Ультразвуковое устройство для измерения линейных перемещений Советский патент 1991 года по МПК G01B17/00 

Изобретение относится к измеритель ной технике и может быть использовано для измерения и контроля параметров движения объекта например в робототехнических системах и комплексах

Цель изобретения - повышение на дежности устройства за счет уменьшения влияния акустических и электромагнитных помех

На чертеже представлена блок схема ультразвукового устройства для измерения линейных перемещений

Устройство содержит первый 1 и второй 2 звукопроводы из магнитострикционного материала, два акустических демпфера 3 и 4, стабилизатор 5 растягивающих усилий два ограничителя 6 и 7 перемещений, подвижный элемент 8 записи, неподвижные первый 9 и второй 10 элементы считывания усилитель 11 записи, первый 12 и второй 13 усилители считывания, блок 14 вычитания, формирователь 15 импульсов и блок 16 вычислений результата. Первый 1 и второй 2

звукопроводы связаны своими концами с акустическими демпферами 3 и 4 и механи чески связаны со стабилизатором 5 растягивающих усилий Вблизи акустического демпфера 3 на звукопроводах 1 и 2 установлены элементы 9 и 10 считывания их выво ды подключены к входам соответственно первого 12 и второго 13 усилителей счи тывания На звукопроводе 1 установлен элемент 8 записи выполненный с возможностью перемещения по звукопроводу между ограничителями 6 и 7 перемещений установленными вблизи акустических демпферов 3 и 4 Элемент 8 записи предназначен для кинематического соединения с контролируемым объектом перемещения и подключен к выходу усилителя 11 записи Вход последнего соединен с первым выхо дом формирователя 15 импульсов второй вход которого соединен с первым входом блока 16 вычислений результата Второй вход блока 16 вычислений подключен через блок 14 вычитания к выходам усилителей 12

(S

С

о J о

СП Ј О

и 13 считывания. Управляющие входы формирователя 15 импульсов записи и блока 16 вычислений объединены и предназначены для подачи управляющего сигнала Разрешение, входы синхронизации указанных блоков объединены и служат для подачи сигнала Запуск.

Устройство работает следующим образом.

На первый вход 17 управления подают цифровой сигнал Разрешение, по которому формирователь 15 импульсов и блик 16 вычислений переводятся в режим работы. На первом выходе 18 блока 16 вычислений формируется сигнал Запрос, подтверждающий готовность устройства к работе, в ответ на который пользователь подает на вход 19 запуска импульсный сигнал Запуск. По этому сигналу производится подготовка к приему сигналов блоком 16 вычислений и запуск формирователя 15 импульсов.

Формирователь 15 импульсов по второму выходу формирует импульсный сигнал, по которому осуществляется запуск блока 16 вычислений. На первом его выходе вырабатывается калиброванный по длительности прямоугольный импульс записи, который поступает на вход усилителя 11 записи. На выходе последнего вырабатывается токовый сигнал, поступающий на вход элемента 8 записи. В звукопроводе 1 возбуждается магнитоупругая волна, распространяющаяся в обе стороны с фазовой скоростью V,

Распространяясь вправо, волна достигает одного из акустических демпферов 4, рассеивается на нем, что препятствует образованию вторичных отраженных волн.

Распространяясь влево по звукопрово- ду 1, магнитоупругая волна через интервал времени

Tx-lx/V,

0)

где Ix - искомая величина перемещения объекта, кинематически связанного с элементом 81, достигает элемента 9 считывания и затем рассеивается на втором акустическом демпфере 3.

На выходе элемента 9 считывания формируется электрический сигнал, который может быть записан в виде

Ei{t) EKn.l(t)+Ex(t),

(2)

где Екп.чМ - сигнал помехи с акустической и электромагнитной составляющими; Ex(t) - информационный сигнал.

Далее сигнал (2) поступает на в1 с д первого усилителя 12 считывания, где усиливается до величины

Vi(t) Ку 1 Еi(t) VKn i(t) + Vx(t), (3)

где Ky.i - коэффициент усиления.

В те же моменты времени на выводах второго элемента 10 считывания поинимэ- ется сигнал комплексной помехи

E2(t) EKn2(t)

(4)

с акустической и электромагнитной состав- ляющими, наведенный в вспомогательном звукопроводе 2.

Этот сигнал проходит на вход второго усилителя 13 и усиливается до величины

20

V2(t) - Ку 2 E2(t) Укп 2(t), (5)

где КУ2 - коэффициент усиления.

С выходов усилителей 12 и 13 считывания сигналы (3) и (5) поступают на входы блока 12 вычитания, на выходе которого выделяется разностный сигнал

Д Vx(t) Vi(t) - v2(t) vKn 1(1) + vx(t) -VKn2(t) AVKn(t)+Vx(t),

(6)

свободный от помех, момент прихода которого определяет интервал времени Тх, и с помощью блока 16 вычислений получают результат измерения, например, в виде п-разрядного кода

NX Тх fo,

(7)

где f0 - частота дискретизации,

(который с учетом (1) характеризует искомую величину 1Х перемещения.

Код NX перемещения может быть снят с выхода 20 для дальнейшей обработки, на выходе 18 формируется цифровой сигнал

Запрос. Выходной цифровой сигнал Дублирование формируется при паритете смежных результатов измерения перемещений. На этом цикл измерения завершается и устройство готово к очередному циклу

измерений. Устройство может быть принудительно остановлено при снятии по входу 17 сигнала Разрешение.

Использование предлагаемого устройства обеспечивает преимущества, заключающиеся в повышении, по сравнению с известным, устойчивости устройства к воздействию внешней среды, что достигается за счет исключения акустических и электромагнитных помех в акустическом тракте устройства, Это позволяет использовать его в жестких условиях эксплуатации при высоком уровне акустических и электромагнитных помех.

Формула изобретения

Ультразвуковое устройство для измерения линейных перемещений, содержащее звукопровод, установленные на его концах демпферы и стабилизатор растягивающих усилий, неподвижно закрепленные на зву- копроводе элемент считывания и ограничители перемещений, элемент записи. выполненный с возможностью перемещения по звукопроводу между ограничителями перемещений, предназначенный для кинематического подключения к объекту перемещения, последовательно соединенные формирователь импульсов записи и усилитель записи, выход которого подключен к элементу записи, блок вычисления результата и усилитель считывания, вход которого

подключен к выходу элемента считывания, отличающееся тем, что, с целью повышения помехоустойчивости, оно снабжено вторыми звукопроводом, элементом

считывания, усилителем считывания и блоком вычитания, первый вход которого соединен с вторым выходом формирователя импульсов, второй вход - с выходом блока вычитания, вход синхронизации обьединен

с входом синхронизации формирователя импульсов и предназначен для подачи на него сигнала, второй звукопровод установлен своими концами с акустическими демпферами и расположен параллельно

первому звукопроводу, второй элемент считывания установлен неподвижно на втором звукопроводе соосно с первым элементом считывания и подключен к входу второго усилителя считывания, выход последнего и

первого усилителя считывания подключены к соответствующим входам блока вычитания, а выход блока вычислений служит выходом устройства.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения и контроля параметров движения объекта например в робототехнических системах и комплексах Цель изобретения - повышение надежности устройства за счет уменьшения влияния акустических и электромагнитных помех Цель достигается вычитанием из информационного сигнала с сопутствующими акустическими и электро магнитными помехами специально сформированного сигнала помехи полученного в дополнительном электроакустическом тракте 1 ил