SU1589051A1 - Измерительный преобразователь линейных перемещений - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к измерительной технике и может быть использовано дл  измерени  параметров линейного перемещени  объекта. Цель изобретени  - повышение точности измерени  линейных перемещений. Устройство содержит О-образный звукопровод, на пр мой и обратной ветв х которого размещены элементы записи и считывани . Элемент записи возбуждает сигнал, который циркулирует в звукопроводе и регистрируетс  элементом считывани . О перемещении суд т по коду, определ емому разностью времен распространени  сигнала против часовой стрелки и по часовой стрелке. Выходной код равен сумме указанных кодов за несколько периодов циркул ции. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

Description

(Л

с

Изобретение относитс  к измерительной технике, а именно к преобразовател м информации, и может быть использовано в робототехнических системах и комплексах дп  измерени  параметров линейного перемещени 

объекта.

Целью изобретени   вл етс  повышение точности измерени  линейных перемещений.

На фиг.1 и 2 приведены схемы измерительного преобразовател  линейных перемещений при разном исполнении его первичного магнитострикцион- ного преобразовател  перемещений; на фиг.З - пример выполнени  схем последовательного счета измерительного преобразовател  линейных перемещений; на фиг.4 - временные диаграммы работы устройства.

Измерительный преобразователь линейных перемещений содержит первичный магнитострикционный преобразователь линейных перемещений (МПП), состо щий из 0-образного звукопровода 1 из магнитострикционного материала, неподвижного сосредоточенного элемента 2 записи, подвижного сосредоточенного элемента 3 считывани ,двух ограничителей 4 перемещений, усилител  5 записи и сигнального усилител -формировател  6, а также формирователь 7 импульсов записи, D-триггер 8, измерительный генератор 9, три элемента И 10-12, Т-триггер 13, две схемы 14 и 1.5 последовательного счета , счетчик 16 ЦИКЛОВ рециркул ции, цифровой компаратор 17, элемент В задержки, два буферных регистра 19 и . 20, шину 21 управлени , шину 22 заУ1

проса, шину 23 запуска,, первую и вторую шину 24 и 25 результата и шину 26 синхронизации,

На концах пр мой ветви О- Образно- га звукопровода 1 закр«;плены ограни читали А перемещений, между которыми перемещаетс  сосредоточенный элемент 2 записи, кинематически подсоедин емый к объекту контролируемого пе ремещени , его вывод подсоединен к выходу усилител  5 заш1си, В начгше обратной ветви Сообразного звукопровода 1 закреплен сосредоточенный элемент 3 считывани , вывод которого подсоединен к входу сигнального усилител -формировател  6 МПГ, Вход усилител  5 записи соединен с выходом формировател  7 импульсов записиj, его вход управлени  подключен к ши- не 21 управлени , а информационный вход подключен к шине 23 запуска и соединен с нулевыми входами Т-триггера 13, первой и второй схем 14 и 15 последовательного счета, счетчика 16 циклов рециркул ции, первого и второго буферных регистров 1-9, 20 и единичным входом D-триггера 8, Один его выход подключен к шине 22 запроса, а второй выход соединен с входом из- мерительного генератора 9 и одним входом первого элемента И 10, Другой его вход соединен с выходом сигнального усилител -формировател  6 МПП, а выход соединен со счетным входом Т-триггера 13 Пр мой выход Т-тригге- ра соединен с одним входом второго элемента И 11, а инверсный вьгход соединен с одним входом третьего элемента И 12 и счетным входом счетчика 16 циклов рециркул ции. Другие входы элементов И 11 и 12 объединены и соединены с выходом измерительного генератора 9, Их выходы соединены со счетными входами соответственно пер- вой и второй схем 14 и 15 последовательного счета, п-разр дные выходы которых подключены к первой и второй шинам 24 и 25 результата соответственно через первый и второй буферные регистры 19 и 20, Их синхровходы объединены и соединены с одним вько- дом элемента 18 задержки, другой бго выход подключен к шине 26 си:нхро низации. Вход элемента 18 задержки соединен с синхровходом D-триггера 8 и выходом компаратора 17, входы которого подсоединены к выходам счетчика 16 циклов рециркул ции Схемь1 14 и 15 последовательного счета выполнены на основе т-разр дного регистра 27, комбинационного сумматора 28 и счетчика 29 итерационных циклов, .Кроме того, первичный магнито - стрикционный преобразователь линейных перемещений может быть выполнен по неконтактной кинематической схеме с использованием распределенного элемента 30 считывани  с подвижным элементом 31 подмагничивани , который кинематически подключен к объекту контролируемого перемещени  и может перемещатьс  между ограничител ми 4 перемещений вдоль элемента 30, соосно установленного на пр мой ветви 0-образного звукопровода 1, ды распределенного элемента 30 счить вани  подсоединены к входу сигнального усилител -формировател  6 МПП,

Устройство работает следующим образом .

