Преобразователь перемещения во временной интервал Советский патент 1992 года по МПК H03M1/50 

Изобретение относится к радиотехническим средствам определения местоположения, а именно к звуколокационным системам с использованием отраженных акустических волн, и может быть использо- вано в устройствах преобразования перемещения в аналоговую или цифровую форму.

Известен преобразователь перемещения во временной интервал (авт. св. СССР ISfe 385305, кл. G 08 С 9/04, 1971), содержащий управляемую акустическую линию задержки, генератор импульсов, блок возбуждения импульсов в линии задержки, блок считывания импульсов с линии задер- жки и измеритель временного интервала. Акустическая линия задержки выполнена на базе разомкнутого звукопровода из магни- тострикционного материала. Блок считывания имеет возможность перемещения вдоль длины звукопровода относительно блока возбуждения и связан с объектом измерения. Помеховый сигнал в линии задержки, появляющийся в виде импульсов, отраженных от концов звукопровода, снижает точность и надежность работы преобразователя. Усложнение конструкции линии задержки применением демпферов на концах звукопровода не дает необходимого подавления отраженных импульсов, и погреш- ность не устраняется.

Ближайшим к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является преобразователь перемещения во временной интервал (авт. св. СССР № 855710, кл, G 08 С 9/00, 1979 г.), содержащий генератор импульсов в виде формирователя начала преобразования, блок преобразования в виде элемента, преобразующего электрический импульс в ультра- звуковой, и элемента, преобразующего ультразвуковой импульс ь электрический, разомкнутый звукопровод из магнитострик- ционного материала, измеритель временного интервала, вычислительный блок, формирователь разнополярных импульсов, блок разделения в виде счетчика, усилителя записи, элемента ИЛИ, элемента И.

Для снижения воздействия отраженных сигналов и повышения точности в преобра- зователе на элемент, преобразующий электрический импульс в ультразвуковой, подается серия разнополярных импульсов в последовательности, зависящей от величины выходного сигнала измерителя вре- менного интервала. Использование чередования полярности импульсов позволяет осуществить взаимную компенсацию помеховых импульсов, отраженных от концов звукопровода.

Однако преобразователь имеет ограниченную точность, малые помехозащищенность и надежность в работе, связанные с малой амплитудой импульсов на выходе линии задержки; ограничения по быстродействию из-за медленного затухания помеховых отраженных импульсов в линии задержки и необходимости формирования целой серии разноиолярных компенсационных импульсов для их подавления в каждом цикле преобразования.

Цель изобретения - повышение точности, быстродействия и надежности преобразователя.

Для этого в преобразователь, содержащий генератор импульсов, выход которого является первым выходом преобразователя и соединен с входом блока формирования импульсов окончания временного интервала и запуска, первый выход которого через блок преобразования связан с разомкнутым звукопроводом из магнитострикционного материала, а второй выход является вторым выходом преобразователя, введены элемент управления частотой генератора, компаратор, счетчик импульсов, элемент И и фазовый дискриминатор, генератор импульсов выполнен в виде управляемого генератора импульсов, разомкнутый звукопровод установлен с возможностью перемещения относительно блока преобразования, вход компаратора подключен к первому выходу блока формирования импульсов окончания временного интервала и запуска, выход компаратора соединен с первым входом злемента И и счетным входом счетчика импульсов, выход которого соединен с вторым входом элемента И, выход которого соединен с первым входом фазового дискриминатора, выход которого соединен с вторым входом элемента И, выход которого соединен с первым входом фазового дискриминатора, выход которого соединен с входом элемента управления частотой генератора, выход которого соединен с входом управляемого генератора импульсов, выход которого соединен с установочным входом счетчика импульсов и вторым входом фазового дискриминатора

На фиг. 1 дана схема предлагаемого преобразователя; на фиг.2 - принципиальная схема блока формирования импульсов окончания временного интервала и запуска; на фиг.З - диаграмма, поясняющая принцип работы преобразователя.

Приняты следующие обозначения (фиг.1): 1 - генератор импульсов; 2 - блок формирования импульсов окончания временного интервала и запуска; 3 - блок пре- р браоования; 4 - разомкнугый звукопровод;

5 - компаратор; 6 - счетчик импульсов; 7 - элемент И; 8 - фазовый дискриминатор, 9 - элемент управления частотой генератора 1; 10 - первый выход блока 2; 11 - второй выход блока 2; 12 - первый вход элемента И,-13-второй вход элемента И; 14-первый вход фазового дискриминатора; 15 - второй вход фазового дискриминатора; 1.6 - первый выход преобразователя; 17 - второй выход преобразователя.

