Устройство для измерения перемещений Советский патент 1990 года по МПК G01B7/04 

Изобретение относится к измерительной технике в гибких проитвод- стлеиных системах.

Цель изобретения - повышение технологических возможностей путем регулировки функции преобразования и разрешающей способности устройства.

На фиг. 1 приведена функциональная схема устройства; на фиг. 2-4 - диаграммы, иллюстрирующие распределение намагниченности по длине носителя магнитной записи.

Устройство содержит носитель 1 магнитной записи, выполненный в виде основы и размещенного на ее поверхности магнитного слоя, установленный с возможностью перемещения вдоль рабочей поверхности и предназначенный для связи с перемещаемым объектом, магниточувствительный элемент 2, закрепленный на пьезовибраторе 3, который предназначен для возбуждения механических колебаний магниточувст- вительного элемента 2, генератор 4 напряжения , подключенный к электродам пьезовибратора, и подключенный к маг- ниточувствительному элементу 2 блок 5 измерения и регистрации. Последний содержит последовательно соединенные источник 6 питания постоянного тока, схему 7 управления, перестраиваемый делитель 8 частоты, многофункциональный преобразователь 9 и схему 10 измерения, состоящую из последовательно соединенных узла 1i записи, аналогового коммутатора 12, усилителя 13 воспроизведения, детектора 14 огибающей и узла 15 индикации.

Устройство работает следующим образом.

Распределение намагниченности по длине носителя 1 может быть аналоговым (линейным, квадратичным, экспоненциальным, степенным и т.п. фиг.2), дискретным, дискретно-аналоговым (фиг. 3), кодовым (последовательным или параллельным, фиг. 4).

Такой характер намагниченности носителя 1 реализуется в процессе магнитной записи путем подачи напряжения соответствующей формы на выводы маг- ниточувствительного элемента 2, в качестве которого может быть использована универсальная магнитная головка, состоящая из ферромагнитного сердечника с зазором и индуктивной катушкой. Магнитная головка в процессе ча

0

0

5

0

5

0

5

писи перемещает с постоянной скоростью вдоль носителя 1 записи.

Для обеспечения постоянного контакта магнитной головки с носителем 1 от источника 6 питания на электроды пьезовибратора 3 подается постоянное напряжение таким образом, чтобы последний, прогнувшись в своей центральной части на величину начального зазора о , прижимает магниточувствительный элемент 2 при перемещении к носителю 1.

При измерении перемещений объекта контроля постоянное напряжение с электродов пьезовибратора 3 снимается и начальный зазор между магнито- чувствительным элементом 2 и носителем 1, необходимый для колебаний пьезовибратора 4, восстанавливается.

Допустим, что в соответствии с требованиями технологического процесса в состав гибкой производственной системы должен входить аналоговый датчик перемещений с линейной функцией преобразования. В этом случае распределение намагниченности по длине носителя 1 соответствует фиг. 2. Это достигается путем записи на носитель 1 при помощи магниточувствитель- ного элемента 2 (магнитной головки) линейно изменяющегося напряжения, формируемого в многофункциональном преобразователе 9.Генератор 4 в этом случае отключается от электродов пьезовибратора 3 и используется как тактовый генератор и генератор под- магничивания. Если при записи объект и связанный с ним магниточувствительный элемент 2 перемещается со скоростью V, а общая длинл шкалы расстояний в устройстве равна L, то длительность прямого хода линейно изменяющегося напряжения на выходе преобразователя 9 равна

т- Ь

1 v

Делитель 8 частоты делит частоту f генератора 4 в п раз, где

п

Начало перемещения объекта синхронизируется с нччапом го рмировяния линейно изменявшем огя напряжения.

В том случат, i-огдп р гибкой производственном системе требуется дискретно-аналоговая функция преобразования (фиг. 3) то число

п

f ген 7т

где т - требуемое число периодов линейно изменяющегося напряжения.

Изменение коэффициента деления п в делителе 8 частоты осуществляется при помощи схемы 1 управления. Этой же схемой задается режим работы преобразователя 9.

Для получения дискретного датчика перемещений (фиг. 3) преобразователь 9 переводится в режим формирования прямоугольных импульсов с частотой

f liejL: t n

которые при помощи узла 11 записи и магнитной головки магниточувствитель- ного элемента 2 записываются на носителе 1 .

Измерение перемещений движущегося объекта производится следующим образом. Переменное напряжение генератора 4 подается на электроды пьезовибрато- ра 3. Вследствие обратного пьезоэлектрического эффекта в последнем возбуждаются изгибные поперечные колебания, что приводит к возвратно-поступательному движению магниточувствитель- ного элемента 2 в плоскости, перпендикулярной рабочей поверхности намагниченного носителя 1.

По закону электромагнитной индукции в магниточувствительном элементе 2 наводится переменная ЭДС, величина которой определяется уровнем остаточной намагниченности носителя в заданной точке, а частота равна частоте механических колебаний пьезовибрато- ра 3.

