SU1552002A1 - Измерительный преобразователь линейных перемещений - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к измерительной технике, а именно к магнитоакустическим преобразовател м линейных перемещений, и может быть использовано в робототехнических системах и комплексах. Цель изобретени  - повышение точности и помехоустойчивости. Полученный временной интервал, пропорциональный величине контролируемого перемещени , поступает на счетчики грубого и точного отсчета, в которых осуществл етс  заполнение этого временного интервала импульсами частот, отличающихс  в несколько раз, и одновременный подсчет количества этих импульсов. Дл  повышени  помехоустойчивости осуществл етс  подсчет количества импульсов на электрическом выходе генератора, возбуждающего ультразвуковую волну, и количества импульсов, прошедших через звукопровод и прин тых элементом считывани . Если полученные количества не совпадают, то делаетс  вывод о наличии ошибки. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Description

1

(21)4443196/25-28

(22)17.06.88

(46) 23.03.90. Бюл. № 11

(71)Пензенский политехнический институт

(72)С.Б.Демин

(53)531.14 (088.8)

(56)Авторское свидетельство СССР № 747812, кл. G 01 В 7/00, 1978

Авторское свидетельство СССР. № 1394033, кл. G 01 В 17/00, 1988.

(54)ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЛИНЕЙНЫХ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ

(57)Изобретение относитс  к измерительной технике, а именно к магнито- акустическим преобразовател м линейных перемещений, и может быть использовано в робототехнических системах

и комплексах. Цель изобретени  - повышение точности и помехоустойчивости. Полученный временной интервал, пропорциональный величине контролируемого перемещени , поступает на счетчики грубого и точного отсчета, в которых осуществл етс  заполнение этого временного интервала импульсами частот, отличающихс  в несколько раз, и одновременный подсчет количества этих импульсов. Дл  повышени  помехоустойчивости осуществл етс  подсчет количества импульсов на электрическом выходе генератора, возбуждающего ультразвуковую волну, и количества импульсов , прошедших через звукопровод и прин тых элементом считывани . Если полученные количества не совпадают, то делаетс  вывод о наличии ошибки, 1 Зап. ф-лы, 2 ил.t

1Л

С.

Изобретение относитс  к измерительной технике, а именно к магнито- акустическим преобразовател м линейных перемещений, и может быть использовано в робототехнических системах и комплексах

Целью изобретени   вл етс  повышение точности и помехоустойчивости.

На фиг.1 приведена функциональна  схема измерительного преобразовател j на фиг.2 - основные временные диаграммы , по сн ющие работу преобразовател .

Измерительный преобразователь линейных перемещений содержит магнито- стрикционный датчик линейных перемещений , состо щий из звукопровода 1

из магнитострикционного материала, стабилизатора 2 раст гивающих усилий , акустического демпфера 3, ограничителей 4 перемещений, генератора 5, подвижного элемента 6 считывани  и предусилител -формировател  7, цифровой канал преобразовани , состо щий из триггера 8 управлени , элемента И 9, умножител  10 частоты, счетчиков 11 и 12 грубого и точного отсчета, формировател  13 импульсов, , элемента 14 задержки, первого 15 и второго 16 регистров, шину 17 запроса , шину 18 запуска, первую 19 и вторую 20 шины результата и шину 21 синхрониз ации.

СП СД

to

ГО

г1

Один конец звукопровода 1 магнито- Стрикционного датчика линейных перемещений подключен к механическому выходу генератора 5, а другой его ко- Нец - к стабилизатору 2 раст гивающих Усилий через акустический демпфер 3. Соосно со звукопроводом 1 установлен сосредоточенный элемент 6 считывани , Выполненный с возможностью перемещени  вдоль звукопроводов между его ограничител ми 4 перемещений и кине- :атически подсоедин емый к объекту онтролируемого перемещени . Вывод лемента 6 считывани  подключен к вхо ду триггера 8 управлени  цифрового канала преобразовани  через предуси- литель-формирователь 7, его выход соединен с входами элемента И 9, формировател  13 импульсов, генератора 5 и подключен к шине 17 запроса. Электрический выход генератора 5 подсоединен к входу умножител  10 частоты и счетному входу счетчика 11 грубого отсчета, его выходы подключены к первой шине 19 результата через первый регистр 15. Выход умножител  10 частоты подсоединен к счетному входу счетчика 12 точного отсчета через элементы И 9, его выходы подключены к второй шине 20 результата через второй регистр 16. Выход формировател  13 импульсов соединен с входом элемента 14 задержки, его первый выход соединен с синхровходами первого 15 и второго 16 регистров, а второй выход подключен к шине 21 синхронизации. Синхровход триггера 8 управлени  и нулевые входы счетчиков 11 и 12 грубого и точного отсчета объединены и подключены к шине . 18 запуска.

