Магнитострикционный дифференциальный преобразователь линейных перемещений Советский патент 1992 года по МПК G01B17/00 

u.v3t&

VJ

«я

О

СО

ю ю

Изобретение относится к измерительной технике. Целью изобретения является повышение точности измерений за счет передачи линейного перемещения двум приемным катушкам. На последовательно соединенные передающие катушки 3 и 4 с общим постоянным магнитом 5 подается импульс тока, возбуждающий в U-образном звукопроводе 1 две встречно распространяющиеся ультразвуковые волны с одинаковой фазой. Каждая из волн проходит по всей длине звукопровода 1 и поглощается де мпфером2. При этом волны наводят импульсы ЭДС в приемных катушках 8 и 9. Так как катушки 8 и 9 закреплены на различных сторонах гибкого звена 10 направляющего механизма, связанного с объектом измерений, и установлены с возможностью перемещения на различных ветвях звукопровода 1, перемещение объекта вызывает изменение расстояния между парами катушек 3 и 9 и 4 и 8, оставляя неизменным расстояние между катушками 8 и 9. Временные интервалы между импульсами ЭДС измеряют и с их помощью определяют линейное перемещение объекта. 2 ил.

.. fe/

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к устройствам измерения и контроля перемещений, применяемым в системах автоматического управления и регулирования.

Известен магнитострикционный преобразователь, содержащий звукопровод с демпферами, катушку возбуждения, соединенный с ней формирователь импульсов записи, две приемные катушки с постоянными магнитами.два усилителя-формирователя импульсов считывания, выходами соединенных с входами схемы совпадения, выход которой связан с входом формирователя импульсов записи.

Недостатком известного преобразователя является низкая чувствительность измерения, обусловленная его конструктивными особенностями.

Известен также магнитострикционный дифференциальный преобразователь линейных перемещений, содержащий две передающие катушки с последовательно соединенными обмотками, две приемные катушки с постоянными магнитами, два па- раллельно расположенных звукопровода, концы которых со стороны передающих катушек помещены в демпферы, причем обе приемные катушки жестко связаны одна с другой и установлены с возможностью пе- ремещения, а постоянный магнит катушки первого звукопровода является общим для приемной катушки второго звукопровода.

Такой преобразователь имеет повышенную чувствительность и способен реги- стрировать направление перемещения. Однако его точность зависит от изменения температуры окружающей среды и качества изготовления материала звукопровода.

Наиболее близким по технической сущ- ности к предлагаемому является магнитострикционныйпреобразовательперемещений, содержащий звукопровод с демпфером, передающую катушку с постоянным магнитом, закрепленную на конце звукопровода, и две установленные на звукопроводе приемные катушки с постоянными магнитами, одна из которых установлена с возможностью перемещения.

На результаты измерения указанным преобразователем не влияют такие дестабилизирующие факторы, как температура окружающей среды, старение материала звукопровода и т.д., однако точность его недостаточно высока.

Целью изобретения является повышение точности измерения.

Поставленная цель достигается тем, что магнитострикционный дифференциальный преобразователь линейных перемещений,

содержащий звукопровод, установленный на концах звукопровода, демпфер, передающую катушку с постоянным магнитом, закрепленную на конце звукопровода, и две установленные на звукопроводе приемные катушки с постоянными магнитами, одна из которых установлена с возможностью перемещения, снабжен направляющим механизмом с гибким замкнутым звеном и дополнительной передающей катушкой, закрепленной на втором конце звукопровода и .электрически соединенной последовательно с основной передающей катушкой. Звукопровод выполнен U-образным. Приемные катушки закреплены на различных сторонах гибкого звена направляющего механизма в противоположных одна другой точках. Вторая приемная катушка установлена на звукопроводе также с возможностью перемещения. Приемные катушки установлены на различных ветвях U-образ- ного звукопровода. Постоянный магнит основной передающей катушки является общим для дополнительной передающей катушки.

На фиг. 1 представлена схема предлагаемого преобразователя; на фиг. 2 - временные диаграммы его работы.

Магнитострикционный дифференциальный преобразователь линейных перемещений содержит звукопровод 1 из магнитострикционного материала, де- мпфер 2, последовательно соединенные передающие катушки 3 и 4, поляризующие магниты 5-7, приемные катушки 8 и 9, связанные между собой гибкой передачей 10. движение которой осуществляется с помощью направляющих роликов 11 и 12. Объект контроля жестко связан с любой из приемных катушек 8 и 9.

