МАГНИТОСТРИКЦИОННЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ Российский патент 1998 года по МПК G01B17/02 

Изобретение относится к автоматике и измерительной технике и может быть использовано в системах автоматического измерителя и контроля перемещений с микроЭВМ в контуре управления для преобразования линейных перемещений в цифровой код.

Известен магнитострикционный преобразователь перемещений, содержащий звукопровод с демпфером, неподвижную катушку возбуждения, соединенный с ней формирователь импульсов записи, две подвижные приемные катушки с постоянными магнитами, связанный с ними усилитель-формирователь импульсов считывания [1] .

Однако наличие подвижных приемных катушек затрудняет реализацию преобразователя для больших перемещений.

Известно также устройство для преобразователя линейного перемещения в код [2] , содержащее звукопровод, демпферы, постоянные магниты, катушки возбуждения и считывания, преобразователь время -код и регистр памяти, управляющий количеством суперпозиционно включенных катушек возбуждения в зависимости от диапазона преобразования. Однако температурная стабильность этого устройства невысока.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является преобразователь положения в код [3], содержащий звукопровод, демпферы, катушку записи, две катушки считывания и магниты, а информацией об измеряемой перемещение служит отношение цифрового кода измеряемого положения X от катушки записи до первой катушки считывания, определенного во втором такте, к сумме предыдущего кода и цифрового кода опорного расстояния, а от катушки записи до второй катушки считывания.

Однако реализация такого алгоритма преобразования организована в два такта, что сопряжено с определенными сложностями, возрастающими с увеличением диапазона преобразования. К тому же двухтактное преобразование приводит к уменьшению быстродействия преобразователя. Помехоустойчивость данного магнитострикционного преобразователя недостаточно высока, так как с установкой дополнительной катушки считывания увеличивается вероятность приема импульсных помех. Кроме того, данный магнитострикционный преобразователь не предусматривает защиты от механических помех, существенно влияющих на работу ультразвуковых преобразователей [4].

Целью изобретения является повышение быстродействия и помехоустойчивости ультразвуковых преобразователей перемещений. Это достигается тем, что в электронную схему преобразователя, содержащего магнитострикционную линию с демпферами на концах, неподвижную приемную катушку с постоянным магнитом, подвижную катушку записи, формирователь записи, выходом соединенный с катушкой записи, усилитель считывания, входом соединенный с выходом катушки считывания, делитель частоты, выходом соединенный со входом формирователя записи, генератор счетных импульсов, выходом соединенный со входом делителя частоты, RS-триггер, входом установки в нулевое состояние соединенный с выходом делителя частоты, регистр, информационным входом соединенный с входом счетчика, дополнительно введены неподвижная опорная катушка записи, входом соединенная с выходом формирователя записи, подвижная базовая катушка записи, жестко соединенная с подвижной измерительной катушкой записи и входом соединенная с выходом формирователя записи, счетчик режима, входом прямого счета соединенный с выходом усилителя считывания, а выходом установки в нулевое состояние - с выходом делителя частоты, два одновибратора, входами соединенные с выходами "1" и "2" счетчика режима, схема задержки, входом соединенная с выходом одновибратора, соединенного с выходом "1" счетчика режима, первая схема совпадения, входами соединенная с выходами "1" и "2" счетчика режима, вторая схема совпадения, входами соединенная с выходом схемы задержки и выходом одновибратора, входом соединенного с выходом "2" счетчика режима, третья схема совпадения, входами соединенная с выходом генератора счетных импульсов и выходом RS-триггера, второй RS-триггер информационным входом соединенный с выходом второй схемы совпадения, а выходом установки в нулевое состояние - с выходом делителя частоты, опорная схема совпадения, входами соединенная с выходом второго RS-триггера и выходом первой схемы совпадения, опорный регистр, информационным входом соединенный с выходом счетчика, а выходом "Запись" - с выходом опорной схемы совпадения.

На чертеже представлена блок-схема магнитострикционного преобразователя перемещений.

