Магнитострикционный преобразователь перемещения в код Советский патент 1988 года по МПК H03M1/26 H03M1/50 

Щ(

Р(

Л1

нтроля и преобразования перемещений первым и неподвижным вторым магнитоэлектрический сигнал. Целью изоб- тения является повышение точности еобразователя. Для этого в магнито- рикционный преобразователь переменил в код, содержащий четыре элект- акустических преобразователя, два укопровода, три глушителя, два уси-

стрикционными преобразователями, рас положенными на первом звукопроводе. При изменении температуры окружающей среды происходит пропорциональное изменение времени задержки и периода следования импульсов опорной часто ты, благодаря чему код выходного счет

теля записи, два усилителя считьша- чика независим от температуры. 1 ил.

первым и неподвижным вторым магнито- i

стрикционными преобразователями, рас положенными на первом звукопроводе. При изменении температуры окружающей среды происходит пропорциональное изменение времени задержки и периода следования импульсов опорной часто- 5 ты, благодаря чему код выходного счет Л

DO Ob

ро

х

эо

Изобретение относится к системам контроля и преобразования перемещений в электрический сигнал.

Цель изобретения - повышение точности преобраэова,теля.

На чертеже приведена схема магни- тострикционного преобразователя перемещения в код.

Магнитострикционный преобразователь перемещения в код содержит электроакустические преобразователи 1-4, эвукопровод 5, глушители 6-8, усилители 9 и 10 записи, усилители 11 и 12 считывания, счетчик 13 импульсов, элементы И 16 и 15, элемент ИЛИ 16, дешифратор 17, инвертор 18, триггер 19, элемент И 20, счетчик 21 импульсов, элемент ИЛИ 22, электроакустический преобразователь 23, элементы И 24 и 25, генератор 26 одиночного импульса, одновибраторы 27 и 28 и звукопровод 29.

Преобразователь работает следующим образом.

В первом цикле измерения по команде оператора генератором 26 одиночного импульса создается импульс, который запускает одновибратор 27, после чего напряжение на его выходе становится запрещающим для элемента И 24. Кроме того, импульс с выхода генератора 26 поступает через элемент ИЛИ 22 на вход усилителя 10 записи, а затем на электроакустические преобразователи 3 и 23. Под действием импульса в звукопроводе 29 (в опорном канале) в зонах прямого преобразования электроакустических преобразователей 3 и 23 вследствие прямого эффекта магнитострикции возникают два импульса механического напряжения. Эти импульсы распространяются по звукопроводу 29 со скоростью звука V,j, и поступают последовательно в зону обратного преобразования электроакустического преобразователя 4, где они вследствие обратного эффекта магнитострикции преобразуются в электрические сигналы, которые затем усиливаются и формируются в импульсы усилителем 12 считывания. Таким образом, поступление одного импульса н вход усилителя 10 записи вызывает появление двух импульсов на выходе усилителя 12 считывания, причем первый выходной импульс будет задержек по отношению к входному на время Второй импульс, появляющийся на вы

ходе усилителя 12, будет задержек по отношению к входному импульсу на эад.

Эти два импульса с выхода усилителя 12 считывания проходят последовательно через элемент ИЛИ 22, усиливаются усилителем 10 записи и вновь поступают на электроакустические преобразователи 3 и 23, осуществляя этим цепь циркуляции импульсов. Каждый из этих входных импульсов в свою очередь вызывает появление двух импульсов на выходе усилителя 12 считывания и т.д.

Таким образом, вскоре после запуска генератора 26 одиночного импульса весь звукопровод 29 заполняется ультразвуковыми импульсами, расположенными друг с другом на одинаковом расстоянии. Следовательно, на выходе усилителя 12 считывания появляется правильная непрерывная последовательность импульсов, период Т повторения которых зависит от соотношения времен задержек так как Т

rxJAi

t зам 4вАг I

и t т.е.

аД2 ,

ин I эам вАг I его можно изменить в широких пределах.

