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

со

00

со 1

Изобретение относится к автоматике и из- меригельной технике, в частности к устройствам преобразования скорости перемещения в код.

Цель изобретения - повышение надежности преобразователя.

На чертеже приведена структурная схема магнитострикционного преобразователя скорости перемещения в код.

Магнитострикционный преобразователь скорости перемещения в код содержит генератор 1 импульсов, элементы И 2 и 3, триггер 4, регистр 5 кода скорости перемещения, реверсивный счетчик 6, элемент ИЛИ-НЕ 7, элемент ИЛИ 8, счетчик 9 импульсов, дещифратор 10, элементы И 11 и 12, элемент НЕ 13, элементы И 14 и 15, элементы ИЛИ 16 и 17, выходной Магнитострикционный преобразователь 18, усилитель 19 считывания, усилитель 20 записи, входной 21 и выходной 22 магнитострикционные преобразователи, усилитель 23 считывания, элемент ИЛИ 24, усилитель 25 записи, входной Магнитострикционный преобразователь 26, генератор 27 одиночного импульса, элемент ИЛИ 28, триггер 29, элемент 30 задержки, звукопровод 31 и глущители 32 и 33. Входные 21 и 26 и выходные 18 и 22 магнитострикционные преобразователи, звукопровод 31 и глущители 32 и 33 образуют датчик скорости.

Магнитострикционный преобразователь скорости перемещения в код работает следующим образом.

В первом цикле измерения генератор 27 одиночного импульса генерирует импульс (старт-импульс), который проходит через элемент ИЛИ 28 и устанавливает триггеры 4 и 29 и реверсивный счетчик 6 в нулевые состояния, а также, проходя через элемент ИЛИ 8, устанавливает счетчик 9 импульсов в нулевое состояние. В этом случае потенциал первого триггера 4 будет разрешающим для элементов И 2 и 11, его второй выход будет запрещающим для элемента И 3, а потенциал с выхода триггера 29 - разрещающим для элементов И 2 и 3. После этого через элемент И 2 на вход сложения реверсивного счетчика 6 начинают поступать импульсы от генератора 1.

Кроме того, старт-импульс с выхода элемента ИЛИ 28 поступает через элемент ИЛИ 17 на вход усилителя 20 записи, а затем на обмотку входного преобразователя 21. Под действием этого усиленного импульса в звукопроводе 31 из-за прямого эффекта магнитострикции возникает импульс механического напряжения. Этот импульс распространяется по звукопроводу 31 со скоростью звука Угв и поступает в зону обратного преобразования выходного преобразователя 18, где он вследствие обратного эффекта магнитострикции преобразуется в электрический сигнал, который затем усиливается и формируется в импульс усили

телем 19 считывания. Этот импульс будет задержан по отнощению к старт-импульсу при нулевой скорости перемещения измеряемого объекта и при номинальной рабочей температуре на время iiaa. -г где 1з8 - длина звукопровода 31 между преобразователями 18 и 21.

Если скорость перемещения объекта Vnep больще нуля и направление перемещения слева направо, то за время 1зад выходной преобразователь 18 переместится на расстояние Ьад-Упер, ЧТО вызывает приращение времени задержки на величину

Vnep

At

.зад. пер

1за

v«

0

5

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

Д1зад.т ± -fisan/ T,

где V - температурный коэффициент задержки для звукопровода 31. Таким образом, на выходе усилителя 19 считывания появляется первый импульс.

который задерживается по отношению к старт-импульсу с учетом влияния скорости перемещения объекта и изменения окружающей температуры на время

рtul 1зад -(-ДТзад.пер -f- ДТзад.т.

Этот импульс поступает на один из входов элементов И II и 14. На другой вход элемента И 14 поступает запрещающий потенциал с выхода элемента НЕ 13, на вход

которого поступает потенциал с (п-1)-го выхода дешифратора 10, и поэтому на выходе элемента И 14 отсутствует импульс. В это же время на второй вход элемента И 11 поступает разрещающий потенциал с (п- 1) - го выхода дешифратора 10, а поэтому им0 пульс, снимаемый с усилителя 19 считывания, проходит через элементы И 11 и ИЛИ 17, поступает на усилитель 20 записи и, совершив циркуляцию по вышеприведенной цепи, вновь появляется на выходе усиг лителя 19 считывания через время tu2 относительно старт-импульса, являясь вторым в частотной последовательности импульсов, где iu2 2iu.