Первоначально устройство устанавливаетс  в „исходное состо ние. При подаче по шине 2 управлени  цифрового сигнала Разрешение произво- дитс  перевод устройства в режим работы . По шине 22 запроса выставл етс  цифровой сигнал Запрос, в ответ на который через врем  tp реакции пользователь выставл ет по шине 23 запуска цифровой импульсньй сигнал Запуск, По этому сигналу производитс  установка в нулевое состо ние Т-триггера 13, схем 14 и 15 последовтельного счета, счетчика 16 циклов рециркул ции, буферных регистров 19 и 20 перевод D-триггера 8 в единич- .ное состо ние и запуск формировател  7 импульсов записи,

В результате по шине 22 запроса снимаетс  сигнал Запрос, Одновременно производитс  разблокирование входа логического элемента И 10 и запуск измерительного генератора 9, который формирует цифровую измерительную шкалу с частотой дискретизации f J, i/Tg, Затем импульсы проход т на счетный вход второй схемь; 15 последовательного счета через от- крытьй элемент И 12, Счетчик 16 циклов рециркул ции отмечает начало пер вого цикла преобразовани . Это состо ние сохран етс  до момента переключени  Т-триггера 13 в противоположное (единичное) состо ние.

На выходе формировател  7 импульсов записи формируетс  пр моугольный видеоимпульс калиброванной длительности С„ f промодулированнь1й несущей частотой f j,jg , который проходит на усилитель 5 записи НЛП, вырабатывающий токовый сигнал записи. Этот сигнал возбуждает сосредоточенный элемент 2 записи, под которым в О-об- разном магнитострикционном звукопро- воде 1 возбуждаетс  модулированна  продольна  магнитоупруга  волна, распростран юща с  в обе стороны с фазовой скоростью V.

Одна магнитоупруга  волна С распростран етс  влево (по фиг.О .по обратной ветви звукопровода 1 и через врем 

, jj ij:jL

М V

где 1 у - искомое линейное перемещение объекта;

R - радиус закруглени  звукопровода ,

проходит в пр мую ветвь звукопровода и достигает подвижный сосредоточенный элемент 3 считывани ., индуцирует на его выходе модулированный импульс напр жени , который проходит на вход сигнального усилител -формировател  6 и преобразуетс  в пр моугольный видеоимпульс считывани . Этот импульс далее проходит на счетный вход Т-триггера 13 через открытый элемент И 10 и переключает его в единичное состо ние.

Это приводит к блокированию входа элемента И 12, через который с этого момента запрещено прохождение опорных сигналов измерительного генератора 9 на счетный вход второй схемы 15 последовательного счета, и разблокированию входа другого элемента И 11. Через элемент И 11 будут проходить счетные импульсы измеритель- .ного генератора 9 на счетный вход первой схемы 14 последовательного счета до момента очередного переклкг- чени  Т-триггера 13. Втора  схема 15 последовательного счета в данный момент запоминает код промежуточного значени  искомого линейного перемещени , равный

N,,, - Т,., -fo Распростран  сь далее по пр мой ветви эвукопровода 1 (против часовой

10

15

20

стрелки), продольна  магнитоупруга  волна + 0 достигает вторично подвижный элемент 3 считывани  через врем  рециркул ционного цикла, равное

.„.i-l-ts,

где 1 - длина пр мой и обратной ветвей 6-образного звукопровода ,

и вновь наводит на выходе элемента 3 считывани  модулированный импульс напр жени , который преобразуетс  в пр моугольный видеоимпульс считыва - ни  усилителем-формирователем б, и переключает Т-триггер 13 в соответствующее логическое состо ние согласно временной диаграмме (ф«г,4). Интервал 1 рециркул ции импульсов  вл етс  посто нной величиной, цифровой эквивалент которого., равен

N,

Тл f, i - 1, 2,

I

k.

„1 -4 о 5 где i - текущее значение рециркул ционного цикла.

