Преобразователь линейных перемещений в код Советский патент 1990 года по МПК H03M1/22 

Изобретение относится к технике линейных измерений, а именноК средствам для преобразования перемещений в цифровой код.

Целью изобретения является повышение точности преобразователя.

На чертеже приведена блок-схема преобразователя линейньк перемещений в код о

Преобразователь линейных перемещений в код содержит корпус 1, выполненный КЗ немагнитного материала, магнитную жидкость 2, содержащую ферромагнитные частицы 3, демпфер 4,

кольцевой постоянный магнит 5, ультразвуковой излучатель 6, управляемьй генератор 7 импульсов, усилитель 8 с регулируемым коэффициентом усиления, амплитудный детектор 9, компаратор 10,источник 11 опорного напряжения, элемент ИЛИ 12, триггер 13, генератор 14 импульсов, счетчик 15 импульсов, триггер 16, регистр 17, счетчик 18 импульсов, элемент И 19, генератор 20 импульсов, блок 21 деления ,

Преобразователь линейньк перемещений в код работает следующим образом Генератор 14 импульсов генерирует периодическую последовательность прямоугольных импульсов с периодом повто рения, определяемым соотношением т Х/ивкс вов где максимальное измеряемое перемещение; V - скорость ультразвука в жид кости 2 о С выхода генератора 14 периодическая последо вательность прямоугольных импульсов поступает на вход управляемого генератора 7 импульсов, который генерирует радиоимпульсы с периодом повторения, определяемым импульсами с генератора 14,, Радиоимпульсы с выхода управляемого генератора 7 импульсов поступают на вход ультразвукового излучателя 6, которьй преобразует радиоимпульсы Р ультразвуковые импульсЫс Ультразвуковое излучатель 6 совмещенного типа, т.ее он может излучать ультразвуковые колебания и. принимать ихо Ультразвуковые импульсы, распространяясь в магнитной жидкости 2, отражаются от слоя ферромагнитных частиц 3, концентрирующихся под кольцевым магнитом 4, и воспринимаются ультразвуковым излучателем 6. Отражение ультразвуковых импульсов от ферромагнитньк частиц 3 связано с тем, что в месте их сосредоточения изменяется акустическое сопротивление средыо Коэффициент отражения определяется соотношением ,р, Vi - 172. f7v-rj.;v7 где ft V, - акустическое сопротивле ние магнитной жидкости плотность магнитной жид кости 2; скорость, распространени ультразвука в магнитной жидкости 2; fiV акустическое сопротивле ние магнитной жидкости совместно с ферромагнит ными частицами 3; А - плотность магнитной жид 11 кости 2 с ферромагнитны ми частицами 3; V - скорость распространени ультразвука в магнитной жидкости 2 с ферромагнитными частицами 3„ Поскольку постоянный кольцевой магнит 4 связан с объектом перемещения, то по мере перемещения магнита 4 по корпусу 1 перемещаются ферромагнитные частицы 3, тем самым перемещается в жидкости 2 слой с более высоким акустическим сопротивлением, от которого происходит отражение ультразвуковых волн. Часть энергии ультразвуковых колебаний, проходя через слой концентрации ферромагнитных частиц 3, достигает демпфера 4 и поглощается им. В результате отражения от слоя ферромагнитных частиц 3 ультразвуковые импульсы достигают ультразвукового излучателя 6, преобразуются им в импульсы тока и поступают на первый вход усилителя 8. Коэффициент усиления усилителя 8 возрастает по линейному закону изменяясь от О до К за интервал времени, равный периоду повторения Тд( . Началу изменения коэффициента усиления соответствует приход импульса с генератора 14 на второй вход усилителя 8„ Таким образом,в момент появления мощного зондирующего импульса на выходе генератора 7 коэффициент усиления усилителя 8 равен О и этот импульс не проходит через усилитель 8 о К моменту прихода отраженного импульса коэффициент усиления усилителя 8 равен К и отраженный радиоимпульс проходит на вход амплитудного детектора 9. С выхода амплитудного детектора 9 продетектированньш радиоимпульс поступает на первый вход компаратора 10, На второй вход компаратора 10 поступает напряжение с источника 11 опорного напряжения о Уровень этого напряжения выбирается больше максимального уровня напряжения от структурных шумов, возникающих при прохождении ультразвука через магнитную жидкость 2о В моменты пересечения продетектированного импульса, поступающего на вход компаратора 10 уровня постоянного напряжения, присутствующего на втором входе компаратора 10,на еГо. выходе формируется прямоугольньй импульс, который поступает на первый . вход триггера 13 и устанавливает его по выходу в состояние Установка триггера 13 по выходу в состояние Т осуществляется по второму входу импульсами с выхода генератора 14 515 импульсов.ТаКИМ образом, пребывание уровня напряжения в состоянии 1 на выходе триггера 13 соответствует Ьременному интервалу медду зондирующим и отраженньм импульсами. Далее эТот временной интервал с помощью блоков 17-21 преобразуется в цифровой код. Для получения средней оценки величины перемещения усредняется N таких временных интервалов за время измерения. Время измерения определяется блоками 12, 15, 16о Это осуществляется следующим образом. На установочные входы счетчика 15 заводится уставка в В1зде.двоичного кода, величина которой определяет вре мя измерения. На входы элемента ИЛИ 1 поступают импульсы с выхода генератора 14 и отраженные импульсы с выхода компаратора 10„ Таким образом, за вре менной интервал, равный периоду Т, на вычитакщий вход счетчика 15 поступают два импульса, один с выхода генератора 14 и второй с выхода компаратора 10о Первым импульсом с выхода элемента ИЛИ 12 устанавливается вькод триггера 16 в состояние 1, тем самым фиксируется начало времени измерения. 1, появившаяся на выходе триггера 16, поступает на второй вход элемента И 19, при наличии 1 на первом входе элемента И 19 импульсы опорной частоты с генератора 20 импульсов проходят через элемент И 19 на счетчик 18 импульсов. Импульсы с генератора 20 проходят на счетчик 18 до тех пор, пока с реверсивного счетчика 15 не будет считан двоичный код N, записанный в счетчик 15 по его установочным входам, после считывания последнего двоичного значения со счетчика 15 на его выходе появляется импульс отрицательной полярности (иэ 1 в О и затем вновь в состояние 1). Этот импульс поступает на вход триггера 16 и обнуляет его по выходу. Уровень О поступает на второй вход элемента И 19 и запрещает прохождение импульсов с генератора 20 импульса на счетчик 18, На этом измерительный цикл заканчивается. Импульс отрицательной полярности с выхода счетчика 15 поступает также на вход записи регистра 17 и переписывает в него значение, полученное в счетчике 18, Запи санное в регистр 17 значение в двоичном эквиваленте и соответствующее зна чению 9 2 I X . где t. время, за которое ультразвуковой импульс достигает зоны концентрации ферромагнитных частиц 3; X; - измеряемое перемещение; п - число циклов измерения, поступает на информационные входы блока 21 деления. На установочное входы блока 21 поступает уставка в виде двоичного кода, значение которой равно величине уставки, устанавливаемой на установочных входах счетчика 15. Блок I21 осуществляет деление значения п 2 2. t. , представленного в двоичном |коде, на число (где п - число импульсов считывания, прошедших на вход 1 счетчика 15 за интервал измерения), также представленное в двоичном коде и устанавливаемое на установочных входах блока 21„ Результат измерения определяется зависимостью t, f(X) и представляется в двоичном эквиваленте на выходе блока 21, Формула изобретения Преобразователь линейных перемещений в код, содержапд1й корпус, выполненньй из немагнитного материала, с одной стороны которого размещен демпфер, в корпусе расположена магнитная жидкость, кольцевой постоянный магнит, охватываюн1ий корпус и установленньш с возможностью перемещения вдоль него, первый счетчик импульсов, усилитель, первый и второй генераторы импульсов, отличающийся тем,что, с целью повышения точности преобразователя, в него введены управляемый генератор импульсов, амплитудный детектор, источник опорного напряжения, компаратор, два триггера, элемент И, элемент ИЛИ .второй счетчик импульсов, регистр, блок деления, ультразвуковой излучатель, усилитель выполнен с регулируемым коэффициентом усиления, ультразвуковой излучатель расположен с другой стороны корпуса, выход управляемого генератора импульсов соединен с входом