Этот второй импульс, вновь совершив циркуляцию по вышеприведенной цепи, поQ является на выходе усилителя 19 считывания через время 1„з 3tui относительно старт-импульса и т.д.

Таким образом, на выходе усилителя 19 считывания формируется последовательность импульсов с периодом, равным tu|.

5 Эти импульсы подсчитываются счетчиком 9 импульсов, причем (п-1)-й импульс этой последовательности проходит через элемент И 11 и далее по цепи циркуляции и,

кроме того, поступая на вход счетчика 9, вызывает появление на (п-1)-м выходе дешифратора 10 запрещающего потенциала для элемента И 11, а на выходе инвертора 13 появляется разрешающий потенциал для элемента И 14.

После этого цепь циркуляции импульсов разрывается и очередной п-й импульс (стоп-импульс), появляющийся на выходе усилителя 19 считывания, проходит только через элемент И 14 и поступает на вход триггера 4, устанавливая его в состояние, при котором его выходы будут запрещающими для элементов И 2 и 11 и разрешающими для элемента И 3.

В результате этого элемент И 2 закрывается и прекращается поступление импульсов с генератора 1 на вход сложения реверсивного счетчика 6. В реверсивном счетчике 6 будет зафиксировано число импульсов

N,,,

JM

гдеТи

период следования импульсов с выхода генератора 1.

После этого импульсы с генератора 1 начинают проходить через открывшийся элемент И 3 на вход вычитания реверсивного счетчика 6.

Кроме того, стоп-импульс с выхода элемента И 14 проходит через элемент ИЛИ 8 и устанавливает счетчик 9 импульсов в нулевое состояние, а также проходит через элемент ИЛИ 24, усилитель 25 записи и поступает на обмотку входного магнитострик- ционкого преобразователя 26. Под действием этого усиленного импульса в звукопрово- де 31 в зоне прямого преобразования преобразователя 26 возникает импульс механического напряжения, который распространяется по звукопроводу 31 со скоростью звука УЗВ и поступает в зону обратного преобразования выходного магнитострикцион- ного преобразователя 22, где он преобразуется в электрический сигнал. Этот сигнал усиливается и формируется в импульс усилителем 23 считывания.

Так как магнитострикционные преобразователи 26 и 22 расположены возле звукопровода 31 неподвижно и на фиксированном расстоянии между собой, то появляющийся на выходе усилителя 23 считывания первый импульс будет задержан по от- нощению к стоп-импульсу на время

,1зв

1зад,

где 1зв - длина звукопровода 31 между маг- нитострикционньши преобразователями 22 и 26.

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

0

5

0

5

0

5

0

Д1зад.т ± Y taafl-AT.

Таким образом, на выходе усилителя 23 считывания появляется первый импульс, который задерживается по отношению к стоп- импульсу на время

tvj taan dL Д Хаад.т

Этот импульс поступает на один из входов элементов И 12 и 15. На другой вход элемента И 15 поступает запрещающий потенциал с выхода элемента НЕ 13 и поэтому на его выходе отсутствует импульс. В это же время на второй вход элемента И 12 поступает разрещающий потенциал с (п - 1)-го выхода дещифратора 10 и поэтому импульс, снимаемый с усилителя 23 считывания, проходит через элементы И 12 и ИЛИ 24, усилитель 25 записи и, совершив циркуляцию по вышеприведенной цепи, вновь появляется на выходе усилителя 23 считывания через время ty относительно стоп-им- пульса, являясь вторым в частотной последовательности, где

tv 2ty,.

Этот второй импульс, вновь совершив циркуляцию по приведенной цепи, появляется на выходе усилителя 23 считывания через время Ц 3tv, относительно стон- импульса и т.д.

