SU1394033A1

SU1394033A1 - Преобразователь линейных перемещений

Info

Publication number: SU1394033A1
Application number: SU853958311A
Authority: SU
Inventors: Станислав Борисович Демин
Original assignee: Demin Stanislav B
Priority date: 1985-08-06
Filing date: 1985-08-06
Publication date: 1988-05-07

Description

(21)3958311/25-28

(22)06.08.83

(46) 07.05.88. Бюл. № 17 (75) С.Б.Демин

(53)531.14 (088.8)

(56)Авторское свидетельство СССР № 956965, кл. G 01 В 7/00, 1982.

Авторское свидетельство СССР № 747812, кл. G 01 В 7/00, 1980.

(54)ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЛИНЕЙНЫХ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ

(57)Изобретение относитс к измерительной технике, а именно к преобразовател м информации, и может найти применение в системах измерени и контрол параметров линейного движени контролируемого объекта. Целью

изобретени вл етс повышение помехоустойчивости и быстродействи преобразовани измерительного преобразовател линейных перемещений за счет стабилизации волнового сопротивлени звукопровода, использовани логомет- рического вычислени кода линейного перемещени , автостабилизации амплитуды зондирующих импульсов и параллельного вычислени кода перемещени .. Первый регистр фиксирует врем распространени пр мого сигнала, второй регистр - врем однажды отраженного сигнала, третий регистр - результат предьщущего измерени , который сравниваетс компаратором с результатом еще более раннего измерени , что позвол ет корректировать параметры работы схемы. 3 ил.

С

СО

о

4;:

Изобретение относитс к измерительной технике, а именно к преобразовател м информации, и может найти применение в системах измерени и контрол параметров линейного движени контролируемого объекта.

Целью изобретени вл етс повышение помехоустойчивости и быстродействи преобразовател линейных перемещений.

На фиг.1 и 2 представлены схемы преобразовател линейных перемещений при разном исполнении звукопровода; на фиг.З - временные диаграммы, по- сн ющие работу схемы.

Преобразователь линейных перемещений содержит последовательно соединенные одновибратор 1, усилитель 2 записи, элемент 3 записи с подмагни- чиванием,; магнитострикционный звуко- провод 4, элемент 5 считывани с подмагничиванием, предусилитель 6 и усилитель-формирователь 7, последовательно соединенные триггер 8 ц ге- нератор 9, выход триггера 8 соединен с одновибратором 1, входную 10 и выходную 11 шины, стабилизатор 12 нап- р жени , соединенный с звукопроводом 4, последовательно соединенные ком- мутатор 13, первый регистр 14, делитель 15, второй регистр 16, третий регистр 17 и компаратор 18, четверты регистр 19, включенный между выходом коммутатора 13 и входом делител 15, линию 20 задержки, включенную между выходом коммутатора 13 и входами вто роге 16 и третьего 17 регистров, и блок 21 автоматической регулировки усилени (АРУ) , входы которого соеди- нены с выходами одновибратора 1 и усилител -формировател 7, а выход - с усилителем 2 записи, выход коммутатора 13 соединен с входами генератора 9 и триггера 8, выход генератора 9 соединен с входами первого 14 и четвертого 19 регистров, выход второго регистра 16 соединен с входом компаратора 18, вход триггера 8 и соединенные входы одновибратора 1, генератора 9 и блока 21 АРУ соединены с входной шиной 10, выход триггер 8, выходы одновибратора 1, второго регистра 16, компаратора 18 и блока 21 АРУ соединены с выходной шиной 11

Преобразователь работает следующи образом.

При поступлении цифрового сигнала Разрешение (фиг«За) по входной шин

д с

0

10 управлени устройство переводитс в режим работы. Производитс разблокирование одновибратора 1, блока 21 АРУ и генератора 9 (фиг.1). Элементы преобразовател принудительно устанавливают в исходное состо ние (фиг.36). Так, например, триггер 8 устанавливаетс в исходное нулевое) состо ние,и по выходной шине запроса выставл етс цифровой сигнал Запрос (фиг.Зж), а на первом выходе блока 21 АРУ формируетс управл ющее напр жение Vnpp uV,j регулировани амплитуды сигнала записи Ijo,n усилител 2 записи (фиг.З г,в).

Через .врем tp реакции в ответ на выставленный сигнал Запрос (фиг.Зж) по входной шине запуска выставл етс цифровой импульсный сигнал Запуск (фиг.Зд). Производитс переключение триггера 8 в единичное состо ние, что приводит к сн тию сигнала Запрос , запуску одновибратора 1 (фиг.Зе) и генератора 9, который выполнен в виде цифрового развертывающего генератора кодов.

Одновибратор 1 по первому выходу формирует цифровой импульсный сигнал, по которому запускаютс блок 21 АРУ и управл емый усилитель 2 записи,

установленный в корпусе магнитострик- ционного датчика линейных перемещений .

