RU2332639C2

RU2332639C2 - Linear motion measurement device (versions)

Info

Publication number: RU2332639C2
Application number: RU2006100430/28A
Authority: RU
Inventors: Роберт Юнусович Мукаев (RU); Роберт Юнусович Мукаев; Юли Андреевна Герасимова (RU); Юлия Андреевна Герасимова
Priority date: 2006-01-10
Filing date: 2006-01-10
Publication date: 2008-08-27
Also published as: RU2006100430A

Abstract

FIELD: metrology.

SUBSTANCE: invention relates to metrology and can be used for measurement and control of motion and velocity. The device incorporates pulse generator 1, amplifier 2, first and second electroacoustic transducer 3, 4, magnetostrictive acoustic duct 5, first and second electroacoustic receivers 6, 7, first and second damper 8, 9, first and second comparator 10, 11, reference voltage first source 12, pulse shape 13, optical radiation source 14, photoelectric converter 15, voltage multiplier 16, amplitude detector 17, visible spectrum transmitter 18, visible spectrum receiver 19, amplifier-shaper 20, first and second spectrum IR-band sources 21, 22, first and second spectrum IR band receivers 23, 24, third and fourth comparators 25, 26, reference voltage second source 27, comparator circuit 28, time interval meter 29. Additionally, a device design version is proposed.

EFFECT: higher accuracy, reliability and noise immunity of linear motion measurements.

2 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения и контроля перемещения и скорости.The invention relates to measuring technique and can be used to measure and control movement and speed.

Известен преобразователь линейных перемещений, содержащий звукопровод, выполненный из магнитострикционного материала, с демпферами на концах. По всей длине звукопровода равномерно распределена обмотка записи. На контролируемом объекте закрепляется подвижный постоянный магнит. На звукопроводе установлена также считывающая обмотка с неподвижным постоянным магнитом. Количество импульсов кварцевого генератора за время между появлениями импульсов записи и считывания подсчитывается двоичным счетчиком. Особенностью преобразователя является то, что в его схему введен формирователь запирающих импульсов. Формирователь запирающих импульсов на время действия переходного процесса во входной цепи приемного тракта преобразователя запрещает работу компаратора, подключенного к выходу приемного тракта. Введение формирователя запирающих импульсов позволяет исключить ложные срабатывания компаратора при совпадении информационных сигналов с синхронными электромагнитными помехами и тем самым повысить помехоустойчивость преобразователя [Патент РФ №2194946, кл. G01B 17/00, 2002].A known linear displacement transducer comprising a sound duct made of magnetostrictive material with dampers at the ends. The recording winding is evenly distributed along the entire length of the sound pipe. A movable permanent magnet is fixed on the controlled object. A reading winding with a fixed permanent magnet is also installed on the sound duct. The number of pulses of a crystal oscillator during the time between the occurrences of the write and read pulses is calculated by a binary counter. A feature of the converter is that a blocking pulse shaper is introduced into its circuit. The generator of the locking pulses for the duration of the transient in the input circuit of the receiving path of the converter prohibits the operation of a comparator connected to the output of the receiving path. The introduction of the driver of the locking pulses eliminates the false positives of the comparator when the information signals coincide with synchronous electromagnetic interference and thereby increase the noise immunity of the converter [RF Patent No. 2194946, cl. G01B 17/00, 2002].

Недостатком преобразователя является малое отношение сигнал-шум вследствие малого удельного числа витков на единицу длины звукопровода, а также не достигается высокая крутизна фронта сигнала вследствие большого числа витков обмотки.The disadvantage of the converter is the small signal-to-noise ratio due to the small specific number of turns per unit length of the sound duct, and a high slope of the signal front due to the large number of turns of the winding is not achieved.

Известно устройство для бесконтактной передачи данных между устройством передачи и приема данных и, по меньшей мере, одним переносным носителем данных. Устройство передачи и приема данных содержит передающее устройство для выработки первого сигнала с заданной частотой и приемное устройство для приема сигнала с заданной частотой, антенну с преобразованным импедансом, которая связана с передающим устройством и с приемным устройством, а также источник энергии. Переносной носитель данных содержит антенну носителя данных, предназначенную для приема или передачи индуцированного сигнала, и схемное устройство, связанное с антенной носителя данных и предназначенное для обработки индуцированного сигнала и выработки сигнала, который передается к антенне устройства передачи и приема данных [Заявка РФ №2000131621, кл. G06К 7/00, G06К 19/07, 2003].A device for contactless data transmission between a device for transmitting and receiving data and at least one portable data carrier. A data transmitting and receiving device comprises a transmitting device for generating a first signal with a predetermined frequency and a receiving device for receiving a signal with a predetermined frequency, an antenna with a converted impedance, which is connected to a transmitting device and a receiving device, as well as an energy source. The portable storage medium comprises an antenna of a storage medium for receiving or transmitting an induced signal, and a circuit device associated with an antenna of a storage medium for processing an induced signal and generating a signal that is transmitted to an antenna of a transmission and reception device [RF Application No.2000131621, class G06K 7/00, G06K 19/07, 2003].

Недостатком устройства являются невысокое кпд, обусловленное применением радиоволнового излучения всенаправленной антенны, и низкая помехоустойчивость.The disadvantage of this device is the low efficiency due to the use of radio wave radiation of an omnidirectional antenna, and low noise immunity.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является магнитострикционный преобразователь перемещений, содержащий магнитострикционный звукопровод с демпферами на концах, последовательно соединенные генератор импульсов и электроакустический преобразователь, неподвижно установленный на звукопроводе, электроакустический приемник, установленный на звукопроводе с возможностью перемещения, временной формирователь, коммутатор и линию задержки, который снабжен подключенными к выходу приемной катушки двумя компараторами, вторым временным формирователем, двумя инверторами и подключенными к выходу коммутатора последовательно соединенными интегратором и повторителем [А.с. СССР №1772623, кл. G01В 17/00, 1992].The closest in technical essence and the achieved effect is a magnetostrictive displacement transducer containing a magnetostrictive sound conduit with dampers at the ends, a pulse generator and an electro-acoustic transducer fixedly mounted on the sound conductor, an electro-acoustic receiver mounted on the sound duct with the ability to move, a temporary driver, a switch and a line delay, which is equipped with two comparate connected to the output of the receiving coil orams, the second temporary shaper, two inverters and connected to the output of the switch in series with an integrator and a repeater [A.S. USSR No. 1772623, cl. G01B 17/00, 1992].