Преобразователь содержит звукопровод 1 с демпферами 2 на концах, опорную катушку записи 3, базовую катушку записи 4, измерительную катушку 5, приемную катушку 6, формирователь записи 7, выходом соединенный с опорной 3, базовой 4 и измерительной 5 катушками записи, делитель частоты 8, выходом соединенный с выходом формирователя записи 7, генератор счетных импульсов 9, выходом соединенный с выходом делителя частоты 8, усилитель считывания 10, входом соединенный с катушкой считывания 6, счетчик режима 11, входом прямого счета соединенный с выходом усилителя считывания 10, а входом установки в нулевое состояние - с выходом делителя частоты 8, первый RS-триггер 12, информационным входом соединенный с выходом "1" счетчика режима 11, а входом установки в нулевое состояние - с выходом делителя частоты 8, первую схему совпадения 13, входами соединенную с выходами "1" и "2" счетчика режима 11, одновибратор 14, входом соединенный с выходом "1" счетчика режима 11, одновибратор 15, входом соединенный с выходом "2" счетчика режима, третью схему совпадения 16, входами соединенную с выходом генератора счетных импульсов 9 и с выходом RS-триггера 12, схему задержки 17, входом соединенную с выходом одновибратора 14, вторую схему совпадения 18, входами соединенную с выходом схемы задержки 17 и выходом одновибратора 15, второй RS-триггер 19, информационным входом соединенный с выходом второй схемы совпадения 18, а выходом установки в нулевое состояние - с выходом делителя частоты 8, опорную схему совпадения 20, входами соединенную с выходом второго RS-триггера 19 и с выходом первой схемы совпадения 13, счетчик 21, входом прямого счета соединенный с выходом третьей схемы совпадения 16, и входом установки в нулевое состояние - с выходом делителя частоты 8, регистр 22, информационным каналом соединенный с выходом счетчика 21, входом "Запись" - с выходом второй схемы совпадения 18, а входом установки в нулевое состояние - с выходом делителя частоты 8, опорный регистр 23, информационным входом соединенный с выходом счетчика 21, входом "Запись" - с выходом опорной схемы совпадения 20, а входом установки нулевое состояние - с выходом делителя частоты 8.

Преобразователь работает следующим образом. Генератор счетных импульсов 9 через делитель частоты 8 с помощью формирователя записи 7 и опорную 4 и измерительную 5 катушки записи создает в звукопроводе 1 в результате эффекта магнитострикции три упругих волны, распространяющихся по звукопроводу. Одновременно с этим импульс записи приводит в нулевое состояние счетчик режима 11, первый RS-триггер 12, второй RS-триггер 19, счетчик 21, регистр 22 и опорный регистр23.

Первая упругая волна от измерительной катушки 5, достигнув катушки считывания катушки 6,создает в ней импульс напряжения, который усиливается усилителем 10.

При появлении первого сигнала считывания на входе прямого счета счетчика режима 11 на выходе "1" счетчика устанавливается единица, которая устанавливает на выходе первого RS-триггера 12 единицу, разрешающую прохождение импульсов генератора счетных импульсов 9 через третью схему совпадения 16 в счетчик 21. Одновременно с этим высокий потенциал на выходе "1" счетчика режима 11 запускает одновибратор 14, и сформировавшийся импульс поступает на вход схемы задержки 17.

Вторая упругая волна от базовой катушки записи 4,достигнув катушки считывания 6, создает в ней импульс напряжения, который усиливается усилителем 10.

При появлении второго сигнала считывания на входе прямого счета счетчика режима 11 на выходе "2" счетчика устанавливается "1", которая запускает одновибратор 15, и сформировавшийся импульс в случае одновременного прихода с импульсом из схемы задержки 17 разрешает запись в регистр 22 из счетчика 21 цифрового кода, а расстояния X₂-X₁:

где f - частота счетных импульсов тактового генератора;
V - скорость ультразвука в звукопроводе;
X₂ - расстояние от базовой катушки записи до катушки считывания;
X₁ - расстояние от измерительной катушки записи до катушки считывания ,
а также устанавливает на выходе второго RS-триггера 16 высокий потенциал.