Таким образом выходной сигнал маг- ниточувствительного элемента 2 при его перемещении вдоль носителя 1 представляет собой переменное напряжение высокой частоты freM, промодулирован- ное низкочастотной составляющей, повторяющей по форме распределение намагниченности вдоль носителя записи 1 (фиг. 2 и 3).

Это напряжение через аналоговый коммутатор 12, выполняющий функцию переключателя запись-воспроизведение, узел 13 воспроизведения, содержащий

селективный усилитель, настроенный на частоту fTCH, поступает на детектор 14 огибающей, где из сигнала выделяется низкочастотная составляющая, соответствующая заданной функции преобразования датчика.

Так для аналогового линейного датчика (фиг. 2) это напряжение линейно

изменяется при перемещении объекта, причем его величина (соответствующая амплитуде наведенной в магниточувствительном элементе 2 переменной ЭДС) однозначно определяет расстояние,

5 пройденное объектом от начального положения.

Для дискретного датчика пройденное объектом расстояние определяется по числу импульсов модулирующего на

0 пряжения, соответствующему числу импульсов, записанных на носителе 1.

Результаты измерения перемещения объекта визуализируются при помощи узла 15 индикации, управляемого схе5 мой 7 управления.

Для повышения технологических возможностей за счет повышения точности схема 10 измерения и магнито- чувствительный элемент 2 выполнен в

виде N числа параллельных идентичных каналов.

В этом случае на носителе 1 записи создается распределение намагниченности в виде параллельного N-раз- рядного двоичного кода (фиг. 4),где 1 кода соответствует наличию намагниченности в данной точке носителя, а О кода - отсутствие намагни- ченности.

Запись осуществляется при перемещении вдоль носителя 1 N-канального магниточувствительного элемента 2, прижатого к носителю 1 при помощи пьезовибратора 3, на электроды которого подается напряжение от источника питания постоянного тока. В этом случае импульсы с выхода делителя частоты поступают на вход N-разрядного двоичного счетчика, входящего в состав преобразователя 9, выходы которого соединены с N-канальной схемой индикации. Через N-канальный узел 1 записи и N-канальный аналоговый коммутатор 12 образованный в счетчике N-раэрядный параллельный код поступает на N-канальный магниточувст- вительный элемент.

5

0

5

Формула изобретения

I. Устройство для измерения перемещений, содержащее носитель магнитной записи, генератор переменного напряжения, подключенный к нему пьезо- вибратор, закрепленный на нем магни- точувствительный элемент, установленный с возможностью перемещения вдоль рабочей поверхности носителя магнитной записи и предназначенный для связи с измеряемым объектом, и подключенный к магниточувствителыю- му элементу блок измерения и регистрации, отличающееся тем, что, с целью повышения технологических возможностей путем регулировки функции преобразования и разрешающей способности устройства, блок измерения и регистрации выполнен в виде последовательно подключенных источника питания постоянного тока, схемы управления, перестраиваемого делите

5

0

5

ля частоты, многофункционального преобразователя и схемы измерения, состоящей из последовательно подключенных узла записи, аналогового коммутатора, усилителя воспроизведения, детектора огибающей и узла индикации, второй выход схемы управления подключен к пьезовибратору, третий, четвертый и пятый выходы схемы управления соответственно подключены к первому входу многофункционального преобразователя, и вторым входом аналогового коммутатора, узла индикации и генератора переменного напряжения, второй выход которого подключен к второму входу перестраиваемого делителя частоты, вход узла записи является входом схемы измерения,

2, Устройство по п. , отличающееся тем, что схема измерения и магинточувствптельчый элемент выполнен в виде параллельных идентичных каналов.

Изобретение относится к измерительной технике в гибких производственных системах. Цель - повышение технологических возможностей путем регулировки дискретности шага измерения и повышения точности. Характер намагниченности носителя 1 реализуется в процессе магнитной записи путем подачи напряжения на магниточувствительный элемент 2, который в процессе записи перемещается с постоянной скоростью вдоль носителя 1 записи. Для обеспечения постоянного контакта магнитной головки с носителем 1 от источника 6 питания постоянного тока на пьезовибратор 3 подается постоянное напряжение. Последний, прогнувшись в своей центральной части на величину начального зазора σ, прижимает элемент 2 при перемещении к носителю 1. При измерении перемещений объекта контроля постоянное напряжение с электродов пьезовибратора 3 снимается и начальный зазор восстанавливается. Переменное напряжение генератора 4 подается на пьезовибратор 3, в котором возбуждаются изгибные поперечные колебания, что приводит к возвратно-поступательному движению магниточувствительного элемента 2. В последнем наводится ЭДС, величина которой определяется уровнем остаточной намагниченности носителя в заданной точке, а частота равна частоте механических колебаний пьезовибратора 3. Напряжение, снимаемое с элемента 2 через аналоговый коммутатор 12, выполняющий функцию переключателя "Запись - воспроизведение", и узел воспроизведения, усиливающий сигнал, поступает на детектор 14 огибающей, где из сигнала выделяется низкочастотная составляющая, соответствующая заданной функции преобразования датчика. 1 з.п.ф-лы, 4 ил.

Щи г. г