SU1515041A1 - Устройство дл измерени линейных перемещений - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к измерительной электроакустической технике. Целью изобретени   вл етс  повышение точности. В первом цикле измер ют врем  распространени  ультразвуковых колебаний между неподвижным и подвижным преобразовател ми. В каждом последующем цикле измер ют врем , отличающеес  от предыдущего на интервал ΔТ, до тех пор,пока величина измер емого интервала не станет меньше ΔТ.Измерение производ т путем заполнени  временных интервалов импульсами опорной частоты. Определ ют сумму импульсов опорной частоты во всех циклах измерени , по которой суд т о перемещении. Устройство дл  измерени  линейных перемещений содержит блоки, реализующие перечисленные операции. 8 ил.

Description

1

(21)4274102/25-28

(22)01.07о87

(46) 15.10.89. Бюл. № 38

(71)Пензенский политехнический институт

(72)С.Б.Демин

(53)531.71:531.14:534.6(088.8) (36) Авторское свидетельство СССР № 1158865, кл. G 01 В 17/00, 1983.

Авторское свидетельство СССР № 1252667, кл, G 01 В 17/00. 1985.

(54)УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ЛИНЕЙНЫХ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ

(57) Изобретение относитс  к измерительной электроакустической технике. Целью изобретени   вл етс  повышение

точности. в первом цикле измер тот врем  распространени  ультразвуковых колебаний между неподвижным и подвижным преобразовател ми. В каждом последующем цикле измер ют врем , отличающеес  от предьщущего на интервал ati, до тех пор, пока величина измер емого интервала не станет меньше i3t. Измерение производ т путем заполнени  временных интервалов импульсами -опорной частоты. Определ ют сумму импульсов опорной частоты во всех циклах измерени , по которой суд т о перемещении. Устройство дл  измерени  линейных перемещений содержит блоки, реализующие перечисленные с операции. 8 ил.

(Л

Изобретение относитс  к измерительной электроакустической технике и может быть использовано дл  измерени  линейных перемещений.

Цель изобретени  - повьппение точности измерени .

На фиг. 1 приведена блок-схема устройства дл  измерени  линейных поремещеиий; на фиг. 2 - схемы основных блоков устройства, варианты исполнени ; на фиг. 8 - временные диаграьшы работы устройства дл  измерени  линейных перемещений..

Устройство дл  измерений линейных перемещений содержит магнитострлкцион- ный датчик перемещений, состо щий из звукойровода I с монолитным акустическим демпфером 2, распределенного злемента 3 считывани , подв1п ного элемента 4 подмагничиваки , магнитостр жционного генератора 5 и усилител -формировател  6, и цифровой канал преобразовани , состо щий из формировател  7 ИИМ-сигналов, блока 8 управлени , элемента И 9, блока 10 накоплени , формировател  11 записи и блока 12 циклического контрол , а также шин 13-17 запроса, запуска, синхронизации, результата и тактов прообразовани , при этом соосно со звукопроводом 1 по всей его длине установлен элемент 3 считывани , вдоль которого перемещаетс  элемент 4 подмагничивани , кинематически соединенный с объектом контролируемого перемещени , с противоположной от акустического демпфера 2 стороны зву- копровода- 1 установлен магнитострик- ционный генератор 5, его выход подключен к одному из входов элемента

ел

01

31515

И9 и синхровходам блока 12 циклического контрол  и формировател  7 ШИМ- сигналов, а вход - к выходу блока 8 управлени , счетному входу формиро- вател  7 ШИМ-сигналов и входу формировател  11 записи, выход последнего соединен с синхровходом блока 10 накоплени , выводы элемента 3 считьша- ни  подсоединены к входам усилител - формировател  6, его выход подключен к одному нулевому входу блока 8 управлени  другой нулевой вход которого соединен с одним нулевым входом блока 10 накоплени , выходом бло ка 12 циклического контрол  и подключен к шине 13 запроса, выход блока 8 управлени  подключен к шкне 15 синхронизации, выход формировател  7 ШИМ-сигналов соединен с одним ну- левым входом блока 12 циклического контрол  и другим входом элемента И9, выход последнего соединен со счетным входом блока 10 накоплени , выходы формировател  7 ШИМ-сигналов подключены к шине 17 тактов преобразовани , а выходы блока 10 накоплени  - к шине 16 результата.

Магнитострикционный генератор 5 вьшолнен на основе звукопровода 1

датчика с подмагничиваемыми с помощью 18 элементами 19 и 20 считьшани  и возбуждени , предусилител -форми- ровател  21, ждущего мультивибратора 22 и преобразовател  23 напр жение - ток (фиг, 2).

