RU2100775C1

RU2100775C1 - Transducer of object linear displacements

Info

Publication number: RU2100775C1
Authority: RU
Inventors: С.Б. Демин
Original assignee: Демин Станислав Борисович
Priority date: 1991-07-15
Filing date: 1991-07-15
Publication date: 1997-12-27

Abstract

FIELD: measurement technology. SUBSTANCE: transducer has main magnetostrictive acoustic line 2K, auxiliary magnetostrictive acoustic lines (2-K), three acoustic absorbers, two displacement limiters, polarizer, auxiliary reading member 2K, auxiliary recording and reading members, main and auxiliary recording amplifiers, reading amplifiers-formers, and distributor of pulse and logic elements. EFFECT: enhanced high-speed response, higher resolution and accuracy. 8 dwg

Description

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к ультразвуковым преобразователям с нониусным преобразованием и предназначено для использования в робототехнике для высокоточного измерения параметров кинематического движения объекта. The invention relates to measuring equipment, namely to ultrasonic transducers with a vernier transformation and is intended for use in robotics for high-precision measurement of the kinematic motion of an object.

Известен преобразователь линейных перемещений [1] содержащий первичный магнитострикционный преобразователь перемещений, состоящий из звукопровода с акустическим демпфером, распределенного элемента считывания, поляризатора, магнитострикционного генератора и усилителя-формирователя, а также формирователь ШИМ-сигналов, блок управления, логический элемент И, блок накопления, формирователь записи и блок циклического контроля. A known linear displacement transducer [1] containing a primary magnetostrictive displacement transducer, consisting of a sound duct with an acoustic damper, a distributed reading element, a polarizer, a magnetostrictive generator and a driver amplifier, as well as a PWM signal shaper, a control unit, an AND logic element, an accumulation unit, recorder and cyclic control unit.

Известен другой преобразователь линейных перемещений [2] выбранный в качестве прототипа, который содержит магнитострикционный звукопровод, два демпфера, схему запуска, элемент ИЛИ, ждущий генератор импульсов, формирователь импульсов записи, подвижную катушку записи, неподвижную катушку считывания, усилитель считывания, формирователь импульсов, счетчик, преобразователь временного интервала в код, блок управления масштабом преобразования, нормализатор, счетный триггер, одновибратор, второй элемент ИЛИ, второй одновибратор, генератор образцовой частоты, элемент И, второй счетчик, счетчик количества перезапусков, дешифратор, два регистра, приоритетный шифратор, регистр сдвига, задатчик кода ошибки и блок вычитания. A different linear displacement transducer [2] is known, selected as a prototype, which contains a magnetostrictive sound pipe, two dampers, a start circuit, an OR element, a waiting pulse generator, a recording pulse shaper, a moving recording coil, a fixed reading coil, a reading amplifier, a pulse shaper, a counter , a time interval to code converter, a conversion scale control unit, a normalizer, a counting trigger, a one-shot, a second OR element, a second one-shot, a generator frequency frequency, AND element, second counter, number of restarts, decoder, two registers, priority encoder, shift register, error code generator and subtraction unit.

Известные устройства (1, 2) имеют общий основной недостаток, который заключается в недостаточном быстродействии преобразования линейных перемещений в код. Это объясняется тем, что их алгоритм преобразования перемещений направлен на трансформирование временного интервала перемещения (его расширение), что в соответствующее число раз увеличивает время цикла преобразования. Недостаточное быстродействие приведенных устройств ограничивает область их технического использования. Known devices (1, 2) have a common main drawback, which is the insufficient speed of converting linear movements to code. This is because their displacement conversion algorithm is aimed at transforming the time interval of the displacement (its expansion), which increases the conversion cycle time by an appropriate number of times. The lack of speed of these devices limits the scope of their technical use.

Техническим результатом изобретения является повышение быстродействия преобразования линейных перемещений в код путем распараллеливания процессов преобразования перемещений. The technical result of the invention is to increase the speed of converting linear movements into code by parallelizing the processes of transformation of movements.

