Магнитострикционный датчик перемещений Советский патент 1980 года по МПК H04R15/00 G01D5/12 

1

Изобретение относится к измерительной технике и к области технической акустики. Оно может быть использовано для измерения и контроля лцнейных перемещений, в частности для измерения ширины движу- 5 щегося полосового материала.

Известен магнитострикционный преобразователь перемещений, содержащий звукопровод, катушки возбуждения и считывания, демпферы и магниты смещения, ин- ю формацией о перемещении в котором служит отношение интервалов времени распространения упругой волны в рабочем и опорном каналах 1.

Однако измерение с высокой точностью is отнощения временных интервалов сложн(Э и требует больших аппаратурных зат1рат;

Известен также датчик перемещений, построенный на базе магнитострикционной линии задержки; содержащий звукопровод, 20 катушки возбуждения и считывания, демпферы, магниты смещения, электронную схему усиления и формирования импульса, информацией о перемещении в котором служит частота циркуляции ультразвуко- 25 вых колебаний в контуре, линии задержки, усилитель-формирователь считывания, цепь обратной связи, формирователь записи 2.

Эти датчики обладают низкой помехоустойчивостью,, обусловленной регенерацией помехи, возникшей однажды в контуре, и накапливанием ее на протяжении всего времени измерения, и низкой точностью, вызванной нестабильностью распространения механической волны вдоль звукопровода.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является магнитострикционный датчик перемещений, состоящий из рабочего и опорного каналов с общим заукопроводом, каждый из которых содерг жит демпферы, передающие и приемные катушки, размещенные на звукопроводе,. постоянные магниты смещения и электроннуюсхему, включающую в себя формирователи импульсов записи и усилител.и-формирователи импульсов считывания, соединенные с соответствующими передающими и приемными катушками, и счетчик импульсов. Информацией о перемещении служит отношение частоты циркуляции ультразвуковых колебаний в опорном канале к частоте циркуляции в рабочем канале преобразователя .

