Устройство для измерения перемещений Советский патент 1991 года по МПК G01B7/04 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при измерении перемещений объектов.

Цель - повышение точности за счет исключения погрешности, вызываемой вибрацией пьезоэлементов.

На чертеже представлена функциональная схема устройства.

Устройство содержит носитель 1 магнитной записи, выполненный в виде основы и размеренного на ее поверхности магнитного слоя, установленный с возможностью перемещения вдоль рабочей поверхности и предназначенный для связи с перемещаемым

объектрм, магниточувствительный элемент 2,закрепленный на пьезовибратореЗ, который предназначен для возбуждения механических колебаний магниточувсгсптельного элемента 2, генератор 4 переменного напряжения и подключенный к магниточувстви- тельному элементу 2 блок 5 измерения и регистрации. Выход генератора 4 соединен с прямым входом дифференциального усилителя 6 и входом фазовращателя 7. Выход фазовращателя 7 соединен с инвертирующим входом дифференциального усилителя 6, выход которого подключен к инвертирующему входу дифференциального усилителя 8.

о

4 СЛ 00

О

Ч

Прямой вход усилителя 6 и выход усилителя 8 соединены с соответствующими электродами пьезовибратора 3.

Устройство работает следующим образом.

Под действием генератора 4 переменного напряжения в пьезовибраторе 3 возникают изгибные деформации, которые вызывают колебаний магниточувствитель- ного элемента 2 в магнитном поле носителя 1 записи, намагниченного по определенному закону.

При перемещении магниточувствитель- ного элемента 2 вдоль носителя 1 записи переменная ЭДС, наводимая в колеблю- щемся магниточувствительном элементе по закону магнитной индукции, пропорциональна намагниченности носителя. Характер намагниченности носителя 1 может быть аналоговым, дискретным или кодовым. В соответствии с этим переменная ЭДС на выходе магнигочувствительного элемента. фиксируемая в блоке 5 измерения и регистрации, изменяется по аналоговому(например, линейному), дискретному либо кодовому закону. Перемещение определяется по амплитуде переменной ЭДС в аналоговом датчике, по числу максимумов и минимумов амплитуды переменной ЭДС при дискретном характере намагничение- сти носителя, либо по кодовой комбинации, выраженной в виде сочетания максимумов и минимумов ЭДС в кодовом датчике перемещений, где единице кода соответствует наличие намагниченности носителя в точке нахождения магниточувствительного элемента, а нулю - ее отсутствие.

Воздействие вибрации, неизбежно возникающей в перемещающихся обьекта, приводит к появлению дополнительной по- грешности устройства. Повысить виброустойчивость пьезоэлементов позволяет введение двух дифференциальных усилителей, включенных в цепь следящей обратной связи.

Один из двух пьезоэлементов, входящих в состав пьезовибратора 3, используется в качестве датчика вибрации и работает в режиме прямого пьезоэффекта. На- пряжение на его электродах пропорционально изгибу, возникающему при подаче напряжения генератора на второй пьезоэле- мент пьезовибратора, работающий в режиме обратного пьезоэффекта. Фазовый сдвиг между переменным напряжением, приложенным к пьезоэлементу, и его деформацией в режиме обратного пьезоэффекта равен 90 электрических градусов. Поэтому для устранения этого несоответствия в схему вводится фазовращатель, обеспечивающий сдвиг фазы на я/2.

Пусть в переменном напряжении, возникающем на электродах пьезоэлемента вибратора 3, работающего в режиме прямого пьезоэффекта, присутствует составляющая V(t), пропорциональная амплитуде и частоте внешней вибрации. Тогда в точке А действует напряжение

VA Vicoswt + V(t).

Это напряжение с датчика вибрации поступает на прямой вход усилителя б, на другой вход которого поступает переменное напряжение от генератора 4, сдвинутое по фазе фазовращателем на п /2. В точке В действует напряжение Vicoswt. На выходе в точке С дифференциального усилителя 6 действует напряжение, пропорциональное частоте и амплитуде вибрации V(t). Это напряжение поступает на инвертирующий вход дифференциального усилителя 8, на прямой вход которого поступает синусоидальное напряжение генератора 4. На выходе усилителя 8 напряжение представляет собой разность VD V0slnwt - V(t), которая поступает на второй пьезоэлемент пьезовибратора 3, работающий в режиме обратного пьезоэффекта.

Таким образом, в устройстве реализуется следящая обратная связь, поддерживающая постоянную амплитуду колебаний пьезовибратора, не зависящую от амплитуды внешней вибрации. Если на пьезовибраторе действует внешняя сила вибрации, вызывающая деформацию случайного характера 1, то на пьезовибратор подается напряжение, величина которого соответственно уменьшается цепью обратной связи на величину, пропорциональную этой случайной деформации. При этом результирующая амплитуда колебаний пьезовибратора, определяющая величину ЭДС, наводимой в магниточувствительном элементе, остается постоянной. Таким образом, наводимая ЭДС зависит только от напряженности магнитного поля носителя 1 записи, и действие вибрации не вызывает появления погрешности.

Формула изобретения Устройство для измерения перемещений, содержащее носитель магнитной записи, генератор переменного напряжения, пьезовибратор, закрепленный на нем маг- ниточувствительный элемент, установленный с возможностью перемещения вдоль рабочей поверхности носителя магнитной записи и предназначенный для связи с измеряемым объектом, и подключенный к

магниточувствительному элементу блок измерения и регистрации, отличающееся тем, что, с целью повышения точности, оно снабжено фазовращателем и двумя дифференциальными усилителями, вход первого и выход второго дифференциальных усилителей подключены к соответствующим электродам пьезовибратора, выход

первого дифференциального усилителя подключен к инвертирующему входу второго дифференциального усилителя, прямой вход которого подключен к выходу генератора переменного напряжения и входу фазовращателя, выход которого подключен к инвертирующему входу первого дифференциального усилителя.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при измерении перемещений объектов. Цель - повышение точности за счет исключения погрешности, вызываемой вибрацией пьезоэ- лементов. Блок 5 измерения и регистрации фиксирует переменную ЭДС на выходе магниточувствительного элемента 2. Перемещение определяется, например, по амплитуде переменной ЭДС в аналоговом датчике, по числу минимумов и максимумов амплитуды переменной ЭДС при дискретном характере намагниченности носителя и т. д. Дифференциальные усилители 6, 8, включенные в цепь следящей обратной связи, позволяют повысить виброустойчивость пьезоэлементов. Напряжение с одного из пьезоэлементов поступает на прямой вход усилителя 6, на инверсный вход которого поступает напряжение от генератора 4, сдвинутое по фазе фазовращателем 7 на л /2 На выходе усилителя 6 действует напряжение, пропорциональное частоте и амплитуде вибрации. Оно поступает на инвертирующий вход усилителя 8, на прямой вход которого поступает синусоидальное напряжение генератора 4. На выходе усилителя 8 напряжение представляет собой разность, которая поступает на второй пье- зоэлемент пьезовибраюраЗ, работающий в режиме обратного пьезоэффекта. При этом результирующая амплитуда колебаний пье- зовибратора, определяющая величину ЭДС, остается постоянной и зависит только от напряжен .ности магнитного поля носителя 1 записи, действие вибрации не вызывает появления погрешности. 1 ил. сл с

///Л

у///////