Поставленная цель достигается тем, что в преобразователь линейных перемещений объекта, содержащий основной прямолинейный магнитострикционный звукопровод, установленные на его концах два акустических поглотителя, ограничители, последовательно соединенные первые основной элемент считывания, закрепленный на основном магнитострикционном звукопроводе, и основной усилитель-формирователь считывания, последовательно соединенные генератор, одновибратор и основной усилитель записи, подключенный к основному магнитострикционному звукопроводу, вычислительный блок и возбудитель колебаний, предназначенный для закрепления на объекте, снабжен К дополнительными прямолинейными магнитострикционными звукопроводами, закрепленными параллельно основному прямолинейному магнитострикционному звукопроводу в первом и втором акустических поглотителях, третьим акустическим поглотителем, установленным в серединах дополнительных прямолинейных магнитострикционных звукопроводов, первой группой из К дополнительных элементов записи и из К дополнительных элементов считывания, размещенной между первым и дополнительным акустическим поглотителями, второй группой из К дополнительных элементов записи и из К дополнительных элементов считывания, размешенной между вторым и дополнительным акустическим поглотителями, распределителем импульсов, первый вход которого связан с выходом основного усилителяформирователя считывания, а второй с выходом одновибратора и входом основного усилителя записи, 2 К дополнительными усилителями записи, выходами подключенными соответственно ко входам 2 К дополнительных элементов записи, 2 К дополнительными усилителями-формирователями считывания, входами подключенными соответственно к выходам 2 К дополнительных элементов считывания, подключенными первыми входами к части выходов распределителя импульсов К блоками запуска, соединенными первыми входами с К остальными выходами распределителя импульсов, К элементами И-НЕ, вторые входы которых связаны с выходом одновибратора, К элементами совпадения, К триггерами, связанными первыми входами с их выходами, соответственно, выход каждого из которых подключен ко входам запрета соответствующих дополнительных усилителей записи первой и второй группы, блоком накопления, выходы которого связаны со входами вычислительного блока, соединенного с управляемым входом генератора и вторым основным элементом считывания, установленным на основном прямолинейном магнитострикционном звукопроводе между первым акустическим поглотителем и основным усилителем записи и подключенным к инверсному входу основного усилителя-формирователя считывания, возбудитель колебаний выполнен в виде поляризатора, вторые выходы блоков запуска подключены соответственно ко вторым входам К усилителей записи второй группы и ко входам блока накопления, выход каждого элемента И-НЕ соединен со вторыми входами соответствующих блока запуска и триггера и со входом блока накопления, выход каждого из К усилителей-формирователей считывания первой группы подключен ко второму входу соответствующего элемента совпадения и ко входу блока накопления, а выход каждого из К усилителей-формирователей второй группы соединен со вторым входом соответствующего элемента совпадения. This goal is achieved by the fact that in the linear displacement transducer of the object, containing the main rectilinear magnetostrictive sound pipe, two acoustic absorbers installed at its ends, limiters, the first main read element connected in series, mounted on the main magnetostrictive sound pipe, and the main read pickup amplifier, connected in series generator, one-shot and main recording amplifier connected to the main magnetostrictive sound processor water, a computing unit and an exciter designed to be fixed on the object, is equipped with additional rectilinear magnetostrictive sound conduits fixed parallel to the main rectilinear magnetostrictive sound conduit in the first and second acoustic absorbers, a third acoustic absorber installed in the middle of additional rectilinear magnetostrictive sound conduits, the first group of K additional recording elements and from K additional reading elements, size between the first and additional acoustic absorbers, the second group of K additional recording elements and K additional reading elements, placed between the second and additional acoustic absorbers, a pulse distributor, the first input of which is connected to the output of the main amplifier of the read driver, and the second to the output of the one-shot and the input main recording amplifier, 2 K additional recording amplifiers, outputs connected respectively to inputs 2 K of additional recording elements, 2 To additional amplifiers-shapers of reading, inputs connected respectively to the outputs 2 K of additional reading elements, connected by the first inputs to a part of the outputs of the pulse distributor To start blocks connected by the first inputs to To the other outputs of the pulse distributor, To the AND-NOT elements, the second inputs of which are connected with the output of a single vibrator, To coincidence elements, To triggers connected by the first inputs to their outputs, respectively, the output of each of which is connected to the inhibit inputs corresponding additional recording amplifiers of the first and second groups, an accumulation unit, the outputs of which are connected to the inputs of the computing unit connected to the controlled input of the generator and the second main reading element mounted on the main rectilinear magnetostrictive sound duct between the first acoustic absorber and the main recording amplifier and connected to the inverse input the main amplifier-driver of reading, the exciter of oscillations is made in the form of a polarizer, the second outputs of the blocks run they are connected respectively to the second inputs of the recording amplifiers of the second group and to the inputs of the accumulation unit, the output of each NAND element is connected to the second inputs of the corresponding triggering unit and trigger and the input of the accumulating unit, the output of each of the K amplifiers-read drivers of the first group is connected to the second input of the corresponding coincidence element and to the input of the accumulation unit, and the output of each of the K amplifiers-shapers of the second group is connected to the second input of the corresponding coincidence element.

На фиг. 1 приведена блок-схема преобразователя линейных перемещений; на фиг. 2-6 варианты выполнения его основных блоков; на фиг. 7-8 показаны основные временные диаграммы, поясняющие работу преобразователя линейных перемещений. In FIG. 1 shows a block diagram of a linear displacement transducer; in FIG. 2-6 embodiments of its main blocks; in FIG. 7-8 shows the main timing diagrams explaining the operation of the linear displacement transducer.

Преобразователь линейных перемещений (фиг. 1) содержит первичный основной многоканальный магнитострикционный преобразователь перемещений (ММПП), состоящий из основного прямолинейного звукопровода 1 из магнитострикционного материала, K-дополнительных прямолинейных звукопроводов 2-1.2-К из магнитострикционного материала, первого, второго и третьего акустических поглотителей 3, 4, 5, первого и второго ограничителей 6, 7 перемещения, поляризатора 8, дополнительного и основного сосредоточенных элементов 9, 10 считывания, К опорных и конусных сосредоточенных элементов 11-1 11-К, 12-1 - 12-К записи и элементов 13-1 13-К, 14-1 14-К считывания, основных усилителя 15 записи и усилителя-формирователя 16 считывания, К опорных и нониусных усилителей 17-1 17-К, 18-1 18-К записи и усилителей-формирователей 19-1 19-К, 20-1 20-К считывания, а также K-канальный распределитель 21 импульсов, К схем 22-1 22-К запуска, логических элементов 23-1 23-К И-НЕ, схем 24-1 24-К совпадения, триггеров 25-1 25-К, одновибратор 26, программируемый генератор 27, блок 28 накопления и вычислительный блок 29. The linear displacement transducer (Fig. 1) contains a primary main multi-channel magnetostrictive displacement transducer (MMPP), consisting of a main rectilinear sound duct 1 of magnetostrictive material, K-additional rectilinear sound ducts 2-1.2-K of magnetostrictive material, the first, second and third acoustic absorbers 3, 4, 5, the first and second movement limiters 6, 7, the polarizer 8, the additional and main lumped reading elements 9, 10, K support and conical vessels subsurface recording elements 11-1 11-K, 12-1 - 12-K recording elements and 13-1 13-K, 14-1 14-K reading, the main recording amplifier 15 and the reading driver 16, K reference and vernier amplifiers 17-1 17-K, 18-1 18-K recordings and amplifiers-shapers 19-1 19-K, 20-1 20-K reads, as well as a K-channel distributor of 21 pulses, K circuits 22-1 22-K triggers, logical elements 23-1 23-K AND-NOT, matching circuits 24-1 24-K, triggers 25-1 25-K, one-shot 26, programmable generator 27, accumulation unit 28 and computing unit 29.

