Устройство для измерения перемещения Советский патент 1989 года по МПК G01D5/48 

Я 1

ОЭ

со о &

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в системах автоматического управления, регулирования и контроля.

Цель изобретения - повышение точности измерения за счет отказа от опорной магнитострикционной линии и использования сигналов, отраженных от концов измерительной магнитострикционной линии.

На фиг. 1 представлена функциональная

Устройство работает следующим образом.

По срезу импульса, снимаемого с выхода делителя 16 частоты и поступающего на вход формирователя 13 импульсов, на прямом его выходе образуется короткий (порядка 5 мс) импульс (фиг. 2а), который пройдет через обмотку катушки 2, возбудив в МСЛ 1 УЗС. Одновременно проинвертированный импульс, снимаемый с инверсного выхода

схема устройства; на фиг. 2 - времен- 10 формирователя 13 импульсов, поступит на

S-вход / 5-триггера 6 и включит его в единичное состояние (фиг. 2ж), а также поступит на третий вход блока 17 вычислений, подготовке его к циклу измерений. УЗС, отраженный от левого конца МСЛ 1, имеет фазовый сдвиг относительно прямого сигнала, которые накладывались друг на друга при соответствующем задании положения катушки 2 относительно левого конца МСЛ1, оставляют первую полуволну прямого сигные диаграммы, поясняющие работу устройства

Устройство содержит магнитострикцион- ную линию (МСЛ) 1, на которой размещены две катушки 2 и 3, причем первая катушка 2 служит для возбуждения ультра- звукового сигнала (УЗС) в МСЛ 1 и закреплена на ее конце, вторая катушка 3, снабженная постоянным магнитом, служит для считывания сигнала и имеет возможность

перемещения вдоль МСЛ 1, компараторы 20 нала без изменений при многократном

4 и 5, / 5-триггеры 6, 7 и 8, элементы И-НЕ, 9-12, формирователи 13 и 14 импульсов, генератор 15, делитель 16 частоты, блок 17 вычислений и регистратор 18, причем выход генератора 15 через делитель 16 часослаблении последующих колебаний. В результате при прохождении упругой полуволны УЗС по МСЛ 1 сквозь катушку 3 считывания в ее обмотке посредством электромагнитного поля возбудится электричестоты и формирователь 13 импульсов соеди- 25 кий импульс ig (фиг. 26). С выхода катушки

нен с первым выводом катушки 2 возбуждения УЗС в МСЛ 1, первый вывод катушки 3 считывания сигнала соединен с первым входом компаратора 4 и вторым входом

3 считывания этот импульс поступит на первый и второй входы компараторов 4 и 5 соответственно. Так как этот импульс по амплитуде превышает уровень опорного

компаратора 5, к первому входу которого 3Q напряжения ( + ) У™, прикладываемого к втоподключен источник опорного напряжения (-) Uun, а к второму входу компаратора 4 - источник опорного напряжения ()t/on, выход компаратора 4 подключен к первым входам элементов И-НЕ 9, 11 и 12, а выход

рому входу компаратора 4, то на его выходе появится импульс 20 (фиг. 2в), который поступит на первые входы элементов И-НЕ 9, 11 и 12. Однако этот импульс пройдет на выходы только элементов И-НЕ 9 и 11

рому входу компаратора 4, то на его выходе появится импульс 20 (фиг. 2в), который поступит на первые входы элементов И-НЕ 9, 11 и 12. Однако этот импульс пройдет на выходы только элементов И-НЕ 9 и 11

компаратора 5 соединен с первым входоми в проинвертированном виде поступит на

элемента И-НЕ 10. Прямой (неинверсный) выход / 5-триггера 6 соединен с вторыми входами элементов И-НЕ 9, 10 и 11, а инверсный его выход подключен к второму входу элемента И-НЕ 12, выходы элементов И-НЕ 9 и 10 подключены соответственно к S- и -входам S-триггера 8, прямой выход которого соединен с вторым входом блока 17 вычислений и через формирователь 14 импульсов - с / -входом / 5-триггера 6, 5-вход которого соединен с инверсным выходом формирователя 13 импульсов, выходы элементов И-НЕ 11 и 12 соединены соответственно с S- и / -входами У 5-триггера 7, прямой выход которого соединен с первым входом блока 17 вычислений, к третьему входу которого подключен инверсный выход формирователя 13 импульсов, а выход блока 17 вычислений соединен с входом регистратора 18, вторые выводы катушек 2, 3 возбуждения и считывания соединены с общей шиной, МСЛ 1 выполнена из М-трубки, диаметром 5,6 мм, длиной 3 м. Компараторы выполнены на интегральных схемах К554САЗБ, логические элементы из серии К155.

