RU2125235C1

RU2125235C1 - Method measuring linear travels

Info

Publication number: RU2125235C1
Application number: RU96114174A
Authority: RU
Inventors: В.Х. Ясовеев; Р.Ю. Мукаев; К.И. Соколов
Original assignee: Уфимский государственный авиационный технический университет
Priority date: 1996-07-16
Filing date: 1996-07-16
Publication date: 1999-01-20

Abstract

FIELD: measurement technology. SUBSTANCE: invention is meant for realization of magnetostrictive displacement converters. In correspondence with proposed method time of propagation of ultrasonic wave from immobile excitation element to mobile read-out element linked to monitored object is measured. Value of this time is used to evaluate linear travel of object. Mobile read-out element is placed at closest distance from immobile excitation element prior to measurement of time of propagation of ultrasonic wave and model duration of pulse of ultrasonic wave is measured. Working duration of pulse of ultrasonic wave is measured after travel of mobile read-out element together with monitored object over measured distance before each measurement of time of propagation of ultrasonic wave, it is subtracted from model duration and value of obtained difference is used to determine value of current of mobile excitation element. EFFECT: increased measurement accuracy. 2 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для повышения точности в магнитострикционных преобразователях перемещения. The invention relates to measuring technique and can be used to improve accuracy in magnetostrictive displacement transducers.

Известен способ измерения перемещений, основанный на измерении времени прохождения ультразвуковой волны по волноводу из магнитострикционного материала от зоны возбуждения до зоны считывания [1]. A known method of measuring displacements, based on measuring the transit time of an ultrasonic wave through a waveguide of magnetostrictive material from the excitation zone to the read zone [1].

Недостатком этого способа является невысокая точность, обусловленная затуханием ультразвуковой волны в волноводе. The disadvantage of this method is the low accuracy due to the attenuation of the ultrasonic wave in the waveguide.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является способ измерения линейных перемещений, реализуемый в преобразователе линейных перемещений [2], в котором величина тока элемента возбуждения определяется величиной амплитуды импульса ультразвуковой волны, принимаемого элементом считывания. Closest to the invention in technical essence is a method of measuring linear displacements, implemented in a linear displacement transducer [2], in which the magnitude of the current of the excitation element is determined by the magnitude of the amplitude of the pulse of the ultrasonic wave received by the read element.

Однако реализация данного способа приводит к уменьшению помехоустойчивости из-за необходимости операции измерения амплитуды принимаемого элементом считывания импульса ультразвуковой волны, что вызывает снижение точности измерений. However, the implementation of this method leads to a decrease in noise immunity due to the necessity of measuring the amplitude of the ultrasonic wave pulse received by the sensing element, which causes a decrease in the measurement accuracy.

Задачей изобретения является повышение точности. The objective of the invention is to improve the accuracy.

Поставленная задача решается тем, что при измерении линейных перемещений измеряют время распространения ультразвуковой волны от неподвижного элемента возбуждения до подвижного элемента считывания, соединенного с контролируемым объектом, и по значению этого времени судят о величине линейного перемещения объекта, перед измерением времени распространения ультразвуковой волны устанавливают подвижный элемент считывания на самое близкое расстояние к неподвижному элементу возбуждения и измеряют образцовую длительность импульса ультразвуковой волны, а после перемещения подвижного элемента считывания вместе с контролируемым объектом на измеряемое расстояние перед каждым измерением времени распространения ультразвуковой волны измеряют рабочую длительность импульса ультразвуковой волны, вычитают ее из образцовой длительности и по значению полученной разности определяют величину тока подвижного элемента возбуждения. Кроме того, перед каждым циклом измерения в приемной части устанавливают пороговое напряжение, в k раз большее напряжения шума, где k - коэффициент, определяемый требованиями к помехоустойчивости, а результирующее время распространения ультразвуковой волны от зоны возбуждения до зоны считывания t_x, пропорциональное измеряемому перемещению, определяют из выражения

