Устройство для преобразованияпЕРЕМЕщЕНия B КОд Советский патент 1981 года по МПК G08C9/04 

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ПЕРЕМЕЩЕНИЯ

В КОД

Изобретение относится к системам автоматического преобразования аналогового сигнала в дискретный сигнал, а именно к устройствам для преобразования перемещения в код. Известны преобразователи перемещения во временной интервал и перемещения во временной интервал и в код, служащие для преобразования линейных и угловых механических перемещений и содержащие магнитострикционную линию задержки, один из магнитострикционных преобразователей которой выполнен подвижным относительно звукопровода и прикреплен к объекту перемещения. В таком преобразователе для получения информации о перемещении используется время распространения ультразвукового импульса между передающим и приемным магнитострикционным преобразователями 1. Недостатком таких преобразователей является, низкая точность преобразования, обусловленная во-первых температурной нестабильностью скорости звука в материале звукопровода, а во-вторых - больщой величиной скорости звука вызывающей необходимость измерения малых временных интервалов. Наиболее близким техническим рещением к данному изобретению является устройство для преобразования перемещения в код, содержащий магнитострикционнный звукопровод, концы которого связаны с поглотителем звуковых волн, натянутый параллельно направлению перемещения подвижного объекта, магнитострикционный преобразователь-передатчик, закрепленный на неподвижном основании, магнитострикционный преобразователь-приемник, закрепленный на подвижном объекте, управляемый генератор и формирователь выходного сигнала 2. В качестве информации о перемещении объекта используется период импульсов генерируемых устройством, который равен сумме времени распространения ультразвукового импульса по звукопроводу между передающим и приемным преобразователями и времени задержки импульса в формирователе выходного сигнала. Недостатком такого устройства является низкая точность преобразования перемещений во временной интервал, обусловленная температурной нестабильностью скорости звука в материале звукопровода. Цель изобретения - повышение точности устройства. Поставленная цель достигается тем, что в устройство для преобразования перемещения в код введены управляемый генератор, фазовый детектор, два делителя частоты два преобразователя частоты, преобразователь фазы в код и дополнительный магнитострикционный преобразователь-приемник, расположенный на неподвижном основании, выход управляемого генератора подключен к входам первого и второго делителей частоты и к первому входу преобразователя фазы в код, выход первого делителя частоты соединен с первым входом первого преобразователя частоты, с магнитострикционным преобразователем-передатчиком и с первым входом фазового детектора, выход второго делителя частоты соединен с вторыми входами первого и второго преобразователей частоты, выход основного магнитострикционного преобразователя-приемника соединен с первым входом второго преобразователя частоты, выход дополнительного магнитострикционного преобразователя-приемника подключен к второму входу фазового детектора, выход которого соединен с входом управляемого генератора, выходы первого и второго преобразователей частоты соединены соответственно с вторым и третьим входами преобразователя фазы в код. На чертеже представлена функциональпая схема устройства. Устройство содержит магнитострикционный звукопровод 1, поддерживающий в натянутом состоянии пружиной 2, на одном конце звукопровода расположен поглотитель 3 ультразвуковых волн, вдоль звукопровода 1 размещены магнитострикционный преобразователь-передатчик 4, основной магнитострикционный цреобразовательприемник 5, дополнительный магнитострикционный преобразователь-приемник 6. Преоб разователи 4-6 вы1полнены идентичными по конструкции и содержат катущки 7-9 намотанные на звукопровод 1, постоянные магниты 10-12 и резонансные узкополосные согласующие трансформаторы 13-15, причем между катущками 7-9 и звукопроводом 1 имеется зазор. Магнитострикционные преобразователи 4 и 6 закреплены на неподвижном основании устройства, а преобразователь 5 закреплен на объекте перемещения и может перемещаться вместе с ним вдоль звукопровода. Устройство содержит также управляемый генератор 16, который управляется по частоте напряжением и состоит из автогенератора 17, управляемого напряжением, усилителя 18 формирователя импульсов с логическими уровнями и усилителя 19 постоянного тока, который является одновременно и фильтром нижних частот, первый делитель 20 частоты с коэффициентом деления п, второй делитель 21 частоты с коэффициентом деления гп не равным п, фазовый детектор 22, состоящий из резонансного усилителя 23 и детектирующего каскада 24, первый преобразователь 25 частоты, состоящий из смесителя 26, фильтра 27 нижних частот и усилителя-формирователя 28 опорных фазовых импульсов, второй преобразователь 29 частоты, состоящий из смесителя 30, фильтра 31 нижних частот и усилителя-формирователя 32 фазовых импульсов и преобразователя 33 фазы в код. Устройство работает следующим обраГенератор 16 вырабатывает сигнал частотой f в форме меандра, частота которого делится на п делителем 20 и на ш делителем 21. Сигнал частотой f/n с выхода делителя 20 поступает на узкополосный магнитостриционный преобразователь-передатчик 4, настроенный на частоту f/n, который возбуждает в звукопроводе синусоидальную продольную ультразвуковую волну, бегуп 1ую вправо по магнитострикционному звукопроводу 1 и возбуждающую в магнитострикционных преобразователях-прие.