Магнитострикционный преобразователь угловой скорости в код Советский патент 1987 года по МПК H03M1/50 G01P3/44 

10

15

20

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано для преобразования угловой скорости в код.

Цель изобретения - повышение чувствительности и надежности и упрощения конструкции преобразователя.

На фиг, 1 приведена структурная схема магнитострикционного преобразователя угловой скорости в код; на фиг, 2 - временные диаграммы, поясняющие работу преобразователя.

Преобразователь угловой скорости в код содержит волновод 1, выполненный из акустически активного матери- апа, который установлен на основании 2, связанном с валом 3, входной эл€;к- трракустический преобразователь 4, выходные электроакустические преобразователи 5 и 6, тактовый генератор 7, формирователь 8 импульсов, управляемые усилители 9 и 10. Т-триггеры Пи 12, элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 13., элемент И 14, генератор 15 счетных импульсов, счетчик 16 импульсов, RS- триггер 17, формирователь 18 строб- импульса.

Преобразователь работает следующим образом.

Под действием импульса Ц (фиг. 2) тактового генератора 7 с помощью формирователя 8 импульса и входного электроакустического преобразователя 4, в волноводе 1 формируется упругая деформация, задающая движение упругой волне в виде двух акустических импульсов, распространяющихся в обе стороны от места возбуждения. При прохождении по волноводу 1 акустические После первого считьшания оба аку импульсы достигают выходных электро- 40 стических импульса продолжают рас- акустических преобразователей 5 и 6 пространяться по волноводу 1 навстречу друг другу. Через интервал времестояния постоянны /„, то временное положение импульсов считывания выходных преобразователей 5 и 6 совпадает ,

При вращении вала 3, например, по часовой стрелке с угловой скоростью SI, волновод 1 приобретает линейную скорость , которая соответственно ускоряет или замедляет процесс распространения акустического импульса к преобразователям 5 и 6. Временное запаздывание считанных импульсов от- носительно момента возбуждения равно

, %R/(C+V); „ V,R/(C-V). (1)

Эти импульсы занимают первую позицию в выходной импульсной последовательности и, Uj, (фиг, 2), на что-ука- зьгаает первая цифра индекса при t, а вторая определяет принадлежность импульса к преобразователю 5 или 6. Разность между первой парой считанных импульсов равна

25

: -f

2j{sJl

ш

5-Я

(2)

где - угловая скорость распространения акустических импульсов по волноводу 1. Так как , то выражение (2), являющееся функцией преобразования преобразователя, можно представить в виде линейной зависимости раэност- С, от угловой скоросного интервала 35 ти

2М Г ы

(3)

и, вследствие обратного магнитострикционного эффекта и явления взаимной индукции, вызьтают на выходе преобразователей 5 и 6 электрические импульсы, временное положение которых характеризуется запаздыванием С относительно импульса возбуждения на величину, пропорциональную угловому рассогласованию i между входным и выходными преобразователями 4-6 и обратно пропорциональную скорости С распространения акустических импульсов по волноводу 1

ни, пропорциональный угловому смещению между преобразователями 5 или 6,

45 акустические импульсы будут вновь считаны. При этом происходит смена преобразователей 5 и 6, Теперь импульс, считанный преобразователем 5, совершает путь по волноводу 1 с по-

50 ниженной скоростью, а импульс, считанный преобразователем 6, - с повышенной скоростью. Временное запаздывание этих импульсов относительно импульса возбуждения составляет

,

где R - радиус кривизны волновода 1,

Если вал 3 и, соответственно, волновод 1 неподвижны, а угловые рас

5

0

стояния постоянны /„, то временное положение импульсов считывания выходных преобразователей 5 и 6 совпадает ,

При вращении вала 3, например, по часовой стрелке с угловой скоростью SI, волновод 1 приобретает линейную скорость , которая соответственно ускоряет или замедляет процесс распространения акустического импульса к преобразователям 5 и 6. Временное запаздывание считанных импульсов от- носительно момента возбуждения равно

, %R/(C+V); „ V,R/(C-V). (1)

Эти импульсы занимают первую позицию в выходной импульсной последовательности и, Uj, (фиг, 2), на что-ука- зьгаает первая цифра индекса при t, а вторая определяет принадлежность импульса к преобразователю 5 или 6. Разность между первой парой считанных импульсов равна

: -f

2j{sJl

ш

5-Я

(2)

После первого считьшания оба аку стических импульса продолжают рас- ространяться по волноводу 1 навстреу друг другу. Через интервал времегде - угловая скорость распространения акустических импульсов по волноводу 1. Так как , то выражение (2), являющееся функцией преобразования преобразователя, можно представить в виде линейной зависимости раэност- С, от угловой скоросного интервала ти