Эти импульсы подсчитываются счетчиком 9 импульсов и после (п-1)-го импульса потенциал с выхода дешифратора 10 станет запрещающим для элемента И 12, а с выхода элемента НЕ 13 - разрешающим для элемента И 15. После этого цепь циркуляции импульсов разрывается и очередной п-й импульс, появляющийся на выходе усилителя 23 считывания, проходит только через элемент И 15 на второй вход триггера 29, устанавливая его в состояние, при котором элементы И 2 и 3 закрываются. Поступление импульсов на вход вычитания реверсивного счетчика 6 прекратится и в нем будет зафиксировано число импульсов

AN N,-N2,

где N2 rJ - число импульсов, поступив- щих на вход вычитания реверсивного счетчика 6,

45 или

пЬв Т„Уз

Vn.

lep.

откуда следует, что зафиксированный в реверсивном счетчике 6 цифровой код AN не зависит от окружающей температуры, изменяется прямо пропорционально изменению скорости перемещения Упер измеряемого объекта и, следовательно, однозначно его определяет.

Таким образом, чем больше п, 1зв и мень- ще Т„, тем больше зафиксировано число импульсов AN в реверсивном счетчике 6 и, следовательно, тем выше точность измерения

Vnep, являющейся средней скоростью перемещения за промежуток времени, равный

top П(1„|+Ц).

Код AN скорости перемещения Vnep поступает с разрядных выходов реверсивного счетчика 6 на разрядные входы регистра 5 кода скорости перемещения и переносится в него импульсом, поступающим с выхода элемента И 15. Одновременно с этим в регистр 5 кода скорости перемещения поступает также код знака направления перемещения, снимаемый с первого выхода триггера 4.

В рассмотренном случае направление перемещения объекта совпадает с направлением распространения ультразвуковых импульсов от входного преобразователя 21 к выходному преобразователю 18 и поэтому к моменту прихода импульса с выхода элемента И 15 триггер 4 находится в состоянии, когда его первый выход будет за- прещаюи нм для элемента И 2. Это соответствует случаю занесения в регистр 5 кода знака направления перемещения «00 (положительное направление перемещения).

Глушители 32 служат для устранения отраженных ультразвуковых импульсов от концов звукопровода 31, а глущитель 33 - для исключения взаимного влияния рабочей и опорной пары магнитострикционных преобразователей.

Кроме того, импульс с выхода элемента И 15 проходит через элемент 30 задержки и элемент ИЛИ 28, являясь старт- импульсом в следующем цикле измерения, под действием которого весь описанный процесс измерения повторится и т.д. Для надежной работы устройства необходимо, чтобы время задержки элемента 30 задержки было не меньще длительности импульса, появляющегося на выходе элемента И 15.

Если в какой-то момент времени Vnep О, то в этом случае t,,i tv, и, следовательно, ДМ О, так как NI N2.

Если перемещение объекта изменит свое направление, т.е. станет противоположным направлению распространения ультразвуковых импульсов от входного преобразователя 21 к выходному преобразователю 18, то это вызовет отрицательные изменения

А1зв и Ataa. i.nep И ДЛЯ ЭТОГО СЛучаЯ

LI/I Тзад АТзад.пер -f- АТзад.т

И поэтому 1„| ; ц, а следовательно, N, N2.

В режиме вычитания в момент времени, когда код на разрядных выходах реверсивного счетчика б станет равным нулю, на выходе элемента ИЛИ-НЕ 7 появится потенциал единицы, который, поступая на счетный вход триггера 4, переводит его в противоположное состояние и изменяет тем самым режим вычитания в реверсивном счетчике 6 на режим суммирования, который продолжается до момента появления импульса с выхода элемента И 15. Под дейст5

вием этого импульса переключается триггер 29, после чего элементы И 2 и 3 закрываются.

Код скорости перемещения переносится из реверсивного счетчика 6 в регистр 5 и одновременно с этим в регистр 5 заносится код знака направления перемещения «11 (отрицательное направление перемещения) , снимаемый с первого выхода триггера 4.