0 Время, необходимое для достижения установившегося процесса, т.е. полного заполнения звукопровода 29 ультразвуковыми импульсами, определяется из вьфажения tц„ mv t

5

-ЗДА - заДг

где m

зад I 1

.J°b2,

если

-t

WAI

число циклов обращения импульсов с выхода усилителя 12 считывания на i вход усилителя 10 записи по цепи

Q циркуляции импульсов до достижения установившегося процесса.

Для надежной.работы преобразователя величины t,aд, и t,qд5 выбираются такими, чтобы число га было целым,

5 Через время t, t , где toд, - длительность импульса одновибратора 27, одновибратор 27 возвращается в свое устойчивое состояние, и напряжение с его выхода становится разрешающим для элемента И 24, после чего импульсы с выхода усилителя 12 считывания проходят через элемент И 24 и поступают на первые входы элементов И 20 и 25. Так как в исходном состоянии потенциал с выхода одновибратора 28 является разрешающим для элемента И 25, а потенциал с выхода триггера 19 является запре1цающим для элемента И 20, то первый импульс из не0

5

прерывной серии с выхода элемента И 24 проходит через элемент И 25 (стар импульс) и запускает одновибратор 28 после чего элемент И 25 закрывается. Одновременно с этим старт-импульс с выхода элемента И 25 устанавливает счетчики 13 и 21 импульсов в нулевое состояние, а также переключает триггер 19 в состояние, когда потенциал с его выхода становится разрешающим для элемента И 20. После этого через элемент И 20 на счетчик 21 импульсов начинают поступать импульсы с выхода элемента И 24, период повторения которых зависит от окружающей температуры. Кроме этого, старт-импульс с выхода элемента И 25 проходит через элемент ИЛИ 16 на вход усилителя 9 записи, а затем на электроакустический преобразователь 1 (входной). Под действием этого усиленного импульса в шукопроводе 5 (в рабочем канале) в оне его прямого преобразования воз- икает импульс механического напря- ения. Этот импульс распространяется о звукопроводу 5 со скоростью

поступает в зону обратного преобра- ования электроакустического преоб- азователя 2 (выходного), где он пре- )бразуется в электрический сигнал, оторый затем усиливается и форми- уется в импульс усилителем 11 счи- ывания. Этот импульс задерживается о отношению к старт-импульсу при ну- евой скорости перемещения измеряе- юго обьекта (при нулевой скорости лектроакустического преобразователя) при номинальной рабочей температу

Если скорость пе/,,ер больше нуля.

е на время y,j

емещения объекта V,

о за время

опровода 5 между электроакустическии преобразователями 1 и 2 изменяется

а величину.

tjjjj, рабочая длина

J

то в свою очередь вызывает прираще- ие времени задержки на величину

V

17ер

t за., пер )

- средняя скорость перемеще кия измеряемого объекта.

Изменение окружающей текшературы а йТ° относительно номинальной рабо- ей температуры вызывает дополнительное изменение времени задержки величину

на

+

г

ОАТ

лт°

так как У - температурный коэффициент задержки, для звукопроводов из различных материалов может иметь положительный или отрицательный знак, а величина его определяется температурными изменениями скорости V,g и длины звукопровода .

Таким образом, на выходе усилите- ля 11- считывания появляется первый импульс, который задерживается по отношению к старт-импульсу с учетом влияния скорости перемещения объекта и изменения окружающей среды, на время

tu,

- аАЭ -эаг,.пер йt,c|д

Этот импульс поступает на вход счетчика 13 импульсов, а также на один из входов элементов И 14 и 15. Так как на второй вход элемента И 14 поступает запрещенный потенциал с выхода инвертора 18, на вход которого поступает потенциал с (п-1)-го выхода дешифратора 17, то поэтому на выходе элемента И 14 отсутствует импульс. В то же время на второй вход элемента И 15 поступает разрешающий потенциал с (n-l)-ro выхода дешифратора 17, и поэтому импульс, снимаемый с усилителя 11 считывания, проходит через элемент И 15 и элемент ИЛИ 16, поступает на усилитель 9 записи и, совершив циркуляцию по приведенной цепи, вновь появляется на выходе усилителя 11 считывания через время tyj относительно старт-импульса, являясь вторым в частотной последовательности, где

tu2 2t,,

+ At

iOA.nep,

ВО

Этот второй импульс, вновь совершив циркуляцию по приведенной цепи, появляется на выходе усилителя 11 считывания через время t, относительно старт-импульса:

55

О 2tu, + 2ДСзддпер;

и т.д.

