RU2359222C2 - Способ измерения линейных перемещений и устройство для его реализации - Google Patents
Способ измерения линейных перемещений и устройство для его реализации Download PDFInfo
- Publication number
- RU2359222C2 RU2359222C2 RU2007127082/28A RU2007127082A RU2359222C2 RU 2359222 C2 RU2359222 C2 RU 2359222C2 RU 2007127082/28 A RU2007127082/28 A RU 2007127082/28A RU 2007127082 A RU2007127082 A RU 2007127082A RU 2359222 C2 RU2359222 C2 RU 2359222C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- amplifier
- output
- input
- electro
- acoustic
- Prior art date
Links
Landscapes
- Length Measuring Devices Characterised By Use Of Acoustic Means (AREA)
Abstract
Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения и контроля перемещения и скорости. Техническим результатом изобретения является повышение точности измерения линейных перемещений. Предложены способ и устройство для его реализации. Устройство содержит программируемый цифровой блок 1 управления, генератор импульсных сигналов 2, первый усилитель 3, неподвижный электроакустический преобразователь 4, магнитострикционный звукопровод 5, неподвижный электроакустический приемник 6, подвижный электроакустический приемник 7, первый акустический демпфер 8 и второй акустический демпфер 9, первый усилитель-формирователь 10, управляемый источник порогового напряжения 11, второй усилитель-формирователь 12, второй усилитель 13, выпрямитель 14, АЦП 15, измеритель интервалов времени 16. 2 н.п. ф-лы, 1 ил.
Description
Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для повышения точности в магнитострикционных преобразователях перемещения.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является устройство измерения линейных перемещений, содержащее магнитострикционный звукопровод, неподвижный электроакустический преобразователь, подвижный электроакустический приемник, жестко связанный с контролируемым объектом, акустические демпферы, усилитель, программируемый цифровой блок управления, измеритель итервалов времени [Патент РФ №2117914, кл. G01B 17/00, 1998].
Недостатком этого устройства является невысокая точность, обусловленная нестабильностью параметров неподвижного элемента возбуждения и подвижного элемента считывания из-за внешних факторов, например температуры.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является способ измерения линейных перемещений, заключающийся в том, что измеряют время распространения ультразвуковой волны по магнитострикционному звукопроводу до подвижного электроакустического приемника, соединенного с контролируемым объектом и по значению этого времени судят о величине линейного перемещения, перед каждым циклом измерения в приемной части устанавливают пороговое напряжение, определяемое требованиями к помехоустойчивости [Патент РФ №2125235, кл. G01B 17/00, 1998].
Недостатком этого способа является невысокая точность, обусловленная нестабильностью параметров импульса вследствие возникновения переходных процессов в индуктивности, нестабильностью сопротивления индуктивности в зависимости от изменения температуры.
Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является повышение точности за счет уменьшения погрешности измерения времени распространения ультразвуковой волны из-за учета нестабильности параметров электроакустических приемников и электроакустического преобразователя вследствие изменения температуры.
Переходной процесс при приеме сигналов характеризуется постоянной времени, которая зависит от таких параметров электроакустических приемников, как индуктивность и сопротивление. Например, при увеличении температуры индуктивность электроакустических приемников изменяется, т.к. зависит от геометрических размеров и магнитной проницаемости материала, из которого сделаны электроакустические приемники. Если электроакустические приемники выполнены идентичными, то погрешность, связанная с переходным процессом в электроакустических приемниках, существенно уменьшается.
Поставленная задача достигается тем, что в предлагаемом способе, по которому перед циклом измерения в приемной части устанавливают пороговое напряжение, больше уровня шума, и измеряют время распространения ультразвуковой волны по магнитострикционному звукопроводу до подвижного электроакустического приемника, соединенного с контролируемым объектом, и по значению этого времени судят о величине линейного перемещения, согласно изобретению устанавливают подвижный электроакустический приемник на максимально удаленное расстояние от электроакустического преобразователя и подвижным электроакустическим приемником измеряют величину уровня шума Uш в магнитострикционном звукопроводе при отсутствии полезного сигнала, устанавливают величину порогового напряжения Uпорог больше величины уровня шума:
Uпорог>Uш,
измеряют время распространения ультразвуковой волны по магнитострикционному звукопроводу от момента срабатывания первого усилителя-формирователя до момента срабатывания второго усилителя-формирователя и по значению этого времени судят о величине линейного перемещения объекта.