Блок 8 управлени  содержит элемент 24 задержки, обеспечивающий задержку сигнала на величину f, элемент ИЛИ 25 и D-триггер 26 (фиг, 3).

Формирователь 7 ШИМ-сигналов состоит из схемы 27 формировани  пилообразных сигналов, балансного компаратора 28 с цифровым выходом, счетчика 29 циклов и цифроаналогового преобразовател  30 (фиг. 4).

Формирователь 11 записи вьтолнен на основе элемента 31 задержки, включенного в обратную св зь D-три- гера 32 (фиг. 5).

Блок 10 накоплени  содержит элемент ИЛИ 33, счетчик 34 последовательного счета, комбиУ1ационный сумматор 35 и буферный регистр 36 (фиг. 6 Сумматор 35 и регистр 36 при данном включении образуют накапливающий сумматор.

Блок 12 циклического контрол  выполнен на элементе ИЛИ 37 и регистре

0

s

0

с

0

38 последовательного сдвига (фиг. 7).

Устройство работает следующим образом .

Первоначально устройство устанавливаетс  в исходное состо ние. По шине 13 запроса выставл етс  циЬровой сигнал Запрос (фиг. 8а), в ответ на который по шине 14 запуска подаетс  цифровой импульсный сигнал Запуск (фиг. 8б). Происходит перевод устройства в режим работы По этому сигналу формирователь 7 ШИМ-сигналов, блоки 10 и 12 накоплени  и циклического контрол  перевод тс  в нулевое состо ние (фиг. 1).

По сигналу блока 12 циклического контрол  осуществл етс  обнуление (сброс) выходного буферного каскада (регистра) блока 10 накоплени , выполненного по схеме накапливающего сумматора со схемой последовательного счета на входе (не показана), подготавлива  его к работе, и запуск блока 8 управлени . На его пр мом выходе формируетс  цифровой сигнал (фиг. Ив), по которому запускаютс  магниТосТрикционный генератор 5 Mai- нитострикционного датчика перемещений , формирователь 1 записи и формирователь 7 ШИМ-сигналов цифрового канала преобразовани  устройства. С другого выхода блока 8 управлени  цифровой сигнал противоположной пол рности (фиг, 8д) проходит на щину 15 синхронизации , формиру  сигнал Синхронизаци  .

Формирователь 11 записи по переднему фронту цифрового сигнала блока 8 обнулени  вырабатьюает короткий цифровой импульсный сигнал, по которому осуществл етс  запись в буферный регистр информации по выходам комбинационного сумматора и обнуление (сброс) схемы последовательного счета блока 10 накоплени .

Формирователь 7 ШИМ-сигиалов по первому выходу формирует циклические цифровые сигналы (фиг, 8ж) длительностью Т (i - , на основе пшротно-импульсного метода модул ции (фиг. 8е), которые поступают на один из входов элемента И 9, вьшоли юще- го функцию логического ключа, и управл ет им (фиг. 8з).

Магнитострикционный генератор 5 формирует ультразвуковые сигналы опорной частоты f,, которые рас5 ,

простран ютс  по звукопроводу 1 маг- нитострикционного датчика перемещени в сторону его подвижного элемента 4 подмагничивани . На его другом (электронном ) выходе формируютс  цифровые импульсные сигналы этой же частоты fo (фиг, 8г), которые проход т на входы блока 12 циклического контрол  формировател  7 ШИМ-сигналов и элемента И9,

По сигналам магнитострикционного генератора 5 в блок 12 циклического контрол  потактно записьюаетс  информаци  Q , 1 1 ... 11 О, О ,- И 00.100 и т„д. (тое„ нулевой сигнал потактно продвигаетс  к К-му выходу блока). По шине 13 запроса снимаетс  сигнал Запрос (фиг, 8а), На другой нулевой вход блока 12 поступает ди4)ровой сигнал с выхода формировател  7 ШИМ-сигналов длительностью Tj, по которому блок 12 циклического контрол  устанавливаетс  в исходное состо ние: Q ,- 1 1 , „ о 1 10, В этом случае на К-м выходе блока не формируетс  цифровой сигнал Запрос При выполнении услови  Т - О, которое имеет место при завершении такта преобразовани  перемещени  в код, обнуление (сброс) блока 12 циклического контрол  по сигналу формировател  7 ШИМ-сигналои не производитс  и через К-1 циклов сдвига на выходе блока 12 формируетс  сигнал Запрос, По этому сигналу устройство переводитс  в режим останова, его работа блокируетс . Так осуществл етс  контроль окончани  циклического измерени  перемещений.