Недостатком преобразователя является низкая надежность вследствие наличия подвижных токопроводов.The disadvantage of the Converter is low reliability due to the presence of movable conductors.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является повышение надежности, точности и помехоустойчивости измерения линейных перемещений, а также расширение функциональных возможностей за счет введения новых элементов в схему.The task to which the invention is directed is to increase the reliability, accuracy and noise immunity of measuring linear displacements, as well as expanding the functionality by introducing new elements into the circuit.

Поставленная задача достигается тем, что в известном устройстве, содержащем магнитострикционный звукопровод, генератор импульсов, первый электроакустический преобразователь, неподвижно установленный на магнитострикционном звукопроводе, первый и второй демпферы, расположенные на концах магнитострикционного звукопровода, первый электроакустический приемник, установленный на звукопроводе с возможностью перемещения, выход которого соединен с первым компаратором, второй компаратор, в отличие от прототипа введены второй электроакустический преобразователь, неподвижно установленный на магнитострикционном звукопроводе и расположенный на фиксированном расстоянии от первого электроакустического преобразователя на конце магнитострикционного звукопровода, усилитель, вход которого соединен с выходом генератора импульсов, выход усилителя соединен с первым и вторым электроакустическими преобразователями, второй электроакустический приемник, расположенный на магнитострикционном звукопроводе на фиксированном расстоянии от первого электроакустического приемника с возможностью перемещения, выход второго электроакустического приемника соединен с первым входом второго компаратора, первый источник опорного напряжения, выход которого соединен с вторыми входами первого и второго компараторов, формирователь импульсов, первый вход которого соединен с выходом генератора импульсов, выход формирователя импульсов соединен с источником оптического излучения, который оптически связан с фотоэлектрическим преобразователем, к выходу которого последовательно подключены умножитель напряжения, амплитудный детектор, излучатель видимой области спектра, который оптически связан с фотоприемником видимой области спектра, выход которого соединен с входом усилителя-формирователя, выход которого соединен с вторым входом формирователя импульсов, выход амплитудного детектора соединен с третьими входами первого и второго компаратора, первый и второй излучатели инфракрасной области спектра, соединенные с выходами первого и второго компараторов, первый излучатель инфракрасной области спектра оптически связан с первым фотоприемником инфракрасной области спектра, второй излучатель инфракрасной области спектра оптически связан с вторым фотоприемником инфракрасной области спектра, первый и второй фотоприемники инфракрасной области спектра, соединенные с первыми входами третьего и четвертого компараторов, выход второго источника опорного напряжения соединен с вторыми входами третьего и четвертого компараторов, выходы которых соединены с входами схемы сравнения, выход схемы сравнения соединен с первым входом измерителя интервалов времени, со вторым входом которого соединен выход генератора импульсов, а первый выход измерителя интервалов времени соединен с входом генератора импульсов.This object is achieved by the fact that in the known device containing a magnetostrictive sound pipe, a pulse generator, a first electro-acoustic transducer fixedly mounted on the magnetostrictive sound pipe, a first and second damper located at the ends of the magnetostrictive sound pipe, a first electro-acoustic receiver mounted on the sound pipe with movement, output which is connected to the first comparator, the second comparator, in contrast to the prototype introduced the second electroacoustic a transducer fixedly mounted on the magnetostrictive sound duct and located at a fixed distance from the first electro-acoustic transducer at the end of the magnetostrictive sound duct, an amplifier whose input is connected to the output of the pulse generator, an amplifier output connected to the first and second electro-acoustic transducers, and a second electro-acoustic receiver located on the magnetostrictive sound duct at a fixed distance from the first electro-acoustic receiver with with the possibility of movement, the output of the second electro-acoustic receiver is connected to the first input of the second comparator, the first voltage reference source, the output of which is connected to the second inputs of the first and second comparators, a pulse shaper, the first input of which is connected to the output of the pulse generator, the output of the pulse shaper is connected to the optical radiation source , which is optically coupled to a photoelectric converter, to the output of which a voltage multiplier is connected in series, amplitude detector, emitter of the visible region of the spectrum, which is optically coupled to a photodetector of the visible region of the spectrum, the output of which is connected to the input of the driver amplifier, the output of which is connected to the second input of the pulse shaper, the output of the amplitude detector is connected to the third inputs of the first and second comparator, the first and second radiators infrared spectral region connected to the outputs of the first and second comparators, the first infrared emitter is optically coupled to the first infrared photodetector region of the spectrum, the second infrared emitter is optically coupled to the second infrared photodetector, the first and second infrared photodetectors connected to the first inputs of the third and fourth comparators, the output of the second reference voltage source is connected to the second inputs of the third and fourth comparators, the outputs of which connected to the inputs of the comparison circuit, the output of the comparison circuit is connected to the first input of the time interval meter, with the second input of which you are connected the course of the pulse generator, and the first output of the time interval meter is connected to the input of the pulse generator.