S-входы #5-триггеров 7 и 8, переключив их в единичное состояние (фиг. 2е и д). При этом на первый и второй входы блока 17 вычислений поступят уровни «1. Другими словами,откроются временные ворота tx и t0, 40 служащие для вычисления перемещения

и компенсации изменения скорости УЗ-волI/ i

ны, т.е. для вычисления функции ,

to

где Y - перемещение; К - коэффициент ., градуировочный; tx - время прохождения УЗ-сигналом расстояния, равного t0 - время прохождения УЗ-сигналом расстояния, равного 2 /0. Далее УЗ-импульс, отразившись от правого конца МСЛ 1, вновь проходит катушку 3 считывания и через посред- 5Q ство электромагнитного поля, сопровождающего УЗ-импульс, возбуждает в обмотке катушки электрический импульс 21, но противоположной полярности (фиг. 26). Этот импульс также, как и первый, поступит на первый и второй входы компараторов 4 и 5 55 соответственно. Однако на этот раз сработает компаратор 5, к первому входу которого приложен уровень опорного напряжения (-) (/on, и на его выходе появится

Устройство работает следующим образом.

По срезу импульса, снимаемого с выхода делителя 16 частоты и поступающего на вход формирователя 13 импульсов, на прямом его выходе образуется короткий (порядка 5 мс) импульс (фиг. 2а), который пройдет через обмотку катушки 2, возбудив в МСЛ 1 УЗС. Одновременно проинвертированный импульс, снимаемый с инверсного выхода

формирователя 13 импульсов, поступит на

ослаблении последующих колебаний. В результате при прохождении упругой полуволны УЗС по МСЛ 1 сквозь катушку 3 считывания в ее обмотке посредством электромагнитного поля возбудится электрический импульс ig (фиг. 26). С выхода катушки

3 считывания этот импульс поступит на первый и второй входы компараторов 4 и 5 соответственно. Так как этот импульс по амплитуде превышает уровень опорного

напряжения ( + ) У™, прикладываемого к втонапряжения ( + ) У™, прикладываемого к второму входу компаратора 4, то на его выходе появится импульс 20 (фиг. 2в), который поступит на первые входы элементов И-НЕ 9, 11 и 12. Однако этот импульс пройдет на выходы только элементов И-НЕ 9 и 11

и в проинвертированном виде поступит на

и в проинвертированном виде поступит на

S-входы #5-триггеров 7 и 8, переключив их в единичное состояние (фиг. 2е и д). При этом на первый и второй входы блока 17 вычислений поступят уровни «1. Другими словами,откроются временные ворота tx и t0, 0 служащие для вычисления перемещения

и компенсации изменения скорости УЗ-волI/ i

ны, т.е. для вычисления функции ,

to

где Y - перемещение; К - коэффициент , градуировочный; tx - время прохождения УЗ-сигналом расстояния, равного t0 - время прохождения УЗ-сигналом расстояния, равного 2 /0. Далее УЗ-импульс, отразившись от правого конца МСЛ 1, вновь проходит катушку 3 считывания и через посред- Q ство электромагнитного поля, сопровождающего УЗ-импульс, возбуждает в обмотке катушки электрический импульс 21, но противоположной полярности (фиг. 26). Этот импульс также, как и первый, поступит на первый и второй входы компараторов 4 и 5 5 соответственно. Однако на этот раз сработает компаратор 5, к первому входу которого приложен уровень опорного напряжения (-) (/on, и на его выходе появится

импульс 22 (фиг. 2г), который поступит на первый вход элемента И-НЕ 10, на втором входе которого присутствует «1, подаваемая с прямого выхода #5-триг- гера 6. Этот импульс в проинвертирован- ном виде пройдет на выход элемента И-НЕ 10 .и на Я-вход ЯЗ-триггера 8, переключив его в нулевое состояние. При этом временные ворота на втором входе блока 17 вычислений закроются, а формирователь 14 импульсов сработает и на его выходе на короткое время установится уровень «О, который поступит на Я-вход 7 5-триггера 6, переключив его в нулевое состояние. Элементы И-НЕ 9, 10, 11 закроются и лишь элемент И-НЕ 12 готов к приему импульса 23 (фиг. 26), с приходом которого аналогично изложенному на выходе компаратора 4 появится импульс 24 (фиг. 2в), который пройдет через элемент И-НЕ 12 в проинвер- тированном виде на / -вход S-триггера 7, переключив его в нулевое состояние (фиг. 2е) При этом временные ворота t0 на первом входе блока 17 вычислений закроются, и цикл измерений завершается. Состояние )5-триг- геров будет неизменным до поступления второго импульса с выхода формирователя 13 импульсов, период следования которых равен 0,01 с. Одновременно с поступлением этого импульса с выхода блока 17 вычислений информация о перемещении будет выдана на регистратор 18.

