Преобразователь скорости перемещения в код Советский патент 1987 года по МПК H03M1/26 

1

Изобретение относится к автоматике и измерительной цифровой технике.

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей преобра- зователя скорости перемещения в код .за счет возможности определения направления перемещения.

На чертеже приведена структурная схема преобразователя скорости перемещения в код.

Преобразователь содержит генера-- тор 1 импульсов, элементы И 2 и 3, триггер 4, реверсивньй счетч1 к 5, регистр 6, элемент ИЛИ-НЕ 7, датчик 8 циклов, элементы ИЛИ 9 и 10, триггер 11, счетчик 12 импульсов, дешифратор 13, элементы И 14 и 15 элемент НЕ 16, элементы И 17 и 18, маг- нитострикционный преобразователь 19, усилитель 20 считывания, элемент ИЛИ 21, усилитель 22 записи, магнито- стрикционные преобразователь 23 и 24, усилитель 25 считывания, элемент ИЛИ 26, усилитель 27 записи, магнито стрикционный преобразователь 28, зву копровод 29, глушители 30 и 31,

Магнитострикционные преобразовате ли 19, 23, 24, 28, звукопровод 29 и глушители 30 и 31 образуют датчик 32 скорости.

Преобразователь работает следующим образом.

Первый импульс (старт-импульс) с выхода датчика 8 циклов устанавливает триггеры 4 и 11 и реверсивный счетчик 5 в нулевые состояния и, проходя через элемент ИЛИ 9, устанавливает счетчик 12 импульсов в нулевое состояние, В этом случае потенциал одного выхода триггера 4 будет разрешающим для элемента И 2, потенциал его другого выхода - запрещающим для элемента И 3, а потенциал с выхода триггера 11 - разрешающим для элементов И 2 и 3, После этого через элемент И 2 на вход сложения реверсивного счетчика 5 начинают поступать импульсы от генератора 1, имеющего высокую стабильность частоты. Кроме того, старт-импульс с выхода датчика 8 циклов поступает через элемент ИЛИ .10 на вход усилителя 22 записи, а затем на обмотку входного магнито- стрикционного преобразователя 23. Под действием этого усиленного импульса в звукопроводе 29 в зоне его прямого преобразования вследствие прямого эффекта магнитострикции воэ 272922

пикает импульс механического напряжения. Этот импульс распространяется по звукопроводу 29 со скоростью звука Vi и поступает в зону обратного преобразования выходного магнитострик- ционного преобразователя 19, где он вследствие обратного эффекта магнитострикции преобразуется в электричес10 кий сигнал, который затем усиливается и формируется в импульс усилителем 20 считывания. Этот импульс будет задержан по отношению к старт- импульсу при нулевой скорости переме15 щения объекта и при нормальной рабочей температуре на время

. t3B

-з«л- V,,

20

где f

25

30

jg - длина звукопровода 29 между входным и выходным преобразователями 23 и 19, Если скорость перемещения объекта больше нуля и направление перемещения направлено слева направо, то за время tjg выходной преобразователь 19 перемещается на расстояние

зад 17Ер9

ЧТО, в свою очередь, вызывает приращение времени задержки на величину

At- f - Р -Эoljs,. пер, -2af, j

Изменение окружающей температуры 35 на й1° относительно номинальной рабочей температуры вызывает дополнительное изменение времени задержки на величину

40 . зад.т - f tjc.- Т,

где г - температурный коэффициент задержки для звуковопрово- да 29,

Таким образом, на выходе усилите- 45 ля 20 считывания появляется первый импульс, который задерживается по отношению к старт-импульсу с учетом влияния скорости перемещения объекта и изменения окружающей температуры 50 на время

t

зад

+ 4t

зад.пер

. tdt

за.т

Этот импульс поступает через элемент ИЛИ 21 на вход счетчика 12 им- 55 пульсов, а также на один из входов элементов И 14 и 17. На другой вход элемента И 17 поступает запрещающий потенциал с выхода элемента НЕ 16, на вход которого поступает потенциал

с k-1-го выхода дешифратора 13. Поэтому на выходе элемента И 17 отсутствует импульс.