Основной и дополнительные звукопроводы 1, 2 ММПП установлены равнопараллельно друг относительно друга в первом и втором акустических поглотителях 3, 4. Последние разделены на акустически изолированные ветви (опорные и нониусные) третьим акустическим поглотителем 5. На каждой опорной и нониусной ветви ММПП неподвижно закреплены по паре основных и нониусных сосредоточенных элементов 11-1 11-К, 13-1 13-К и 12-1 12-К, 14-1 14-К записи и считывания, выводы которых подключены соответственно к одноименным опорным и нониусным усилителям 17-1 17-К, 18-1 18-К записи и усилителям-формирователям 19-1 19-К, 20-1 20-К считывания. Выходы опорных усилителей-формирователей 19-1 19-К считывания соединены с одними входами одноименных схем 24-1 24-К совпадения и подключены к K-счетным входам блока 28 накопления. Выходы нониусных усилителейформирователей 20-1 20-К считывания соединены с другими входами одноименных схем 24-1 24-К совпадения. Их выходы соединены с входами синхронизации одноименных триггеров 25-1 25-К, выходы которых подсоединены к управляющим входам одноименных опорных и нониусных усилителей 17-1 17-К, 18-1 18-К записи. Единичные входы К триггеров 25-1 25-К соединены с одноименными нулевыми входами 22-1 22-К запуска, блока 28 накопления и подключены к выходам одноименных логических элементов 23-1 23-К И-НЕ. Первая и вторая группы выходов блока 28 накопления подключены к соответствующим входам вычислительного блока 29. Его выход подключен через программируемый генератор 27 к входу одновибратора 26, который подключен к одним входам К логических элементов 23-1 23-К И-НЕ, первому входу распределителя 21 импульсов и основного усилителя 15 записи. Его выход подключен к основному магнитострикционному звукопроводу 1 ММПП, на котором с обоих сторон от первого акустического поглотителя 3 неподвижно закреплены дополнительный и основной сосредоточенные элементы 9, 10 считывания, подключенные к дифференциальным входам основного усилителя-формирователя 16 считывания. Вблизи основного сосредоточенного элемента 10 считывания и второго акустического поглотителя 4 на основном звукопроводе 1 закреплены первый и второй ограничители 6, 7 перемещения, между которыми перемещается поляризатор 8, закрепленный соосно с основным звукопроводом 1 и кинематически подключенный к объекту. Выходы основного усилителяформирователя 16 считывания подсоединены к другому входу распределителя 21 импульсов. Одни его K-выходы соединены с входами одноименных схем 22-1 22-К запуска, а другие со вторыми входами K-логических элементов 23-1 23-К И-НЕ. Первые выходы схем 22-1 22-К запуска подключены к третьим входам одноименных опорных усилителей 17-1 17-К записи, а другие выходы с третьими входами одноименных нониусных усилителей 18-1 18-К записи и второй группой входов блока 28 накопления. The main and additional sound ducts 1, 2 of the MMPP are installed equally parallel to each other in the first and second acoustic absorbers 3, 4. The latter are divided into acoustically isolated branches (supporting and vernier) by the third acoustic absorber 5. On each supporting and vernier branch of the MMPP are fixedly fixed in pairs main and vernier concentrated elements 11-1 11-K, 13-1 13-K and 12-1 12-K, 14-1 14-K recording and reading, the conclusions of which are connected respectively to the same reference and vernier amplifiers 17-1 17 -K, 18-1 18-K records and mustache shapers-shapers 19-1 19-K, 20-1 20-K read. The outputs of the reference amplifiers-shapers 19-1 19-K reading are connected to one of the inputs of the same circuit 24-1 24-K matches and connected to the K-counting inputs of block 28 accumulation. The outputs of the vernier amplifiers of the formers 20-1 20-K reads are connected to other inputs of the same circuit 24-1 24-K matches. Their outputs are connected to synchronization inputs of the same name triggers 25-1 25-K, the outputs of which are connected to the control inputs of the same reference and Vernier amplifiers 17-1 17-K, 18-1 18-K recordings. The single inputs K of the triggers 25-1 25-K are connected to the same zero inputs 22-1 22-K start, block 28 accumulation and connected to the outputs of the same logic elements 23-1 23-K AND-NOT. The first and second groups of outputs of the storage unit 28 are connected to the corresponding inputs of the computing unit 29. Its output is connected through a programmable generator 27 to the input of a single-shot 26, which is connected to one input K of the logic elements 23-1 23-K AND-NOT, the first input of the distributor 21 pulses and the main amplifier 15 records. Its output is connected to the main magnetostrictive sound pipe 1 MMPP, on which on both sides of the first acoustic absorber 3 are fixed additional and main concentrated reading elements 9, 10 connected to the differential inputs of the main amplifier-driver 16 reading. Near the main concentrated reading element 10 and the second acoustic absorber 4, the first and second movement limiters 6, 7 are fixed on the main sound duct 1, between which the polarizer 8 moves, coaxially mounted with the main sound duct 1 and kinematically connected to the object. The outputs of the main amplifier of the driver 16 reads connected to another input of the distributor 21 of the pulses. Some of its K-outputs are connected to the inputs of the same circuit 22-1 22-K start, and others with the second inputs of the K-logic elements 23-1 23-K AND-NOT. The first outputs of the triggering circuits 22-1 22-K are connected to the third inputs of the same reference recording amplifiers 17-1 17-K, and the other outputs with the third inputs of the same name Vernier amplifiers 18-1 18-K recording and the second group of inputs of the accumulation unit 28.