образом, предложенное устройство позволяет выделять временные интервалы, соответствующие перемещению, вдвое больше действительного, что позволяет повысить точность измерения этих интервалов. Кроме того, использование одной МСЛ вместо двух позволяет исключить погрешность измерения, обусловленную неидентичностью параметров двух МСЛ и различным влиянием на них окружающей среды.

Формула изобретения

Устройство для измерения перемещения, содержащее магнитострикционную линию, на которой размещены две катушки, причем первая катушка служит для возбуждения ультразвукового сигнала и закреплена на конце магнитострикционной линии, вторая - для считывания сигнала и имеет возможность перемещения вдоль магнитострикционной линии, генератор, компаратор, первый вход которого соединен с с первым выводом катушки считывания, второй вывод которой соединен с общей шиной, а второй вход компаратора соединен с источником опорного напряжения положительной полярности, и регистратор, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерения, в устройство введены три S-триггера, четыре элемента И-НЕ, два формирователя импульсов, блок вычислений, делитель частоты и второй компаратор, причем выход генератора

ч через делитель частоты соединен с входом первого формирователя импульсов, прямой выход которого соединен с первым выводом катушки возбуждения, второй вывод которой соединен с общей шиной, выход первого компаратора соединен с первыми входами

0 первого, третьего и червертого элементов И-НЕ, вторые входы первого, второго и третьего элементов И-НЕ соединены с прямым выходом первого 5-триггера, выходы третьего и четвертого элементов И-НЕ соединены соответственно с S- и -входами второго S-триггера, выход которого соединен с первым входом блока вычислений, с вторым и третьим входами которого соединены соответственно выход второго 5-триггера и инверсный выход первого

Q формирователя импульсов, 5- и -входы третьего S-триггера соединены соответственно с выходами первого и второго элементов И-НЕ, первый вход второго элемента И-НЕ соединен с выходом второго компаратора, первый вход которого соеди5 нен с источником опорного напряжения отрицательной полярности, а второй вход - с первым выводом катушки считывания, инверсный выход первого формирователя импульсов соединен с S-входом первого / 5-триггера, -вход которого через второй

® формирователь импульсов соединен с выходом третьего RS -триггера, инверсный выход первого S-триггера соединен с вторым входом четвертого элемента И-НЕ, а выход блока вычислений соединен с входом регистратора.

5 УОЛ. /L #

К-19k-23Г

Uon

If--I -

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в системах автоматического управления, регулирования и контроля. Цель изобретения - повышение точности измерения. С помощью катушки 2 возбуждения, размещенной в начале магнитострикционной линии /МСЛ/ 1, в последней возбуждается ультразвуковой сигнал, который, распространяясь вдоль МСЛ 1, наводит первый электрический импульс в катушке 3 считывания, установленной с возможностью перемещения вдоль МСЛ 1. Дойдя до конца МСЛ 1, ультразвуковой сигнал отражается и распространяется в обратном направлении, возбуждает в катушке 3 считывания второй электрический импульс обратной полярности по отношению к первому, а затем, отразившись от начала МСЛ 1, возбуждает в катушке 3 считывания третий электрический импульс. С помощью компараторов 4 и 5, RS триггеров 6, 7 и 8, элементов 9, 10, 11 и 12 И-НЕ и формирователя 14 импульсов формируются временные интервалы между первым и вторым импульсами и первым и третьим импульсами катушки 3 считывания, пропорциональные соответственно двойной длине участка МСЛ 1 от катушки 3 считывания до конца и двойной длине всей МСЛ 1. В блоке 17 вычислений вычисляется отношение этих временных интервалов. Повышение точности измерения достигнуто за счет измерения в два раза больших временных интервалов и использования одной и той же МСЛ в качестве опорной и измерительной. 2 ил.