В это же время на второй вход элемента И 14 поступает разрешающий по- тенциал с k-1-го выхода дешифратора 13, Поэтому импульс, снимаемый с усилителя 20 считывания, проходит через элементы И 14, ИЛИ 10, поступает на усилитель 22 записи, совершив циркуляцию по приведенной цепи, вновь появляется на выходе усилителя 20 считывания через время t относительно

10

ствием усиленного импульса в .звуко- проводе 29 в зоне прямого преобразования 28, возникает импульс механического напряжения, который распространяется по звукопроводу 29 со скоростью звука Vjj и поступает в зону обратного преобразования выходного магнитострикционного преобразователя 24, где он преобразуется в электрический сигнал. Этот сигнал усиливается и формируется в импульс усилителем 25 считывания.

Так как магнитострикционные престарт-импульса, являясь вторьм в час- образователи 28 и 24 расположены возтотнои последовательности, где ty

2t , иГ

Таким образом, на выходе усилителя 20 считывания формируется последовательность импульсов с периодом, равным t. Эти импульсы подсчитываются счетчиком 12 импульсов, причем k-1-й импульс этой последовательности проходит через элемент И 14 и далее - по цепи циркуляции и, поступая на вход счетчика 12, вызывает появление на k-1-м выходе дешифратора 13 запрещающего потенциала для элемента И 14 На выходе инвертора- 16 появляется разрешающий потенциал для элемента И 17, После этого цепь циркуляции импульсов разрывается и очередной k-й импульс (стоп-импульс), пoявляюш йcя на выходе усилителя 20 считывания, проходит только через элемент И 17 на вход триггера 4, устанавливая его в состояние, при котором элемент И 2 закрывается и прекращается поступление импульсов с генератора 1 на вход сложения реверсивного счетчика 5. В последнем зафиксировано число импульсов

,-I--и

-И1

где Т, - период следования импульсов

с выхода генератора 1. В это же время потенциал с выхода триггера 4 будет разрешающим для элемента И 3, Поэтому импульсы с генератора 1 начинают проходить через эле- Яент И 3 на вход вычитания реверсивного счетчика 5, Кроме того, стоп- импульс с выхода элемента И 17 проходит через элемент ИЛИ 9, устанавливая счетчик 12 импульсов в нулевое состояние, а также через элемент ИЛИ 26, усилитель 27 записи и поступает на обмотку входного магнитострикционного преобразователя 28. Под дей

ствием усиленного импульса в .звуко- проводе 29 в зоне прямого преобразования 28, возникает импульс механического напряжения, который распространяется по звукопроводу 29 со скоростью звука Vjj и поступает в зону обратного преобразования выходного магнитострикционного преобразователя 24, где он преобразуется в электрический сигнал. Этот сигнал усиливается и формируется в импульс усилителем 25 считывания.

Так как магнитострикционные пре

ле звукопровода 29 неподвижно и на фиксированном расстоянии между собой, то появляющийся на выходе усилителя 25 считывания первый импульс будет задержан по отношению к стоп- импульсу на время

UB

зад

36

25

29 меж30

где 36 длина звукопровода

ду магнитострикционными преобразователями 28 и 24.

Изменение окружающей температуры на й1° относительно номинальной рабочей температуры вызывает дополнительное изменение времени .задержки на величину

,0

il зяд.у- ± у Тзад

и Г

35 Таким образом, на выходе усилителя 25 считывания появляется импульс, который задерживается по отношению к стоп-импульсу на время

40

tVi - t jp, 4- ;3 tjjj,

Этот импульс поступает через элемент ИЛИ 21 на вход счетчика 12.импульсов, а также на один из входов

45 элементов И 15 и 18. На другой вход элемента И 18 поступает запрещающий потенциал с выхода элемента НЕ 16, Поэтому импульс через элемент И 18 не проходит. В то же время на второй

50 вход элемента И 15 поступает разрешающий потенциал с k-1-го выхода дешифратора 13, Поэтому импульс, снимаемый с усилителя 25 считывания, проходит через элементы И 15, ИЛИ 26,

55 усилитель 27 записи и, совершив циркуляцию по приведенной цепи, вновь появляется на выходе усилителя 25 считывания через время t. относительно стоп-импульса, являясь вторым

частотной последовательности, где tvj - 2t.