Поставленная задача достигается тем, что в устройство, содержащее магнитострикционный звукопровод, неподвижный электроакустический преобразователь, подвижный электроакустический приемник, жестко связанный с контролируемым объектом, акустические демпферы, первый усилитель, программируемый цифровой блок управления, измеритель интервалов времени, согласно изобретению введены генератор импульсных сигналов, неподвижный электроакустический приемник, установленный на звукопроводе на расстоянии а от электроакустического преобразователя, управляемый источник порогового напряжения, первый усилитель-формирователь, второй усилитель-формирователь, второй усилитель, выпрямитель, аналого-цифровой преобразователь (АЦП), при этом первый выход программируемого цифрового блока управления соединен с генератором импульсных сигналов, выход которого соединен с первым усилителем, второй выход программируемого цифрового блока управления соединен с управляемым источником порогового напряжения, выход неподвижного электроакустического приемника соединен с вторым входом первого усилителя-формирователя, первый вход которого соединен с первым выходом управляемого источника порогового напряжения, выход подвижного электроакустического приемника соединен с вторым входом второго усилителя-формирователя и с входом второго усилителя, выход которого соединен с входом выпрямителя, выход которого соединен с входом АЦП, выход АЦП соединен с входным каналом А программируемого цифрового блока управления, первый вход второго усилителя-формирователя соединен с вторым выходом управляемого источника порогового напряжения, выход первого усилителя-формирователя соединен с первым входом измерителя интервалов времени, второй вход которого соединен с выходом второго усилителя-формирователя, второй выход измерителя интервалов времени соединен с первым входом программируемого цифрового блока управления, с вторым выходом которого соединен вход управляемого источника порогового напряжения, третий выход программируемого цифрового блока управления соединен с третьим входом измерителя интервалов времени.
Изобретение поясняется чертежом, на котором изображена схема устройства.
Устройство для реализации способа содержит программируемый цифровой блок 1 управления, первый выход которого соединен с входом генератора 2 импульсных сигналов, выход которого соединен с входом первого усилителя 3, выход которого соединен с неподвижным электроакустическим преобразователем 4, охватывающим магнитострикционный звукопровод 5, неподвижный электроакустический приемник 6, расположенный на фиксированном минимально возможном расстоянии а от неподвижного электроакустического преобразователя 4 и охватывающий магнитострикционный звукопровод 5, подвижный электроакустический приемник 7, охватывающий магнитострикционный звукопровод 5 и механически соединенный с подвижным объектом. Неподвижный электроакустический приемник 6 и подвижный электроакустический приемник 7 выполнены с идентичными характеристиками. Первый акустический демпфер 8 и второй акустический демпфер 9 расположены на противоположных концах магнитострикционного звукопровода 5. Выход неподвижного электроакустического приемника 6 соединен с вторым входом первого усилителя-формирователя 10, первый вход которого соединен с первым выходом управляемого источника 11 порогового напряжения. Выход подвижного электроакустического приемника 7 соединен с вторым входом второго усилителя-формирователя 12 и с входом второго усилителя 13. Выход второго усилителя 13 соединен с входом выпрямителя 14, выход которого соединен с входом АЦП 15. Выход АЦП 15 соединен с входным каналом А программируемого цифрового блока 1 управления. Первый вход второго усилителя-формирователя 12 соединен с вторым выходом управляемого источника 11 порогового напряжения. Выход первого усилителя-формирователя 10 соединен с первым входом измерителя 16 интервалов времени, второй вход которого соединен с выходом второго усилителя-формирователя 12. Второй выход измерителя 16 интервалов времени соединен с первым входом программируемого цифрового блока 1 управления. Вход управляемого источника 11 порогового напряжения соединен с вторым выходом программируемого цифрового блока 1 управления, третий выход которого соединен с третьим входом измерителя 16 интервалов времени.