БЛОК 21 АРУ работает в режиме поразр дного слежени , при котором величина управл ющего напр жени отслеживаетс относительно задаваемого уровн слежени с учетом достижени максимального отношени сигнал/помеха и определ етс величиной опорного напр жени Uon (фиг.Зг)

V VF v .2,...,K, (1)

где q - квант управл ющего напр жени блока 21 АРУ; i - число тактов регулировани . Выходное напр жение блока 21 АРУ определ ет величину рабочего тока записи 1 ,д„ управл емого усилител 2 записи магнитострикционного датчика линейных перемещений (фиг.Зв)

мп р -

(2)

где f () - функци регулировани .

При правильной работе блока 21 АРУ токовый сигнал записи (2) отслеживаетс относительно заданного уровн (1) в диапазоне (фиг.Зв)

ъап зап. i

+q, ,2,...,K, (3)

где q.

- квант токового сигнала записи усилител 2 записи. Б случае нарушени режима работы блока 21 АРУ через тактов регулировани на его втором выходе формируетс цифровой сигнал Авари (фиг.Зк), который поступает в выходную шину контрол аварийного состо ни устройства. Это означает,что имеет место нарушение прохождени зондирующего ультразвукового сигнала через среду звукопровода магнитострик- ционного датчика линейных перемещений

в результате его обрыва или фрикцион- 20 Т, (где f - частота дискретизации),

сформированного в данный момент Tj на выходах генератора 9. Производитс переключение коммутатора 13 в протиногр контакта с основанием элемента записи. По сигналу Авари может производитьс общий останов преобразовател с его последующим перезапуском (рестартом).

По сигналу одновибратора 1 запускаетс управл емый усилитель 2 записи . На его выходе формируетс калиброванный по длительности видеоимпульс соответствующей амплитуды (3). Этот токовый сигнал проходит через активную среду подвижного элемента 3 записи электромагнитного возбуждени , имеющего кинематическое соединение с объектом контролируемого перемещени , и наводит под ним в магнитострик- ционном канале передачи датчика соответствующую по амплитуде АО ультразвуковую импульсную волну механичес- кбй деформации вследствие пр мого магнитострикционного преобразовани (эффект Джоул ). I

Возбужденна в звукопроводе датчика ультразвукова волна механической деформации распростран етс в обе стороны от источника сообщени со скоростью V .

Распростран сь влево (по фиг.1), наведенна ультразвукова волна через врем Tj 1,/V, где 1,- линейное рассто ние между элементами 3 и 5 записи и считывани датчика, достигает неподвижно Закрепленного элемента 5 считывани электромагнитного возбужвоположное состо ние; ).вы- 25 ход 2.

В это врем друга ультразвукова волна распростран етс вправо (по фиг.1) по звукопроводу датчика преобразовател , достигает зоны отражени , отражаетс и мен ет направление свое30

35

40

45

50

го движени . Через врем Т2( +21x)/V, где 1х- искомое линейное рассто ние между элементом 5 записи и свободным концом звукопровода, отраженна ультразвукова волна достигает элемента 5 считывани . Как и в первом случае, наводит на выходе этого элемента импульс напр жени искомой амплитуды. Сформированный сигнал проходит через предусилитель 6 считывани датчика и усилитель-формирователь 7. В результате на его первом выходе формируетс аналоговый сигнал считывани с амплитудой

V.K.-A. , (4)

где коэффициент магнитомеханической св зи;

а - коэффициент затухани звукопровода .

Этот сигнал проходит на третий вход блока 21 АРУ, где производитс его амплитудный анализ. На другом выходе усилител -формировател 7 фордени и, пройд под ним по звукопро- 55 миРУетс цифровой импульсный сигнал

(видеоимпульс), по которому производитс запись текущего кода N,- с выхода измерительного генератора 9

воду, наводит на его выходе импульс напр жени . Распростран сь далее влево по эвукопроводу, ультразвукова волна механической деформации

в четвертый регистр 19 Tj. Ком

к- й

394033

достигает акустического демпфера и рассеивает на нем свою энергию. Иск.гао- чаетс возможность образовани в зву- копроводе датчика вторичных (неинформационных ) ультразвуковых сигналов.

Наведенный импульсный сигнал считывани на выходе элемента 5 считывани проходит на вход предусилител

10 с ограниченной полосой пропускани , установленного в корпусе магнитострик- ционного датчика линейных перемещений. Здесь сигнал считывани усиливаетс и проходит далее на вход усилител 15 формировател . Импульсный сигнал считывани преобразуетс в цифровой сигнал (видеоимпульс). По этому сигналу производитс запись в первый регистр 14 текущего п-разр дного кода N,

воположное состо ние; ).вы- 5 ход 2.

В это врем друга ультразвукова волна распростран етс вправо (по фиг.1) по звукопроводу датчика преобразовател , достигает зоны отражени , отражаетс и мен ет направление свое0

5

0

5

0

V.K.-A. , (4)

где коэффициент магнитомеханической св зи;

а - коэффициент затухани звукопровода .

Этот сигнал проходит на третий вход блока 21 АРУ, где производитс его амплитудный анализ. На другом выходе усилител -формировател 7 форв четвертый регистр 19 Tj. Коммутатор 13 переключаетс в исходное состо ние: вход - выход 1, триггер 8 устанавливаетс в исходное состо ние , производитс блокирование (останов) измерительного генератора 9.