В устройстве измерения линейных перемещений по варианту 2, в отличие от прототипа, выход амплитудного детектора соединен с излучателем инфракрасной области спектра, который оптически связан с фотоприемником инфракрасной области спектра, вход усилителя-формирователя соединен с выходом фотоприемника инфракрасной области спектра, выход первого компаратора соединен с первым излучателем видимой области спектра и выход второго компаратора соединен с вторым излучателем видимой области спектра, первый излучатель видимой области спектра оптически связан с первым фотоприемником видимой области спектра, второй излучатель видимой области спектра оптически связан с вторым фотоприемником видимой области спектра, первый вход третьего компаратора соединен с выходом первого фотоприемника видимой области спектра и первый вход четвертого компаратора соединен с выходом второго фотоприемника видимой области спектра.In the linear displacement measuring device according to embodiment 2, in contrast to the prototype, the output of the amplitude detector is connected to an infrared emitter, which is optically coupled to the infrared photodetector, the input of the driver-amplifier is connected to the output of the infrared photodetector, the output of the first comparator is connected to the first emitter of the visible region of the spectrum and the output of the second comparator is connected to the second emitter of the visible region of the spectrum, the first emitter of the visible region of the spectrum It is optically connected to the first photodetector of the visible region of the spectrum, the second emitter of the visible region of the spectrum is optically coupled to the second photodetector of the visible region of the spectrum, the first input of the third comparator is connected to the output of the first photodetector of the visible region of the spectrum, and the first input of the fourth comparator is connected to the output of the second photodetector of the visible region of the spectrum.

Сущность устройства поясняется чертежами: на фиг.1 изображена схема устройства по варианту 1, на фиг.2 изображен вариант 2 схемы устройства, на фиг.3 приведены временные диаграммы, поясняющие работу устройства измерения линейных перемещений.The essence of the device is illustrated by drawings: figure 1 shows a diagram of the device according to option 1, figure 2 shows a variant 2 of the device diagram, figure 3 shows time diagrams explaining the operation of the device for measuring linear displacements.

Устройство измерения линейных перемещений по варианту 1 (фиг.1) содержит генератор 1 импульсов, выход которого соединен с входом усилителя 2, выход которого соединен с первым электроакустическим преобразователем 3 и вторым электроакустическим преобразователем 4, охватывающими магнитострикционный звукопровод 5 и расположенными на фиксированном расстоянии друг от друга на конце магнитострикционного звукопровода 5, первый электроакустический приемник 6 и второй электроакустический приемник 7, охватывающие магнитострикционный звукопровод 5, расположенные на фиксированном расстоянии друг от друга на магнитострикционном звукопроводе 5 и механически соединенные с подвижным объектом, первый демпфер 8 и второй демпфер 9, расположенные на противоположных концах магнитострикционного звукопровода 5. Выход первого электроакустического приемника 6 соединен с первым входом первого компаратора 10 и выход второго электроакустического приемника 7 соединен с первым входом второго компаратора 11. Вторые входы первого компаратора 10 и второго компаратора 11 соединены с первым источником 12 опорного напряжения. Первый вход формирователя 13 импульсов соединен с выходом генератора 1 импульсов. Выход формирователя 13 импульсов соединен с источником 14 оптического излучения. Источник 14 оптического излучения оптически связан с фотоэлектрическим преобразователем 15. Выход фотоэлектрического преобразователя 15 соединен с умножителем 16 напряжения, выход которого связан с входом амплитудного детектора 17. Первый выход амплитудного детектора 17 соединен с излучателем 18 видимой области спектра. Второй выход амплитудного детектора 17 связан с входами питания первого компаратора 10 и второго компаратора 11. Излучатель 18 видимой области спектра оптически связан с фотоприемником 19 видимой области спектра. Выход фотоприемника 19 видимой области спектра соединен с усилителем-формирователем 20, выход которого соединен с вторым входом формирователя 13 импульсов. Выход первого компаратора 10 соединен с первым источником 21 инфракрасной области спектра и выход второго компаратора 11 соединен с вторым источником 22 инфракрасной области спектра. Два параллельных канала преобразования оптических сигналов включают в себя первый источник 21 инфракрасной области спектра и второй источник 22 инфракрасной области спектра, оптически связанные с первым фотоприемником 23 инфракрасной области спектра и вторым фотоприемником 24 инфракрасной области спектра, а также последовательное соединение первого фотоприемника 23 инфракрасной области спектра и второго фотоприемника 24 инфракрасной области спектра и первых входов третьего компаратора 25 и четвертого компаратора 26, вторые входы которых соединены с вторым источником 27 опорного напряжения. Выходы третьего компаратора 25 и четвертого компаратора 26 соединены с первым и вторым входом схемы 28 сравнения, выход схемы 28 сравнения соединен с первым входом измерителя 29 интервалов времени, второй вход которого соединен с выходом генератора 1 импульсов, вход которого соединен с первым выходом измерителя 29 интервалов времени.The linear displacement measuring device according to embodiment 1 (Fig. 1) comprises a pulse generator 1, the output of which is connected to the input of the amplifier 2, the output of which is connected to the first electro-acoustic transducer 3 and the second electro-acoustic transducer 4, covering the magnetostrictive sound duct 5 and located at a fixed distance from each other at the end of the magnetostrictive sound pipe 5, the first electro-acoustic receiver 6 and the second electro-acoustic receiver 7, covering the magnetostrictive sound pipe 5, located at a fixed distance from each other on a magnetostrictive sound pipe 5 and mechanically connected to a moving object, a first damper 8 and a second damper 9 located at opposite ends of the magnetostrictive sound pipe 5. The output of the first electro-acoustic receiver 6 is connected to the first input of the first comparator 10 and the output the second electro-acoustic receiver 7 is connected to the first input of the second comparator 11. The second inputs of the first comparator 10 and the second comparator 11 are connected to the first source 12 reference voltage. The first input of the pulse shaper 13 is connected to the output of the pulse generator 1. The output of the pulse shaper 13 is connected to the optical radiation source 14. The optical radiation source 14 is optically coupled to the photoelectric converter 15. The output of the photoelectric converter 15 is connected to a voltage multiplier 16, the output of which is connected to the input of the amplitude detector 17. The first output of the amplitude detector 17 is connected to the emitter 18 of the visible spectrum. The second output of the amplitude detector 17 is connected to the power inputs of the first comparator 10 and the second comparator 11. The emitter 18 of the visible region of the spectrum is optically coupled to the photodetector 19 of the visible region of the spectrum. The output of the photodetector 19 of the visible region of the spectrum is connected to the amplifier-driver 20, the output of which is connected to the second input of the driver 13 of the pulses. The output of the first comparator 10 is connected to the first infrared source 21 and the output of the second comparator 11 is connected to the second infrared source 22. Two parallel optical signal conversion channels include a first infrared source 21 and a second infrared source 22 optically coupled to a first infrared photodetector 23 and a second infrared photodetector 24, as well as a series connection of the first infrared photodetector 23 and a second infrared spectrum detector 24 and first inputs of a third comparator 25 and a fourth comparator 26, the second inputs of which oedineny with a second reference voltage source 27. The outputs of the third comparator 25 and the fourth comparator 26 are connected to the first and second input of the comparison circuit 28, the output of the comparison circuit 28 is connected to the first input of the time interval meter 29, the second input of which is connected to the output of the pulse generator 1, the input of which is connected to the first output of the 29 interval meter time.