- 1

ультразвукового излучателя и первым входом усилителя, .выход которого соединен с входом амплитудного детектора, выход которого соединен с первым входом компаратора, выход которого соединен, с первыми входами элемента ИЛИ и первого триггера, выход которо го соединен с первым входом элемента И, выход которого соединен с входом первого счетчика импульсов, выходы которого соединены с информационными входами.регистра, выходы которого со единены с первой группой входов блока деления, выходы которого являются выходами преобразователя, выход первого генератора импульсов соединен с входом управляемого генератора импульсов, вторыми входами усилителя.

964598

первого триггера и элемента ИЛИ ,выход источника опорного напряжения соединен с вторым входом компаратора, выход второго генератора импульсов соединен с вторым входом элемента И, выход элемента ИЛИ соединен со счетным входом второго счетчика импульсов и первым входом второго триггера,

JQ выход которого соединен с третьим входом элемента И, выход второго счетчика импульсов соединен с входом записи регистра и вторым входом второго триггера,информационные входы

f5 второго счетчика импульсов соединены с cooTBeTCTByroinHhei входами второй группы входов блока деления и являются входами установки гфеобразователя.

20

Изобретение относится к технике линейных измерений, а именно к средствам преобразования перемещений в цифровой код. Целью изобретения является повышение точности преобразователя. Для этого в преобразователь линейных перемещений в код, содержащий корпус, демпфер, магнитную жидкость, постоянный кольцевой магнит, первый счетчик, усилитель, два генератора импульсов, введены управляемый генератор импульсов, амплитудный детектор, источник опорного напряжения, компаратор, два триггера, элемент И, элемент ИЛИ, второй счетчик, регистр, блок деления, ультразвуковой излучатель. Поставленная цель достигается за счет того, что применение магнитной жидкости в качестве звукопровода позволило увеличить интервал времени измерения линейных перемещений и дополнительно повысить точность за счет накопления времени нескольких временных интервалов при определяемом линейном перемещении и последующем усреднении накопленного интервала времени. 1 ил.