где
t'_i и t''_l - моменты срабатывания порогового устройства приемной части при приеме импульсов ультразвуковой волны соответственно передним и задним фронтам этих импульсов;
n - число импульсов ультразвуковой волны, определяемое требованиями к точности и быстродействию.The problem is solved in that when measuring linear displacements, the propagation time of the ultrasonic wave from the stationary excitation element to the movable read element connected to the controlled object is measured, and the value of the linear displacement of the object is judged by the value of this time, a movable element is installed before measuring the propagation time of the ultrasonic wave reading at the closest distance to the stationary excitation element and measure the exemplary pulse duration ultra sound wave, and after moving the movable reading element together with the controlled object to a measured distance, before each measurement of the propagation time of the ultrasonic wave, the working pulse duration of the ultrasonic wave is measured, it is subtracted from the model duration and the value of the current of the moving excitation element is determined by the value of the obtained difference. In addition, before each measurement cycle, a threshold voltage is set in the receiving part, k times higher than the noise voltage, where k is the coefficient determined by the noise immunity requirements, and the resulting ultrasonic wave propagation time from the excitation zone to the read zone t _x is proportional to the measured displacement, determined from the expression

Where
t ' _i and t'' _l are the moments of operation of the threshold device of the receiving part when receiving pulses of an ultrasonic wave, respectively, to the leading and trailing edges of these pulses;
n is the number of pulses of the ultrasonic wave, determined by the requirements for accuracy and speed.

Способ осуществляется следующим образом. The method is as follows.

Сначала в приемной части измеряется напряжение шума, а затем выставляется пороговое напряжение, равное kU_шума, где k - коэффициент, определяемый требованиями к помехоустойчивости. Эта операция повторяется перед каждым циклом измерения. После того, как подвижный элемент считывания установлен на самое близкое расстояние к неподвижному элементу возбуждения, в звукопроводе возбуждается импульс ультразвуковой волны с определенной амплитудой и измеряется значение образцовой длительности принимаемого импульса ультразвуковой волны. Это производится всего один раз - в самом начале работы. Далее следует цикл измерения, который включает в себя операцию подстройки и операцию измерения.First, the noise voltage is measured in the receiving part, and then a threshold voltage is set equal to kU of the _noise , where k is the coefficient determined by the noise immunity requirements. This operation is repeated before each measurement cycle. After the movable reading element is installed at the closest distance to the stationary excitation element, an ultrasonic wave pulse with a certain amplitude is excited in the sound duct and the value of the model duration of the received pulse of the ultrasonic wave is measured. This is done only once - at the very beginning of the work. The following is a measurement cycle, which includes an adjustment operation and a measurement operation.

Операция подстройки заключается в поддерживании постоянной длительности импульса ультразвуковой волны, принимаемого элементом считывания, за счет изменения амплитуды излучаемого сигнала, т.е. после того, как подвижный элемент считывания переместился вместе с контролируемым объектом на измеряемое расстояние, элементом возбуждения в звукопроводе возбуждается импульс ультразвуковой волны, а в приемной части измеряется его длительность, значение которой потом вычитается из значения образцовой длительности, и величина тока элемента возбуждения определяется значением этой разности. The tuning operation consists in maintaining a constant pulse duration of the ultrasonic wave received by the read element by changing the amplitude of the emitted signal, i.e. after the movable sensing element has moved along with the controlled object by a measured distance, the excitation element in the sound pipe excites an ultrasonic wave pulse, and its duration is measured in the receiving part, the value of which is then subtracted from the value of the model duration, and the magnitude of the current of the excitation element is determined by the value of this differences.

После этого проводится операция измерения, во время которой излучается пачка из n импульсов (где n -число импульсов, определяемое требованиями к точности и быстродействию) и измеряются интервалы времени от момента возбуждения этих импульсов до моментов срабатывания порогового устройства приемной части по передним (t₁, t₂....,t_n) и по задним фронтам (t₁, t₂..., t_n) этих импульсов (фиг. 1).After that, a measurement operation is carried out during which a packet of n pulses is emitted (where n is the number of pulses determined by the requirements for accuracy and speed) and time intervals are measured from the moment of excitation of these pulses to the moments of operation of the front receiver threshold device (t ₁ , t ₂ ...., t _n ) and along the trailing edges (t ₁ , t ₂ ..., t _n ) of these pulses (Fig. 1).