Устройство измерения линейных перемещений по варианту 2 (фиг.2) содержит генератор 1 импульсов, выход которого соединен с входом усилителя 2, выход которого соединен с первым электроакустическим преобразователем 3 и вторым электроакустическим преобразователем 4, охватывающими магнитострикционный звукопровод 5 и расположенными на фиксированном расстоянии друг от друга на конце магнитострикционного звукопровода 5, первый электроакустический приемник 6 и второй электроакустический приемник 7, охватывающие магнитострикционный звукопровод 5, расположенные на фиксированном расстоянии друг от друга на магнитострикционном звукопроводе 5 и механически соединенные с подвижным объектом, первый демпфер 8 и второй демпфер 9, расположенные на противоположных концах магнитострикционного звукопровода 5. Выход первого электроакустического приемника 6 соединен с первым входом первого компаратора 10 и выход второго электроакустического приемника 7 соединен с первым входом второго компаратора 11. Вторые входы первого компаратора 10 и второго компаратора 11 соединены с первым источником 12 опорного напряжения. Первый вход формирователя 13 импульсов соединен с выходом генератора 1 импульсов. Выход формирователя 13 импульсов соединен с источником 14 оптического излучения. Источник 14 оптического излучения оптически связан с фотоэлектрическим преобразователем 15. Выход фотоэлектрического преобразователя 15 соединен с умножителем 16 напряжения, выход которого связан с входом амплитудного детектора 17. Первый выход амплитудного детектора 17 соединен с излучателем 21 видимой области спектра. Второй выход амплитудного детектора 17 связан с входами питания первого компаратора 10 и второго компаратора 11. Излучатель 21 инфракрасной области спектра оптически связан с фотоприемником 23 инфракрасной области спектра. Выход фотоприемника 23 инфракрасной области спектра соединен с усилителем-формирователем 20, выход которого соединен с вторым входом формирователя 13 импульсов. Выход первого компаратора 10 соединен с первым источником 18 видимой области спектра и выход второго компаратора 11 соединен с вторым источником 30 видимой области спектра. Два параллельных канала преобразования оптических сигналов включают в себя первый источник 18 видимой области спектра и второй источник 30 видимой области спектра, оптически связанные с первым фотоприемником 19 видимой области спектра и вторым фотоприемником 31 видимой области спектра, а также последовательное соединение первого фотоприемника 19 видимой области спектра и второго фотоприемника 30 видимой области спектра и первых входов третьего компаратора 25 и четвертого компаратора 26, вторые входы которых соединены с вторым источником 27 опорного напряжения. Выходы третьего компаратора 25 и четвертого компаратора 26 соединены с первым и вторым входом схемы 28 сравнения, выход схемы 28 сравнения соединен с первым входом измерителя 29 интервалов времени, второй вход которого соединен с выходом генератора 1 импульсов, вход которого соединен с первым выходом измерителя 29 интервалов времени.The linear displacement measuring device according to embodiment 2 (FIG. 2) comprises a pulse generator 1, the output of which is connected to the input of the amplifier 2, the output of which is connected to the first electro-acoustic transducer 3 and the second electro-acoustic transducer 4, covering the magnetostrictive sound duct 5 and located at a fixed distance from each other at the end of the magnetostrictive sound pipe 5, the first electro-acoustic receiver 6 and the second electro-acoustic receiver 7, covering the magnetostrictive sound pipe 5, located at a fixed distance from each other on a magnetostrictive sound pipe 5 and mechanically connected to a moving object, a first damper 8 and a second damper 9 located at opposite ends of the magnetostrictive sound pipe 5. The output of the first electro-acoustic receiver 6 is connected to the first input of the first comparator 10 and the output the second electro-acoustic receiver 7 is connected to the first input of the second comparator 11. The second inputs of the first comparator 10 and the second comparator 11 are connected to the first source 12 reference voltage. The first input of the pulse shaper 13 is connected to the output of the pulse generator 1. The output of the pulse shaper 13 is connected to the optical radiation source 14. The optical radiation source 14 is optically coupled to the photoelectric converter 15. The output of the photoelectric converter 15 is connected to a voltage multiplier 16, the output of which is connected to the input of the amplitude detector 17. The first output of the amplitude detector 17 is connected to the emitter 21 of the visible spectrum. The second output of the amplitude detector 17 is connected to the power inputs of the first comparator 10 and the second comparator 11. The emitter 21 of the infrared region of the spectrum is optically coupled to a photodetector 23 of the infrared region of the spectrum. The output of the photodetector 23 of the infrared region of the spectrum is connected to the amplifier-driver 20, the output of which is connected to the second input of the driver 13 of the pulses. The output of the first comparator 10 is connected to the first source 18 of the visible spectrum and the output of the second comparator 11 is connected to the second source 30 of the visible spectrum. Two parallel optical signal conversion channels include a first visible spectrum source 18 and a second visible spectrum source 30, optically coupled to a first visible spectrum detector 19 and a second visible spectrum detector 31, and also a series connection of a first visible spectrum detector 19 and a second photodetector 30 of the visible region of the spectrum and the first inputs of the third comparator 25 and the fourth comparator 26, the second inputs of which are connected to the second source 27 about porn voltage. The outputs of the third comparator 25 and the fourth comparator 26 are connected to the first and second input of the comparison circuit 28, the output of the comparison circuit 28 is connected to the first input of the time interval meter 29, the second input of which is connected to the output of the pulse generator 1, the input of which is connected to the first output of the 29 interval meter time.