Основной усилитель-формирователь 16 считывания ММПП (фиг. 2) выполнен на основе последовательно включенных RC-усилителя 30, амплитудного ограничителя 31 и порогового элемента 32 (триггер Шмитта). The main amplifier-driver 16 reading MMPP (Fig. 2) is made on the basis of series-connected RC-amplifier 30, an amplitude limiter 31 and a threshold element 32 (Schmitt trigger).

Многоканальный распределитель 21 импульсов (фиг. 3) содержит два регистра 33, 34 последовательного сдвига, две группы из К элементов 35, 36 И, К элементов 37 ИЛИ-НЕ, первый инвертор 38, два логических элемента 39, 40 ИЛИ-НЕ, второй инвертор 41, третий и четвертый логические элементы 42, 43 ИЛИ-НЕ, четвертый инвертор 44, токозадаюший резистор 45, накапливающий конденсатор 46, диодный вентиль 47, вторые времязадающие резистор 48 и конденсатор 49, третьи времязадающие резистор 50 и конденсатор 51. The multi-channel pulse distributor 21 (Fig. 3) contains two registers 33, 34 of sequential shift, two groups of K elements 35, 36 AND, K elements 37 OR NOT, the first inverter 38, two logic elements 39, 40 OR NOT, the second inverter 41, the third and fourth OR gate 42, 43, the fourth inverter 44, the current-setting resistor 45, the accumulating capacitor 46, the diode valve 47, the second timing resistor 48 and the capacitor 49, the third timing resistor 50 and the capacitor 51.

Схемы 22-1 22-К запуска (фиг. 4) выполнены на основе Д-триггеров 52-1 - 52-К, первого и второго логических элементов 53-1 53-К, 54-1 54-К И-НЕ. Schemes 22-1 22-K start (Fig. 4) are based on the D-flip-flops 52-1 - 52-K, the first and second logic elements 53-1 53-K, 54-1 54-K AND-NOT.

Блок 28 накопления (фиг. 5) содержит K счетчики 55-1 -55-К данных, счетчик 56 цикла и логический элемент 57 ИЛИ. Вычислительный блок 29 содержит (фиг. 6) микроконтроллер 58, цифроаналоговый преобразователь 59 и цифровой мультиплексор 60. Block 28 accumulation (Fig. 5) contains K counters 55-1 -55-K data, counter 56 of the cycle and the logical element 57 OR. The computing unit 29 contains (Fig. 6) a microcontroller 58, a digital-to-analog converter 59, and a digital multiplexer 60.

Преобразователь линейных перемещений работает следующим образом. The linear displacement transducer operates as follows.

Первоначально преобразователь (фиг. 1) находится в исходном состоянии и ожидает начало цикла преобразования, который начинается по команде микроконтроллера 58 вычислительного блока 29 (фиг. 6). На его втором порту выставляется m-разрядный код N_ген, преобразуемый цифроаналоговым преобразователем 59 в аналоговый сигнал управления U_упр частотой генерации F_опр 1/T₁ генератора 27. Возбуждается одновибратор 26, вырабатывающий прямоугольные видеоимпульсы (фиг. 7,б, 8,а). Распределитель 21 импульсов (фиг. 3) установлен в исходное состояние и первоначально подключает к выходу одновибратора 26 первый канал преобразования, состоящий из схемы 22-1 запуска, опорного усилителя 17-1 записи нониусного усилителя 18-1 записи, опорного и нониусного усилителей-формирователей 19-1 и 20-1 считывания, а акустического тракта на элементах 2-1, 11-1 14-1, 3, 4, 5, схемы 24-1 совпадения, триггера 25-1, счетчика 55-1 данных. Это достигается тем, что формирователь начального сброса распределителя 21 импульсов, выполненный на инверторе 38, резисторе 45, конденсаторе 46 и диоде 47, вырабатывает короткий импульсный сигнал (фиг. 7, а), которым записывается логическая "1" в младший разряд первого и второго K-разрядных регистров 33, 34 и обнуляется счетчик 56 цикла. В результате разблокируются логические элементы 35-1, 36-1 и 23-1 И-НЕ первого канала преобразования.Initially, the converter (Fig. 1) is in the initial state and awaits the beginning of the conversion cycle, which begins at the command of the microcontroller 58 of the computing unit 29 (Fig. 6). At its second port exposed m-bit code for the N _gene that is converted by DAC 59 to an analog control signal U _simp oscillating frequency F _det 1 / T ₁ generator 27. Raised monostable multivibrator 26 generating video pulses rectangular (FIG. 7b, 8, and ) The pulse distributor 21 (Fig. 3) is set to the initial state and initially connects to the output of the one-shot 26 a first conversion channel, consisting of a start circuit 22-1, a recording reference amplifier 17-1 of a recording vernier recording amplifier 18-1, and reference and vernier recording amplifiers 19-1 and 20-1 of reading, and the acoustic path on the elements 2-1, 11-1 14-1, 3, 4, 5, matching circuit 24-1, trigger 25-1, data counter 55-1. This is achieved by the fact that the initial reset driver of the pulse distributor 21, executed on the inverter 38, the resistor 45, the capacitor 46, and the diode 47, generates a short pulse signal (Fig. 7a), which records a logical “1” in the low order of the first and second K-bit registers 33, 34 and the counter 56 cycles to zero. As a result, the logical elements 35-1, 36-1 and 23-1 of the AND NOT of the first conversion channel are unlocked.

