SU1645807A1

SU1645807A1 - Displacement measuring device

Info

Publication number: SU1645807A1
Application number: SU894677059A
Authority: SU
Inventors: Рафаил Григорьевич Джагупов; Александр Васильевич Рябцов
Original assignee: Одесский Политехнический Институт
Priority date: 1989-03-11
Filing date: 1989-03-11
Publication date: 1991-04-30

Abstract

Изобретение относитс к измерительной технике и может быть использовано при измерении перемещений объектов. Цель - повышение точности за счет исключени погрешности , вызываемой вибрацией пьезоэ- лементов. Блок 5 измерени и регистрации фиксирует переменную ЭДС на выходе магниточувствительного элемента 2. Перемещение определ етс , например, по амплитуде переменной ЭДС в аналоговом датчике, по числу минимумов и максимумов амплитуды переменной ЭДС при дискретном характере намагниченности носител и т. д. Дифференциальные усилители 6, 8, включенные в цепь след щей обратной св зи , позвол ют повысить виброустойчивость пьезоэлементов. Напр жение с одного из пьезоэлементов поступает на пр мой вход усилител 6, на инверсный вход которого поступает напр жение от генератора 4, сдвинутое по фазе фазовращателем 7 на л /2 На выходе усилител 6 действует напр жение, пропорциональное частоте и амплитуде вибрации. Оно поступает на инвертирующий вход усилител 8, на пр мой вход которого поступает синусоидальное напр жение генератора 4. На выходе усилител 8 напр жение представл ет собой разность, котора поступает на второй пье- зоэлемент пьезовибраюраЗ, работающий в режиме обратного пьезоэффекта. При этом результирующа амплитуда колебаний пье- зовибратора, определ юща величину ЭДС, остаетс посто нной и зависит только от напр жен .ности магнитного пол носител 1 записи, действие вибрации не вызывает по влени погрешности. 1 ил. сл сThe invention relates to a measurement technique and can be used to measure the movement of objects. The goal is to improve accuracy by eliminating the error caused by the vibration of the piezoelements. The measurement and recording unit 5 fixes a variable EMF at the output of the magnetically sensitive element 2. The displacement is determined, for example, by the amplitude of the variable EMF in the analog sensor, by the number of minima and maxima of the amplitude of the variable EMF with discrete character of carrier magnetization, etc. Differential amplifiers 6, 8, included in the feedback loop, allows to increase the vibration resistance of the piezoelectric elements. Voltage from one of the piezoelectric elements is supplied to the direct input of amplifier 6, the inverse input of which receives voltage from generator 4, phase-shifted by phase shifter 7 to l / 2. The output of amplifier 6 has a voltage proportional to the frequency and amplitude of vibration. It is fed to the inverting input of amplifier 8, to the direct input of which is supplied a sinusoidal voltage of generator 4. At the output of amplifier 8, the voltage is the difference that goes to the second piezoelectric transducer operating in the reverse piezoelectric effect mode. In this case, the resulting amplitude of oscillations of the piezovibrator, which determines the magnitude of the EMF, remains constant and depends only on the intensity of the magnetic field of the recording medium 1, the action of vibration does not cause the appearance of an error. 1 il. cl

Description

Изобретение относитс к измерительной технике и может быть использовано при измерении перемещений объектов.The invention relates to a measurement technique and can be used to measure the movement of objects.

Цель - повышение точности за счет исключени погрешности, вызываемой вибрацией пьезоэлементов.The goal is to improve accuracy by eliminating the error caused by the vibration of piezoelectric elements.

На чертеже представлена функциональна схема устройства.The drawing shows the functional diagram of the device.

Устройство содержит носитель 1 магнитной записи, выполненный в виде основы и размеренного на ее поверхности магнитного сло , установленный с возможностью перемещени вдоль рабочей поверхности и предназначенный дл св зи с перемещаемымThe device contains a magnetic recording medium 1, made in the form of a base and a magnetic layer measured on its surface, mounted for movement along a working surface and intended to communicate with a movable

объектрм, магниточувствительный элемент 2,закрепленный на пьезовибратореЗ, который предназначен дл возбуждени механических колебаний магниточувсгсптельного элемента 2, генератор 4 переменного напр жени и подключенный к магниточувстви- тельному элементу 2 блок 5 измерени и регистрации. Выход генератора 4 соединен с пр мым входом дифференциального усилител 6 и входом фазовращател 7. Выход фазовращател 7 соединен с инвертирующим входом дифференциального усилител 6, выход которого подключен к инвертирующему входу дифференциального усилител 8.object, a magnetosensitive element 2, mounted on piezoelectric cutters, which is intended to excite mechanical vibrations of the magnetically sensitive element 2, an alternating voltage generator 4 and connected to the magnetosensitive element 2 block 5 measurement and recording. The output of the generator 4 is connected to the direct input of the differential amplifier 6 and the input of the phase shifter 7. The output of the phase shifter 7 is connected to the inverting input of the differential amplifier 6, the output of which is connected to the inverting input of the differential amplifier 8.