Электроакустические преобразователи 3 и 4, преобразующие электрический сигнал в акустическую энергию, например, магнитострикционного типа, известны и описаны в литературе (Ультразвук. Маленькая энциклопедия./Под ред. Галяминой И.П., 1979, стр.196). Формирователь 13 импульсов известен и описан в литературе (Новиков Ю.В. Основы цифровой схемотехники. Базовые элементы и устройства. Методы проектирования, 2001, стр.84). Электроакустические приемники 6 и 7, преобразующие акустическую энергию в электрический сигнал, например, магнитострикционного типа, известны (Ультразвук. Маленькая энциклопедия./Под ред. Галяминой И.П., 1979, стр.196). Умножитель 16 напряжения известен и описан в литературе (Лачин В.И., Савелов Н.С. Электроника: Учеб. пособие, 2002, стр.322). Амплитудный детектор 17, реализованный на выпрямляющем диоде и накопительном конденсаторе, известен. Схема 28 сравнения, реализованная на логическом элементе И, известна. Измеритель 29 интервалов времени известен и описан в литературе (Новиков Ю.В. Основы цифровой схемотехники. Базовые элементы и устройства. Методы проектирования. 2001, стр.197).Electro-acoustic transducers 3 and 4, which convert an electrical signal into acoustic energy, for example, of magnetostrictive type, are known and described in the literature (Ultrasound. Small Encyclopedia. / Ed. By Galyamina I.P., 1979, p.196). The 13 pulse shaper is known and described in the literature (Yu.V. Novikov, Fundamentals of Digital Circuitry. Basic Elements and Devices. Design Methods, 2001, p. 84). Electro-acoustic receivers 6 and 7, which convert acoustic energy into an electrical signal, for example, of magnetostrictive type, are known (Ultrasound. Small Encyclopedia. / Ed. By Galyamina I.P., 1979, p.196). The voltage multiplier 16 is known and described in the literature (Lachin V.I., Savelov N.S. Electronics: Textbook. Manual, 2002, p. 322). An amplitude detector 17 implemented on a rectifying diode and a storage capacitor is known. The comparison circuit 28 implemented on the AND gate is known. A meter of 29 time intervals is known and described in the literature (Novikov Yu.V. Fundamentals of digital circuitry. Basic elements and devices. Design methods. 2001, p. 197).

Устройство измерения линейных перемещений работает следующим образом.A device for measuring linear displacements works as follows.

На выходе генератора 1 импульсов формируется импульс (фиг.3, а), который одновременно поступает на усилитель 2, устанавливает измеритель 29 интервалов времени в начальное положение, запускает счет времени Т_х (фиг.3, ж) и поступает на вход формирователя 13 импульсов. На выходе формирователя 13 импульсов появляются импульсы, поступающие на вход источника 14 оптического излучения. Усилитель 2 вырабатывает сигнал, которым возбуждаются первый электроакустический преобразователь 3 и второй электроакустический преобразователь 4. Первый электроакустический преобразователь 3 и второй электроакустический преобразователь 4 возбуждают в магнитострикционном звукопроводе 5 ультразвуковые волны. Ультразвуковые волны, распространяясь по магнитострикционному звукопроводу 5, достигают сначала первого электроакустического приемника 6 через интервал времени Т_х1, пропорциональный линейному перемещению объекта, а затем второго электроакустического приемника 7 через интервал времени Т_х2.At the output of the pulse generator 1, a pulse is generated (Fig. 3, a), which simultaneously enters the amplifier 2, sets the meter 29 time intervals to the initial position, starts the time counter T _x (Fig. 3, g) and enters the input of the pulse shaper 13 . At the output of the pulse shaper 13, pulses appear at the input of the optical radiation source 14. The amplifier 2 generates a signal by which the first electro-acoustic transducer 3 and the second electro-acoustic transducer 4 are excited. The first electro-acoustic transducer 3 and the second electro-acoustic transducer 4 excite ultrasonic waves in the magnetostrictive sound pipe 5. Ultrasonic waves propagating through a magnetostrictive sound conduit 5, first reach the first electro-acoustic receiver 6 through a time interval T _x1 proportional to the linear movement of the object, and then the second electro-acoustic receiver 7 through a time interval T _x2 .

T_x1=x/v,T _x1 = x / v,

где х - измеряемое перемещение;where x is the measured displacement;

v - скорость ультразвуковой волны в звукопроводе.v is the speed of the ultrasonic wave in the sound duct.

T_x2=(x+a)/v,T _x2 = (x + a) / v,

где а - фиксированное расстояние между первым электроакустическим приемником 6 и вторым электроакустическим приемником 7.where a is a fixed distance between the first electro-acoustic receiver 6 and the second electro-acoustic receiver 7.