Так, первый импульс одновибратора 26 (фиг. 7,б) проходит на вход основного усилителя 15 записи и возбуждает его. В среду основного магнитострикционного звукопровода 1 проходит токовый импульс, вызывая под поляризатором 8 упругую волну вследствие магнитомеханического преобразования (эффект Видемана), которая распространяется в обе стороны со скоростью V_пр. На выводах основного и дополнительного элементов 10, 9 считывания в результате индуктивного эффекта наводятся аналоговый сигналы помехи. Поступая на дифференциальные входы основного усилителяформирователя 16 считывания эти наведенные сигналы взаимокомпенсируются (фиг. 2) и на выходе его избирательного RC-усилителя 30 не будет сформирован сигнал требуемой амплитуды для фиксации амплитудным ограничителем 31 и пороговым элементом 32.So, the first pulse of the single vibrator 26 (Fig. 7, b) passes to the input of the main recording amplifier 15 and excites it. On Wednesday, the main magnetostrictive sound duct 1 passes a current pulse, causing an elastic wave under the polarizer 8 due to the magnetomechanical transformation (Wiedemann effect), which propagates in both directions with a speed of V _ave . At the terminals of the main and additional reading elements 10, 9, analog interference signals are induced as a result of the inductive effect. Entering the differential inputs of the main amplifier of the read former 16, these induced signals are mutually compensated (Fig. 2) and the signal of the required amplitude will not be generated at the output of its selective RC amplifier 30 for fixing by the amplitude limiter 31 and threshold element 32.

Одновременно импульс одновибратора 26 проходит через открытый первый логический элемент 23-1 И-НЕ и устанавливает в нулевое состояние Т-триггер 52-1 (фиг. 4) первой схемы 22-1 запуска и в единичное состояние первый триггер 25-1. Производится разблокирование первого опорного и нониусного усилителей 17-1, 18-1 записи. Импульс одновибратора 26 проходит через открытый первый логический элемент 35-1 И, первый логический элемент 37-1 ИЛИ-НЕ распределителя 21 импульсов (фиг. 3) и запускает первую схему 22-1 запуска. На первом ее выходе вырабатывается импульсный сигнал "пуск-1" (фиг. 8,в), которым осуществляется возбуждение первого опорного усилителя 17-1 записи. Счетный триггер 52-1 первой схемы 22-1 запуска переключается в единичное состояние, что приводит к блокированию логического элемента 54-1 И-НЕ и разблокированию другого логического элемента 53-1 И-НЕ. С выхода первого элемента 37-1 ИЛИ-НЕ импульс одновибратора 26 проходит через логический элемент S7 ИЛИ на счетный вход счетчика 56 цикла и формирует начальный P-разрядный код N_ц 2^2К-2, где К число каналов ММПП. В следующий момент по сигналу одновибратора 26 через логический элемент 39 ИЛИ-НЕ (фиг. 7,в), выполняющего функцию цифрового элемента задержки, производится последовательный сдвиг вправо на один разряд по разрядной шкале первого регистра 33 логической "1" (фиг. 7, г-ж) и тем самым, осуществляя подготовку передающей части распределителя 21 импульсов к выполнению второго цикла преобразования перемещений, подключившись ко второму каналу преобразования преобразователя (фиг. 1).At the same time, the pulse of the one-shot 26 passes through the open first AND-NOT logic element 23-1 and sets the T-trigger 52-1 (Fig. 4) of the first trigger circuit 22-1 to zero and the first trigger 25-1 to a single state. The first reference and vernier amplifiers 17-1, 18-1 are unlocked. The single-vibrator pulse 26 passes through the open first logical element 35-1 AND, the first logical element 37-1 OR-NOT of the pulse distributor 21 (Fig. 3) and starts the first trigger circuit 22-1. At its first output, a “start-1” pulse signal is generated (Fig. 8, c), by which the first reference recording amplifier 17-1 is excited. The counting trigger 52-1 of the first triggering circuit 22-1 is switched to a single state, which results in blocking the AND-NOT logic element 54-1 and unlocking the other AND-NOT logic element 53-1. From the output of the first element 37-1, OR NOT the pulse of the one-shot 26 passes through the logic element S7 OR to the counting input of the counter 56 of the cycle and forms the initial P-bit code N _c 2 ^2K-2 , where K is the number of channels MMPP. At the next moment, according to the signal of the single-vibrator 26 through the OR-NOT logical element 39 (Fig. 7, c), which performs the function of a digital delay element, a sequential shift to the right is performed by one bit on the bit scale of the first register 33 of the logical “1” (Fig. 7, g) and thereby, preparing the transmitting part of the pulse distributor 21 for performing the second displacement conversion cycle by connecting to the second converter conversion channel (Fig. 1).

На выходе первого опорного усилителя 17-1 записи формируется токовый импульс, которым возбуждается первый опорный сосредоточенный элемент 11-1 записи, неподвижно закрепленный на опорной ветви первого дополнительного звукопровода 2-1 вблизи третьего акустического поглотителя 5. Под элементом 11-1 записи в среде звукопровода 2-1 возбуждается упругая продольная волна (эф. Джоуля), которая распространяется в обе стороны с фазовой скоростью V_пр. Распространяясь в сторону акустического поглотителя 5, упругая волна в следующий момент испытывает полное поглощение, а распространяясь влево по основной ветви звукопровода 2-1, через время T₀ l₀/V_пр достигает первого опорного сосредоточенного элемента 13-1 считывания и наводит на его выводах аналоговый сигнал считывания вследствие магнитоупругого преобразования (эф. Виллари). Достигая первый акустический поглотитель 3, упругая волна испытывает полное поглощение.At the output of the first reference recording amplifier 17-1, a current pulse is generated by which the first concentrated concentrated recording element 11-1 is fixedly fixed to the supporting branch of the first additional sound duct 2-1 near the third acoustic absorber 5. Under the recording element 11-1 in the sound duct environment 2-1, an elastic longitudinal wave (ef. Joule) is excited, which propagates in both directions with a phase velocity of V _ave . Propagating towards the acoustic absorber 5, the elastic wave at the next moment experiences complete absorption, and propagating to the left along the main branch of the sound duct 2-1, after a time T ₀ l ₀ / V _CR reaches the first reference concentrated reading element 13-1 and leads to its conclusions analogue read signal due to magnetoelastic conversion (ef. Villari). Reaching the first acoustic absorber 3, the elastic wave experiences complete absorption.