За (k-1) циклов преобразовани  во второй схеме 15 последовательного счета накапливаетс  следующее коли- Q честно импульсов

К-«

N N,.,

N

.«

(О

Г Друга  магнитоупруга  волна - о

распростран етс  вправо по обратной ветви звукопровода 1 (по фиг,1), достигает неподвижный элемент 3 считывани  через врем 

71 - IV +

т,

2,1

IK

v

+ к R

5

0

и наводит на его выходе модулированный импульс напр жени , который преобразуетс  в пр моугольный видеоимпульс считывани  и проходит на счетный вход Т-триггера 13 и переключает его. Это приводит к выключению элемента И 11, и перва  схема 14 последовательного счета хранит разностный ход текущего значени , равный /

(2)

N.

(Т2..-Тм.)«о 2

1)(

Эта продольна  магнитоупруга  волна С обращаетс  по 0-образному зву- копроводу I МПП по часовой стрелке с временем цикла Тц, что вызывает формирование разностного кода (2) на выходах первой схемы 14 последова 1589051

дельного счета за k циклов преобразовани , равного

2 Н,.(3) 5

Cxe(Ы 14 и 15 по ел «гд о нательного счета выполнены на основе ш разр д - кого регистра 27 и комбинационного сумматора 28, включенных в кольцо, и to счетчика 29 итерационных циклов (). Выполнение суьц атора 28 на программируемых элементах (ПЗУ РПЗУ) и запрограммированным КАК функциональ- ный элемент позвол ет расширить функ- J5 циональные возможности устройства, так как в этом случае имеет место формирование результирующего функцио - кальногр кода линейного перемещени ,

Кодичество k циклов рециркул цион- 20 ноге преоЗразова){и  линейного переме подсчитываетс  счетчиком 16, на k-разр дном выходе которого формируетс  соответствующий код Nup, Этот

код срзвкиваетс  (анализируетс ) на цифроврм компараторе 17 с кодам Кц задаваемого числа циклов преобразова ки  с учетом декремента затухани  (Ь продольной магиитоупругой волны GI в звукопроводе МШ, При достижении услови  N ЦК Nu производитс  останов устройства цо цифровому сигналу . компаратора J7. О триггер 8 перево- дитс  в-нулево.е состо ние, что при

25

8

НИН, который выполн етс  без изменени  согласно рассмотренному при поступлении по шине 23 сигнала .Запуск ,

Кроме того, первичный МПП устройства может быть выполнен по тактной схеме, (фиг,,2). В этом случа соосно с пр мой ветвью 0-образного знукопровода 1 неподвижнр устанавли ваетс  распределенный элемент 30 считывани , подкпюченнь1Й к входу сн нального усилител -формировател  6, Вдоль него 33 диапазоне ограничителе 4 перемещений перемещаетс  элемент 3 подмагничивани , кинематически подключаемый к объекту контролируемого перемещени . При этом принцип работы устройства (фиг,2) не отлича етс  от рассмотренного,

. Использование О-образного эвуко- провода позвол ет организовать ите рационный процесс вычислени  искомо го перемещени  и в k раз повысить тЪчность измерени  при заданной час тоте tf, дисйретизации.

Ф о р м у л а и 3 о б

р е т е и и

30

1, Измерительный преобразователь линейных перемещений, содержащий звукопровод из магнитострикционного материала, последовательно соединен

водит к блокировани входного логичес-35 « е-формирователь импульсов записи.

кого элемента 10 и выставлению по шине 22 сигнала Запрос,

Через врем  С, а С,,,, + ,3 o.s гдеС ,2 врем  задержки

усилитель записи и установлен1а1й на звукопроводе элемент запи,си, соединенные между собой установленный на звукопроводе .элемент считывани  и усилитель-формирователь, последрва- тельно соединенные измерительный генератор, первый элемент И н первую схему последовательного счета. Т- . триггер и второй элемент И, первый вход которого соединен с выходом измерительного генератора, отличающийс  тем, что, с целью повышени  точности измерени , он снабжен третьим элементом И, 1 триг- гером, второй схемой последовательно го счета, первым и вторым буферными регистрами и последовательно соединенными счетчиком циклов рециркул ции , компаратором и элементом задержки , первый и второй входы третье го элемента И соединены соответственно с выходом усилител -формировател  и 1 триггера, а выход - с входом Т-триггера, вход формировател 