Распространяясь далее по магнитострикционному звукопроводу 5, ультразвуковые волны достигают сначала первого демпфера 8, а потом второго демпфера 9, расположенных на противоположных концах магнитострикционного звукопровода 5, и рассеивают на них свою энергию.Further propagating along the magnetostrictive sound pipe 5, the ultrasonic waves first reach the first damper 8, and then the second damper 9, located at opposite ends of the magnetostrictive sound pipe 5, and dissipate their energy on them.

Сигналы с источника 14 оптического излучения принимаются фотоэлектрическим преобразователем 15, поступают на вход умножителя 16 напряжения. Умножитель 16 напряжения увеличивает амплитуду сигналов до уровня, достаточного для открытия выпрямляющего диода амплитудного детектора 17. Прошедший заряд накапливается в накопительном конденсаторе амплитудного детектора 17 до уровня максимальной амплитуды сигнала. Достигнув уровня максимальной амплитуды сигнала, накопительный конденсатор амплитудного детектора 17 начинает разряжаться. Сигнал с первого выхода амплитудного детектора 17 поступает на излучатель 18, который излучает сигнал в видимой области спектра. Сигнал с излучателя 18 видимой области спектра принимается фотоприемником 19 видимой области спектра, с выхода которого сигнал усиливается усилителем-формирователем 20 и формируется импульс, который поступает на второй вход формирователя 13 импульсов и останавливает его работу.The signals from the optical radiation source 14 are received by the photoelectric converter 15, and are fed to the input of the voltage multiplier 16. The voltage multiplier 16 increases the amplitude of the signals to a level sufficient to open the rectifying diode of the amplitude detector 17. The transmitted charge accumulates in the storage capacitor of the amplitude detector 17 to the level of the maximum signal amplitude. Having reached the level of maximum amplitude of the signal, the storage capacitor of the amplitude detector 17 begins to discharge. The signal from the first output of the amplitude detector 17 enters the emitter 18, which emits a signal in the visible region of the spectrum. The signal from the emitter 18 of the visible region of the spectrum is received by the photodetector 19 of the visible region of the spectrum, from the output of which the signal is amplified by the amplifier-former 20 and a pulse is generated that goes to the second input of the pulse former 13 and stops its operation.

С выводов первого электроакустического приемника 6 и второго электроакустического приемника 7 аналоговые импульсы поступают на первые входы первого компаратора 10 и второго компаратора 11 (фиг.3, б и в). На вторые входы первого компаратора 10 и второго компаратора 11 поступает сигнал от первого источника 12 опорного напряжения. Сигнал с второго выхода амплитудного детектора 17 поступает на вход питания первого компаратора 10 и второго компаратора 11. Импульсы с выходов первого компаратора 10 и второго компаратора 11 поступают на первый излучатель 21 инфракрасной области спектра и второй излучатель 22 инфракрасной области спектра.From the conclusions of the first electro-acoustic receiver 6 and the second electro-acoustic receiver 7, the analog pulses are fed to the first inputs of the first comparator 10 and the second comparator 11 (Fig. 3, b and c). The second inputs of the first comparator 10 and the second comparator 11 receive a signal from the first source 12 of the reference voltage. The signal from the second output of the amplitude detector 17 is fed to the power input of the first comparator 10 and the second comparator 11. The pulses from the outputs of the first comparator 10 and the second comparator 11 are fed to the first emitter 21 of the infrared region of the spectrum and the second emitter 22 of the infrared region of the spectrum.

Сигналы с первого излучателя 21 инфракрасной области спектра и второго излучателя 22 инфракрасной области спектра поступают на выходы двух параллельных идентичных каналов, которые включают в себя первый фотоприемник 23 инфракрасной области спектра и второй фотоприемник 24 инфракрасной области спектра, с выходов которых импульсы поступают на первые входы третьего компаратора 25 и четвертого компаратора 26, на вторые входы которых поступает опорное напряжение с второго источника 27 опорного напряжения. Сформированные импульсы с выходов третьего компаратора 25 и четвертого компаратора 26 поступают на первый и второй входы схемы 28 сравнения (фиг.3, г и д). При приходе двух импульсов одновременно (фиг.3, е) на выходе схемы 28 сравнения формируется импульс, который останавливает счет интервала времени распространения ультразвуковой волны от электроакустических преобразователей до подвижного объекта в измерителе 29 интервалов времени (фиг.3, ж). На втором выходе измерителя 29 интервалов времени появляется код, пропорциональный расстоянию между электроакустическими преобразователями и объектом, чье перемещение измеряется. На первом выходе измерителя 29 интервалов времени формируется импульс, по которому производится запуск генератора 1 импульсов, и процесс измерения перемещения подвижного объекта повторяется.The signals from the first emitter 21 of the infrared region of the spectrum and the second emitter 22 of the infrared region of the spectrum are fed to the outputs of two parallel identical channels, which include the first photodetector 23 of the infrared region of the spectrum and the second photodetector 24 of the infrared region of the spectrum, from the outputs of which pulses are fed to the first inputs of the third a comparator 25 and a fourth comparator 26, the second inputs of which receive the reference voltage from the second source 27 of the reference voltage. The generated pulses from the outputs of the third comparator 25 and the fourth comparator 26 are fed to the first and second inputs of the comparison circuit 28 (Fig. 3, d and d). When two pulses arrive at the same time (Fig. 3, f), a pulse is generated at the output of the comparison circuit 28, which stops the calculation of the time interval of the propagation of the ultrasonic wave from the electro-acoustic transducers to the moving object in the meter 29 time intervals (Fig. 3, g). At the second output of the meter 29 time intervals, a code appears proportional to the distance between the electro-acoustic transducers and the object whose movement is measured. At the first output of the meter 29 time intervals, a pulse is generated, over which the pulse generator 1 is started, and the process of measuring the movement of a moving object is repeated.