оabout

4 СЛ 004 SL 00

ОABOUT

ЧH

Пр мой вход усилител 6 и выход усилител 8 соединены с соответствующими электродами пьезовибратора 3.The direct input of the amplifier 6 and the output of the amplifier 8 are connected to the corresponding electrodes of the piezo-vibrator 3.

Устройство работает следующим образом .The device works as follows.

Под действием генератора 4 переменного напр жени в пьезовибраторе 3 возникают изгибные деформации, которые вызывают колебаний магниточувствитель- ного элемента 2 в магнитном поле носител 1 записи, намагниченного по определенному закону.Under the action of an alternating voltage generator 4 in a piezo-vibrator 3, bending deformations occur, which cause oscillations of the magnetically sensitive element 2 in the magnetic field of the carrier 1 of the recording, magnetized according to a certain law.

При перемещении магниточувствитель- ного элемента 2 вдоль носител 1 записи переменна ЭДС, наводима в колеблю- щемс магниточувствительном элементе по закону магнитной индукции, пропорциональна намагниченности носител . Характер намагниченности носител 1 может быть аналоговым, дискретным или кодовым. В соответствии с этим переменна ЭДС на выходе магнигочувствительного элемента. фиксируема в блоке 5 измерени и регистрации , измен етс по аналоговому(например , линейному), дискретному либо кодовому закону. Перемещение определ етс по амплитуде переменной ЭДС в аналоговом датчике, по числу максимумов и минимумов амплитуды переменной ЭДС при дискретном характере намагничение- сти носител , либо по кодовой комбинации, выраженной в виде сочетани максимумов и минимумов ЭДС в кодовом датчике перемещений , где единице кода соответствует наличие намагниченности носител в точке нахождени магниточувствительного элемента , а нулю - ее отсутствие.When moving the magnetically sensitive element 2 along the recording medium 1, the emf is variable, induced in the oscillating magnetically sensitive element according to the law of magnetic induction, is proportional to the carrier magnetization. The nature of the magnetization of the carrier 1 can be analog, discrete or code. In accordance with this, the emf at the output of the magnetically sensitive element is variable. recorded in measurement and recording unit 5, varies according to analog (for example, linear), discrete, or code law. Displacement is determined by the amplitude of the variable EMF in the analog sensor, by the number of maxima and minima of the variable EMF with a discrete character of the carrier magnetization, or by a code combination expressed as a combination of maximums and minima of the EMF in the code sensor of displacements, where the unit of code corresponds to the magnetization of the carrier at the point where the magnetically sensitive element is located, and zero is its absence.

Воздействие вибрации, неизбежно возникающей в перемещающихс обьекта, приводит к по влению дополнительной по- грешности устройства. Повысить виброустойчивость пьезоэлементов позвол ет введение двух дифференциальных усилителей , включенных в цепь след щей обратной св зи.The impact of vibration, which inevitably occurs in a moving object, leads to the appearance of an additional error of the device. The increase in the vibration resistance of the piezoelectric elements allows the introduction of two differential amplifiers included in the feedback loop.

Один из двух пьезоэлементов, вход щих в состав пьезовибратора 3, используетс в качестве датчика вибрации и работает в режиме пр мого пьезоэффекта. На- пр жение на его электродах пропорционально изгибу, возникающему при подаче напр жени генератора на второй пьезоэле- мент пьезовибратора, работающий в режиме обратного пьезоэффекта. Фазовый сдвиг между переменным напр жением, приложенным к пьезоэлементу, и его деформацией в режиме обратного пьезоэффекта равен 90 электрических градусов. Поэтому дл устранени этого несоответстви в схему вводитс фазовращатель, обеспечивающий сдвиг фазы на /2.One of the two piezoelectric elements included in the piezoelectric vibrator 3 is used as a vibration sensor and operates in the direct piezoelectric effect mode. The voltage on its electrodes is proportional to the bending that occurs when the generator voltage is applied to the second piezoelectric element of a piezo-vibrator operating in the reverse piezoelectric effect mode. The phase shift between the variable voltage applied to the piezoelectric element and its deformation in the inverse piezoelectric effect mode is 90 electrical degrees. Therefore, to eliminate this inconsistency, a phase shifter is introduced into the circuit, providing a phase shift of на / 2.