Таким образом, на выходе усилителя 11 считывания формируется после51368988

довательность импульсов с нарастаюве

Чэл, и

опорном канале соответственно на величины At, и t

Пропорциональное температурное из

t.

менение времен задержек t,, и I-,OIA приводит к пропорциональному изменению периода повторения Т на величину

ЬТи

где Т

- период повторения импульсов при номинальной температуре Таким образом, период повторения

щим периодом повторения, где каждый последующий период между импульсами превышает предыдущий на величину . Эти импульсы подсчитываются счетчиком 13 импульсов, причем (п- -1)-й импульс этой последовательности проходит через элемент И 15 и далее по цепи циркуляции и, кроме этого, Q поступая на вход счетчика 13, вызывает появление на (п-1)-м выходе дешифратора 17 запрещающего потенциала для элемента И 15, а на выходе инвертора 18 появляется разрешающий потен- ,g выходных импульсов опорного канала циал для элемента И 14. После этого при изменении температуры на T°бy- цепь циркуляции импульсов разрывает- дет , и.-( ° будет ся, и очередной п-й импульс (стоп- изменяться пропорционально изменению импульс), появляющийся на выходе усилителя 11 считывания, проходит только через элемент И 14 на вход триггера 19, устанавливая его в состояние, при котором элемент И 20 закрывается, и прекращается поступление импульсов с выхода элемента И 24 на вход счетчика 21 импульсов.

Таким образом, в каждом цикле измерения, задаваемом старт-импульсом с выхода элемента И 25, происходит преобразование перемещения во времен20

25

температуры.

С учетом приведенных соотношений определяет требуемую величину п - максимальное число импульсов с выхода усилителя 11 в каждом .цикле

,:.H(),B Majcc

п-1

SB. макс

2-V

lep.

где l,j iwQKC максимальная длина звукопровода 5, соответствующая случаю максимального измеряемого пере- 30 мещения.

НОИ интервал, равный времени Mt ;i.,y старт- и стоп-импульсом:

un иЛ (п-1)ЛЬ,„д пер.

Отсюда следует, что полученный интервал времени t,. , соответствующий

„

измеряемому перемещению в момент действия старт-импульса в каждом цикле, состоит из действительного значения ti. nCtjgg ±ut,) и приращения

it. (2п-1 bt

ад.пер 7

обусловленного погрешностью из-за влияния скорости перемещения объекта и изменения окружающей температуры.

Для устранения влияния погрешносЧерез время t. одновибратор 40 возвращается в исходное Устойчив состояние, и потенциал с его вьк становится разрешающим для элеме И 25. На выходе элемента И 25 вн появляется одиночный импульс (ст 45 импульс), под действием которого весь описанный процесс измерения перемещения повторяется вновь, т происходит следующий цикл измере и т.д. Для надежной работы устро

. 50 ва необходимо, чтобы t,,.,, t,, ти ut, на число импульсов, зафикси-°

рованных в счетчике 21 импульсов, неПредлагаемый многострикционны преобразователь перемещения в ко ет преимущество по сравнению с и вестным в меньшей погрешности пр

обходимо чтобы ,

где Т

U4

- период повторения выходных импульсов

Предлагаемый многострикционный : преобразователь перемещения в код и ет преимущество по сравнению с известным в меньшей погрешности преоб

опорного канала, т.е. импульсов с выхода элемента И 24 при температуре Т. разования из-за устранения влияния

При изменении окружающей темпера- температуры. Это объясняется следу- туры на Т° относительно номинальной происходит изменение времен задержки

ющим образом. При изменении окружаю щей температуры происходит пропорЧэл, и

опорном канале соответственно на величины At, и t

Пропорциональное температурное изt.

