Преобразователь линейного перемещения в код Советский патент 1986 года по МПК H03M1/06 H03M1/50 

1 Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике, а именно к цифровым устройствам преобразо вания информации, и может быть использовано для контроля линейного перемещения контролируемого объекта. Целью изобретения является повыше ние помехоустойчивости преобразователя. На фиг. 1 приведена функциональная схема преобразователя; на фиг.2 функциональная схема блока формирова ния выходного кода; на. фиг. 3 - функ циональная схема блока определения знака изменения амплитуды сигнала возбуждения; на фиг. 4 - временные диаграммы работы устройства. Преобразователь содеряшт магнитострикционный датчик 1 линейных перемещений, состоящий из демпферов 2 звуковых волн, звукопровода 3, обмот ки 4 возбуждения, первой 5 и второй 6обмоток считывания, формирователь 7импульсов возбуждения, усилителиформирователи 8,9, цифроаналоговый . преобразователь 10, блок 11 определения знака изменения амплитуды сигнала возбуж,дения, балансный компаратор 12, генератор 13 тактовых импуль сов, блок 14 формирования выходного кода, блок 15 аварийной индикации. Блок 14 формирования выходного ко да содержит элементы I-LJIH 16, триггеры 17, генератор 18 импульсов, делитель 19, элементы И 20, счетчики 21, элементы 22 задержки, сдвигающий регистр 23, регистры 24, блок 25 вычитания, блоки 26 поразрядного сравнения двух чисел, блок 27 слолсения, формирователь 28 импульсов. Блок 11 определения знака изменения амплитуды сигнала возбулодения содержит элементы ИЛИ 29, триггер 30 Формирователь 7 импульсов возбуждения содерлшт последовательно соединенные генератор несущей частоты и управляемый преобразователь напряжение-ток. Балансный компаратор 12 выполнен на основе дифференциального входного каскада по схеме генератора тока, выходного формирователя и температур ного стабилизатора, подключенного к управляемому источнику тока входного дифференциального каскада. Необ-. ходимый уровень обеспечивается подачей опорного напряжения Un на шину опорного напр51жения. 6 , 2 Блок 15 аварийной индикатдии содержит два входных ключа и сдвигающий регистр. Датчик 1 может содержать стабилизатор 31 натяжения звукопровода 3. Преобразователь работает следующим образом. В первоначальный момент преобразователь устанавливается в исходное состояние, при этом на выходе цифроаналогового преобразователя 10 устанавливается оптимальное начальное управляющее Напряжение середины диапазона регулирования, устанавливаются в нулевое состояние элементы блока 11 определения знака амплитуды сигнала возбуждения и блока 14 формирования выходного кода. Преобразователь переводится в режим работы.при подаче по шине управления устройства сигнала, который поступает на входы управления блока 15 аварийной индикации и генератора 13. По этому сигналу осуществляется установка в нулевое состояние блока 15 аварийной индикации и запуск генератора- 13. По сигналу синхронизации на первом выходе генератора 13 производится запуск генератора 18импульсов блока 14. По сигналу, формируемому на втором выходе генератора 13, производится запуск формирователя импульсов, на выходе которого будет сформиров-ан ток I . , где i - число тактов регулирования записи несущей частоты оптимального значения, опре.деляемого величиной управляющего напряжения Uynp.i , поступающего на его вход управления с выхода цифроаналогового преобразователя 10. По поступлению импульса с генератора I3 на вход фюрмирователя 7 импульсов возбуждения,- на его выходе формируется ток амплитуды, определяемой величиной , с выхода цифроаналогового преобразователя 10 с несущей частотой , где Т - период следования импульсов генератора 13. Ток записи несущей частоты f с выхода формирователя 7 поступает на вход магнитострикционного датчика 1 линейных перемещений (фиг.1) и проходит в его элемент записи, который неподвижно закреплен соосно со звукопроводом 3. Прохождение тока записи несущей частоты через активную среду элемен3та записи формирует под ним в звуке проводе 3 информационные механические волны несущей частоты соответст вующей амплитуды вследствие прямого магнитострикционного эффекта, которые начинают распространяться в обе стороны по звукопроводу 3 со скоростью V от источника сообщения,Так в соответствующие моменты времени механические волны несущей частоты распространяясь влево и вправо по звукопроводу 3, минуя первую 5 и вт рую 6 обмотки считывания, достигают демпферов 2 звуковых волн, жестко закрепленных на его концах, и полностью рассеивают на них свою энергию. Этим устраняется образование механических волн обратного хода. Распространяясь вправо по звукопроводу 3, информационные механичес кие волны несущей частоты в моменты времени: Т,, и Т iJV, . . где Е - расстояние до неподвижной обмотки 5 считьгоания; f - расстояние до подвижной обмотки считывания, кинематически соединенной с объектом, наводят в обмотках 5 и 6 соответстБую1 ;ие по величине ЭДС сигналы: . и, К„ А - а - а-Е , и. К„ А где А-Д - амплитуда информационной механической волны; мс О,9...