Наведенный сигнал считывания поступает на вход первого опорного избирательного усилителя-формирователя 19-1 считывания, выполненного по основной схеме фиг. 2, и преобразуется в прямоугольный видеоимпульс, по которому производится рестарт первого опорного усилителя 17-1 записи. В результате в первом опорном акустическом тракте ММПП устанавливается устойчивая генерация импульсов магнитострикционной частоты (фиг. 8,г, д). The induced read signal is fed to the input of the first reference selective reading amplifier-driver 19-1, made according to the basic circuit of FIG. 2, and is converted into a rectangular video pulse, by which the first reference recording amplifier 17-1 is restarted. As a result, a stable generation of magnetostrictive frequency pulses is established in the first supporting acoustic path of the MMPP (Fig. 8, d, e).

f₀ 1/T₀ V_пр/l₀, (1)
где l₀ расстояние между сосредоточенными элементами 11 и 13 записи и считывания в опорных акустических трактах ММПП.f ₀ 1 / T ₀ V _pr / l ₀ , (1)
where l _{0 is the} distance between the lumped elements 11 and 13 of the recording and reading in the reference acoustic paths MMPP.

Импульсы опорной магнитострикционной мерной шкалы (1) первого канала преобразования поступают на один вход первой схемы 24-1 сравнения, прямой счетный вход первого счетчика 55-1 данных K-канального блока 28 накопления и запоминаются (фиг. 8,и). The pulses of the reference magnetostrictive measuring scale (1) of the first conversion channel are fed to one input of the first comparison circuit 24-1, the direct counting input of the first data counter 55-1 of the K-channel accumulation unit 28 is stored (Fig. 8, and).

Упругая крутильная волна, распространяясь в среде основного звукопровода 1 в сторону второго акустического поглотителя 4, достигает его и рассеивает энергию, распространяясь в другую сторону, достигает основной сосредоточенный элемент 10 считывания через искомое время линейного перемещения объекта (фиг. 7,и, 8,б), равное:
T_xi l_xi/V_kp i 1, 2,k, (2)
где l_xi текущее расстояние между поляризатором 8 и сосредоточенным элементом 10 считывания, и наводит на его выводах аналоговый импульс считывания вследствие магнитоупругого преобразования (эф. Виллари), который преобразуется в прямоугольный видеоимпульс основным усилителем-формирователем 16 считывания. Сигнал считывания поступает на другой сигнальный вход распределителя 21 импульсов, проходит через его первый логический элемент 36-1, первый элемент 37 ИЛИ-НЕ на счетный вход первого Т-триггера 52-1 первой схемы 22-1 запуска и через ее открытый логический элемент 53-1 на вход первого нониусного усилителя 18- 1 записи (фиг. 8,е), осуществляя его запуск (пуск 2). Триггер 52-1 первой схемы 22-1 запуска переводится в исходное состояние. В следующий момент по сигналу считывания через логический элемент 42 ИЛИ-НЕ производится сдвиг на один разряд вправо логической "1" во втором регистре 34 распределителя 21 импульсов (фиг. 7,л-о), подключая его приемную часть ко второму каналу преобразования преобразователя (фиг. 1). Этот же сигнал через первый элемент 37 ИЛИ-НЕ распределителя 21 импульсов, логический элемент 57 ИЛИ поступает на прямой счетный вход счетчика 56 цикла, формируя код первого цикла преобразования, равный N_ц 2².An elastic torsion wave, propagating in the medium of the main sound duct 1 towards the second acoustic absorber 4, reaches it and dissipates the energy, propagating in the other direction, reaches the main concentrated reading element 10 after the desired linear time of the object’s movement (Fig. 7, and, 8, b ) equal to:
T _xi l _xi / V _kp i 1, 2, k, (2)
where l _{xi is the} current distance between the polarizer 8 and the concentrated reading element 10, and induces an analog read pulse at its terminals due to magnetoelastic conversion (ef. Villari), which is converted into a rectangular video pulse by the main read driver 16. The read signal is supplied to another signal input of the pulse distributor 21, passes through its first logic element 36-1, the first element 37 OR NOT to the counting input of the first T-flip-flop 52-1 of the first triggering circuit 22-1 and through its open logic element 53 -1 to the input of the first vernier recording amplifier 18-1 (Fig. 8, f), starting it (start 2). The trigger 52-1 of the first trigger circuit 22-1 is reset. At the next moment, according to the read signal through the logical element 42 OR NOT, a shift is made by one bit to the right of the logical "1" in the second register 34 of the pulse distributor 21 (Fig. 7, lo), connecting its receiving part to the second converter conversion channel ( Fig. 1). The same signal through the first element 37 OR NOT distributor 21 pulses, the logic element 57 OR is fed to the direct counting input of the counter 56 of the cycle, forming the code of the first conversion cycle equal to N _C 2 ² .