распространени  сигналов через цепи элементов , на первом выходе элемента 18 задержки выставл етс  цифровой сигнал, по фронту которого производитс  занесение п-разр дных кодов (1) и (3) в буферные регистры 19, 20 которые далее проход т на ши- №1 24 и 25 результата и формируют цифровой сигнал Код положени ,.В последствии эти коды могут быть использованы дл  вычислений, В следукг- щнй момент т S с, D 9,2о по второму выходу элемента 18 задефжки выставл етс  цифровой сигнал, который проходит на шину 26 синхронизации, фор- пиру  сигнал Синхронизаци ,

На этом полный цикл преобразовани  линейного перемещени  в код заканчиваетс , и устройство подготовлено к очередному циклу преобразова

8

НИН, который выполн етс  без изменени  согласно рассмотренному при поступлении по шине 23 сигнала .Запуск ,

Кроме того, первичный МПП устройства может быть выполнен по тактной схеме, (фиг,,2). В этом случае соосно с пр мой ветвью 0-образного знукопровода 1 неподвижнр устанавли- ,. ваетс  распределенный элемент 30 считывани , подкпюченнь1Й к входу снгг нального усилител -формировател  6, Вдоль него 33 диапазоне ограничителей 4 перемещений перемещаетс  элемент 3 подмагничивани , кинематически подключаемый к объекту контролируемого перемещени . При этом принцип работы устройства (фиг,2) не отличаетс  от рассмотренного, .

. Использование О-образного эвуко- провода позвол ет организовать рационный процесс вычислени  искомого перемещени  и в k раз повысить тЪчность измерени  при заданной частоте tf, дисйретизации.

Ф о р м у л а и 3 о б

р е т е и и  

Claims (2)

1, Измерительный преобразователь линейных перемещений, содержащий звукопровод из магнитострикционного материала, последовательно соединен« е-формирователь импульсов записи.

усилитель записи и установлен1а1й на звукопроводе элемент запи,си, соеди ненные между собой установленный на звукопроводе .элемент считывани  и усилитель-формирователь, последрва- тельно соединенные измерительный генератор, первый элемент И н первую схему последовательного счета. Т- . триггер и второй элемент И, первый вход которого соединен с выходом измерительного генератора, отличающийс  тем, что, с целью повышени  точности измерени , он снабжен третьим элементом И, 1 триг- гером, второй схемой последовательно го счета, первым и вторым буферными регистрами и последовательно соединенными счетчиком циклов рециркул ции , компаратором и элементом задержки , первый и второй входы третье го элемента И соединены соответственно с выходом усилител -формировател  и 1 триггера, а выход - с входом Т-триггера, вход формировател 

импульсов записи, информационный вход П-тригх-ер.а, BXO V.J обнулени  Т-т иггера, первой и второй схем последовательного счета, счетчика цик лов рециркул ции, первого и второго буферных регистров соединены между собой, вход измерительного генератора соединен с выходом D-триггера, синхровход которого соединен с выхо дом компаратора и входом элемента задержки, первый и второй выходы Т«триггера соединены с вторыми входами соответственно первого и второго элементов И, выход второго элемента И соединен с информационным входом второй схемы последовательного счета, . выходы первой и второй схем последовательного счета соединены соответственно с входами первого и второго буферных регистров, сиихровходы которых соединены с выходами элемента задержки, счетный нход сч л чика цик -4 itiJ

„Разрешение

гг.

23

22

9051- 10

лов рециркул ции соединен с вторым . выходом Т-триггера, а эвукопровод выполнен 0 образным с параллельными пр ьзон и обратной ветв ми, элемент записи установлен на обратной ветви звукопровода, а элемент считывани  - на пр мой ветви,

2.Преобразователь по ,пИ о т - ли чающийс  тем, что элементы записи и считывани  выполнены сосредоточенными, а элемент считывани  установлен с возможностью перемещени  вдоль пр мой ветви звукопровода ,i „ « 3 ,Преобразователь по п,1, о т личающийс  тем, что элемент записи выполнен сосредоточенным, а элемент считывани  - распрвдвлв1Р20 ным и снабжен элементом подмагничи- вани , установленным с возможностью перемещени  вдоль пр мой ветви з«у- кспрсшода, 10

15

Обратного Semtti

Припо  bsmSb

I

Him

5

2S

Фиг.1

t

ение

Влониро- бание

10

дан

7/

/2

16

22

Запрос

Фиг. 2

Q3UZ. 3

1 /

j 4 в / ITv

мпп

№

N

N

19

2L

N,

2ff

NZ

17

Г8

25

f

26

Синхронизаци 

tvj

«30

03

to

to

M