В следующий момент коды N, и N интервалов Т и T,j линейного переме- :|цени с п-разр дных выходов регист- ;ров 14 и 19 проход т на входы дели- :тел 15. Выполн етс табличное вычис- |ление результирующего кода линейного перемещени с коррекцией нелинейности (1/1,)

f (l.L+21x)/V о 1х

f-T,/V

1,

+ 1.

(5)

; Через врем Гг: сГ,5 + ,9 где Tj |И ЕГ,9 - врем распространени инфор- |мационных сигналов через электричес- |кие цепи элементов 19 и 15, по цифро- вому импульсному сигналу линии 20 25 задержки производитс перезапирь кода предьздущего преобразовани из второго регистра 16 в третий регистр 17 N N и кода текущего преобразовани с

выходов делител 15 во второй регистр

16 NX N,. : С п-разр дного выхода второго ре- ;гистра 16 код N текущего преобразо- ;вани поступает на один их входов : цифрового компаратора 18 и проходит I в выходную разр дную шину результата ; формиру сигнал Код линейного пере- : мещени . На другой его вход с выхода третьего регистра 17 поступает п-раз- р дный код N предьщущего преобразо- вани о Цифровой компаратор 18 выпол- н ет теущий анализ смежных вычислен- - ных кодов N и N линейного перемещени на равнбзначность и формирует код знака перемещени .

Сформированный т-разр дный код N ,jj знака перемещени проходит с выходов цифрового компаратора 18 в выходную шину, формиру сигнал Знак перемещени . А на его выходе равI - .

нозначности, при выполнении услови

N NX , формируетс цифровой сигнал Дублирование (), который проходит в вькодную шину.На этом полный цикл преобразовани линейного перемещени в код заканчиваетс , и по вьтходной шине устройства выставл ютс цифровые сигналы Запрос и Синхронизаци (фиг.Зж

0

5

0

5

0

5

50

з). Устройство подготовлено к очередному циклу преобразовани , который начинаетс при поступлении сигнала Запуск и выполн етс без измерений согласно рассмотренному.

Кроме того, измерительный преобразователь линейных перемещений может быть выполнен с использованием стержневого магнито-стрикционного датчика линейных перемещений (фиг.2). При этом элемент 3 записи электромагнитного возгбуждени выполнен неподвижным и размещен по всей длине звуко- провода 4 зоны перемещени подвижного элемента подмагничивани , имеющего кинематическое соединение с объектом контролируемого перемещени . Работа измерительного преобразовател по фиг.2 не отличаетс от работы преобразовател по фиг.1.

Таким образом, использование в преобразователе логометрического вычислени результирующего кода линейного перемещени и стабилизаци крутизны фронта зондирующих ультразвуковых импульсов звукопровода в диапазоне преобразовани за счет стабилизации электромагнитного волнового сопротивлени звукопровода посредством стабилизатора 12 раст гивающих усилий (фиг.1) и повьшени жесткости (фиг.2) обеспечивают требуемую точность измерени , определ емую частотой дискретизации интервалов линейных перемещений.

Повышение помехоустойчивости преобразовател достигаетс в результате автостабилизации амплитуды зондирующих ультразвуковых импульсов звукопровода из услови максимального отношени сигнал/помеха.

Повышение быстродействи преобразовател достигаетс в результате использовани параллельного табличного вычислени кода линейного перемещени .

Преимущества преобразовател заключаютс также в расширении функциональных возможностей, формировании более полной измерительной информации перемещени , а также в повышении надежности за счет использовани однотипной элементной базы.

Claims

Формула изобретени

Преобразователь линейных перемещений , содержащий последовательно соединенные одновибратор, усилитель

записи, элемент записи с подмагничи- ванием, магнитострикционный звуко- провод, элемент считывани с подмаг- ничиванием, предусилитель и усилитель-формирователь , последовательно соединенные триггер и генератор, выход триггера соединен с одновибрато- ром, входную и выходную шины, отличающийс тем, что, с целью повышени помехоустойчивости и быстродействи , он снабжен стабилизатором напр жени , соединенным с звуко- проводом, последовательно соединен- ньми коммутатором, первым регистром, делителем, вторым регистром, третьим регистром и компаратором, четвертым регистром, включенным между выходом коммутатора и входом делител , линие

задержки, включенной между выходом коммутатора и входами второго и третьего регистров, и блоком автоматй- г ческой регулировки усилени (АРУ), входы которого соединены с выходами одновибратора и усилител -формировател , а выход - с усилителем записи, выход коммутатора соединен с входами

0 генератора и триггера, выход генератора соединен с входами первого и четвертого регистров, выход второго регистра соединен с входом компаратора , вход триггера и соединенные

5 входы одновибратора, генератора и блока АРУ соединены с входной шиной, выходы триггера, одновибратора, второго регистра, компаратора и блока АРУ соединены с выходной шиной.

f -

,

ЕБЕЫ

У-г

iiW fg№

-LJU- a.

M 9 tf к

ЕЗ

nyppf/fiji J

JL ™fL--JL -Jl

П n П n