Программируемый цифровой блок 1 управления известен и описан в литературе (Цапенко М.П. Измерительные информационные системы: Структуры и алгоритмы, схемотехническое проектирование: Учеб. пособие для вузов, 1985, стр.52). Электроакустический преобразователь 4, преобразующий электрический сигнал в акустическую энергию, например, магнитострикционного типа известен и описан в литературе (Ультразвук. Маленькая энциклопедия. / Под ред. Галяминой И.П., 1979, стр.196). Электроакустические приемники 6 и 7, преобразующие акустическую энергию в электрический сигнал, например, магнитострикционного типа известны и описаны в литературе (Ультразвук. Маленькая энциклопедия. / Под ред. Галяминой И.П., 1979, стр.196). Управляемые источники 11 и 20 опорного напряжения известны и описаны в литературе (Лачин В.И., Савелов П.С. Электроника: Учеб. пособие, 2002, стр.514). Выпрямитель 14 известен и описан в литературе (Лачин В.И., Савелов Н.С. Электроника: Учеб. пособие, 2002, стр.297). Аналого-цифровые преобразователи 15 и 19 известны и описаны в литературе (Аналоговая и цифровая электроника (полный курс): Учебник для вузов. Под ред. О.П.Глудкина, 2003, стр.755). Измеритель 16 интервалов времени известен и описан в литературе (Новиков Ю.В. Основы цифровой схемотехники. Базовые элементы и устройства. Методы проектирования. 2001, стр.197).
Устройство работает следующим образом.
Всего один раз перед циклом измерений подвижный электроакустический приемник 7 устанавливается на максимально удаленное расстояние от электроакустического преобразователя 4 (предельное значение диапазона измерения). С выхода подвижного электроакустического приемника 7 сигнал, равный величине уровня шума в магнитострикционном звукопроводе, поступает на вход второго усилителя 13, который усиливает величину уровня шума Uш, который затем передается на вход выпрямителя 14. С выхода выпрямителя 14 сигнал поступает на вход АЦП 15. С выхода АЦП 15 цифровой код, пропорциональный уровню шума Uш, поступает во входной канал А программируемого цифрового блока 1 управления, на втором выходе которого формируется сигнал управления, который поступает на вход управляемого источника 11 порогового напряжения и задает величину уровня порогового напряжения Uпорог больше величины уровня шума Uш, так что
Uпорог>Uш.
Затем следует цикл измерений.
На первом выходе программируемого цифрового блока 1 управления формируется управляющий сигнал, который поступает на вход генератора 2 импульсных сигналов. С третьего выхода программируемого цифрового блока 1 управления поступает сигнал на третий вход измерителя 16 интервалов времени и разрешает работу. Импульс с выхода генератора 2 импульсных сигналов поступает на вход первого усилителя 3. Первый усилитель 3 вырабатывает сигнал, которым возбуждается электроакустический преобразователь 4. Электроакустический преобразователь 4 возбуждает в магнитострикционном звукопроводе 5 ультразвуковые волны. Ультразвуковые волны, распространяясь по магнитострикционному звукопроводу 5 в обе стороны, достигают акустического демпфера 8 и затухают, с другой стороны достигают сначала неподвижного электроакустического приемника 6, подвижного электроакустического приемника 7, соединенного с подвижным объектом, перемещение которого измеряется, затем акустического демпфера 9 и затухают. С выхода неподвижного электроакустического приемника 6 аналоговые импульсы поступают на второй вход первого усилителя-формирователя 10. На первый вход первого усилителя-формирователя 10 поступает пороговое напряжение с первого выхода управляемого источника 11 порогового напряжения. Импульс с выхода первого усилителя-формирователя 10 поступает на первый вход измерителя 16 интервалов времени, устанавливает его в начальное состояние и запускает счет времени. С выхода подвижного электроакустического приемника 7 аналоговые импульсы поступают на второй вход второго усилителя-формирователя 12. На первый вход второго усилителя-формирователя 12 поступает пороговое напряжение с второго выхода управляемого источника 11 порогового напряжения. Импульс с выхода второго усилителя-формирователя 12 поступает на второй вход измерителя 16 интервалов времени и останавливает счет времени. На первом выходе измерителя 16 интервалов времени формируется код, пропорциональный расстоянию между неподвижным электроакустическим приемником 6 и подвижным электроакустическим приемником 7, соединенным с контролируемым объектом, перемещение которого измеряется. На втором выходе измерителя 16 интервалов времени появляется сигнал, который поступает на первый вход программируемого цифрового блока 1 управления и останавливает цикл измерения. На первом выходе программируемого цифрового блока 1 управления формируется импульс, по которому производится запуск генератора 2 импульсных сигналов, и процесс измерения перемещения подвижного объекта повторяется.
