МАГНИТОСТРИКЦИОННЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ Российский патент 1997 года по МПК G01B17/04 

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к устройствам для измерения и контроля перемещения, применяемых в системах автоматического управления и регулирования.

Известен магнитострикционный преобразователь перемещения, содержащий магнитострикционный звукопровод с демпферами на концах, последовательно соединенные генератор импульсов, усилитель-формирователь импульсов записи и катушку записи с постоянным магнитом, установленную с возможностью перемещения вдоль звукопровода, соединенные с ней усилитель импульсов считывания, триггер, входы которого соединены с генератором импульсов и усилителем считывания, первую линию задержки, соединенную с усилителем импульсов считывания, и регистр, который снабжен, по крайней мере, двумя блоками формирования сигналов, второй линией задержки, опорным генератором и счетчиком импульсов, каждый из блоков формирования сигналов включает последовательно соединенный первый коммутатор, третью линию задержки, вход которой соединен с генератором импульсов, а выход с вторым выходом первого коммутатора, второй выход второго коммутатора соединен с соответствующим входом усилителя-формирователя записи, а управляющие входы коммутаторов соединены между собой, входы счетчика импульсов соединены с генератором импульсов, второй линией задержки и опорным генератором, а вход с регистром, информационный вход первого коммутатора первого блока формирователя сигналов соединен с выходом первой линией задержки, управляющие входы коммутаторов соединены с выходом триггера, выход элемента И каждого блока формирования сигналов, кроме последнего, соединен с тремя входами первого коммутатора последующего блока формирования сигналов, выход элемента "И" последнего блока формирования сигналов соединен с входом первой линии задержки и вторым входом регистра, а вторые входы первых коммутаторов каждого блока формирования сигналов, кроме последнего, соединены с соответствующими входами элементов "И" своего и последнего блока формирования сигналов [1]
Недостатком преобразователя является низкая помехоустойчивость вследствие отсутствия проверки частоты сигнала.

Известен ультразвуковой датчик перемещения, содержащий корпус, генератор, соединенный с ним излучающий магнитострикционный преобразователь, приемный магнитострикционный преобразователь и соединенный с ним измеритель, а также каждый из преобразователей состоит из звукопровода с установленными на его концах демпферами, магнита и обмотки, каждая из обмоток выполнена из нескольких секций, витки соседних секций включены встречно, профиль обмоток выполнен по синусоидальному закону, длина звукопровода равна половине длины волны ультразвуковых колебаний, а один из концов звукопровода закреплен в корпусе датчика [2]
Недостатком преобразователя является низкая помехоустойчивость вследствие отсутствия проверки частоты сигнала.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому положительному эффекту является магнитострикционный преобразователь линейных скоростей в код, содержащий звукопровод, выполненный из магнитострикционного материала, на концах которого расположены демпферы, постоянные магниты, расположенные над катушкой записи, первой и второй катушками считывания, первая катушка считывания расположена на контролируемом объекте и соединена через первый усилитель-формирователь с S-входом первого RS-триггера и первым входом второго RS-триггера, вторая катушка соединена через второй усилитель-формирователь с S-входом третьего RS-триггера и вторым входом второго RS-триггера, тактовый генератор, выход которого соединен с R-входом первого и второго RS-триггеров и через формирователь импульсов записи с катушкой записи, генератор образцовой частоты, выход которого соединен с первым входом элемента И, выход которого соединен с первым входом счетчика, катушка записи и вторая катушка считывания расположены на контролируемом объекте вдоль звукопровода, причем первая и вторая катушки считывания расположены симметрично относительно катушки записи, выход тактового генератора соединен со вторым входом счетчика, выходы первого и второго RS-триггеров соединены с входами элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, выход которого соединен со вторым входом элемента И. [3]
Недостатком преобразователя является низкая помехоустойчивость вследствие отсутствия проверки частоты сигнала.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является повышение помехоустойчивости за счет введения новых элементов.

Задача решается тем, что в магнитострикционный преобразователь перемещений, содержащий звукопровод, выполненный из магнитострикционного материала, на концах которого расположены демпферы, постоянные магниты, расположенные над катушкой записи считывания, два усилителя, тактовый генератор, в отличии от ближайшего аналога введены два генератора синусоидальных колебаний, три фильтра, ключ, третий усилитель, измеритель временных сигналов, мультиплексор, выход мультиплексора, первый информационный вход которого присоединен к выходу первого генератора синусоидальных колебаний, а второй информационный вход к выходу второго генератора синусоидальных колебаний, выход мультиплексора соединен через первый усилитель с катушкой записи, катушка считывания соединена со входом первого фильтра, выход которого соединен через второй усилитель с управляющим входом ключа, также катушка считывания соединена со входом второго фильтра, выход которого через третий усилитель соединен с информационным входом ключа, выход ключа соединен с первым входом измерителя временных интервалов, второй вход которого присоединен через третий фильтр к выходу мультиплексора.

На чертеже изображена схема устройства.