Генератор 1 связан через блок 2 с блоком 3, который посредством магнитного поля взаимодействует со звукопроводом 4. Звукопровод выполнен, например, из маг- нитострикционного феррита и установлен с возможностью перемещения вдоль его длины относительно блока 3. Блок 3 выполнен, например, на базе магнитной головки с постоянным магнитом NS. Зазор головки расположен вблизи звукопровода на расстоянии И и h от концов звукопровода. Счетчик 6 имеет кратность пересчета ЗК+4,

при К 0, 1,2 л, где п - целое число.

Установочный вход R счетчика 6 подключен к выходу генератора 1, а счетный вход С счетчика 6 подключен к выходу компаратора

5.

Преобразователь работает следующим образом. Генератор 1 находится в автоколебательном режиме. С генератора 1 на вход блока 2 поступают короткие по длительности прямоугольные электрические импульсы возбуждения. Каждый из них проходит через диоды VD1 и VD2 на первый выход 10 блока 2 и на первый выход 16 преобразователя. На втором выходе 11 блока 2 импульсы отсутствуют, поскольку компаратор DD1 закрыт этим же импульсом, поступающим на его стробирующий вход 2 (фиг.2). Цепь RWD3VD4 ограничивает амплитуду импульса возбуждения на входе компаратора DD1 (фиг.2)для предотвращения выхода его из строя. В блоке 3 преобразования поступивший с выхода 10 блока 2 импульс возбуждения посредством магнитной головки преобразуется.вблизи ее рабочего зазора в импульсное магнитное поле, пронизывающее электрод 4. Такое воздействие за счет эффекта магнитострикции вызывает импульс деформации в звукопроводе 4. Импульс деформации начинает распространяться по звукопроводу к его концам, отражается от них и распространяется в обратную, сторону по звукопроводу 4. Вместе с импульсом деформации, за счет магнито- стрикционного эффекта, вблизи звукопровода распространяется импульс магнитного поля. Отраженные от концов звукопровода импульсы, проходя по длине ззукопровода, вблизи рабочего зазора магнитной головки

блока 3 преобразования, преобразуются посредством магнитной головки в периодическую последовательность электрических импульсов считывания, которые поступают Б на выход 10 блока 2. Поскольку амплитуда импульсов считывания мала, то на вход блока 2 они не пропускаются цепочкой VD1. VD2 (фиг.2), В блоке 2 импульсы считывания через сопротивление R1 (фиг.2) поступают 10 на первый вход компаратора DD1. Компаратор DD1 (фиг.2) формирует из импульсов считывания прямоугольные импульсы, первый из которых поступает через выход 11 блока 2 на второй выход 17 преобразовате- 15 ля (фиг.1). Задержка гмежду импульсами на первом выходе 16 и втором выходе 17 преобразователя (фиг.1)связана с перемещением следующим образом: Т 2h/v, 0 где v - скорость звука в звукопроводе 4;

И - расстояние от рабочего зазора головки блока 3 до ближайшего конца звукопровода 4.

Каждый импульс генератора 1 поступа- 5 ет на установочный вход R и обнуляет счетчик 6. Компаратор 5 (фиг.1) формирует прямоугольные импульсы, которые подаются на счетный вход С счетчика 6. Поскольку счетчик 6 имеет кратность пересчета ЗК+4, 0 то на выходе элемента И 7 проходят импульсы считывания, соответствующие временной задержке Г0 2 (К + 1) l/v.

Импульсы с выхода элемента И 7 поступают на фазовый дискриминатор 8. Фазо- 5 вый дискриминатор 8 и элемент 9 управления частотой генератора 1 образуют цепь фазовой автоподстройки автогенератора 1. осуществляя по поступающим с выхода элемента И 7 импульсам подстройку 0 периода повторения автогенератора Т о соответствии с соотношением Т 2(K+1)/v. При этом амплитуда электрических импульсов считывания на выходе блока 3 резко возрастает, поскольку в звукопроводе про- 5 исходит когерентное накопление импульсов считывания. Для пояснения на фиг.З приведена диаграмма формирования электрических импульсов считывания после поступления от автогенератора двух первых O импульсов возбуждения. На фиг.З приняты следующие обозначения: 1 и 111 - первый и второй импульсы возбуждения, поступающие с автогенератора 1 (фиг.1); 2, З1. 41, 51, 6 , 71... - периодическая последователь- 5 ность импульсов считывания, возникшая в результате многократного отражения от концов звукопроводэ 4 (фиг.1) импульса деформации, образованного только первым импульсом возбуждения 11: 211, З11, 4 ... периодическая последовательность импульсов считывания, возникшая в результате многократного отражения от концов звукопровода 4 импульса деформации, образованного только вторым импульсом возбуждения 11 : 2|и, , 4м1... - периодическая последовательность импульсов считывания, образованная в результате накопления импульсов в звукопроводе 4 после подачи с автогенератора двух первых импульсов возбуждения; U-напряжениена выходе 10блока2(фиг.1); AI - амплитуда импульсов считывания 21 и 2 ; А2 - амплитуда импульса считывания 51; П.2 временные интервалы между импульсами возбуждения и считывания