Кроме того, дл  повышени  помехе- устойчивости работы измерительного преобразовател  линейных перемещений за счет устранени  вли ни  акустических помех на его магнитострикционный тракт передачи, в его цифровой канал преобразовани  дополнительно введены последовательно соединенные счетчик 22 контрол  грубого отсчета, цифровой компаратор 23 и регистр 24 ошибки , первый вход счетчика 22 контрол  грубого отсчета соединен с выходом предусилител -формировател  7, его второй вход с вторым входом триггера 8 управлени , второй вход цифрового компаратора 23 с выходом счетчика 11 грубого отсчета, а второй вход регис

0

5

0

5

30

35

40

ра 24 ошибки - с выходом элемента 14 задержки. Выход регистра 24 ошибки  вл етс  шиной 25 контрол  ошибки.

Устройство работает следующим образом.

Первоначально устройство устанавливаетс  в исходное состо ние. По шине 17 запроса выставл етс  цифровой сигнал Запрос (фиг.2ж). В следующий момент по шине 18 запуска выставл етс  цифровой импульсный сигнал Запуск (фиг„2а), по которому производитс  обнуление счетчиков 11 и 12 грубого и точного отсчета, включение (установка в 1) триггера 8 управлени  (фиг,26). По сигналу триггера 8 управлени  производитс  запуск генератора 5 (фиг.2в), открываетс  логический ключ на элементе И 9 и снимаетс  сигнал Запрос по шине 17 запроса.

Генератор 5 вырабатывает модулированные магнитоупругие сигналы по механическому выходу и электрические сигналы по цифровому выходу опорной магнитострикционной частоты f 0, которые соответственно проход т в звуко- провод 1 магнитострикционного датчика линейных перемещений, где распростран ютс  с конечной продольной фазовой скоростью V магнитострикционной среды, и проход т в цифровой канал преобразовани  на счетный вход счетчика 11 грубого отсчета и сигнальный вход умножител  10 частоты.

Умножитель 10 частоты выполн ет преобразование опорной магнитострикционной частоты f j следовани  цифровых сигналов генератора 5 согласно выражению.

.гр

К f

о

где К - коэффициент преобразовани  частоты, которые с его выхода проход т через открытый логический элемент И 9 на счетный вход счетчика 12 точного отсчета (фиг.2г)0

Счетчики 11 и 12 грубого и точного отсчета производ т подсчет числа импульсов, поступающих на их счетный вход за искомый временной интервал перемещени 

т - Ь тх - v

}

где 1Х - искомое линейное перемещение .

Когда первый магнитоупругий зондирующий импульс пройдет с механического выхода генератора 5 через звукопровод 1 до подвижного элемента 6 считывани , который предусилителем формирователем 7 магнитострикционног датчика линейных перемещений преобразуетс  далее в видеоимпульс и поступает в цифровой канал преобразовани  на нулевой вход триггера 8 управлени . По этому сигналу производитс  переключение в исходное состо ние триггера 8 управлени  (фиг.26).

Выключение триггера 8 управлени  приводит к блокированию входа логического элемента И 9, через который с этого момента не проход т счетные импульсы частоты f 0 на счетный вход счетчика 12 точного отсчета (фиг.2г), останов генератора. 5 (фиг.2в) и формирование по шине 17 запроса сигнала Запрос. В результате на выходах счетчиков 11 и 12 грубого и точного отсчета формируютс  результирующие: n-разр дный код грубого счета

«.Т.

Lo.

и m-разр дный код точного счета

Nx точи тх f о,тр (2)

которые поступают далее на информационные входы соответственно первого 15 и второго 16 регистров.

Одновременно по срезу цифрового сигнала триггера 8 управлени  (фиг.26) производитс  запуск формировател  13 импульсов, который вырабатывает короткий цифровой импульс (фиг.2д), поступающий на вход элемента 14 задержки, и задерживаетс  по его первому выходу на врем  Ј, «Ј«,(Ј установлени  информационных сигналов на выходах счетчиков 11 и 12. После чего в первый 15 и второй 16 регистры производитс  запись соответствующих кодов (1) и (2), По другому выходу элемента 14 задержки цифровой импульс выдержи- ваетс  на врем  с t Ј, + «6 , через которое результирующие сигналы в виде кодов (2) с выходов регистров 15 и 16 проход т на соответствующие шины 19 и 20 результата, формиру  сигналы Код перемещени  грубо и Код перемещени  точно,;и подаетс  на шину 21 синхронизации, формиру 

- о 1552002

сигнал Синхронизаци  (фиг.2е). На

этом полный цикл преобразовани  заканчиваетс  и устройство подготовлено к очередному циклу преобразовани . Следующий цикл преобразовани 

- о

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

начинаетс  через врем  tp реакции пользовател  после прин ти  им сигнала Запрос, выставленного по шине 17 запроса, и выполн етс  без изменени  согласно выше рассмотренного.