Третья упругая волна от опорной катушки записи 3, достигнув катушки считывания 6,создает в ней импульс напряжения, который усиливает усилителем 10.

При появлении третьего сигнала считывания на входе прямого счета счетчика режима 11 на выходах "1" и "2" счетчика устанавливаются "Лог.1", через первую схему совпадения 13 и опорную схему совпадения 20 разрешающие запись в опорной регистр 23 из счетчика 21 цифрового кода N_b расстояния X_m-X₁:

где f - частота счетных импульсов тактового генератора;
V - скорость ультразвука в звукопроводе;
X_m - расстояние от опорной катушки записи до катушки считывания;
X₁ - расстояние от измерительной катушки записи до катушки считывания.

Таким образом, одним счетчиком за один такт измерения осуществляется набор данных N_a и N_b. По команде "Выход данных" информация передается в систему управления, вычислительное устройство которой осуществляет обработку цифровых кодов в соответствии с алгоритмом преобразования, имеющим вид:

где Δx -базовое расстояние от измерительной катушки записи до базовой катушки записи;
X - положение объекта контроля.

Реализация такого алгоритма преобразования обеспечивает высокую повторяемость статической характеристики устройства при измерении температуры окружающей среды, схеме магнитостракционной линии и ее естественном старении, простоту определения базового расстояния от измерительной катушки записи до базовой катушки записи. К тому же реализация такого алгоритма преобразования исключает появление погрешности или нелинейности из-за переходных процессов в катушках возбуждения и приемной катушке, задержек в соединительных кабелях,поскольку импульсы "Старт" и "Стоп" формируются при прохождении через одни и те же узлы преобразователя.

Помехоустойчивость преобразователя повышается вследствие поведения схемы задержки, так как запись со счетчика 21 в регистр 22 и опорный регистр 23 произойдет только при возбуждении звукопровода в зоне расположения измерительной катушки возбуждения и базовой катушки возбуждения.

Увеличение быстродействия преобразователя достигается за счет использования однотактного цикла преобразования.

Использование:автоматика и измерительная техника. Сущность:в устройство введены неподвижная опорная катушка записи, подвижная базовая катушка записи, счетчик режима, два одновибратора, схема задержки, четыре схемы совпадения, RS-триггер и опорный регистр. 1 ил.

Магнитострикционный преобразователь перемещений, содержащий звукопровод с демпферами на концах, неподвижную приемную катушку с постоянным магнитом, подключенный к ней усилитель считывания, последовательно соединенные генератора счетных импульсов, делитель частоты и формирователь записи, подключенную к нему подвижную катушку записи, первый RS-триггер, R-вход которого связан с выходом делителя частоты, связанную с выходом первого RS-триггера первую схему совпадения, подключенный к ее выходу первый счетчик, вход сброса которого связан с выходом делителя частоты, отличающийся тем, что в него введены неподвижная опорная катушка записи, подключенная к усилителю записи, подвижная базовая катушка записи, жестко соединенная с подвижной катушкой записи и связанная с усилителем записи, счетчик режима, счетным входом соединенный с усилителем считывания, последовательно соединенные первый одновибратор, схема задержки, вторая схема совпадения, второй RS-триггер, третья схема совпадения и опорный регистр, второй одновибратор, включенный между выходом "2" счетчика режима и вторым входом второй схемы совпадения, четвертая схема совпадения, входами подключенная соответственно к выходам счетчика режима, а выходом к второму входу третьей схемы задержки, и регистр, С-вход которого связан с выходом второй схемы задержки, выход "1" счетчика режима подключен к входу первого одновибратора и S-входу первого RS-триггера, информационные выходы счетчика соединены с информационными входами регистров, а выход делителя частоты подключен к входам сброса регистров, счетчика режимов и второго RS-триггера.