О,85 - коэффициент магнитомехан}гческой связи; а - коэффициент затухания вследствие обратного магни тострикционного эффекта. Наведенные импульсные ЭДС сигналы несущей частоты с обмоток 5 и 6 поступают в соответствующие моменты времени и Т на информационные входы первого и второго усилителей 8 и 9,.. Сигнал с выхода усилителя 9 поступает на первый вход блока 11, про изводит его переключение в режим пр мого регулирования и проходит на пе вый информационный вход блока 14, Информационный сигнал текущей ам литуды с выхода усилителя 8 поступает на информационный вход балансного компаратора 12 и второй информ ционный вход блока 14, В балансном компараторе 12 осуществляется анали 64 амплитуды информационного сигнала относительно заданного опорного напряжения и, подаваемого на опорньй вход балансного компаратора 12 и определяющего уровень регулирования амплитуды информационной механической волны в магнитострикционном канале передачи датчика. Имеют место следующие текущие условия: U . и и , В зависимости от выполнения 7 п ТОГО или иного условия на цифровом выходе балансного компаратора 12 сформирован сигнал соответствующей полярности, который управляет работой блока 11 его второму входу. Так, например, при выполнении условия и Up на выходе балансного компаратора 1-2 сформирован импульсный сигнал низкого уровня, по которому переключены в исходное (нулевое) состояние блок 15 аварийной индикации и блок 11, так что в следующем такте преобразования цифровой импульсный сигнал опроса с второго выхода генератора 13 проходит через вход синхронизации блока 11 на его инверсный выход. В другом случае (при вьтолнении условия и Un j на цифровом выходе балансного компаратора 12 выставлен статический высокий уровень, по которому не производится переключение в исходное состояние блока 15 аварийной индикации и блока 11, Поэтому в следующем такте преобразования сигнал с второго выхода генератора 13 проходит через вход синхронизации блока I1 на его прямой выход, а также формирует на выходе блока 15 аварийной индикации сигнал Авария, Таким образом, при правильной работе цифрового канала регулирования на выходах блока 11 поочередно форируются импульсные сигналы управлеия, которые управляют работой цифоаналогового преобразователя 10, и а его выходе формируется соответстующее управляющее напряжение, что риводит к аналогичному изменению абочего тока записи несущей частоы. На выходе формирователя 7 устройтва в свою очередь это приводит к оответствующему изменению амплитуы информационной механической волы в магнитострикционном канале пеедачи датчика 1 линейных перемещеий. S1 Следовательно, в процессе работы устройства канал регулирования отсле ш-1вает заданный уровень амплитуды информационных механических волн в магнитострикидонном канале передачи датчика линейных перемещений, чем достигается повышение помехоустойчивости устройства. Вычисление выходного кода результата преобразования линейного переме щения выполняется в блоке 14, вариант выполнения которого показан на фиг.2. Работа блока 14 основана на итерационном вычислении (вычитании) итогового 1ЩФРОВОГО кода результата Np N,/N. По сигналу синхронизации начальной фазы текущего такта преобразования генератора 13, поступающего на вход синхронизации блока 14, производится установка в исходное состоя ние элементов 17,21 и запуск генера тора 18 блока 14. С приходом сигна ла высокого уровня с выхода генератора 13 на вход блока 14 этот импул проходит на 1-й вход элемента РШИ 16-1 и на вход формирователя 28 импульсов. На выходе формирователя 28 сформирован импульсньш сигнал высокого урйвня, по которому осуществляе;уся перезапись кодов N , и N с выход од л ных разрядных шин счетчиков 21-1 и 21-2 делителя и делимого в регистры 23 и 24, установка в нулевое состоя ние счетчика 21-3 и установка в едй ничное состояние триггера 17-3 чере время 22 ,ЧЛ где f - время задер:кки распростра нения сигнала элементов задержки; з пйза-Г записи информа11;и-и в регистры 23 и 24, установка в нулевое состояние счетчиков 21-1, 21-2 делителя и делимог т.