Пример реализации способа.
До начала цикла измерения линейного перемещения производится операция установки.
Операция установки заключается в том, что подвижный электроакустический приемник 7 устанавливают на максимально удаленное расстояние от электроакустического преобразователя 4 и подвижным электроакустическим приемником 7 измеряют величину уровня шума Uш в магнитострикционном звукопроводе 5 при отсутствии полезного сигнала. Формируют тестовый импульс и измеряют величину амплитудного значения полезного сигнала Uам подвижным электроакустическим приемником 7. Затем устанавливают величину порогового напряжения для источника порогового напряжения, удовлетворяющую условиям:
Uш<Uпорог.
Отличительными особенностями способа является то, что, во-первых, подвижным электроакустическим приемником производится измерение уровня шума и амплитудного значения полезного сигнала до начала измерения, т.к. уровень шума на неподвижном электроакустическом приемнике отличается от уровня шума на подвижном электроакустическом приемнике, и если уровень шума хотя бы на одном из электроакустических приемников превысит пороговое напряжение, тогда измерение становится невозможным, а во-вторых, время начала отсчета определяется по моменту прихода импульса с неподвижного электроакустического приемника, т.е. исключается влияние нестабильности переходных процессов при формировании выходной ЭДС в электроакустических приемниках при наличии внешних дестабилизирующих факторов, одинаково изменяющих параметры двух электроакустических приемников. Неподвижный электроакустический приемник и подвижный электроакустический приемник должны быть выполнены идентичными. Время нарастания фронта импульса (переходной процесс) при приеме характеризует постоянная времени, которая зависит от параметров электроакустических приемников (индуктивности, сопротивления), которые в свою очередь зависят, например, от температуры. При этом погрешность, связанная с задержкой времени нарастания фронта входного импульса, существенно уменьшается.
Существенным отличием заявляемого технического решения является отсчет времени задержки распространения акустического сигнала по двум приемникам с использованием магнитострикционного звукопровода.
Claims (2)
1. Способ измерения линейных перемещений, заключающийся в том, что перед каждым циклом измерения в приемной части устанавливают пороговое напряжение больше уровня шума и измеряют время распространения ультразвуковой волны по магнитострикционному звукопроводу до подвижного электроакустического приемника, соединенного с контролируемым объектом, и по значению этого времени судят о величине линейного перемещения, отличающийся тем, что устанавливают подвижный электроакустический приемник на максимально удаленное расстояние от электроакустического преобразователя и подвижным электроакустическим приемником, измеряют величину уровня шума Uш в магнитострикционном звукопроводе при отсутствии полезного сигнала, устанавливают величину порогового напряжения Uпорог больше величины уровня шума:
Uпорог>Uш,
измеряют время распространения ультразвуковой волны по магнитострикционному звукопроводу от момента срабатывания первого усилителя-формирователя до момента срабатывания второго усилителя-формирователя и по значению этого времени судят о величине линейного перемещения объекта.
Uпорог>Uш,
измеряют время распространения ультразвуковой волны по магнитострикционному звукопроводу от момента срабатывания первого усилителя-формирователя до момента срабатывания второго усилителя-формирователя и по значению этого времени судят о величине линейного перемещения объекта.
