (фиг. 5 в). Эта наведенная и задержанная на время Тх (1) импульсная последовательность поступает на второй сигнальный вход БКВ 10 и подсчитывается второй схемой реверсивного счета, выполненной на логических элементах И-НЕ 26, 27, реверсивном счетчике 28 и D-триггере 29 (фиг. 3). На выходах реверсивного счетчика 28 формируется n разрядный код N2= текущего значения (фиг. 4 в), отличающийся от опорного значения кода N1 на величину перемещения объекта lx, считанного по грубой мерной шкале преобразователя. Код N2выставляется по информационным входам буферного регистра 31 БКВ 10.Induced pulsed analog read signals, following with a frequency f x = 1 / T o , are fed to the input of a
По сигналу "Запуск" (фиг. 4 г, 5 а), выставляемому по шине 12 запуска, производится запуск БКВ 10 преобразователя по захвату фазы цифровой и магнитострикционной мерных шкал грубого отсчета (фиг. 4 б, в), ее измерения (фиг. 5 е) и вычислению цифрового эквивалента Nxперемещения lx объекта. Так, по сигналу "Запуск" в буферные регистры 30, 31 БКВ 10 заносятся коды N1, N2 текущего значения, выставленные в этот момент времени на выходах реверсивных счетчиков 24, 28.According to the "Start" signal (Fig. 4 g, 5 a), set via the
Далее коды подаются на входы цифровых компаратора 32 и коммутатора 34. Компаратор 32, поразрядно сравнивая между собой значения указанных кодов, определяет наибольшее значение одного из них и через логический элемент ИЛИ 33 управляет работой выходов коммутатора 34. В результате на входы цифрового вычитателя 35 будут поданы коды N1 и N2 в однозначной последовательности для выполнения операции логического вычитания
ΔN= N1-N2 (2)
Вычисленный код (2) перемещения, считанный по грубой шкале преобразователя, выставляется по одной группе информационных входов комбинационного сумматора 37 (фиг. 3).Next, the codes are fed to the inputs of the
ΔN = N 1 -N 2 (2)
The calculated displacement code (2), read out on the rough scale of the converter, is set for one group of information inputs of the combination adder 37 (Fig. 3).
Одновременно по сигналу "Запуск" устанавливается в единичное состояние D-триггер 44 БКВ 10 (фиг. 5 г), что приводит к разблокированию логического элемента И-НЕ 42, выполняющего роль логического ключа, а также подтверждается нулевое состояние Т-триггера 43 (фиг. 5 д). При поступлении сигналов цифровой и магнитострикционой мерных шкал (фиг. 5 б, в) на вход Т-триггера 43 через цепочку логических элементов ИЛИ и И-НЕ 41, 42 произойдет его переключение по полной фазе (фиг. 5 д), на время которой запустится измерительный генератор 45 (фиг. 5 е), формирующий цифровую мерную шкалу точного отсчета. Его счетные импульсы с частотой следования f=1/T пройдут на прямой счетный вход счетчика 36 и запомнятся. На К-разрядном выходе счетчика 36 будет сформирован код фазы механотронной шкалы преобразователя, считанный относительно цифровой мерной шкалы точного отсчета
Nф=Тф ˙f (3) где Тф длительность фазы механотронной шкалы преобразователя, который поступает на другую группу информационных входов комбинационного сумматора 37 БКВ 10.At the same time, on the basis of the “Start” signal, the D-flip-
N f = T f ˙f (3) where T f is the duration of the phase of the mechatronic scale of the converter, which is fed to another group of information inputs of the
По срезу сигнала Т-триггера 43 срабатывает одновибратор БКВ 10 на инверторе 46, элементе И-НЕ 47 с RC-элементами 48, 49, который переключает D-триггер 44 в исходное состояние (фиг. 5 г, ж). Логический элемент И-НЕ 42 блокируется и на счетный вход Т-триггера 43 прекратится прохождение импульсных сигналов механотронной мерной шкалы преобразователя до следующего цикла преобразования. By cutting the signal of the T-flip-
В следующий момент на выходах сумматора 37 будет сформирован n-разрядный код искомого перемещения объекта
Nx= ΔN+Nф (4) который проходит на первые шины 13 данных, формируя сигнал "Положение".At the next moment, an n-bit code of the desired object movement will be generated at the outputs of
N x = ΔN + N f (4) which passes to the
Одновременно код (4) поступает на одни группы входов буферного регистра 50 и цифрового компаратора 51. При подаче очередного сигнала "Запуск" через время Топр ≥Тк= τ32 + τ33 + τ34,36,37, где τ время задержки сигналов по цепям элементов 32-37 БКВ 10, производится занесение кода (4) перемещения текущего значения в буферный регистр 50, а через время кодирования перемещения Тк на выводах сумматора 37 будет сформировано очередное значение кода перемещения объекта Nx1, который поразрядно сравнивается с кодом Nx перемещения смежного цикла преобразования компаратором 51. На его П-разрядном выходе формируется код знака перемещения
N3н=Nx-Nx˙1, (5) поступающий далее на шины 15 знака перемещения с формированием сигнала "Знак перемещения".At the same time, code (4) is sent to one input group of the
N 3n = N x -N x˙1 , (5) then coming to the bus 15 of the sign of movement with the formation of the signal "Sign of movement".