Эти импульсы подсчитьшаются счетчиком 12 импульсов. После k-1-го импульса потенциал с выхода дешифратора 13 становится запрещающим ,цля элемента И 15, ас выхода элемента НЕ б - разрешающим для элемента И 18. После этого цепь циркуляции импульсов раз травление перемещения объекта совпадает с направлением распространения ультразвуковых импульсов от входного преобразователя 23 к выходному преобразователю 19. Поэтому к моменту прихода импульса с выхода элемента И 18 триггер 4 находится в состоянии, когда потенциал его первого выбудет запрещающим дпя элеменхода

рывается и очередной k-й импульс, по- JO та И 2. Это соответствует случаю являющийся на выходе усилителя 25 занесения в регистр 6 кода знака насчитывания, проходит только через элемент И 18 на второй вход триггера 1 1 , устанавливая его в состояние, при котором элементы И 2 и И 3 закрываются. Поступление импульсов на вход вычитание реверсивного счетчика 5 npeL прекращается и в нем будет зафиксировано число импульсов

dN N - Nj,

де

Ы„ Какений

4N

число импульсов, по- ступивших на вход вычитание реверсивного счетчика 5, следует из приведенных уравЬ Ьвт v

зв

V

пер

Отсюда следует, что зафикисирован- ньй в реверсивном счетчике 5 цифровой код HN не зависит от окружающей температуры и изменяется прямо пропорционально изменению скорости пере- мещения измеряемого объекта, а следовательно, однозначно его определяет. Таким образом, чем большими будут k и Ijg и меньшим Т , тем большим будет зафиксированное число им- пульсов &N 3 реверсивном счетчике 5, а следовательно, тем выше будет точность измерения Vpep, являющейся скоростью перемещения за промежуток времени, равный

tcp )

Код dN скорости перемеп(ёния V,,tp поступает с разрядных выходов реверсивного счетчика 5 на разрядные входа регистра 6 кода скорости перемещения и переносится в него импульсом, поступающим с выхода элемента И 18. Одновременно с этим в регистр 6 кода скорости перемещения поступает также код знака направления перемещения, снимаемый с первого выхода триггера 4, В указанном случае на травление перемещения объекта совпадает с направлением распространения ультразвуковых импульсов от входного преобразователя 23 к выходному преобразователю 19. Поэтому к моменту прихода импульса с выхода элемента И 18 триггер 4 находится в состоянии, когда потенциал его первого выбудет запрещающим дпя элеменхода

правления перемещения 00 (роложи- тельное направление перемещения). Глушители 30 служат для устранения отраженных ультразвуковых импульсов от концов звукопровода 29, а глушитель 31 - для исключения взаимного влияния рабочей/и опорной пары магнитострикционных преобразователей.

После поступления следующего импульса с выхода датчика 8 циклов происходит второй цикл измерения, т.е. указанный процесс измерения V

повторяется и т.д. Датчик 8 циклов представляет собой генератор импульсов, который для надежной работы устройства должен иметь период повторения T р выходных импульсов

TU. k(t,,.

Если в какой-то момент времени , то в этом случае ,, а следовательно, .

Если перемещение объекта изменяет свое направление, т.е. становитсд противоположным направлению распространения ультразвуковых импульсов от входного преобразователя 23 к выходному преобразователю 19, то это вызывает отрицательные изменения

46- .пер i следовательноS

41

для этого случая

4i - ЗоА.пер - soiA.ri

40 45

а значит N, N,

50

55

поэтому t : ty, U ,1 , 1.,,

В режиме вычитания в момент времени , когда код на разрядных выходах реверсивного счетчика 5 становится равным нулю, на выходе элемента ИЖ-НЕ 7 появляется потенциал единицы, который, поступая на счетный вхо триггера 4, переводит его в противоположное состояние и изменяет тем самым режим вычитания в реверсивном счетчике 5 на режим суммирования, который будет продолжаться до момента появления импульса с выхода элемента И 18. Под действием этого импульса переключается триггер 1, после чего элементы И 2,и 3 закрываются. Код скорости перемещения, равный

dN

N,

переносится из реверсивного счетчика 5 в регистр 6. Одновременно с этим в регистр 6 заносится код знака направления перемещения 11 (отрицательное направление перемещения), снимаемый с первого выхода триггера А.