2. Устройство измерения линейных перемещений, включающее магнитострикционный звукопровод, неподвижный электроакустический преобразователь, подвижный электроакустический приемник, жестко связанный с контролируемым объектом, акустические демпферы, первый усилитель, программируемый цифровой блок управления, измеритель интервалов времени, отличающееся тем, что в него введены генератор импульсных сигналов, неподвижный электроакустический приемник, установленный на звукопроводе на расстоянии а от электроакустического преобразователя, управляемый источник порогового напряжения, первый усилитель-формирователь, второй усилитель-формирователь, второй усилитель, выпрямитель, аналого-цифровой преобразователь, при этом первый выход программируемого цифрового блока управления соединен с генератором импульсных сигналов, выход которого соединен с первым усилителем, выход первого усилителя соединен со входом электроакустического преобразователя, второй выход программируемого цифрового блока управления соединен с управляемым источником порогового напряжения, выход неподвижного электроакустического приемника соединен с вторым входом первого усилителя-формирователя, первый вход которого соединен с первым выходом управляемого источника порогового напряжения, выход подвижного электроакустического приемника соединен с вторым входом второго усилителя-формирователя и с входом второго усилителя, выход которого соединен с входом выпрямителя, выход которого соединен с входом аналого-цифрового преобразователя, выход аналого-цифрового преобразователя соединен с входным каналом А программируемого цифрового блока управления, первый вход второго усилителя-формирователя соединен с вторым выходом управляемого источника порогового напряжения, выход первого усилителя-формирователя соединен с первым входом измерителя интервалов времени, второй вход которого соединен с выходом второго усилителя-формирователя, второй выход измерителя интервалов времени соединен с первым входом программируемого цифрового блока управления, третий выход программируемого цифрового блока управления соединен с третьим входом измерителя интервалов времени.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2007127082/28A RU2359222C2 (ru) | 2007-07-16 | 2007-07-16 | Способ измерения линейных перемещений и устройство для его реализации |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2007127082/28A RU2359222C2 (ru) | 2007-07-16 | 2007-07-16 | Способ измерения линейных перемещений и устройство для его реализации |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2007127082A RU2007127082A (ru) | 2009-01-27 |
RU2359222C2 true RU2359222C2 (ru) | 2009-06-20 |
Family
ID=40543447
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2007127082/28A RU2359222C2 (ru) | 2007-07-16 | 2007-07-16 | Способ измерения линейных перемещений и устройство для его реализации |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2359222C2 (ru) |
-
2007
- 2007-07-16 RU RU2007127082/28A patent/RU2359222C2/ru not_active IP Right Cessation
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2007127082A (ru) | 2009-01-27 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN108594238B (zh) | 基于瞬态信号的水声换能器电声性能校准装置及校准方法 | |
WO2009125843A1 (ja) | 超音波伝搬時間測定システム | |
US7260227B2 (en) | Method and device for measuring sound wave propagation time between loudspeaker and microphone | |
JPS5824730B2 (ja) | 超音波パルス反響厚み測定方法及び装置 | |
CN105043509A (zh) | 液体超声波流量计的检测方法及检测系统 | |
DK1157258T3 (da) | Metode og apparat til måling af udbredelsestiden for et signal, især et ultralydssignal | |
RU2359222C2 (ru) | Способ измерения линейных перемещений и устройство для его реализации | |
CN111397721A (zh) | 一种基于水面边界测振技术的同振式矢量水听器绝对校准方法与系统 | |
CN113405650B (zh) | 一种基于驻波管和吸声材料的矢量传感器校正方法 | |
RU134631U1 (ru) | Магнитострикционный преобразователь линейных перемещений | |
SU932098A1 (ru) | Дискретное устройство дл определени мест повреждени напорного трубопровода | |
CN108802195B (zh) | 测量岩芯试样横波速度的试验装置及方法 | |
EP2243174B1 (en) | Magnetostrictive displacement transducer with phase shifted bias burst | |
RU59244U1 (ru) | Дозиметр шума | |
SU813349A1 (ru) | Устройство дл градуировки и повер-Ки АппАРАТуРы АКуСТичЕСКОгО КАРОТАжА | |
Jia et al. | Low frequency absolute calibration of complex sensitivity of vector receivers in free-field | |
RU2391626C1 (ru) | Способ измерения линейного перемещения и устройство для его реализации | |
RU189910U1 (ru) | Уровнемер | |
Kolev et al. | Measurement of impedance and sensitivity of electroacoustic transducers | |
JPS6242015A (ja) | 超音波流量計の温度補正方法 | |
Muller et al. | Hydrophone characterization for the KM3NeT experiment | |
JPH02183117A (ja) | 変位検出装置 | |
RU2117914C1 (ru) | Способ измерения линейных перемещений | |
SU1746293A1 (ru) | Способ определени времени распространени акустических колебаний в среде | |
RU2227896C2 (ru) | Способ преобразования перемещений во временной интервал |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20090717 |