По сигналам компаратора 51 через логический элемент ИЛИ 40 переключается цифровой коммутатор 52 и коды перемещения смежных циклов преобразования проходят однозначно на группы информационных входов вычитателя 53. В результате на его m-разрядном выходе формируется код скорости перемещения объекта Vx= Δlx/Топр, где Δ lx=lx-lx˙ 1 приращение перемещений объекта за время Топр, равный
Ny= Tопр· ·f,
(6) который проходит на вторые шины 14 данных с формированием сигнала "Скорость".According to the signals of the comparator 51, the
N y = T od F
(6) which passes to the
Таким образом, использование метода паритетных шкал с времяимпульсным кодированием перемещений по закону двухтактного интегрирования позволяет уменьшить время кодирования Тк по сравнению с прототипом на время коррекции двузначия механотронной мерной шкалы преобразователя, позволяя расширить динамический диапазон преобразования перемещений. Выполнение звукопровода преобразователя подвижным улучшает динамические характеристики первичного преобразователя, повышает его технологичность.Thus, the use of the method of parity scales with time-pulse coding of displacements according to the law of push-pull integration allows to reduce the coding time T k compared to the prototype by the time of correction of the two-valued mechatronic measuring scale of the transducer, allowing to expand the dynamic range of conversion of displacements. The implementation of the movable sound duct of the transducer improves the dynamic characteristics of the primary transducer, increases its manufacturability.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU4941994 RU2035692C1 (en) | 1991-06-03 | 1991-06-03 | Ultrasonic displacement transducer |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU4941994 RU2035692C1 (en) | 1991-06-03 | 1991-06-03 | Ultrasonic displacement transducer |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2035692C1 true RU2035692C1 (en) | 1995-05-20 |
Family
ID=21577540
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
SU4941994 RU2035692C1 (en) | 1991-06-03 | 1991-06-03 | Ultrasonic displacement transducer |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2035692C1 (en) |
-
1991
- 1991-06-03 RU SU4941994 patent/RU2035692C1/en active
Non-Patent Citations (2)
Title |
---|
1. Авторское свидетельство СССР N 1589051, кл. G 01B 17/00, 1990. * |
2. Авторское свидетельство СССР N 1619027, кл. G 01B 17/00, 1991. * |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2035692C1 (en) | Ultrasonic displacement transducer | |
RU2039930C1 (en) | Ultrasonic displacement transducer | |
SU699450A1 (en) | Digital phase meter | |
RU2189009C2 (en) | Ultrasonic converter of linear displacement | |
RU2029309C1 (en) | Method and device for measuring velocity of travelling shock waves | |
SU1619027A1 (en) | Ultra sonic meter of displacement | |
SU736370A1 (en) | Converter-cyclic converter of time interval into digital code | |
RU2100775C1 (en) | Transducer of object linear displacements | |
RU2031360C1 (en) | Ultrasonic converter of linear movements of object | |
SU1515403A1 (en) | Differential converter of linear displacement into code | |
SU1478126A1 (en) | Device for measuring velocity | |
RU2299401C2 (en) | Ultrasound transformer of angular displacements | |
SU1647871A1 (en) | Threshold gate | |
SU1437998A1 (en) | Converter of linear displacement speed | |
SU1341720A1 (en) | Angular velocity-to-code magnetostrictive converter | |
SU1645812A1 (en) | Ultrasonic linear motion meter | |
SU1218470A1 (en) | Device for translating codes | |
SU693538A1 (en) | Time interval-to-code converter | |
SU849114A1 (en) | Device for electric signal characteristic checking | |
RU2242085C1 (en) | DEVICE FOR CONVERTING n-BIT POSITIONAL BINARY CODE INTO MODULO m REMAINDER BINARY CODE | |
SU994995A1 (en) | Flow speed acoustic meter | |
SU1198552A1 (en) | Device for transforming coordinates | |
RU2240568C1 (en) | Integral transformer | |
SU1262545A1 (en) | Device for reading graphic information | |
SU1144147A1 (en) | Transducer of zero velocity of information medium |