П 2 li/v; Г2 2 la/v, Как показано на фиг.З, амплитуда импульсов считывания убывает медленно, поскольку звукопровод выполнен измагни- тострикционного материала с малым коэффициентом затухания (например, феррита) и концы звукопровода имеют единичный коэффициент отражения. Импульсы 4 , 41 , 4 образуются в результате прохода импульсами деформации расстояния, кратного удвоенной длине звукопровода. Из диаграммы видно, что после подачи второго импульса возбуждения 111 в момент прихода импульса 4 (Т Г0) амплитуда импульса считывания 2 возрастает в (1+Aa/Ai) раз по сравнению с амплитудой импульса 21. Последующие импульсы возбуждения, поступающие от автогенератора с периодом повторения Т, приводят к дальнейшему росту амплитуды импульсов считывания. Экспериментально реализовано увеличение амплитуды импульсов считывания более чем на порядок по сравнению с прототипом. Соответственно повышается помехозащищенность, точность и надежность работы преобразователя. Использование в преобразователе отраженных импульсов, путем их когерентного накопления в звукопроводе, позволяет также упростить констркуцию преобразователя, из которой исключены измеритель временного интервала, вычислительный блок, формирователь разнополярных импульсов, демпферы на концах звукопровода, раздельные элементы воз- бухсдения и считывания импульсов с линии задержки в блоке преобразования. Повышается быстродействие преобразователя. Цикл преобразования осуществляется (за время 2l/v) от каждого импульса возбуждения генератора в отличие от прототипа, где для одного цикла преобразования требуется целая серия разнополярных импульсов возбуждения.

Формула изобретения Преобразователь перемещения во временной интервал, содержащий генератор

импульсов, выход которого является первым выходом преобразователя и соединен с первым входом блока формирования импульсов окончания временного интервала и запуска, первый выход которого через блок

преобразования связан с разомкнутым зву- копроводбм из магнитострикционного материала, а второй выход является вторым выходом преобразователя, отличающийся тем, что, с целью повышения

точности, быстродействия и надежности преобразователя, в него введены элемент управления частотой генератора, компаратор, счетчик импульсов, элемент И и фазовый дискриминатор, генератор импульсов

выполнен в виде управляемого генератора импульсов, а разомкнутый звукопровод установлен с возможностью перемещения относительно блока преобразования, вход компаратора подключен к первому выходу

блока формирования импульсов окончания временного интервала и запуска, а выход компаратора соединен с первым входом элемента И и со счетным входом счетчика импульсов, выход которого соединен с вторым входом элемента И, выход которого со- единен -с первым входом фазового дискриминатора, выход которого соединен с входом элемента управления частотой генератора, выход которого соединен с входом управляемого генератора импульсов, выход которого соединен с установочным входом счетчика импульсов и с вторым входом фазового дискриминатора.

V

7.

«±.

P&/

81

Изобретение относится к радиотехническим средствам определения местоположения, а именно к звуколокационным системам с использованием отраженных акустических волн, и может быть использовано в устройствах преобразования перемещения в аналоговую или цифровую форму. Целью изобре.ения является повышение точности, быстродействия и надежности преобразователя. Для этого в преобразователь, содержащий генератор 1 импульсов, блок 2 формирования импульсов окончания временного интервала и запуска, блок 3 преобразования, разомкнутый звукопровод 4 из магнитострикционного материала, введены элемент 9 управления частотой генератора 1, компаратор 5, счетчик 6 импульсов, элемент И 7 и фазовый дискриминатор 8. Генератор 1 импульсов выполнен в виде управляемого генератора импульсов, а разомкнутый звукопровод 4 установлен с возможностью перемещения относительно блока 3 преобразования. 3 ил. I сл с VI о ю

Редактор Г.Вельская

Ъгг.Э

Составитель С.ПошожеЁ Техред М.Моргентал

Корректор О.Густи