мниках 5 И 6, настроенных на ту же частоту, гармонические напряжения частотой, фаза которых зависит от места расположения преобразователей 5 и 6 на звукопроводе. Волна, бегущая влево от преобразователя 4, отражается от левого конца звукопровода 1 и складывается с волной бегущей вправо, усиливая ее, если расстояние между точкой закрепления левого конца звукопровода 1 и катушкой 7 равно четному числу полувол н. Сигнал с преобразователя 6 поступает на один из входов фазового детектора 22, на второй вход которого поступает опорный сигнал частотой f/n с выхода делителя 20. Сдвиг между фазами этих двух сигналов определяется временем распространения ультразвуковой волны между преобразоваи 6 и составляет теля ми 4 д м 5, t -длина участ ка звукопровода между преобразователями 4 и 6, Л-длина волны в звукопроводе. С-выхода фазового детектора 22 напряжение, пропорциональное cos подается на вход управления частотой генератора 16 и перестраивает его частоту таким образо.м, чтобы приблизить к нулю напряжение на управляющем входе генератора 16, и следовательно, приблизить величину УГ- к 21й( гле N - целое число, а .N + -А- - пп.-тпр где N - целое число, а 1 + - - полное число длин волн, укладываюпи1хся на отрезке звукопровода длиной между катушками 7 и 9 преобразователей 4 и 6. Благодаря этому стабилизируется длина волны А. Сдвиг между фазой сигнала, снимаемого с подвижного преобразователя 5 и фазой сигнал подаваемого на преобразователь 4, равен 23Г-, где х - расстояние между преобразователями 4 и 5. Таким образом, перемещение объекта оказывается преобразованным в сдвиг фазы, причем крутизна преобразования перемещение-фаза равна Х/2. Поскольку Л стабилизирована, то оказывается стабилизированной и крутизна преобразования перемещение - фаза. Изменение фазы сигнала, снимаемого с преобразователя 5, пропорциональное перемещению объекта, преобразуется в цифровой код счетно-импульсным методом с помощью преобразователя 33 фаз-код после предварительного понижения частоты этого сигнала преобразователем 29 частоты. Сигнал частотой f/n с преобразователя 5 поступает на первый вход смесителя 30, на второй вход которого поступает гетеродинный сигнал частотой f/n от делителя 21. Самая низкая частота в спектре на выходе смесителя 30 составляет f(n-m)/nm, остальные спектральные составляющие имеют частоты в два и более раз превышающие это значение, и легко подавляются фильтром 31 нижних частот. Гармонический сигнал частотой f(n-m)/nm с выхода фильтра 31 проходит через усилитель-формирователь 32, где он усиливается и из него формируются фазовые импульсы, поступающие на второй вход преобразователя 33 фаза-код. Преобразователь 25 частоты точно таким же образом, как и преобразователь 29 частоты, формирует опорные фазовые импульсы такой же частоты f (п-m)/nm, поступающие на первый вход преобразователя 33 фазакод. Для повышения разрешающей способности преобразования фазы в код желательно, чтобы пит были большими и близкими друг к другу числами. Целесообразно выбирать т п-1 в этом случае, разрешаю щая способность будет 2 /п (п-1). Экономический эффект от использования устройства для преобразования перемещения в код обусловлен отмеченными выше его техническими преимуществами. Формула изобретения Устройство для преобразования перемещения в код, содержащий магнитострикционный звукопровод, один конец которого связан с пружиной, а другой - с-поглотителем звуковых волн, магнитострикционный преобразователь-передатчик, закрепленный на неподвижном основании, магнитострикционный преобразователь-приемник, закрепленный на подвижном объекте, отличающееся тем, что, с целью повышения точности устройства, в него введены два делителя частоты управляемый генератор, фазовый детектор, два преобразователя частоты, преобразователь фазы в код и дополнительный магнитострикционный преобразователь-приемник, расположенный на неподвижном основании, выход управляемого генератора подключен к входам первого и второго делителей частоты и к первому входу преобразователя фазы в код, выход первого делителя частоты соединен с первым входом первого преобразователя частоты, с магнитострикционным преобразователем-передатчиком и с первым входом фазового детектора, выход второго делителя частоты соединен с вторыми входами первого и второго преобразователей частоты, выход основного магнитострикционного преобразователя-приемника соединен с первым входом второго преобразователя частоты, выход дополнительного .магнитострикционного преобразователя-приемника подключен к второму входу фазового детектора, выход которого соединен с входом управляемого генератора, выходы первого и второго преобразователей частоты соединены соответственно с вторы.м и третьим входами преобразователя фазы в код. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР № 262518, кл. G 08 С 9/04, 1968. 2.Авторское свидетельство СССР № 190244, кл. G 08 С 9/04, 1964 (прототип).