На выходе первого нониусного усилителя 18-1 записи формируется токовый импульс, которым возбуждается первый нониусный сосредоточенный элемент 12-1 записи, неподвижно закрепленный на нониусной ветви первого дополнительного звукопровода 2-1 вблизи третьего акустического поглотителя 5. Под ним в среде звукопровода 2-1 возбуждается продольная упругая волна, которая распространяется вдоль звукопровода 2-1 нониусной ветви, демпфируется акустическими поглотителями 5 и 4 и считывается первым нониусным сосредоточенным элементом 14-1 считывания. На его выводах наводится аналоговый сигнал считывания, преобразуемый в прямоугольный видеоимпульс считывания первым нониусным избирательным усилителем-формирователем 20-1 считывания. По сигналу считывания производится рестарт первого нониусного усилителя 18-1 записи. В первом нониусном акустическом тракте преобразователя устанавливается устойчивая генерация импульсов магнитострикционной частоты (фиг. 8,ж):
f_н 1/T_н V_пр/l_н (3) где l_н - расстояние между сосредоточенными элементами 12 и 14 записи и считывания в нониусных акустических трактах ММПП.At the output of the first vernier recording amplifier 18-1, a current pulse is generated by which the first vernier concentrated recording element 12-1 is excited, fixedly mounted on the vernier branch of the first additional sound duct 2-1 near the third acoustic absorber 5. Under it, in the sound duct 2-1 is excited a longitudinal elastic wave that propagates along the sound duct 2-1 of the vernal branch is damped by acoustic absorbers 5 and 4 and is read by the first nonius concentrated reading element 14-1. At its terminals, an analog read signal is converted, which is converted into a rectangular video read pulse by the first vernier selective reading amplifier 20-1. According to the read signal, the first vernier recording amplifier 18-1 is restarted. In the first nonius acoustic path of the transducer, a stable generation of magnetostrictive frequency pulses is established (Fig. 8, g):
f _n 1 / T _n V _pr / l _n (3) where l _n is the distance between the lumped elements 12 and 14 of the recording and reading in the Vernier acoustic paths MMPP.

Импульсы нониусной магнитострикционной мерной шкалы (3) первого канала преобразования поступают на второй вход первой схемы 24-1 совпадения и сравниваются с опорной магнитострикционной мерной шкалой (1), отличающихся между собой на величину заданного дискрета времени Δt=T_o-T_н. В результате нониусного преобразования линейного перемещения в код в первом канале преобразования преобразователя в некоторый момент произойдет совпадение фазы опорной и нониусной магнитострикционных частот f₀ и f_н, и на выходе первой схемы 24-1 совпадения будет сформирован импульсный сигнал (фиг. 8,з), который переключит первый триггер 25-1 в нулевое состояние. Это приведет к блокированию усилителей 17-1, 18-1 записи первого канала преобразования и срыву генерации магнитострикционных частот в первых опорном и нониусном акустических трактах ММПП. На этом завершается первый цикл преобразования и распределитель 21 импульсов настроен на работу со вторым каналом преобразования преобразователя. В первом счетчике 55-1 данных блока 28 накопления будет сформирован код перемещения объекта текущего значения, равный (фиг. 8,п):

где V_пр 1,6•V_кр.The pulses of the Vernier magnetostrictive measuring scale (3) of the first conversion channel are supplied to the second input of the first matching circuit 24-1 and compared with the reference magnetostrictive measuring scale (1), which differ from each other by the value of the specified time discrete Δt = T _o -T _n . As a result of the nonius transformation of linear displacement into code in the first channel of the converter transformation, at some moment, the phase of the reference and nonius magnetostrictive frequencies f ₀ and f _n coincides, and a pulse signal is generated at the output of the first matching circuit 24-1 (Fig. 8, h) which will switch the first trigger 25-1 to the zero state. This will lead to the blocking of amplifiers 17-1, 18-1 of the recording of the first conversion channel and the failure of the generation of magnetostrictive frequencies in the first reference and vernier acoustic paths of the MMPP. This completes the first conversion cycle and the pulse distributor 21 is configured to work with the second converter conversion channel. In the first data counter 55-1 of the accumulation unit 28, a code for moving the object of the current value equal to (Fig. 8, p) will be generated:

where V _pr 1.6 • V _cr .

Сформированный код (4) перемещения объекта с выходов блока 28 накопления проходит на информационные входы вычислительного блока 29 и через его мультиплексор 60 на первый порт микроконтроллера 58, где запоминается для дальнейшей обработки. Формирование двоичного знака кода (4) в разряде переполнения разрядной сетки первого счетчика 55-1 данных воспринимается микроконтроллером 58 как недостоверный результат и исключается из дальнейшего преобразования. Код цикла счетчика 56 указывает по 0-порту микроконтроллера 58 на программный переход по обработке результатов и управлению программируемого генератора 27, а также подключает соответствующую группу входов к выходу мультиплексора 60. Формирование кода N_ц двойной длины по каналам записи и считывания распределителя 21 импульсов (фиг. 3) позволяет по четному его значению (2², 2⁴, 2⁸,2^2к) контролировать сбой по цепи считывания K-го акустического тракта ММПП, что повышает общую надежность преобразователя.The generated code (4) for moving the object from the outputs of the storage unit 28 passes to the information inputs of the computing unit 29 and through its multiplexer 60 to the first port of the microcontroller 58, where it is stored for further processing. The formation of the binary code sign (4) in the discharge overflow discharge grid of the first data counter 55-1 is perceived by the microcontroller 58 as an unreliable result and is excluded from further conversion. The counter loop code 56 points at the 0-port of the microcontroller 58 to the program transition for processing the results and controlling the programmable generator 27, and also connects the corresponding input group to the output of the multiplexer 60. The double-length code N _{c is} generated from the write and read channels of the pulse distributor 21 (Fig. . 3) allows for its even value (2 ² , 2 ⁴ , 2 ⁸ , 2 2 ^k ) to control the failure along the read circuit of the K-th acoustic path of the MMPP, which increases the overall reliability of the converter.