Магнитострикционный преобразователь перемещения содержит звукопровод 1, выполненный из магнитострикционного материала, на концах которого расположены демпферы, постоянные магниты 2 и 3, расположенные над катушкой записи 4 и катушкой считывания 5, усилители 6, 7, 8, генератор 9 синусоидальных колебаний, фильтр 10, ключ 11, измеритель 13 временных интервалов, фильтр 14, тактовый генератор 15, генератор 16 синусоидальных колебаний, мультиплексор 17, выход тактового генератора 15 подключен к управляющему входу мультиплексора 17, первый информационный вход которого присоединен к выходу генератора 9 синусоидальных колебаний, а второй информационный вход к выходу генератора 16 синусоидальных колебаний, выход мультиплексора 17 соединен через усилитель 6 с катушкой 4 записи, катушка 5 считывания соединена со входом фильтра 10, выход которого соединен через усилитель 7 с управляющим входом ключа 11, также катушка 5 считывания соединена с входом фильтра 12, выход которого через усилитель 8 соединен с информационным входом ключа 11, выход ключа 11 соединен с входом измерителя 13 временных интервалов, второй вход которого присоединен через фильтр 14 к выходу мультиплексора 17.

Преобразователь работает следующим образом.

Генератор 9 синусоидальных колебаний генерирует сигнал частотой f₁, а генератор 16 синусоидальных колебаний сигнал частотой f₂. С выхода тактового генератора 15 на управляющий вход мультиплексора 17 подаются импульсы напряжения, т.е. последовательно подается напряжение двух уровней: низкого и высокого. В зависимости от этого на выходе мультиплексора 17 присутствует сигнал, поданный на его первый или второй информационный вход. Таким образом, с выхода мультиплексора подается сигнал с последовательно меняющийся частотой: f₁ и f₂. Между циклами измерений частота колебаний равна f₁ /на выходе мультиплексора сигнал с генератора 16/. В момент t₁ частота колебаний изменяется с f₁ на f₂ /уровень сигнала на выходе тактового генератора 15 изменился и на выходе мультиплексора 17 появился сигнал с генератора 9/. Это начало цикла измерения. В этот момент фильтр 14, настроенный на частоту f₂, пропускает сигнал с генератора 9 синусоидальных колебаний на второй вход измерителя 13 временных сигналов. Также эти колебания, усиленные усилителем 6, попадают на вход катушки 4 записи. В результате этого на участке звукопровода 1, находящемся под катушкой 4, возникает ультразвуковая волна, распространяющаяся по звукопроводу 1 из магнитострикционного материала. При взаимодействии с магнитным полем постоянного магнита 2, укрепленного на подвижном объекте, изменяется намагниченность магнитострикционного материала, что вызывает появление ЭДС в катушке 5 считывания в момент времени t₂. Таким образом, время задержки Δt t₂-t₁ пропорционально перемещению подвижного объекта. Колебания с выхода катушки 5 считывания поступают на входы фильтров 10 и 12, настроенных на частоту f₁ и f₂ соответственно. Таким образом, когда придет сигнал с частотой f₂, то он пройдет только через фильтр 12 и через усилитель 8 попадает на информационный вход ключа 11. На выходе фильтра 10 в этот момент будет "0", который перейдет и на управляющий вход ключа 11. Ключ 11 настроен таким образом, что сигнал с информационного входа окажется на его выходе при условии, что на его управляющий вход подан "0". Итак, сигнал с выхода фильтра 12 через ключ 11 поступает на первый вход измерителя 13 временных интервалов, который измеряет временной интервал Δt между моментами появления на входе катушки 4 записи /t₁/ и на выходе катушки 5 считывания /t₂/. А Δt пропорционально перемещению магнита 2, который жестко связан с измеряемым объектом.

Повышение помехоустойчивости преобразователя происходит за счет введения в схему ключа 11. Если на управляющем входе ключа 11 присутствует "I" /с выхода генератора 9 синусоидальных колебаний идет частота f₂/, то, какой бы ни был сигнал на его информационном входе, на его выходе будет "0". Т.е. в случае, если в канале передачи присутствует помеха с широкой полосой частот, включающей f₁ и f₂, то на информационном входе ключа 11 будет присутствовать сигнал, но он не пройдет на вход измерителя 13 временных интервалов, т.к. на управляющем входе ключа 11 тоже будет "I" и ключ будет закрыт.

Также помехоустойчивость увеличивается за счет использования узкополосных кварцевых фильтров 10, 12, 13. При этом уменьшается вероятность прохождения помех через фильтр.

Использование: в устройствах для измерения и контроля перемещения, скорости, ускорения, применяемых в системах автоматического управления и регулирования. Сущность изобретения: устройство содержит усилитель /8/, два генератора синусоидальных колебаний (9, 16), три фильтра (10, 12, 14), ключ (11), измеритель временных интервалов (13), мультиплексор (17). 1 ил.

Магнитострикционный преобразователь перемещений, содержащий звукопровод, выполненный из магнитострикционного материала, на концах которого расположены демпферы, два постоянных магнита, расположенные соответственно в зоне действия катушки записи и катушки считывания, три усилителя, первый из которых подключен к катушке записи, и тактовый генератор, отличающийся тем, что в него введены два генератора синусоидальных колебаний, три фильтра, ключ, измеритель временных интервалов и мультиплексор, при этом выход тактового генератора подключен к управляющему входу мультиплексора, первый информационный вход которого присоединен к выходу первого генератора синусоидальных колебаний, а второй информационный вход к выходу второго генератора синусоидальных колебаний, выход мультиплексора соединен через первый усилитель с катушкой записи, катушка считывания соединена с входом первого фильтра, выход которого соединен через второй усилитель с управляющим входом ключа и входом второго фильтра, выход которого через третий усилитель соединен с информационным входом ключа, выход ключа соединен с первым входом измерителя временных интервалов, второй вход которого присоединен через третий фильтр к выходу мультиплексора.