Или по варианту два (фиг.2) сигналы с источника 14 оптического излучения принимаются фотоэлектрическим преобразователем 15, поступают на вход умножителя 16 напряжения. Умножитель 16 напряжения увеличивает амплитуду сигналов до уровня, достаточного для открытия выпрямляющего диода амплитудного детектора 17. Прошедший заряд накапливается в накопительном конденсаторе амплитудного детектора 17 до уровня максимальной амплитуды сигнала. Достигнув уровня максимальной амплитуды сигнала, накопительный конденсатор амплитудного детектора 17 начинает разряжаться. Сигнал с первого выхода амплитудного детектора 17 поступает на излучатель 21, который излучает сигнал в инфракрасной области спектра. Сигнал с излучателя 21 инфракрасной области спектра принимается фотоприемником 23 инфракрасной области спектра, с выхода которого сигнал усиливается усилителем-формирователем 20 и формируется импульс, который поступает на второй вход формирователя 13 импульсов и останавливает его работу.Or, according to option two (FIG. 2), signals from the optical radiation source 14 are received by the photoelectric converter 15, and are fed to the input of the voltage multiplier 16. The voltage multiplier 16 increases the amplitude of the signals to a level sufficient to open the rectifying diode of the amplitude detector 17. The transmitted charge accumulates in the storage capacitor of the amplitude detector 17 to the level of the maximum signal amplitude. Having reached the level of maximum amplitude of the signal, the storage capacitor of the amplitude detector 17 begins to discharge. The signal from the first output of the amplitude detector 17 enters the emitter 21, which emits a signal in the infrared region of the spectrum. The signal from the emitter 21 of the infrared region of the spectrum is received by the photodetector 23 of the infrared region of the spectrum, from the output of which the signal is amplified by the amplifier-former 20 and a pulse is generated that goes to the second input of the pulse former 13 and stops its operation.

С выводов первого электроакустического приемника 6 и второго электроакустического приемника 7 аналоговые импульсы поступают на первые входы первого компаратора 10 и второго компаратора 11 (фиг.3, б и в). На вторые входы первого компаратора 10 и второго компаратора 11 поступает сигнал от первого источника 12 опорного напряжения. Сигнал с второго выхода амплитудного детектора 17 поступает на вход питания первого компаратора 10 и второго компаратора 11. Импульсы с выходов первого компаратора 10 и второго компаратора 11 поступают на первый излучатель 18 видимой области спектра и второй излучатель 30 видимой области спектра.From the conclusions of the first electro-acoustic receiver 6 and the second electro-acoustic receiver 7, the analog pulses are fed to the first inputs of the first comparator 10 and the second comparator 11 (Fig. 3, b and c). The second inputs of the first comparator 10 and the second comparator 11 receive a signal from the first source 12 of the reference voltage. The signal from the second output of the amplitude detector 17 is fed to the power input of the first comparator 10 and the second comparator 11. The pulses from the outputs of the first comparator 10 and the second comparator 11 are fed to the first emitter 18 of the visible spectrum and the second emitter 30 of the visible spectrum.

Сигналы с первого излучателя 18 видимой области спектра и второго излучателя 30 видимой области спектра поступают на выходы двух параллельных идентичных каналов, которые включают в себя первый фотоприемник 19 видимой области спектра и второй фотоприемник 31 видимой области спектра, с выходов которых импульсы поступают на первые входы третьего компаратора 25 и четвертого компаратора 26, на вторые входы которых поступает опорное напряжение с второго источника 27 опорного напряжения. Сформированные импульсы с выходов третьего компаратора 25 и четвертого компаратора 26 поступают на первый и второй входы схемы 28 сравнения (фиг.3, г и д). При приходе двух импульсов одновременно (фиг.3, е) на выходе схемы 28 сравнения формируется импульс, который останавливает счет интервала времени распространения ультразвуковой волны от электроакустических преобразователей до подвижного объекта в измерителе 29 интервалов времени (фиг.3, ж). На втором выходе измерителя 29 интервалов времени появляется код, пропорциональный расстоянию между электроакустическими преобразователями и объектом, чье перемещение измеряется. На первом выходе измерителя 29 интервалов времени формируется импульс, по которому производится запуск генератора 1 импульсов, и процесс измерения перемещения подвижного объекта повторяется.The signals from the first emitter 18 of the visible region of the spectrum and the second emitter 30 of the visible region of the spectrum are supplied to the outputs of two parallel identical channels, which include the first photodetector 19 of the visible region of the spectrum and the second photodetector 31 of the visible region of the spectrum, from the outputs of which pulses are fed to the first inputs of the third a comparator 25 and a fourth comparator 26, the second inputs of which receive the reference voltage from the second source 27 of the reference voltage. The generated pulses from the outputs of the third comparator 25 and the fourth comparator 26 are fed to the first and second inputs of the comparison circuit 28 (Fig. 3, d and d). When two pulses arrive at the same time (Fig. 3, f), a pulse is generated at the output of the comparison circuit 28, which stops the calculation of the propagation time interval of the ultrasonic wave from the electro-acoustic transducers to the moving object in the meter 29 time intervals (Fig. 3, g). At the second output of the meter 29 time intervals, a code appears proportional to the distance between the electro-acoustic transducers and the object whose movement is measured. At the first output of the meter 29 time intervals, a pulse is generated, over which the pulse generator 1 is started, and the process of measuring the movement of a moving object is repeated.