Преобразователь работает следующим образом.

При запуске преобразователя на последовательно соединенные передающие катушки 3 и 4 подается импульс тока. Вследствие прямого магнитострикционного эффекта в звукопроводе 1 возбуждаются две ультразвуковые волны с одинаковой фазой колебаний, распространяющиеся навстречу одна другой. В результате при встрече волны не затухают и каждая из них проходит по всей длине звукопровода 1, после чего они затухают в демпфере 2. Волна, распространяющаяся по нижней части звукопровода, проходит под приемной катушкой 8 и наводит в -ней импульс ЭДС вследствие обратного магнитострикционного эффекта через время

,i, - х°±Ах t2v

где v - скорость распространения ультразвуковой волны в звукопроводе;

Х(о) - начало отсчета;

А- измеряемое перемеа(ение.

После встречи и расхождения волн в приемной катушке 9 наводится следующий импульс через время

л ЗХ0 ± ДХ

прошедшее с момента.возбуждения волн, а в приемной катушке 8 - через время

ЗХ°±ДХ

также отсчитанное от момента возбуждения волн в катушках 3 и 4.

Время, прошедшее между наведением импульсов в катушке 9, вычисляется по формуле

т, г - t1, ЗХ° ± АХ Х0 ± ДХ 2(Х0 ± Дх) 11 т I Чуv V

Время, прошедшее между наведением импульсов в катушке 8, вычисляется по формуле

, п 1 ЗХ0 ± ДХ Хр ± ДХ 2(Х0 ± ДХ)

t2-t 2 t2--у; .

Информацией о величине и направлении измеряемого перемещения ДХ служит разность временных интервалов ta и ti:

Qta-t,- 2(х° ± АХ) 2(Х ± ДХ .ДХ

21VV V

Знак ДХ зависит от направления перемещения, при этом его верхний знак еоот- ветствует случаю, изображенному на чертеже.

Так как при изменении температуры звукопровода меняется скорость распространения ультразвуковых волн, для стабилизации преобразователя по температуре вводится поправка на скорость при каждом цикле измерений. Для этого определяется время to между наведением первого импульса в катушке 8 и второго импульса в катушке 9, либо первого импульса в катушке 9 и второго импульса в катушке 8. Тогда,

зная расстояние Х0 между приемными катушками 8 и 9, скорость волны в звукопроводе вычисляется по формуле

2ХС

to

Вычисленная скорость ультразвуковой волны v при каждом цикле измерений и преобразований вводится в формулу определения перемещения объекта контроля. Поправка на скорость может непосредственно подаваться в блок вычисления преобразователя при реализации его

электронной схемы. Временные интервалы Q и to могут измеряться путем подсчета числа импульсов образцового генератора в счетчиках с использованием логических элементов и RS- и D-триггеров. Блок вычислителя может быть выполнен с применением арифметико-логических устройств или ана- логовых перемножителей-делителей.

Таким образом, изменение формы зву- копровода, введение гибкой передачи между приемными катушками и возбуждение в звукопроводе двух встречных ультразвуко- вых волн обеспечивают независимость точности измерения, от температуры окружающей среды и старения материала звукопровода при сохранении чувствительности и упрощение конструкции за счет примененияодного1)-об- разного демпфированного звукопровода вместо двух.

Формула изобретения

Магнитострикционный дифференциальный преобразователь линейных перемещений, содержащий звукопровод, установленный на концах звуковопровода демпфер, передающую катушку с постоянным магнитом, закрепленную на одном конце звукопровода, и две установленные на

звукопроводе приемные катушки с постоянными магнитами, одна из которых установлена с возможностью перемещения, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерений, он снабжен напрзвляющим механизмом с гибким замкнутым звеном и дополнительной передающей катушкой, закрепленной на другом конце звукопровода и электрически соединенной последовательно с основной передающей

катушкой, звукопровод выполнен U-образ- ным, приемные катушки закреплены на различных сторонах гибкого звена направляющего механизма в противоположных одна другой точках, вторая приемная катушка установлена на звукопроводе также с возможностью перемещения, причем приемные катушки установлены на различных ветвях U-образного звукопровода, а

Ч

«sпостоянный магнит основной передающей катушки является общим для дополнительной передающей катушки,

t

-5

te г