SU881900A1 - Ультразвуковой координатометр - Google Patents

Description

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано в системах, кодирующих графическую информацию.

Известно устройство для измерения координат графических изображений, содержащее пьезоэлектрический планшет - квадратную пьезоэлектрическую пластину с возбудителями волн, расположенных на двух взаимно перпендикулярных сторонах планшета. ' Эти возбудители попеременно возбуждают в теле пьезоэлектрической пластины ультразвуковые бегущие волны. Шуп, установленный оператором в точку сканирования, фиксирует время прихода переднего фронта этих волн. Данная информация вместе с информацией с момента возбуждения этих волн используется для определения координат точки сканирования [1].

Недостатком данного устройства являются ограниченные размеры планшета, определяемые технологией производства пьезокерамических материалов, а также низкая механическая прочность к истиранию.

Известно также устройство для преобразования координат точек графического изображения в электрический сигнал - ультразвуковой координатометр, содержащий планшет-звукопровод, две пьезоэлектрические пластины линейных деформаций, установленные по взаимно перпендикулярным сторонам планшета, генератор импульсов, выходы которого соединены с пьезоэлектрическими пластинами, пьезоэлектрический приемник и блок формирования временных координатных интервалов , к одному из входов которого подключен приемник, а к двум другим - пьезоэлектрические пластины [2 ] .

Однако в известном устройстве скорость и точность измерения ограничены частотой переключения координатных излучателей, в свою очередь значение частоты ограничено временем полного затухания возбуждаемых акустических колебаний. Погрешность особенно значительна при динамических измерениях.

Цель изобретения - повышение точности при динамических измерениях.

Цель достигается тем, что ультразвуковой координатометр, содержащий планшет-звукопровод, две пьезоэлектрические пластины линейных деформа ций, установленные по взаимно перпендикулярным сторонам планшета, генератор импульсов, выходы которого соединены с пьезоэлектрическими пластинами, пьезоэлектрический приемник и блок формирования временных координатных интервалов, к одному из входов которого подключен приемник, а к двум другим - пьезоэлектрические пластины, он содержит дополнительно две пьезоэлектрические пластины линейных деформаций и два блока формирования возбуждающего напряжения, причем дополнительные пьезоэлектрические пластины установлены на свободных сторонах планшета и соединены с первыми пьезоэлектрическими пластинами через упомянутые блоки формирования возбуждающего напряжения.

На чертеже представлена схема ультразвукового координатометра.

Координатометр состоит из планшета-звукопровода 1, по сторонам которого на рабочей плоскости установлены основные 2 и 3 и дополнительные 4 и 5 пьезоэлектрические пластины линейных деформаций, пьезоэлектрического приемника б, генератора импульсов 7, блоков 8 и 9 формирования возбуждающих напряжений, блока 10 формирования временных координатных интервалов.

Параметры блоков формирования возбуждающих напряжений выбраны такими, что каждый блок создает в планшетезвукопроводе акустическое колебание, противофазное колебанию, возбуждающему основной пьезоэлектрической пластиной линейных деформаций, задержанное на время распространения бегущей волны от нее до противоположной стороны звукопровода, и с амплитудой, равной амплитуде в точке отражения?.

Устройство работает следующим образом.

При подаче возбуждающего напряжения от генератора импульсов 7 пьезоэлектрическая пластина линейных деформаций 2 создает в планшетезвукопроводе 1 бегущую волну, которая через время равное^-, где С - фазовая скорость распространения продольных колебаний в планшете-звукопроводе, достигает исследуемой точки с координатой х. Фронт волны возбуждает в пьезоэлектрическом приемнике 6 электрический сигнал, поступающий в блок 10 формирования временных координатных интервалов. На выходе блока 10 формируется электрический сигнал, соответствующий координате х исследуемой точки. Через время t₄= , где а - размер стороны планшета, по координате х, на выходе блока 8 формируется напряжение, возбуждающее пьезоэлектрическую пластину линейных деформаций 4. Амплитуда и фаза этого нап ряжения таковы, что колебание, возбуждаемое пьезоэлектрической пластиной линейных деформаций 4, равно и противофаз но колебаниям от пьезоэлектрической пластины линейных деформаций 2 в точке с координатой х равной а. При этом происходит демпфирование бегущей волны. Через время tj, определяемое из условий полного демфирования колебаний от пьезоэлектрической пластины'линейных деформаций 2, генератор импульсов б возбуждает пьезоэлектрическую пластину линейных деформаций 3. Процесс формирования электрического сигнала, соответствующий координате у, аналогичен рассмотренному случаю. Отличие заключается в том, что блок 9 формирует напряжение через время t^где ь - сторона планшета по координате у.

В данном устройстве частота переключения координатных осей может выбираться сколь угодно большой, поскольку значение ее ограничено лишь временем распространения упругих колебаний от излучающей стороны звукопровода до противолежащей стороны. За счет этого существенно повышается точность при динамических измерениях!