Формула изобретения

Магнитострикционный преобразователь скорости перемещения в код, содержащий

генератор импульсов, соединенный с первыми входами первого и второго элементов И, первый триггер, первый выход которого соединен с вторым входом первого элемента И и с знаковым входом регистра кода скорости перемещения, а его второй

0 выход - с вторым входом 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, первый элемент ИЛИ, выход которого соединен с входом

Q установки нуля счетчика импульсов, выход которого соединен через дешифратор с первыми входами третьего и четвертого элементов И и с входом элемента НЕ, а счетный вход счетчика импульсов соединен с выходом второго элемента ИЛИ, выход эле-.

г мента НЕ соединен с первыми входами пятого и шестого элементов И, первый усилитель, считывания, выход которого соединен с вторыми входами третьего и пятого элементов И, второй усилитель считывания, выход которого соединен с вторыми

0 входами четвертого и шестого элементов И, третьего элемента ИЛИ, первый вход которого подключен к выходу третьего элемента И, выход пятого элемента И соединен с первыми входами первого и четвертого эле- ,. ментов ИЛИ и с первым информационным входом первого триггера, второй вход четвертого элемента ИЛИ подключен к выходу четвертого элемента И, выход щестого элемента И соединен с входом синхронизации регистра кода скорости перемещения и с

Q первым входом второго триггера, выход которого соединен с третьими входами первого и второго элементов И, датчик скорости, выполненный в виде разделенного на две части первым глушителем звуко- провода из магнитострикционного .материа5 -ла, концы которого зажаты вторым и третьим глушителями, подвижные первый входной и первый выходной магнитострикцион- ные преобразователи, связанные с перемещающимся объектом, расположенные на первой части звукопровода и установленные на фиксированном расстоянии между собой, второй входной и второй выходной магни- тострикционные преобразователи, расположенные на второй части звукопровода и не- подвижно установленные друг от друга на фиксированном расстоянии, равном расстоянию между первым входным и первым выходным магнитострикционными преобразователями, выход третьего элемента ИЛИ под- ключен через первый усилитель записи к первому входному магнитострикционному преобразователю, выход первого выходного магнитострикционного преобразователя соединен с входом первого усилителя считывания, выход четвертого элемента ИЛИ сое- динен через второй усилитель записи с вторым входным магнитострикционным преобразователем, а второй выходной магнито- стрикционный преобразователь соединен с

входом второго усилителя считывания, второй вход первого элемента ИЛИ соединен с вторым входом третьего элемента ИЛИ, вторым информационным входом первого триггера, вторым входом второго триггера и входом установки нуля реверсивного счетчика, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности преобразователя, в него введены пятый элемент ИЛИ, элемент задержки и генератор одиночного импульса, соединенный с первым входом пятого элемента ИЛИ, выход которого соединен с вторым входом первого элемента ИЛИ, выход третьего элемента И соединен с первым входом второго элемента ИЛИ, второй вход которого подключен к выходу четвертого элемента И, выход шестого элемента И соединен через элемент задержки с вторым входом пятого элемента ИЛИ, первый выход первого триггера соединен с третьим входом третьего элемента И.

Изобретение относится к автоматике и измерительной технике, в частности к устройствам преобразования скорости перемещения в код. Целью изобретения является повышение надежности преобразователя. Для этого в магнитострикционный преобразователь скорости перемещения в код, содержащий звукопровод, три глущителя, два входных магнитострикционных преобразователя, два выходных магнитострикционных преобразователя, два усилителя записи, два усилителя считывания, четыре элемента ИЛИ, щесть элементов И, элемент НЕ, дешифратор, счетчик, два триггера, реверсивный счетчик, элемент ИЛИ-НЕ, регистр кода скорости перемещения, введены генератор одиночного импульса, пятый элемент ИЛИ, элемент задержки. Поставленная цель достигается за счет того, что с помощью второго входного магнитострикционного преобразователя и второго выходного магнитострикционного преобразователя формируется опорный временной интервал, который сравнивается с измерительным временным интервалом, формируемым с помощью первого входного магннтострикционного преобразователя и первого выходного магнитострикционного преобразователя. 1 ил. iS (Л