Преобразователь перемещения в код Советский патент 1992 года по МПК H03M1/06 H03M1/50 

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

Известны магнитострикционные преобразователи перемещения в цифрой код с возможностью плавного изменения коэффициента преобразования, информацией о перемещении в которых служит отношение частот в опорном и измерительном каналах.

Однако приемлемая разрешающая способность в этих преобразователях получается за счет введения делителя частоты в

измерительный канал. Это приводит к существенной потере быстродействия, особенно при преобразовании больших перемещений.

Известно также устройство для преобразования линейного перемещения в код, содержащее звукопровод, демпферы, постоянные магниты, катушки возбуждения и считывания, преобразователь время - код tf регистр памяти, управляющий количеством суперпозиционно включенных катушек возбуждения в зависимости от диапазона преобразования, Однако температурная стабильность этого устройства невысокая.

XI 00 GJ О О 00

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является преобразователь перемещения в код, содержащий звукопровод, демпферы, тактовый генератор, формирователь импульсов записи, ка- тушку записи, первую и вторую катушки считывания, первый и второй усилители- формирователи, элемент ИЛИ, RS-триггер, блок совпадения, счетчик, слагаемый сумматор, регистр, элемент задержки, второй блок совпадения, второй и третий счетчики, цифроаналоговый преобразователь, второй элемент задержки, второй регистр.

Однако величина опорного сигнала в этом преобразователе зависит от различ- ных дестабилизирующих факторов внешней среды (температура, вибрация и т.д), которые влияют на геометрические размеры катушки и звукопровода и их взаимное расположение, а также от неоднородности волнового сопротивления звукопровода. Целью изобретения является повышение разрешающей способности и точности преобразователя перемещения в код.

Электронная схема преобразователя содержит звукопровод с размещенными на его концах демпферами, тактовый генератор, выход которого соединен со входом формирователя импульсов записи, выход которого соединен с катушкой записи, пер- вую и вторую катушку считывания, выходы которых соединены со входами соответственного первого и второго усилителей-формирователей, выходы которых соединены соответственно с первым и вторым входами элемента ИЛИ, RS-триггер, выход которого соединен с первым входом первого блока совпадения, выход которого соединен со счетным входом первого счетчика, выходы которого соединены со входами первого слагаемого сумматора, выходы которого соединены с информационными входами первого регистра, стробирующий вход которого подключен к выходу первого элемента задержки, второй блок совпадения, второй и третий счетчики, цифроаналоговый преобразователь, второй элемент задержки, первый формирователь импульсов, второй регистр. В схему дополнительно введены преобразователь напряжение-частота, зто- рой формирователь импульсов, задатчик кодов, дешифратор, индикатор и детектор нуля, а катушка записи выполнена подвижной и расположена между неподвижными первой и второй катушками считывания, вы- ход тактового генератора соединен с S-вхо- дом RS-триггера, выход которого соединен со входами первого и второго элементов задержки, выход второго элемента задержки соединен с установочным входом первого счетчика, выходы которого соединены с информационными входами второго счетчика и с информационными входами второго регистра, выходы которого соединены с информационными входами дешифратора, выходы которого соединены с индикатором. Выход элемента ИЛ И-соединен со счетным входом третьего счетчика, выход старшего разряда которого соединен с первым входом второго блока совпадения, выход которого соединен со счетным входом второго счетчика, выход которого соединен с входом первого формирователя импульсов, выход которого соединен с R-входом RS-триггера и с установочным входом третьего счетчика, выход младшего разряда которого соединен с входом второго формирователя импульсов, выход которого соединен с установочным входом второго счетчика. Выходы первого регистра соединены с входами детектора нуля и с входами цифроаналогового преобразователя, выход которого соединен с входом преобразователя напряжение-частота, выход которого соединен с вторыми входами первого и второго блоков совпадения. Выходы задатчика кодов соединены с входами второго слагаемого сумматора, выход детектора нуля соединен с управляющим входом дешифратора, выход второго усилителя-формирователя соединен со стробирующим входом второго регистра.

На чертеже представлена блок-схема преобразователя.