Результат измерения - время распространения ультразвуковой волны от зоны возбуждения до зоны считывания (t_x), пропорциональное измеряемому перемещению, определяется из формулы

Благодаря такой последовательности операций измерения и вычисления предлагаемый способ позволяет значительно повысить точность ультразвуковых преобразователей, во-первых, за счет уменьшения погрешности измерения времени распространения ультразвуковой волны в

раз, а во-вторых, за счет компенсации погрешности, вызванной затуханием импульсов ультразвуковой волны в звукопроводе.The measurement result - the propagation time of the ultrasonic wave from the excitation zone to the read zone (t _x ), proportional to the measured movement, is determined from the formula

Due to this sequence of measurement and calculation operations, the proposed method can significantly increase the accuracy of ultrasonic transducers, firstly, by reducing the measurement error of the propagation time of an ultrasonic wave in

times, and secondly, by compensating for the error caused by the attenuation of the pulses of the ultrasonic wave in the sound duct.

Компенсация этой погрешности достигается тем, что ток элемента возбуждения определяется разностью образцового значения длительности импульса ультразвуковой волны, принимаемого элементом считывания, и рабочего значения длительности импульса ультразвуковой волны, принимаемого элементом считывания, измеренных соответственно при нахождении подвижного элемента считывания в непосредственной близости от неподвижного элемента возбуждения и когда подвижный элемент считывания уже переместился вместе с контролируемым объектом на измеряемое расстояние. При таких условиях измерения длительностей импульсов ультразвуковой волны, принимаемых элементом считывания, по значению разности этих длительностей можно судить об изменении длительности принимаемых импульсов ультразвуковой волны в зависимости от положения подвижного элемента считывания относительно неподвижного элемента возбуждения, т. е. о величине затухания импульсов ультразвуковой волны в зависимости от расстояния, проходимого этими импульсами от зоны возбуждения до зоны считывания. Т. е. в конечном итоге, ток элемента возбуждения определяется величиной затухания импульсов ультразвуковой волны в звукопроводе. Compensation of this error is achieved by the fact that the current of the excitation element is determined by the difference between the exemplary value of the pulse duration of the ultrasonic wave received by the read element and the operating value of the pulse duration of the ultrasonic wave received by the read element, measured respectively when the movable read element is in close proximity to the stationary excitation element and when the movable reading element has already moved together with the controlled object my distance. Under such conditions, measuring the duration of the pulses of the ultrasonic wave received by the reading element, the value of the difference of these durations can be used to judge the change in the duration of the received pulses of the ultrasonic wave depending on the position of the moving reading element relative to the stationary excitation element, i.e., the amount of attenuation of the pulses of the ultrasonic wave in depending on the distance traveled by these pulses from the excitation zone to the read zone. That is, ultimately, the current of the excitation element is determined by the amount of attenuation of the pulses of the ultrasonic wave in the sound duct.

Источники информации. Sources of information.

1. Домрачев В.Г., Матвеевский В.Р., Смирнов Ю.С. Схемотехника цифровых преобразователей перемещений: Справочное пособие. - М.: Энергоатомиздат, 1987. 1. Domrachev V.G., Matveevsky V.R., Smirnov Yu.S. Circuitry of Digital Displacement Transducers: A Reference Guide. - M .: Energoatomizdat, 1987.

2 Авторское свидетельство СССР N 1394033, опубликовано 07.05.88, Бюл. N 17. 2 USSR Copyright Certificate N 1394033, published 07.05.88, Bull. N 17.

Claims

1. A method of measuring linear displacements, according to which the propagation time of an ultrasonic wave from a stationary excitation element to a movable reading element connected to a controlled object is measured, and the value of the linear displacement of the object is judged by the value of this time, characterized in that before measuring the ultrasonic wave propagation time set the movable reading element to the closest distance to the stationary excitation element and measure the exemplary pulse duration ultrasonic wave, and after moving the movable member together with readout controlled object on the measured distance before each measurement time of the ultrasonic wave propagation is measured working length of the ultrasonic wave pulse is subtracted from its exemplary duration and meaningfully determine the magnitude of this difference movable drive element current.

2. The method according to claim 1, characterized in that before each measurement cycle a threshold voltage is set in the receiving part, k times greater than the noise voltage, where k is the coefficient determined by the noise immunity requirements.

3 The method according to claim 1, characterized in that the resulting propagation time of the ultrasonic wave from the excitation zone to the read zone t _x proportional to the measured displacement is determined from the expression

where t ' _i and t'' _i are the response times of the threshold device of the receiving part when receiving pulses of an ultrasonic wave, respectively, by the leading and trailing edges of these pulses;
n is the number of pulses of the ultrasonic wave, determined by the requirements for accuracy and speed.