е. осуществляется их подготовка к очередному щ-1клу преобразова11ия. Сигнал от генератора 13, пройдя через элемент ИЛИ 16-1, устанавлнва ет в еди1П1чное состояние 1-й тригге 17-1, по выходному сигналу высокого уровня которого занускается генератор 18 блока 14. Сигналы частоты f с выхода гене ратора 18 поступают на вход делителя 19 частоты и на входы элементов И 20 и через открытый элемент И 20 66 проходят на прямой счетный вход счетчика 21-1 делителя, формируя на его выходной разрядной шине двоичный код N f Т f ff /V) оХ -о о где fp - опорная частота; V - скорость распространения звуковой волны в канале передачи (звукопроводе). Формирование этого двоичного кода Ng заканчивается с приходом импульсного сигнала высокого уровня через время выхода усилителя 9. Триггер 17-1 переключается в нулевое состояние. По его нулевому выходному сигналу осуществляется блокирование прохождения импульсов генератора 18 через элемент И 20-1. Одновременно этот импульс через элемент ИЛИ 16-2 поступает на вход триггера 17-2 и устанавливает его в единичное состояние, открьшается элемент И 20-2 и через элемент ИЛИ 16 осуществляется перезапуск генератора 18 (фиг.2). Теперь в счетчике 21-2 формируется код ;}елимого , „ (E,/V). Формирование этого кода заканчивается с приходом еигнала высокого уровня через время Т с выхода усилителя 8. Этот сигнал поступает на счетный вход триггера 17-2, переводит его в нулевое состояние. Низкий уровень его выходного сигнала осуществляет блокирование прохождения импульсов генератора 18 через элемент И 20-2, Независимо от формирования текущих значений N и N осуществляется обработка этой ннс1)орма1щи предыдуи;его цикла преобразования с момента запуска генератора 18, т.е. выполняется вычисление двоичного кода N., N, - N, на основе операции Р V ох логического вычитания. Рассмотрим принцип работы этой части устройства. Как было выше отмечено, в регистры 23 и 24 через времяТ с начала очередного цикла преобразования будут занесены коды N и N. С запуском генератора 18 начинается процесс вычисле1П-1я итогового результата Np преобразования. Частота где К - коэффициент деления делителя 19, поступает через элемент И 20-3 на второй вход синхро7низации сдвигающего регистра 23 и н вход счетчика 21-3 частного (фиг.2) Регистр 23 включен по кольцевой схеме с блоком 25 вычитания, что по воляет по каждому импульсу частоты fj, /К формировать на его выходной разрядной шине разностный код а счетчик 21-3 частного будет подсч тывать число итерационных циклов, т.е. формирование двоичного кода N, результата. Этот код результата пол ностью сформирован- при выполнении неравенства €0 (при условии ) этом случае на выходе бл ка 25-2 сформирован сигнал высокого уровня (при выполнении неравенства - NQ )i по которому производит ся переключение триггера 17-3 в нул вое состояние. По этому же сигналу блока 25-2 через время ЭОЛ 22-2 гТ где , - время задержки элемен та 22-2, двоичный код N результата с выход ной разрядной шины блока 27 сложени переписывается в регистр 24-2 частного, разрядный выход которого соединен с выходной разрядной щиной дан ных устройства (фиг. 1 и 2), Блок 25-1 осуществляет анализ остатка полученной разности N -N, и если эта разность составляет величинуNX остатка, то к двоичному коду Кррезультата, сформированного на выходной разрядной шине счетчика 21-3 частного, прибавляется значащая младшая единица, в противном случае о, т.е. производится округление итогового результата вычисления до целого младшего двоичного разряда, чем достигается повьшгение точности вычисления выходного кода устройства (фиг. 2-1). Формула изобретения 1. Преобразователь линейного перемещения в код, содержащий магнитострикционньй датчик линейных перемещений, состоящий из звукопровода с демпферами, размещенными на его концах, на котором расположена обмотка возбуждения и первая обмотка считы56 , кинематически соединенная с вания объектом, генератор тактовых импульсов, выход которого подключен к входу запуска формирователя импульсов возбуждения, выход которого подключен к обмотке возбуждения, выход первой обмотки считывания подключен к входу первого усилителя-формирователя,отличающийся тем, что, с целью повышения помехоустойчивости преобразователя, в него введены вторая обмотка считывания, которая размещена неподвижной на звукопроводе, второй усилитель-формирователь,-блок формирования выходного кода, балансный компаратор, блок определения знака изменения амплитуды . сигнала возбуждения, цифроаналоговый преобразователь, блок aвapийIioй индикации, шина опорного напряжения и шина управления, а формирователь импульсов возбуждения выполнен управляемым, управляющий вход которого подключен к выходу цифроаналогового преобразователя, выход первого усилителя-формирователя подключен к первым входам блока определения знака изменения амплитуды сигнала.