Преобразователь содержит звукопровод 1, на обоих концах которого закреплены демпферы 2, на правом конце звукопровода первую катушку считывания 3 и на левом конце звукопровода вторую катушку считывания 4, соединенные с входами усилителей-формирователей 6 и 7, выполненных из последовательно соединенных усилителей 8 и формирователей импульсов 9, свободно перемещающуюся по всей длине звукопровода катушку записи 5, логический элемент ИЛИ 10, входами соединенный с выходами усилителей-формирователей 6 и 7, формирователь импульса записи 11, выходом соединенный с катушкой записи 5, тактовый генератор 12, выходом соединенный с входом формирователем импульса записи 11, RS-триггер 13, S-входом соединенный с выходом тактового генератора 12, счетчик режима 14, счетным входом соединенный с выходом логического элемента ИЛИ 10. Преобразователь содержит также измерительный счетчик импульсов 15, счетным входом соединенный с выходом первого блока совпадений 18, вычитающий счетчик 16, информационным входом соединенный с выходом измерительного счетчика импульсов

15, преобразователь напряжение-частота 17, выходом соединенный с входами первого блока совпадения 18, второй вход которого соединен с выходом RS-триггера 13, и второго блока совпадения 19, второй вход которого соединен с выходом 2 счетчика режима 14, а выход - с счетным входом вычитающего счетчика 16, второй элемент задержки 20, входом соединенный с выходом RS-триггера 13, а выходом - с установочным входом измерительного счетчика импульсов 15 первый элемент задержки 21, входом соединенный с выходом RS-триггера 13, задэтчик кодов 22, выходом соединенный с входом слагаемого сумматора 23 второй вход которого соединен с выходом измерительного счетчика импульсов 15, управляющий регистр 24, информационным входом соединенный с выходом слагаемого сумматора 23, а стробирующим входом первого элемента задержки 21, А также содержит информационный регистр 25, информационным входом соединенный с выходом измерительного счетчика импульсов 15, а стробирующим входом - с выходом второго усилителя-формирователя 6, циф- роаналоговый преобразователь код-напряжение 26, информационным входом соединенный с выходом управляющего регистра 24, а выходом - с входом преобразователя напряжение-частота 17, детектор нуля 27-, вход которого соединен с выходом управляющего регистра 24, дешифратор 28, информационным входом соединенный с выходом информационного регистра 25, а управляющим входом - с выходом детектора нуля 27, индикатор 29, входом соединенный с выходом дешифратора 28, первый формирователь коротких импульсов 30, входом соединенный с выходом вычитающего счетчика, а выходом - с R-входом триггера 13 и установочным входом счетчика режима 14, Преобразователь имеет второй формирователь коротких импульсов 31, входом соединенный с выходом 1 счетчика режима 14, а выходом с установочным входом вычитающего счетчика.

Преобразователь работает следующим образом. Тактовый генератор 12с помощью формирователя импульса 11 и катушки записи 5 создает в звукопроводе 1, в результате эффекта магнитострикции, упругую волну, распространяющуюся по звукопро- воду. Упругая волна, достигнув катушек считывания 3 и 4, создает в них импульс напряжения соответственно опорному и измерительному сигналам, которые усиливаются и преобразуются в импульсы усилителями-формирователями 6 и 7. Упругая волна, распространяясь далее по звуко- проводу 1, поглощается демпферами 2.

Тактовый генератор 12 одновременно устанавливает триггер 13 в единичное 5 состояние, что разрешает прохождение импульсов преобразователя напряжение-частота 17 через второй блок совпадения 18 в измерительный счетчик импульсов 15. При появлении первого сигнала считы0 вания (опорного или измерительного) на счетном входе счетчика режимы 14 через логический элемент ИЛИ 10, на выходе 1 счетчика 14 устанавливается единица, которая через второй формирователь коротких

5 импульсов 31 разрешает запись информации со счетчика 15 в счетчик 16. Если появляется измерительный сигнал, то регистр 25 запоминает информацию с измерительного счетчика 15. При появлении второго сигнала

0 (опорного или измерительного счетчик режима 14 устанавливает на выходе 2 единицу, тем самым разрешая прохождение импульсов преобразователя напряжение- частоте 17 на счетный вход вычитающего

5 счетчика 16 через второй блок совпадения 19. Счетчики 15 и 16 считают импульсы до тех пор, пока на выходе 0 вычитающего счетчика 16 не появится единичный сигнал, который через формирователь коротких им0 пульсов устанавливает в нулевое состояние счетчик режима 4 и триггер 13. Таким образом в основном счетчике 15 находится код числа импульсов, соответствующий времени прохождения волны в волноводе 1 от

5 одной катушки до другой, В задатчике кодов 22 устанавливается код числа импульсов, который определяется из необходимости обеспечения заданной точности, быстродействия и расстояния между катушками

0 3 и 4.