менение времен задержек t,, и I-,OIA приводит к пропорциональному изменению периода повторения Т на величину

выходных импульсов опорного канала при изменении температуры на T°бy- дет , и.-( ° будет изменяться пропорционально изменению

ЬТи

х импульсов о енении темпер и.-( ься пропорцио

где Т

- период повторения импульсов при номинальной температуре. Таким образом, период повторения

выходных импульсов опорного канала при изменении температуры на T°бy- дет , и.-( ° будет изменяться пропорционально изменению

выходных импульсов опорного канала при изменении температуры на T°бy- дет , и.-( ° будет изменяться пропорционально изменению

температуры.

С учетом приведенных соотношений определяет требуемую величину п - максимальное число импульсов с выхода усилителя 11 в каждом .цикле

,:.H(),B Majcc

п-1

SB. макс

2-V

lep.

где l,j iwQKC максимальная длина звукопровода 5, соответствующая случаю максимального измеряемого пере- мещения.

Счетчик 21 импульсов преобразует интервал времени to в число импульЧпсов, зафиксированное в нем

35

DtsJA L, ,

UM

так как по условию bN

tu

Через время t. одновибратор 28 возвращается в исходное Устойчивое состояние, и потенциал с его вькода становится разрешающим для элемента И 25. На выходе элемента И 25 вновь появляется одиночный импульс (старт- импульс), под действием которого весь описанный процесс измерения перемещения повторяется вновь, т.е. происходит следующий цикл измерения и т.д. Для надежной работы устройстПредлагаемый многострикционный : преобразователь перемещения в код имеет преимущество по сравнению с известным в меньшей погрешности преобразования из-за устранения влияния

температуры. Это объясняется следу-

ющим образом. При изменении окружающей температуры происходит пропор 1

циональное изменение измеряемого времени задержки t и периода следования Тщ , счетных импульсов с выхода опорного канала и поэтому цифровой код N, зафиксированный в счетчике 21 , не зависит от температуры.

Формула изобретения

Магнитострикционный преобразователь перемещения в код, содержащий первый и второй звукопроводы, между первыми концами которых установлен глушитель, на вторых концах первого и второго звукопроводов расположены второй и третий глушители, первый и второй электроакустические преобразователи, расположенные на первом звукопроводе, неподвижные третий и четвертый электроакустические преобразователи, расположенные на втором звукопроводе, первьй усилитель записи, вькод которого соединен с первым электроакустическим преобразователем, установленным неподвижно, второй электроакустический преобразователь кинематически связан с контролируемым перемещением и через первый усилитель считывания соединен с первыми входами первого и второго элементов И, выход первого элемента И соединен с первым входом первого элемента ИЛИ, выход которого соединен с входом первого усилителя записи, первый счетчик импульсов, выход которого соединен с входом дешифратора, выход которого соединен с вторым вхо- цом первого элемента И и входом ин- вертора, выход которого соединен с вторым входом второго элемента И, третий электроакустический преобразо10

689888

ватель соединен через второй усилитель считывания с первым входом третьего элемента И, второй элемент ИЛИ, выход которого соединен через второй усилитель записи с четвертым электроакустическим преобразователем, четвертый и пятый элементы И, второй счетчик импульсов, триггер, отличающийся тем, что, с целью повышения точности преобразования, в него введены генератор одиночного импульса, два одновибратора и пятый электроакустический преобразователь, который неподвижно установлен на втором звукопроводе и соединен с выходом второго усилителя записи, выход второго усилителя считывания соединен с первым входом второго элемента ИЛИ, выход генератора одиночного импульса соединен с вторым входом второго элемента ИЛИ и выходом первого одновибратора, выход которого соединен с вторым входом третьего элемента И, выход которого соединен с первыми входами четвертого и пятого элементов И, выход четвертого элемента И соединен с входами обнуления первого и второго счетчиков импуль15

20

25

СОВ, входом второго одновибратора, первым входом триггера и вторым входом первого элемента ИЛИ, выход первого усилителя считывания соединен со счетным входом первого счетчика импульсов, выход второго элемента И соединен с вторым входом триггера, выход которого соединен с вторым входом пятого элемента И, выход которого соединен со счетным входом второго счетчика импульсов, выход второго одновибратора соединен с вторым входом четвертого элемента И.