2М Г ы

(3)

ни, пропорциональный угловому смещению между преобразователями 5 или 6,

45 акустические импульсы будут вновь считаны. При этом происходит смена преобразователей 5 и 6, Теперь импульс, считанный преобразователем 5, совершает путь по волноводу 1 с по-

50 ниженной скоростью, а импульс, считанный преобразователем 6, - с повышенной скоростью. Временное запаздывание этих импульсов относительно импульса возбуждения составляет

55 j,2(27f-i;jR/(C-V) ((C+V)J,

Разностный интервал между ними равен

-If I

2 I 2-1 Zi

2(27-(А)я

(4)

С учетом выражения (З) представляют (4) в виде

-г,+ 2(21-205,, wZ

(5)

Если выходные преобразователи 5 и 6 смещены относительно входного преобразователя 4 на угол , то с учетом выражения (З) формула (5) принимает простой вид

5.21;,, (6)

т.е. второй разностный интервал превышает первый втрое или на величину

f 1.

Рассуждая аналогично, можно показать, что третий разностный интервал превьшает второй также на величину

10

ческая операция реализована элементом ИСКЛЮЧАНЩЕЕ ИЛИ 13. Для преобразования временных интервалов в код используется элемент И 14, на один вход которого поступает последовательность f. , а на другой - счетные . импульсы частоты f с выхода генератора 15. Число счетных импульсов, прошедшее за период действия импульсов

поступает на вход счетчика

16, на выходных шинах которого по окончании Ч1ГТ.01-.Г.5ГТО Л

вано число

интервала V зафиксиро15

.

2 2J/oJI Ш

(8)

20

определяющее значение угловой скорости входного вала 3.

К такой же величине кода N (или

суммарного временного интервала

п

2, т.е. длительности разностных вре- i i можно прийти, выбрав вели- менных интервалов . составляют возрастающую арифметическую прогрессию,сования между входным преобразовате- общий член которой равен (2п-1)С, , а 4 и выходными преобразователями

f-1 чину первичного углового рассогла сумма п членов равна

п

1С,пЧ, (7)

5 и 6 не равной л/2, (f /Т/2, а, например. If 2)Г/3, т.е. на выбор величины if не существует жестких огра- ничений.

Таким образом, общий суммарный временной интервал разностных интервалов превьшает первичный интервал в п раз, что эквивалентно повышению чувствительности преобразоваПроцесс формирования последовательности импульсов, считанных выхо ными преобразователями 5 и 6, продолжается до тех пор, пока запас энергии акустических импульсов не

40

НИН в то же число раз. Свойство вре- 35 будет израсходован на диссоциацию менного положения импульсов, считанных преобразователями 5 и 6, многократно увеличивать чувствительность преобразования использовано .при построении логической части схемы. После усиления усилителями 9 и 10, каждая из последовательностей Uj, и, в течение длительности строб-импульса и (фиг. 2) действует на информационный вход соответствующего триггеров 11 и 12.

Поскольку триггеры 11 и 12 предварительно установлены в нулевое состояние импульсом тактового генератора 7 по установочным R-входам, то в результате действия последовательностей Uj, Uj на выходе Т-триггеров 11 и 12 образуются интервалы (.,,л

(I -iU и , Uj, которые содержат информацию о разностных интервалах т. . Суммируя по mod2 совокупности выходных сигналов триггеров 11 и 12 полу- : чают последовательность U (фиг. 2) разностных интервалов Т;. Эта логи- .

энергии в теле волновода 1. В конце этой последовательности помехоустой чивое вьщеление считанных импульсо становится затруднительным. Поэтому в устройстве применяют упрежденное ограничение длительности выходной п следовательности путем стробироваки усилителей 9 и 10 строб-импульсом Ц с выхода формирователя 18 по ко манде импульса тактового генератора 7. Длительность строб-импульса Т п нимают равной числу п интервалов пр бега акустическим импульсом половины длины волновода 1, т.е.

50

TC n«R/C.

При этом число п выбирают в зависимости от требуемой чувствительности преобразования угловой скорости. g5 Идентификация направления вращения входного вала осуществляется состоя нием RS-триггера 17 по окончании Строб-импульса. Например, при враще нии входного вала 3 по часовой стре

ческая операция реализована элементом ИСКЛЮЧАНЩЕЕ ИЛИ 13. Для преобразования временных интервалов в код используется элемент И 14, на один вход которого поступает последовательность f. , а на другой - счетные . импульсы частоты f с выхода генератора 15. Число счетных импульсов, прошедшее за период действия импульсов

поступает на вход счетчика

16, на выходных шинах которого по окончании Ч1ГТ.01-.Г.5ГТО Л

вано число

интервала V зафиксиро

.