Claims (2)

1. Изобретение относитс  к электрои мерительной технике и может быть использовано в системах, кодирующих графическую информацию. Известно устройство дл  измерени  координат графических изображений , содержащее пьезоэлектрический планшет - квадратную пьезоэлектрическую пластину с возбудител ми вол расположенных на двух взаимно перпендикул рных сторонах планшета. Эти возбудители попеременно возбуждают в теле пьезоэлектрической плас тины ультразвуковые бегущие волны. Шуи, установленный оператором в точ ку сканировани , фиксирует врем  прихода переднего фронта этих волн. Данна  информаци  вместе-с информацией с момента возбуждени  этих вол используетс  дл  определени  координат точки сканировани  l. Недостатком данного устройства  вл ютс  ограниченные размеры планшета , определ емые технологией производства пьезокерамических материа лов, а также низка  механическа  прочность к истиранию. Известто также устройство дл  преобразовани  координат точек графического изображени  в электрическ сигнал - ультразвуковой координатометр , содержащий планщет-звукопровод , две пьезоэлектрические пластины линейных деформаций, установленные по взаимно перпендикул рным сторонам планшета, генератор импульсов, выходы которого соединены с пьезоэлектрическими пластинами, пьезоэлектрический приемник и блок формировани  временных координатных интервалов , к одному из входов которого подключен приемник, а к двум другим - пьезоэлектрические пластины 2. Однако в известном устройстве скорость и точность измерени  ограничены частотой переключени  координатных излучателей. В свою очередь значение частоты ограничено временем полного затухани  возбуждаемых акустических колебаний. Погрешность особенно значительна при динамических измерени х. Цель изобретени  - повышение точности при динамических измерени х . Цель достигаетс  тем, что ультразвуковой координатометр, содержащий планшет-звукопровод, две пьезоэлектрические пластины линейных деформаций , установленные по взаимно перпендикул рньйм сторонам планшета, генератор импульсов, выходы которог соединены с пьезоэлектрическими пла тинами, пьезоэлектрический приемник и блок формировани  временных координатных интервалов, к одному из входов которого подключен приемник, а к двум другим - пьезоэлектрически пластины, он содержит дополнительно две пьезоэлектрические пластины линейных деформаций и два блока форми ровани  возбуждающего напр жени , причем дополнительные пьезоэлектрические пластины установлены на свободных сторонах планшета и соединен с первыми пьезоэлектрическими пластинами через упом нутые блоки формировани  возбуждакнцего напр жени . На чертеже представлена схема ультразвукового координатометра. Координатометр состоит из планшета-звукопровода 1, по сторонам которого на рабочей плоскости установлены основные 2 и 3 и дополнительные 4 и 5 пьезоэлектрические пластины линейных деформаций, пьезо электрического приемника б, генератора импульсов 7, блоков 8 и 9 фор мировани  возбуждающих напр жений, блока 10 формировани  временных координатных интервалов. Параметры блоков формировани  во буждающих напр жений выбраны такими что каждый блок создает в планшетезвукопроводе акустическое колебание противофазное колебанию, возбуждающему основной пьезоэлектрической пластиной линейных деформаций, задержанное на врем  распространени  бегущей волны от нее до противоположной стороны звукопровода, и с амплитудой, равной амплитуде в точк отражени . Устройство работает следующим образом. При подаче возбуждающего напр жени  от генератора импульсов 7 пьезоэлектрическа  пластина линейных деформаций 2 создает в планшете звукопроводе 1 бегущую волну, котора  через врем  t/j .равное i-, где С - фазова  скорость распространени  продольных колебаний в планшете-звукопроводе , достигает исследуемой точки с координатой х. Фронт волны возбуждает в пьезоэлектрическом приемнике 6 электрический сигнал , поступающий в блок 10 формировани  временных координатных инте валов. На выходе блока 10 формирует с  электрический сигнал, соответствующий координате X исследуемой точ ки. Через врем  t - , где а - ра мер стороны планшета, по координате X, на выходе блока 8 формируетс  напр жение, возбуждающее пьезоэлект рическую пластину линейных деформаций 4. Амплитуда и фаза этого напр жени  таковы, что колебание, возбуждаемое пьезоэлектрической пластиной линейных деформаций 4, равно и противофазно колебани м .от пьезоэлектрической пластины линейных деформаций 2 в точке с координатой х равной а. При этом происходит демпфирование бегущей волны. Через врем  tj, определ емое из условий полного демфировани  колебаний от пьезоэлектрической пластинылинейных деформаций 2, генератор импульсов б возбуждает пьезоэлектрическую пластину линейных деформаций 3. ПгЬоцесс формировани  электрического сигнала, соответствуквдий координате у, аналогичен рассмотренному случаю. Отличие заключаетс  в том, что блок 9 формирует напр жение через врем  t -- , где b - сторона планшета по координате у. В данном устройстве частота переключени  координатных осей может выбиратьс  сколь угодно большой, поскольку значение ее ограничено лишь временем распространени  упругих колебаний от излучающей стороны звукопровода до противолежащей стороны. За счет этого существенно повышаетс  точность при динамических измерени х; . Формула изобретени  Ультразвуковой координатрметр, содержащий планшет-звукопровод, две пьезоэлектрические пластины линейных деформаций, установленные по взаимно перпендикул рным сторонам планшета, генератор импульсов, выходы которого соединены с пьезоэлектрическими пластинами, пьезоэлектрический приемник и блок формировани  временных координатных интервалов, к одному из входов которого подключен приемник, а к двум другим - пьезоэлектрические пластины , отличающийс  тем, что, с целью повышени  точности при динамических измерени х, он содержит дополнительно две пьезоэлектрические пластины линейных деформаций и дваг Ьлока формировани  возбуждающего напр жени , причем дополнительные пьезоэлектрические пластины установлены на свободных сторонах планшета и соединены с первыми пьезоэлектрическими пластинами через упом нутые блоки формировани  возбуждающего напр жени . Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе 1.Рiezoe 1 tctгiс plate fuds handwriting to computer- EIectnoniсs, V.45, №4, p. 10, 1972.
2. 2.Авторское свидетельство СССР № 660125, кл. Н 01 L 41/10, 1976 (прототип).