К недостаткам этого датчика помимо низкой помехоустойчивости можно отнести низкую разрешающую способность, обусловленную шириной полосы пропускания опорного канала, и ограниченную область применения. Целью изобретения является повышение помехоустойчивости датчика. Это достигается тем, что в электронную схему введены два элемента ИЛИ, два ключа, триггер с раздельными входами и тактовый генератор, выход которого соединен с первыми входами элементов ИЛИ, с входом «установка нуля счетчика импульсов и с первым входом триггера, выход кото,рого соединен с управляющими входами ключей, выход ключа рабочего канала соединен со вторым входом триггера и со вторым входом элемента ИЛИ этого канала, выход ключа опорного канала соединен ..с входом счетчика и со вторым входом элемента ИЛИ этого канала, выходы элементов ИЛИ соединены с входами соответствующих формирователей импульсов записи, а вторые входы ключей соединены с выходами соответствующих усилителей-формирователей импульсов; кроме того, с целью повыщения разрещающей способности датчика одна из катушек опорного канала выполнена подвижной, а с целью расширения области применения его катушки рабочего канала выполнены подвижными одна относительно другой и относительно звукопровода. На фиг. 1 приведена структурная схема датчика; на фиг. 2 - временные диаграммы работы датчика. Датчик содержит 3 ззукопровод 1, передающую и приемную катушки 2 и 3 рабочего канала, передающую 2а и приемную За катушки опорного канала, демпферы 4 на концах звукопровода и демпфер 5 между рабочей и опорной частями звукопровода и постоянные магниты смещения 6. Катушки рабочего канала выполнены подвижными и могут быть, в частности, жестко связаны с датчиками положения кромок движущегося полосового материала. Электронная часть датчика содержит в каждом канале однотипные формирователи 7 и 7а импульсов записи, усилителиформирователи 8 и 8а импульсов считывания, ключи 9 и 9а, элементы ИЛИ 10 и 10а в цепях обратных связей, счетчик 11 импульсоц, триггер 12 и тактовый генератор 13. Импульсом тактового генератора 13 счетчик 11 устанавливается в исходное состояние. Одновременно на выходе триггера 12 лоявляется сигнал, открывающий ключи 9 и 9а и через элементы ИЛИ 10 и 10а запускаются формирователи 7 и 7а импульсов записи. Импульс тока записи, подаваемый в передающую катушку 2а опорного канала, возбуждает на участке звукопровода, находящегося под катушкой, ультразвуковую волну, которая распространяется по звукопроводу со скоростью V. Через время to a/v, где а - расстояние между катушками опорного канала, волна достигает приемной катушки За, в которой вследствие обратного магнитострикционного эффекта наведется ЭДС. После соответствующего усиления и формирования импульса считывания усилителем-формирователем 8а импульсов считывания через ключ 9а элемент ИЛИ 10а в цепи обратной связи и формирователь 7а импульсов записи в передающую катушку 2а вновь поступает импульс записи. Таким образом, в опорном канале начинают циркулировать импульсы с периодом следования , которые заполняют счетчик И импульсов. Аналогично в рабочем канале начинают циркулировать имйульсы с периодом следования , где X-расстояние между катушками рабочего канала. Первый же импульс опрокидывает триггер 12. Ключи 9 и 9а закрываются, и тем самым прекращается циркуляция импульсов в обоих каналах. В счетчике 11 будет записано число /V, равное количеству импульсов опорного канала, заполнивших счетчик 11 в течение измерительного интервала времени, и пропорциональное расстоянию между катушками рабочего канала. Период следования Гг импульсов тактового генератора 13 выбирается из условия; По истечении времени Гг с приходом очередного импульса от тактового генератора процессы в схеме повторяются. Дополнительное введение тактового генератора, ключей, триггеров и элементов ИЛИ в электронную схему датчика позволило повысить помехоустойчивость устройства, поскольку при периодической работе электронной схемы во много раз уменьшается время накапливания помехи. Выполнение одной из катушек опорного канала подвижной позволило плавно изменять измерительный интервал времени в окрестностях каждого дискретного его значения, что повысило разрешающую способность датчика, а выполнение катушек измерительного канала подвижными позволило использовать устройство для измерения ширины движущегося полосового материала. Формула изобретения 1. Магнитострикционный датчик перемещений, состоящий из рабочего и опорного каналов с общим звукопроводом, каждый из которых содержит демпферы, передающие и приемные катушки, размещенные на звукопроводе, постоянные магниты смещения и электронную схему, включающую формирователи импульсов записи и усилители-формирователи импульсов считывания, соединенные с соответствующими передающими и приемными катушками, счетчик импульсов, отличающийся тем, что, с целью повыщения помехоустойчивости, в электронную схему введены два элемента ИЛИ, два ключа, триггер с раздельными входами и тактовый генератор, выход которого .соединен с первыми входами элементов ИЛИ, с входом «установка нуля счетчика импульсов и с первым входом триггера, выход которого соединен с управляющими входами ключей, выход ключа рабочего канала соединен со вторым входом триггера и со вторым входом элемента ИЛИ этого канала, выход ключа опорного канала соединен с входом счетчика импульсов и со вторым входом элемента ИЛИ этого канала, выходы элементов ИЛИ соединены с входами соответствующих фор-, мирователей импульсов записи, а вторые

входы ключей соединены с выходами усилителей-формирователей импульсов считывания.

2.Датчик по п. 1, отличающийся тем, что, с целью повыщения разрещающей

способности датчика, одна из катуиГ-екопорного канала выполнена подвижной.

3.Датчик по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что с целью расширения области

применения датчика, катущки рабочего канала выполнены подвижными одна относительно другой и относительно звукопровода.

Источники информации,

принятые во внимание при экспертизе

1.Авторское свидетельство СССР 284650, кл. G-OID 5/12, 1970.

2.Авторское свидетельство СССР 190244, кл. G 08С 9/04, 1967.

3. Авторское свидетельство СССР № 493045, кл. Н 04R 15/00, 1974.