Далее в слагаемом сумматоре 23 находится разность кодов чисел со счетчика 15 и задатчика кодов 22 и заносится в управляющий регистр 24. При появлении сигнала счи5 тывания с триггера 13 через первый элемент задержки 21 и этим же сигналом через второй элемент задержки 20 устанавливается в нулевое состояние измерительный счетчик 15.

0 Если в регистре 24 записывается нуль, то детектор нуля 27 выдает сигнал разрешения дешифратору 28 и код числа импульсов с регистра 25, соответствующий времени прохождения упругой волны от катушки за5 писи 5 до измерительной катушки 4 и соответственно расстоянию X, поступает на индикацию. .

В случае, если в регистре 24 запишется число, отлично е от нуля, цифроаналоговый преобразователь код-напряжение 26 изменит напряжение на преобразователе напряжение -частота на величину пропорциональную коду, записанному на регистре 24. Далее следующим тактом генератора 12 измерение повторяется и резудьтат, свободный от дополнительных погрешностей, выводится на индикацию.

Таким образом, обеспечивается высокая точность преобразования перемещения в код при реализации алгоритма прямого преобразования, свободного от погрешности нелинейности, без потери быстродействия и необходимости иметь на выходе преобразователя вычислительное устройство отношения временных интервалов.

Формула изобретения

Преобразователь перемещения в код, содержащий звукопровод с размещенными на его концах демпферами, тактовый генератор, выход которого соединен с входом формирователя импульсов записи, выход которого соединен с катушкой записи, первую и вторую катушки считывания, выходы которых соединены с входами соответственно первого и второго усилителей-формирователей, выходы которых соединены соответственно с первым и вторым входами первого элемента ИЛИ, RS-триггер, выход которого соединен с первым входом первого блока совпадения, выход которого соединен с счетным входом первого счетчика, выходы которого соединены с входами первого слагаемого сумматора, выходы которого соединены с информационными входами первого регистра, стробирующий вход которого подключен к выходу первого элемента задержки, второй блок совпадения, второй и третий счетчики, цифроанало- говый преобразователь, второй элемент задержки, первый формирователь импульсов, второй регистр, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и помехоустойчивости преобразователя, в него введены преобразователь напряжения-частоты, второй формирователь импульсов, задатчик кодов, дешифратор, индикатор и

детектор нуля, а катушка записи выполнена подвижной и расположена между неподвижными первой и второй катушками считывания, выход тактового генератора соединен с S-входом RS-триггера, выход которого соединен с входами первого и второго элементов задержки, выход второго элемента задержки соединен с установочным входом первого счетчика, выходы которого соединены с информационными

входами второго счетчика и информационными входами второго регистра, выходы которого соединены с информационными входами дешифратора, выходы которого соединены с индикатором, выход элемента

ИЛИ соединен со счетным входом третьего счетчика,выход старшего разряда которого соединен с первым входом второго, блока совпадения, выход которого соединен со счетным входом второго счетчика, выход которого соединен с входом первого формирователя импульсов, выход которого соединен с R-входом RS-триггера и установочным входом третьего счетчика, выход младшего разряда которого соединен с входом второго

формирователя импульсов, выход которого соединен с установочным входом второго счетчика, выходы первого регистра, соединены с входами детектора нуля и входами цмфроаналогового преобразователя, выход

которого соединен с входом преобразователя напряжение-частота, выход которого соединен с вторыми входами первого и второго блоков совпадения, выходы задат- чика кодов соединены с входами второго

слагаемого сумматора, выход детектора нуля соединен с управляющим входом дешифратора, выход второго усилителя- формирователя соединен с стробирующим входом второго регистра.

CM

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к устройствам для измерения и контроля перемещения, применяемых в системах автоматического управления. Целью изобретения является повышение точности и помехоустойчивости преобразователя перемещений в код. Поставленная цель достигается тем, что в преобразователь, содержащий звукопровод, катушку записи, формирователь импульсов записи с тактовым генератором, первую и вторую катушки считывания, первый элемент ИЛИ, RS-триггер, первый и второй блоки совпадения, первый и второй усилители-формирователи, три датчика, сумматор, первый и второй регистры, первый и второй элементы задержки, цифроаналого- вый преобразователь, первый формирователь импульсов, дополнительно введены второй формирователь импульсов, задатчик кодов, дешифратор, индикатор, детектор нуля и преобразователь напряжение - частота. При этом совокупность связей между элементами обеспечивает автоматическое изменение частоты счетных импульсов выхода преобразователя напряжение - частота, таким образом, что в цифровом коде измеряемого перемещения на выходе устройства исключаются дополнительные погрешности. 1 ил.