Пусть в переменном напр жении, возникающем на электродах пьезоэлемента вибратора 3, работающего в режиме пр мого пьезоэффекта, присутствует составл юща V(t), пропорциональна амплитуде и частоте внешней вибрации. Тогда в точке А действует напр жениеSuppose that in the alternating voltage appearing on the electrodes of the piezoelectric element of the vibrator 3, operating in the direct piezoelectric effect mode, the component V (t) is present, proportional to the amplitude and frequency of the external vibration. Then at point A, the voltage is

VA Vicoswt + V(t).VA Vicoswt + V (t).

Это напр жение с датчика вибрации поступает на пр мой вход усилител б, на другой вход которого поступает переменное напр жение от генератора 4, сдвинутое по фазе фазовращателем на п /2. В точке В действует напр жение Vicoswt. На выходе в точке С дифференциального усилител 6 действует напр жение, пропорциональное частоте и амплитуде вибрации V(t). Это напр жение поступает на инвертирующий вход дифференциального усилител 8, на пр мой вход которого поступает синусоидальное напр жение генератора 4. На выходе усилител 8 напр жение представл ет собой разность VD V0slnwt - V(t), котора поступает на второй пьезоэлемент пьезовибратора 3, работающий в режиме обратного пьезоэффекта.This voltage from the vibration sensor is fed to the direct input of the amplifier b, to the other input of which is supplied the alternating voltage from the generator 4, which is phase shifted by the phase shifter by n / 2. At point B, the voltage Vicoswt. At the output at point C of the differential amplifier 6, a voltage proportional to the frequency and amplitude of the vibration V (t) acts. This voltage goes to the inverting input of the differential amplifier 8, to the direct input of which is supplied a sinusoidal voltage of the generator 4. At the output of the amplifier 8, the voltage is the difference VD V0slnwt - V (t) that goes to the second piezoelectric element of the piezoelectric vibrator 3, working in the reverse piezo effect mode.

Таким образом, в устройстве реализуетс след ща обратна св зь, поддерживающа посто нную амплитуду колебаний пьезовибратора, не завис щую от амплитуды внешней вибрации. Если на пьезовибраторе действует внешн сила вибрации, вызывающа деформацию случайного характера 1, то на пьезовибратор подаетс напр жение, величина которого соответственно уменьшаетс цепью обратной св зи на величину, пропорциональную этой случайной деформации. При этом результирующа амплитуда колебаний пьезовибратора , определ юща величину ЭДС, наводимой в магниточувствительном элементе , остаетс посто нной. Таким образом , наводима ЭДС зависит только от напр женности магнитного пол носител 1 записи, и действие вибрации не вызывает по влени погрешности.Thus, the device implements the following feedback, which maintains a constant amplitude of oscillations of a piezovibrator, independent of the amplitude of external vibration. If an external vibration force acts on a piezoelectric vibrator, causing a random nature of the deformation 1, a voltage is applied to the piezovibrator, the value of which is correspondingly reduced by the feedback circuit by an amount proportional to this random deformation. At the same time, the resulting amplitude of oscillations of the piezovibrator, which determines the magnitude of the emf induced in the magnetically sensitive element, remains constant. Thus, the induced emf depends only on the intensity of the magnetic field of the recording medium 1, and the action of vibration does not cause the appearance of an error.

Claims

Claims An apparatus for measuring displacements containing a magnetic recording medium, an alternating voltage generator, a piezo-vibrator, a magnetically sensitive element mounted on it, mounted for movement along the working surface of the magnetic recording medium, and connected to

A magnetically sensitive element is a measuring and recording unit, characterized in that, in order to increase accuracy, it is equipped with a phase shifter and two differential amplifiers, the first input and the output of the second differential amplifier are connected to the corresponding electrodes of a piezo-vibrator, output

The first differential amplifier is connected to the inverting input of the second differential amplifier, the direct input of which is connected to the output of the alternating voltage generator and the input of the phase shifter, the output of which is connected to the inverting input of the first differential amplifier.

/// L

u ///////