Ф-ормула изобретения

Преобразователь скорости перемещения в код, содержаний датчик скорости, первый выход которого соединен с входом первого усилителя считы вания, элемент НЕ, генератор импульсов, подключенный к первым входам первого и второго элементов И, первый триггер, первый выход которого подключен к второму входу первого элемента И, а второй выход - к вто- рюму входу второго элемента И, выход первого элемента И соединен с входом сложения реверсивного счетчика, а выход второго элемента И - с входом вычитания реверсивного счетчика, выходы реверсивного счетчика соединены с разрядными .входами регистра кода скорости перемещения и с входами элемента ИЛИ-НЕ, выход которого соединен со счетным входом первого триггера, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей прео.бразователя за счет возможности определения направления перемещения, в него введены четыре элемента И, четыре элемента ИЛИ, счетчик импульсов, дешифратор, второй триггер, два усилителя записи, второй усилитель считывания, датчик циклов, а датчик скорости выполнен в виде разделённого на две части первым глушителем звукопровода из магнитострикционного материала, концы которого зажаты вторым и третьим глушителями первого и второго магнитострикционных преобразователей, связанных с измеряемым перемещающимся объектом, расположенных на первой части звукопровода и установленных на фиксированном расстоянии между собой, третьего и четвертого магнитострикционных преобразователей, расположенных на второй

f

0

части звукопровода и неподвижно установленных друг от друга на фиксированном расстоянии, равном расстоянию между первым и вторым магнито- стрикционными преобразователями,.прИ чем выход второго магнитострикционного преобразователя является первым выходом датчика скорости, выход датчика циклов соединен с входом установки нуля реверсивного счетчика, с первыми установочными входами триггеров и с первыми входами первого и второго элементов ИЛИ, первый выход первого триггера соединен со знаковым входом регистра кода скорости перемещения, выход первого элемента ИЛИ подключен к входу установки нуля счетчика импульсов, выход которого соединен через дешифратор с первыми входами третьего и четвертого элементов И с входом элемента НЕ, счетный вход счетчика импульсов подключен к выходу третьего элемента ИЛИ, выход элемента НЕ соединен с первыми вхо5 дам1 пятого и шестого элементов И, выход первого усилителя считывания подключен к первому входу третьего элемента ИЛИ и к вторым входам третьего и пятого элементов И, выход

0 второго усилителя считывания соединен с вторьми входами четвертого и шестого элементов И и третьего элемента ИЛИ, второй вход второго элемента ИЛИ подключен к выходу третье-

г го элемента И, выход пятого элемента И подключен к второму входу первого элемента ИЛИ, к первому входу четвертого элемента ИЖ и к второму установочному входу первого триггера,

Q второй вход четвертого элемента ИЛИ подключен к выходу четвертого элемента И, выход шестого элемента И подключен к входу синхронизации регистра кода скорости перемещения и к вто рому установочному входу второго триггера, выход которого соединен с третьими входами первого и второго .элементов И, выход второго элемента ИЛИ соединен через первый усилитель записи с входом первого магнитострикционного преобразователя датчика- скорости, выход четвертого элемента ИЛИ соединен через второй усилитель записи с входом третьего магнитострикг ционного преобразователя датчика скорости, выход четвертого магнитострикционного преобразователя датчика скорости соединен с входом второго усилителя считывания.

0

дг

30

29

23 Af

31

2В

22

20

iO

ГЖ

/-«

-1

i6

ЕЬ

12

2i

I

27

25

26

i

ГлГ

-ЧЕТ