Дл  предотвращени  переотражений продольных зондирующих магнитоупругих волн в магнитострикционном звукопро- воде 1 его противоположный от генератора 5 конец заключен в акустический демпфер 3. Стабилизатор 2 раст гивающих усилий задает посто нное раст гивающее механическое усилие магнитострикционного звукопровода 1, обеспечива  тем самым посто нство магнито- акустического сопротивлени  тракта передачи в процессе работы устройства.

Применение ограничителей 4 перемещений позвол ет устанавливать требуемый диапазон линейного перемещени  подвижного элемента 6 подмагничива- ни  вдоль звукопровода преобразовател  и предохран ть его от механического разрушени  в процессе работы.

Поскольку магнитострикционный тракт преобразовател  достаточно чувствителен к акустическим помехам, может оказатьс , что первым пришедшим магнитоупругим сигналом в зону считывани  (магнитоупругого преобразовани ) будет акустический сигнал помехи, наведенный внешней средой. Следовательно, результат измерени  будет искажен. Чтобы этого не произошло в устройстве осуществл етс  подсчет числа импульсов по электронному выходу генератора 5 и подсчет числа импульсов, прошедших через звукопровод 1 преобразовател . Количество импульсов в обоих случа х должно быть одинаковое в случае отсутстви  помехи, поскольку они вырабатываютс  одним источником колебаний .

В блоке цифрового контрол  производитс  подсчет числа импульсов, сформированных генератором 5 за искомый интервал перемещени  Тх и прошедших через магнитострикционный эвуко- провод 1 преобразовател . Так, в счетчике 22 контрол  грубого отсчета в конце цикла преобразовани  будет

хранитс  n-разр дный код грубого отсчета

гр

(3)

де f - канальна  магнитострик- ционна  частота, котора  может отличатьс  от опорной

МаГНИТОСТрИКЦИОННОЙ ЧаСТОТЫ JQ

fs генератора 5 вследствие вли ни  факторов внешней среды.

На выходах счетчика 11 грубого отсчета будет хранитьс  код (1). 15

Производ  сравнение сформированных кодов (1) и (3) на цифровом ком араторе 23, получают т--разр дный од ошибки, который по сигналу элемента 14 задержки заноситс  в регистр 20 24 ошибки, и далее выставл етс  на шине 25 ошибки. Цифровой сигнал Ошибка формируетс  при невыполнении услови :

к.гр Nx.rp контр 0

по которому производ т оценку достоверности полученного результата. Обнуление счетчика 22 контрол  грубого 30 отсчета производитс  в начале каждого цикла преобразовани  по сигналу За- пуск, выставл емому по шине 18 запуска .

Использование в преобразователе $ двух цифровых шкал - грубой и точной , последнюю из которых можно программировать , позвол ет повысить точность измерени  и расширить область технического использовани .40

Claims (2)

1. Измерительный преобразователь линейных перемещений, содержащий

0

0

$ 0

5

последовательно соединенные триггер управлени  и генератор, звукопровод из магнитострикционного материала с акустическим демпфером и стабилизатором раст гивающих усилий на конце , элемент считывани , соединенный с ним пpeдycилитJeль-фopмиpoвaтeль, выход которого соединен с первым входом триггера управлени , элемент задержки и соединенные с ним первый и второй регистры, отличающийс  тем, что, с целью повышени  точности измерени , он снабжен последовательно соединенными умножителем частоты, элементом И и счетчиком точного отсчета выход которого подключен к второму входу второго регистра , формирователем импульсов, вход которого соединен с выходом триггера управлени , а выход - с входом элемента задержки, и счетчиком грубого отсчета, первый вход которого соединен с вторыми входами триггера управлени  и счетчика точного отсчета, второй вход - с выходом генератора и входом умножител  частоты, а выход - с вторым входом первого регистра , второй вход элемента И соединен с выходом триггера управлени 

2. Преобразователь по п.1, о т - личающийс  тем, что, с целью повышени  помехоустойчивости, он снабжен последовательно соединенными счетчиком контрол  грубого отсчета, цифровым компаратором и регистром .ошибки, первый вход счетчика контрол  грубого отсчета соединен с выходам - предусилител -формировател , его второй вход - с вторым заходом триггера управлени , второй вход цифрового компаратора - с выходом счетчика грубого отсчета, а второй вход регистра ошибки - с выходом элемента задержки.