Распростран  сь по звуковопрово- ду 1 датчика, ультразвуковые сигналы магнитострикционного генератора 5 через врем  Т достигают элемента 4 подмагничивани , который кинематически соединен с объектом контролируемого перемещени , и навод т на выходе элемента 3 считьша- ни  импульсы напр жени 

Эти импульсные с1Я налы считывани  проход т-на вход усилител -формировател  6, усиливаютс  и преобразуютс  в положительные видеосигналы По первому цифровому импульсному сигналу усилител -формировател  6 блок 8 управлени  переводитс  в исходное состо ние. Происходит останов магнитострикционного генератора 5 датчика устройства (фиг, Зг),

50416

Распростран  сь далее по зруко- пророду 1, ультразвуковые сигналы в следующий момент времени достигают его акустического демпфера 2 и рассеивают на нем свою энергию. Дл  эффективной работы демпферного элемента , который вьтолнен монолитным со звукопроводом, образующа  его угла

0 должна быть более 3 - 30°t В этом случае полностью устран етс  эффект отражени  сигналов о свободный конец звукопровода и образование , В результате в каждом цикле прй5 образовани  на счетный вход блока 10 накоплени  проходит N; Т,- fо т, - (i - I)i3t J- fo импульсов, которые хранггтс  до начала очередного цикла преобразовани .

0 По окончании текущего цикла измерени  устройство через врем  f. задержки вновь перезапускаетс  (,- 8в), Так происходит в течение i j циклов измерени , пока на вы5 ходе формировател  7 ШИМ-сигналов не будет сформирован сит нал управлени  T. О, С каждым i-M циклом измерени  на счетный вход блока 10 накоплени  проходит все меньшее число

Q счетных ; мпульсов в результате их модул ции низкочастотным сигналом Т. формировател  7. В результате за i j циклов измерени  на К-м выходе блока 11 циклического контрол  формируетс  сигнал Запрос, а на выхо5

0

S

0

э

дау блока 10 накоплени  выставл етс  код перемещени , описьгоаемый выражет-1

нием N Т N ., который проходит

iкл шину 16 результата, формиру  сигнал Код перемещени . Одновременно на выходах формировател  7 ШИМ-сигналов выставл етс  код, определ ющий число циклов измерени :.

Этот код поступает на шину 17 тактов преобразовани , формиру  сигнал Код преобразовани .

При подаче по шине 1А запуска очередного сигнала Запуск начинает выполн тьс  следующий такт измерени  перемещени , также состо щий из циклов,

Предлагаемое устройство позвол ет независимо от дискретности заданного шага механической измерительной Ш1са- лы (в данном случае шаг шкалы равен TO в единицах временного интервала)

Claims (1)

1. производить измерени  с более высокой разрешающей способностью, котора  задаетс  величиной циклического фазового сдвига t интервалов электронной измерительной шкалы. Формула изобретени 

   Устройство дл  измерени  линейных перемещений, содержащее магнито- стрикционный прео&разователь, состо щий из звукопровода и распределенного элемента считывани  с подвижным элементом подмагничивани , имеющим возможность соединени  с контролируемым объектом, генератор, уснпите-пь- формирователь считьшани , подключенный к выводам распределенного элемента считьшани , и цифровой канал

   преобразовани ,

   отличающе- I е с   тем, что, с целью повышени  точности измерени , цифровой канал преобразовани  снабжен последователь

   5

   j.

   но соединенными формирователем ШИМ- сигналов, элементом И и блоком накоплени , блоком управлени , формирователем записи и блоком циклического контрол , выход которого соединен с первым входом блока управлени  и вторым выходом блока накоплени , третий вход которого соединен с первьв«1и входами формировател  ШИМ-сигналов и блока циклического контрол , а его четвертый вход - с выходом формировател  записи, второй вход блока управлени  соединен с выходом усилител , формировател , а его выход - с входами генератора, формировател  записи и вторым входом формировател  ШИМ- сигналов, выход генератора соединен с вторыми входами блока циклического контрол , схемы И и третьим входом формировател  ШИМ-сигналов, а третий вход блока циклического контрол  - с выходом формировател  ШИМ-сигналов.

   ,

   rv

   чн

   г Ф

   /

   лл.

   лги

   j-ul

   (9

   s.u

   Фиг.1

   Фиг. ft

   Фи&б

   Фиг.З

   Фиг.5

   Ъ

   Фиг. 7

   «xs

   ai Si

   e