Описанная совокупность введенных элементов в известной литературе для решения поставленной задачи не встречается. Известные устройства не могут обеспечить высокую надежность без ухудшения помехоустойчивости, так как они обладают подвижными токосъемниками. Использование оптического канала освобождает от наличия подвижного токосъема, что повышает надежность датчика и его точностные характеристики.The described set of introduced elements in the known literature to solve the problem is not found. Known devices cannot provide high reliability without compromising noise immunity, since they have movable current collectors. The use of an optical channel frees from the presence of a movable current collector, which increases the reliability of the sensor and its accuracy characteristics.

Кроме того, датчик имеет повышенную точность измерений за счет более низкой постоянной времени, обусловленной применением сосредоточенной катушки с меньшим числом витков без потери чувствительности по сравнению с аналогами и прототипом. Известно, что постоянная времени обуславливает время нарастания фронта прямоугольных импульсов для возбуждения и приема ультразвуковых волн. Высокий уровень выходного сигнала связан с удельным числом витков катушки на единицу длины звукопровода, для распределенных катушек эта величина меньше, чем для сосредоточенных.In addition, the sensor has improved measurement accuracy due to the lower time constant due to the use of a concentrated coil with fewer turns without loss of sensitivity compared to analogues and prototype. It is known that the time constant determines the rise time of the front of rectangular pulses for the excitation and reception of ultrasonic waves. A high level of the output signal is associated with the specific number of turns of the coil per unit length of the sound duct, for distributed coils this value is less than for concentrated ones.

Таким образом, достоинством данного устройства является повышение точности за счет применения сосредоточенной обмотки с меньшей постоянной времени и меньшей длительностью фронта сигнала при сохранении высокой надежности.Thus, the advantage of this device is to increase accuracy due to the use of a concentrated winding with a shorter time constant and a shorter signal edge duration while maintaining high reliability.

Claims

1. A device for measuring linear displacements, including a magnetostrictive sound pipe, a pulse generator, a first electro-acoustic transducer fixedly mounted on a magnetostrictive sound pipe, a first and second damper located at the ends of a magnetostrictive sound pipe, a first electro-acoustic receiver mounted on a sound pipe with the possibility of movement, the output of which is connected to the first comparator, the second comparator, characterized in that a second electro-acoustic transducer is introduced into it The indexer is fixedly mounted on the magnetostrictive sound guide and located at a fixed distance from the first electro-acoustic transducer at the end of the magnetostrictive sound guide, the amplifier, the input of which is connected to the output of the pulse generator, the amplifier output is connected to the first and second electro-acoustic transducers, the second electro-acoustic receiver located on the magnetostrictive sound guide a fixed distance from the first electro-acoustic receiver with the possibility displacement, the output of the second electro-acoustic receiver is connected to the first input of the second comparator, the first reference voltage source, the output of which is connected to the first inputs of the first and second comparators, a pulse shaper, the first input of which is connected to the output of the pulse generator, the output of the pulse shaper is connected to the optical radiation source, which is optically coupled to a photoelectric converter, to the output of which a voltage multiplier, an amplitude detector, and radiation are connected in series the receiver of the visible region of the spectrum, which is optically coupled to the photodetector of the visible region of the spectrum, the output of which is connected to the input of the driver-amplifier, the output of which is connected to the second input of the pulse shaper, the output of the amplitude detector is connected to the third inputs of the first and second comparator, the first and second infrared emitters spectrum coupled to the outputs of the first and second comparators, the first infrared emitter is optically coupled to the first infrared photodetector a, the second infrared emitter is optically coupled to the second infrared photodetector, the first and second infrared photodetectors connected to the first inputs of the third and fourth comparators, the output of the second reference voltage source is connected to the second inputs of the third and fourth comparators, the outputs of which are connected with the inputs of the comparison circuit, the output of the comparison circuit is connected to the first input of the time interval meter, with the second input of which the generator output is connected pulses, and the first output of the time interval meter is connected to the input of the pulse generator.

2. A device for measuring linear displacements, including a magnetostrictive sound pipe, a pulse generator, a first electro-acoustic transducer fixedly mounted on a magnetostrictive sound pipe, a first and second damper located at the ends of a magnetostrictive sound pipe, a first electro-acoustic receiver mounted on a sound pipe with the ability to move, the output of which is connected to the first comparator, a second comparator, characterized in that a second electroacoustic transducer is introduced into it a callator fixedly mounted on a magnetostrictive sound guide and located at a fixed distance from the first electro-acoustic transducer at the end of the magnetostrictive sound guide, an amplifier whose input is connected to the output of the pulse generator, an amplifier output is connected to the first and second electro-acoustic transducers, and a second electro-acoustic receiver located on the magnetostrictive sound guide a fixed distance from the first electro-acoustic receiver with the possibility of movement, the output of the second electro-acoustic receiver is connected to the first input of the second comparator, the first reference voltage source, the output of which is connected to the first inputs of the first and second comparators, a pulse shaper, the first input of which is connected to the output of the pulse generator, the output of the pulse shaper is connected to the optical radiation source, which is optically coupled to a photoelectric converter, a photoelectric converter, to the output of which a multiplier is connected in series the detector, an amplitude detector, an infrared emitter, which is optically coupled to an infrared photodetector, the output of the infrared detector is connected to the input of the driver-amplifier, the output of which is connected to the second input of the pulse shaper, the first and second emitters of the visible spectrum connected to outputs of the first and second comparators, the first emitter of the visible region of the spectrum is optically coupled to the first photodetector of the visible region of the spectrum, the second emitter of the visible region of the spectrum is optically connected to the second photodetector of the visible region of the spectrum, the first and second photodetectors of the visible region of the spectrum are connected to the first inputs of the third and fourth comparators, the output of the second reference voltage source is connected to the second inputs of the third and fourth comparators, the outputs of which are connected to the inputs of the comparison circuit, the output of the comparison circuit is connected to the first input of the time interval meter, with the second input of which the output of the pulse generator is connected, and the first output of the int time tore connected to the input of the pulse generator.