возбуждения и блока формирования выходного кода, выход второй обмотки считывания через второй усилитель-формирователь подключен к одному входу балансного компаратора и второму входу блока формирования выходного кода, другой вход балансного компаратора подключен к шине опорного напряжения, а выход - к первому входу блока аварийной индикации и второму входу блока определения знака изменения амплитуды сигнала возбуждения, один- выход генератора покдлючен к третьему входу блока формирования выходного кода, а другой - к второму входу блока аварийной индикации и третьему входу блока определения знака изменения амплитуды сигнала возбуждения, а шина управления подключена к входу генератора и третьему входу блока аварийной индикации, выходы блока определения знака измеения амплитуды сигнала возбуждения оединены с входами цифроаналоговоо преобразователя. 2. Преобразователь по п.1, о т ичающийся тем, что блок ормирования выходного кода содерит формирователь импульсов, три элеента ИЛИ, три- триггера, три элемен9та И, три счетчика, два элемента за держки, два регистра, сдвигающий регистр, блок вычитания, блок сложе ния, два блока поразрядного сравнения двух чисел, генератор импульсов и делитель, первые входы первого и второго элементов ИЛИ объединены и являются первым входом блока, второй вход второго элемента ИЛИ является вторым входом блока, второй вход пер вого элемента ИЛИ является третьим входом блока и подключен через форми рователь импульсов к синхровходу пер вого регистра, первому синхровходу сдвигакщего регистра, к прямому входу первого триггера и нулевому входу первого счетчика и через первый элемент задержки к входам установки в ноль,второго и третьего счетчиков, выходы которых подключены соответственно к информационным входам первого регистра и первой группе информационных входов сдвигающего регистра, выходы первого и второго элементов ИЛИ подключены к прямым входам второго и третьего триггеров, прямые входы которых подключены к первым входам соответственно первого и второго элементов И и первому и второму входам третьего элемента ИЛИ, выход которого через генератор импульсов подключен к вторым входам первого и второго элементов И и через делитель к первому входу третьего элемента И, выход которого подключен к второму синхровходу сдвигающего регистра 36 и счетнот.;у входу первого счетчика, выходы которого подключены к одной : группе входов блока сложения, выходы которого подключены к информационным входам второго регистра, выходы которого являются выходами блока, выходы сдвигающего регистра и первого регистра подключены к соответствующим группам входов блока вычитания, выходы которого подключены к второй группе информационных входов сдвигающего регистра, выходы первого регистра подключены к первой группе входов первого блока поразрядного сравнения двух чисел, выходы первого регистра, кроме последнего , подключены к первой группе входов второго блока поразрядного сравнения двух чисел, вторые группы входов блоков поразрядного сравнения двух чисел подключены к выходам сдвигающего регистра, выход первого блока поразрядного сравнения двух чисел подключен к нулевому входу первого триггера и через второй элемент задершш к синхровходу второго регистра, выход второго блока поразрядного сравнен1-ш двух, чисел подключен к второй группе входов блока сложения, выход первого триггера подключен к третьему входу третьего элемента ИЛИ и второму входу третьего элемента И, выходы первого и второго элементов подключены к счетным входам соотетственно третьего и второго счетиков.

Изобретение относится к области автоматики и вычислительной техники. С целью повьппения помехоустойчивости преобразователя, содержащего магнитострикционньгй датчик линейных перемещений, на звукопроводе которого расположена обмотка возбуждения и одна обмотка считывания, кинематически соединенная с объектом, генератор тактовых импульсов, формирователь импульсов возбуждения, один усилитель-формирователь, в него введены другая обмотка считывания, которая вьшолнена неподвижной, другой усилитель-формирователь, блок формирования выходного кода, балансньй компаратор, блок определения знака изменения амплитуды сигнала возбуждения. цифроаналоговый преобразователь,блок аварийной индикации, шина опорного напряжения и шина управления, а формирователь импульсов возбуждения вы: полнен управляемым. По сигналу,поступающему по шине управления, осуществляется запуск генератора, который запускает генератор формирователя импульсов возбуждения, на выходе которого формируется ток записи амплитуды, определяемой величиной сигнала управления с ЦАП и частотой f 1/Т, где Т - период следования импульсов генератора преобразователя. Величина сигнала управления опс SS ределяется по сигналу, принимаемому неподвижной обмоткой считывания, и сигналу балансного компаратора,где осуществляется сравнение с уровнем опорного напряжения, сигнал которого также свидетельствует о исправности магнитострикционного датчика. Сигналы с подвижной и неподвижной обмоток поступают на вход блока форЮ мирования выходного кода в моменты Т и TQJ( соответственно, где по ним вычисляется выходной код, соответст 4 вующий перемещению. 1 з.п. ф-лы, 4 ил. СЛ оэ