Второй цикл преобразования (фиг. 8,и-о,р) текущего перемещения l_xi объекта начинается по очередному импульсу генератора 27 и выполняется вторым каналом преобразования аналогично рассмотренному. Затем начинается третий, четвертый и т.д. пока не сработают все K-каналов преобразования преобразователя (фиг. 7,г-ж, фиг. 8). После чего распределитель 21 импульсов автоматически настраивается на работу первого канала преобразования путем перезаписи логической "1" в младший разряд первого (второго) регистра 33 (34) через схемы на логических элементах 40, 43 ИЛИ-НЕ, RC-элементы 48, 50, 49, 51 и инверторы 41, 44 (фиг. 3). Так, за полный цикл преобразования, состоящего из K-циклов, на первый порт микроконтроллера 58 поступит K-кодов текущего значения перемещения объекта (4), что позволяет ему в зависимости от заложенной программы работы формировать по третьему своему порту П-разрядный код перемещения интегрального значения, проводить вычисление параметров кинематического движения объекта (скорость, ускорение) по методу последовательных приращений.The second conversion cycle (Fig. 8, io, p) of the current movement l _{xi of the} object begins at the next pulse of the generator 27 and is performed by the second conversion channel similarly to that considered. Then begins the third, fourth, etc. until all K-channels of the converter conversion work (Fig. 7, gf, Fig. 8). After that, the pulse distributor 21 is automatically tuned to the operation of the first conversion channel by overwriting the logical "1" in the least significant bit of the first (second) register 33 (34) through circuits on logical elements 40, 43 OR-NOT, RC elements 48, 50, 49 , 51 and inverters 41, 44 (Fig. 3). So, for a complete conversion cycle, consisting of K-cycles, the K-codes of the current object displacement value (4) will arrive at the first port of microcontroller 58, which allows it to generate a P-bit integral displacement code from its third port, depending on the program of work values, calculate the parameters of the kinematic motion of the object (speed, acceleration) by the method of successive increments.

Повышение точности преобразования перемещений по сравнению с прототипом здесь достигается за счет уменьшения влияния составляющей температурной погрешности на результат, вследствие использования 2 К магнитострикционных и бездисперсионных генераторов основной акустический тракт ММПП. Применение K-каналов преобразования позволяет приблизительно во столько же раз повысить быстродействие преобразования перемещений без снижения разрешающей способности относительно прототипа. А использование средств самоконтроля в процессе работы преобразователя, выполнение основного акустического тракта ММПП по неконтактной кинематической схеме повышает надежность, расширяет область его использования. Improving the accuracy of the conversion of displacements compared with the prototype is achieved by reducing the influence of the component of the temperature error on the result, due to the use of 2 K magnetostrictive and dispersionless generators, the main acoustic path of the MMPP. The use of K-channels of the conversion allows approximately the same time to increase the speed of the conversion of displacements without reducing the resolution relative to the prototype. And the use of self-monitoring tools during the operation of the transducer, the implementation of the main acoustic path of the MMPP in a non-contact kinematic scheme increases reliability, expands the scope of its use.

Claims

The linear displacement transducer of the object, containing the main rectilinear magnetostrictive sound duct, two acoustic absorbers installed at its ends, limiters, connected in series with the first main readout element, mounted on the main rectilinear magnetostrictive sound duct, and the main readout driver, connected in series to the generator, one-shot and main amplifier recording connected to the main rectilinear magnetostrictive sound duct, subtracting a compression unit and a vibration exciter designed to be fixed on the object, characterized in that it is equipped with additional rectilinear magnetostrictive sound ducts fixed parallel to the main rectilinear magnetostrictive sound absorber in the first and second acoustic absorbers, a third acoustic absorber installed in the middle of the additional rectilinear magnetostrictive sound ducts, the first a group of K additional recording elements and from K additional counting elements a nip located between the first and additional acoustic absorbers, a second group of K additional recording elements and K additional reading elements located between the second and additional acoustic absorbers, a pulse distributor, the first input of which is connected to the output of the main amplifier-read driver, and the second to single-output output and input of the main recording amplifier, 2K additional recording amplifiers, outputs connected respectively to the inputs of 2K additional elements recording elements, 2K by additional amplifiers-read drivers, inputs connected respectively to the outputs of 2K additional reading elements, connected by the first inputs to a part of the outputs of the pulse distributor To the start blocks, connected by the first inputs to To the other outputs of the pulse distributor, To the elements AND-NOT, the second inputs which are associated with the output of a single-shot, K matching elements, K triggers connected by the first inputs to their outputs, respectively, the output of each of which is connected to the input prohibition of the corresponding additional recording amplifiers of the first and second groups, the storage unit, the outputs of which are connected to the inputs of the computing unit connected to the controlled input of the generator, and the second main reading element installed on the main rectilinear magnetostrictive sound duct between the first acoustic absorber and the main recording amplifier and connected to the inverse input of the main amplifier-driver of reading, the exciter of oscillations is made in the form of a polarizer of a magnetic field I, the second outputs of the trigger units are connected respectively to the second inputs of the recording amplifiers of the second group and to the inputs of the accumulation unit, the output of each element is NOT connected to the second inputs of the corresponding trigger unit and trigger and to the input of the storage unit, the output of each of the K amplifiers the reading of the first group is connected to the second input of the corresponding coincidence element and to the input of the accumulation unit, and the output of each of the K amplifiers-read drivers of the second group is connected to the second input of the corresponding ment coincidence.