2 2J/oJI Ш

(8)

определяющее значение угловой скорости входного вала 3.

К такой же величине кода N (или

суммарного временного интервала

п

i i можно прийти, выбрав вели- сования между входным преобразовате- 4 и выходными преобразователями

i i можно прийти, выбрав вели сования между входным преобразовате 4 и выходными преобразователями

f-1 чину первичного углового рассогла

5 и 6 не равной л/2, (f /Т/2, а, например. If 2)Г/3, т.е. на выбор величины if не существует жестких огра- ничений.

Процесс формирования последовательности импульсов, считанных выходными преобразователями 5 и 6, продолжается до тех пор, пока запас энергии акустических импульсов не

будет израсходован на диссоциацию

40

35 будет израсходован на диссоциацию

энергии в теле волновода 1. В конце этой последовательности помехоустойчивое вьщеление считанных импульсов становится затруднительным. Поэтому в устройстве применяют упрежденное ограничение длительности выходной последовательности путем стробировакия усилителей 9 и 10 строб-импульсом Ц с выхода формирователя 18 по ко манде импульса тактового генератора 7. Длительность строб-импульса Т при нимают равной числу п интервалов пробега акустическим импульсом половины длины волновода 1, т.е.

50

TC n«R/C.

При этом число п выбирают в зависимости от требуемой чувствительности преобразования угловой скорости. g5 Идентификация направления вращения входного вала осуществляется состоянием RS-триггера 17 по окончании Строб-импульса. Например, при вращении входного вала 3 по часовой стрелк.е последним, действующим на вход RS-триггера 17, является импульс с выхода первого усилителя 9, который приводит его в единичное положение (Uj), Если вал 3 вращается против часовой стрелки, то последним будет импульс с выхода усилителя 10, RS- триггер 17 принимает нулевое положение.

Как видно из диаграмм (фиг. 2), это правило справедливо, если п - четное, в противном случае - истинно обратное состояние RS-триггера 17. Чтобы в этом случае сохранить первичное правило определения направления вращения, необходимо в качестве выходной шины использовать инвертный выход BS-триггера 17.

Формула изобретения

Магнитострикционный преобразователь угловой скорости в код, содержащий волновод, вьшолненньй из акусти- чески активного материала, тактовый генератор,выход которого соединен с R-входами первого, второго триггеров,, счетчика импульсов и через формирователь импульсов с входным электроакустическим преобразователем, первьш и второй выходные электроакустические преобразователи, расположенные вдоль волновода симметрично относительно

to

15

20

,30

720 . 6

входного электроакустического преобразователя и соединенные через соответствующий усилитель с информационными входами соответственно первого и второго триггеров, выходы усилителей соединены соответственно с первым и вторым входами RS-триггера, выходы первого и второго триггеров соединены с входами элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, вход которого подключен к первому входу элемента И, второй . вход которого подключен к выходу генератора счетных импульсов, выход элемента И соединен с информационным входом счетчика импульсов, о т л и-, чающийся тем, что, с целью повьшения чувствительности и надежности и упрощения конструкции преобразователя, в него введен формирователь строб-импульса, а волновод выполнен в виде бесконечного кольца, установлен на основании, жестко связанном с контролируемым валом, входной электроакустический преобразователь, первый и второй выходные электроакустические преобразователи установлены неподвижно, в качестве первого и второго триггеров использованы Т-триггеры, а в качестве усилителей - управляемые усилители, вход формирователя строб-импульсов подключен к выходу тактового генератора, а выход - к управляющим входам управляемых усилителей.

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике, в которой механические величины преобразуются в электрический эквивалент, в частности значение угловой скорости в код. Целью изобретения является повьшение чувствительности и надежности и упрощение конструкции преобразователя. Для этого в магнитострик- ционный преобразователь угловых скоростей в код, содержащий кольцеобразный волновод 1, входной электроакустический преобразователь 4, выходные электроакустические преобразователи 5 и 6, тактовый генератор 7, формирователь 8 импульсов, усилители 9 и 10, триггеры 11 и 12, элемент ИСКЛЮЧАЩЕЕ ИЛИ 13, элемент И . 14, генератор 15 счетных импульсов, счетчик 16 импульсов, RS-триггер 17,. введен формирователь 18 строб-импульса, в качестве триггеров 11 и 12 использованы Т-триггеры, а в качестве усилителей - управляемые усилители. Поставленная цель достигается за счет того, что в кольцеобразном волноводе 1 возбуждаются акустические импульсы, которые циркулируют по нему. Разности моментов прохождения акустических импульсов мимо электроакустических преобразователей .сумми- руются в счетчике 16, выходной код которого пропорционален угловой скорости. 2 ил. (Л со to