Ультразвуковой измеритель перемещений

СОЮЗ СОВЕТСКИХ,ссциАлистическихРЕСПУБЛИК 09) ц 5 601 В 17/00 ТЕН ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ ИЗОБ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(71) Пензенский политехнический институт (72) С.Б,Демин(56) Авторское свидетельство СССР В 956964, кл, 6 01 В 17/00, 1981.Авторское свидетельство СССР М 1394033, кл, 6 01 В 17/00, 1987.(54) УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ(57) Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения и контроля параметров движения объектов, например элементов роботоИзобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения и контроля параметров движения объектов, например элементов робототехнических систем.Целью изобретения является повышение точности измерения перемещений и расширение области использования за счет исключения электромагнитных помех в сигнальных цепях первичного преобразователя перемещений,На фиг.1 приведена структурная схема ультразвукового измерителя перемещений; на фиг.2 - пример выполнения блока измерения интервалов времени; на фиг.З - временные диаграммы, поясняющие работу ультразвукового измерителя перемещений,Ультразвуковой измеритель перемещей содержит магнитострикционный преоб 1679187 А 1 технических систем. Целью изобретения является повышение точности измерения перемещений и расширение области использования за счет исключения электромагнитных помех в сигнальньх цепях первичного преобразователя перемещений, содержащего прямолинейный звукопровод и снабженного двумя парами параллельно соединенных в противоположной полярности элементов считывания, Элементы считывания первой пары симметрично расположены относительно элемента записи и перемещаются по звукопроводу преобразователя совместно с элементом записи, а элементы считывания второй пары размещены по краям звукопровода. 3 ил,разователь 1 перемещений в виде прямолинейного эвукопровода 2. выполненного из магнитострикционного материала, механически связанные с одним из концов звуко- провода 2 акустический поглотитель 3 и механизм 4 натяжения эвукопровода 2, закрепленный на звукопроводе 2 вблизи акустического поглотителя 3 неподвижный элемент 5 считывания с магнитом 6 смещения, подключенный к выходу элемента 5 считывания усилитель-формирователь 7 считывания, установленный на рабочем участке звукопровода 2 подвижный элемент 8 записи с магнитом 9 смещения, предназначенный для кинематического соединения с объектом контролируемого перемещения, и последовательно соединенные одно- вибратор 10 и усилитель 11 записи, выход которого подключен к входу подвижного элемента 8 записи, первый и второй по 1679187движные элементы 12, 13 считывания с магнитами 14, 15 смещения, которые установлены на равных расстояниях по разные стороны от подвижного элемента 8 записи, второй акустический поглотитель 16 и второй неподвижный элемент 17 считывания с магнитом 18 смещения, которые установлены на втором конце акустического звукопровода 2, второй усилитель- формирователь 19 считывания и блок 20 измерения интервалов времени.Первый и второй подвижные элементы 12, 13 считывания объединены в противоположной полярности и подключены к входам второго усилителя-формирователя 19 считывания, первый и второй неподвижные элементы 5, 17 считывания объединены в противоположной полярности, выходы первого и второго усилителей-Формирователей 7, 19 считывания подключены к соответствующим сигнальным входам блока 20 измерения интервалов времени, первый вход управления которого объединен с входом одиовибрзтора 10 и предназначен для подачи сигнала "Запуск" ультразвукового измерителя перемещений, а второй управляющий вход блока 20 измерения интервалов времени предназначен для подачи сигнала "Разрешение работы",Кроме того, на Фиг.1 показаны вход 21 разрешения, выход 22 запроса и вход 23 запуска, первый выход 24 результата, первый выход 25 контроля результата, второй выход 26 результате, второй выход 27 контроля результата и выход 28 синхронизации. Блок 20 измерения интервалов времени может быть выполнен из двух схем 29, ЗО измерения времени, элементе И 31 и элемента ИЛИ 32 (см. Фиг.2). Выход элемента И 31 служит выходом 22 запросе, выходы схем 29, ЗО измерения времени служат выходами 24, 26 результата, управляющие выходы укаэанных схем 29, 30 служат выходами 25, 27 контроля результата, а выход элемента ИЛИ 32 служит выходом 28 синхронизации. Первые входы управления схем 29, 30 объединены и служат входом 21 разрешения блока 20, а вторые входы управления схем 29, 30 объединены и служат входом 23 ззпуска блока 20.Сигнальные входы первой и второй схемы 29, ЗО измерения интервалов времени являются первыми входами блока 20.Измеритель работает следующим образом.Первоначально измеритель устанавливается в исходное состояние (см.фиг.1). При подаче цифрового сигнала "Разрешение" (см.фиг.З,а) на выход 21 разрешения изме 10 20 ритель переводится в режим работы, На его выходе 22 выставляется цифровой сигнал "Запрос" (см.фиг.З,е) в ответ на который пользователь через время реакции тр на вход 23 подает импульсный сигнал "Запуск" (см.фиг.З,б), по которому подготавливаетсяк работе блок 20 и запускается одновибратор 10,Одновибратор 10 вырабатывает прямоугольный видеоимпульс записи длительности т(который может быть промодулированвысокой частотой) и возбуждает усилитель 11 записи преобразователя 1, На его выходе Формируется токовый импульс записих, который проходит через обмотку подвижногоэлемента 8 записи. В звукопроводе 2 возбуждается магнитоупругая волна ох вследствие мзгнитомеханического преобразователя, Эта волна распространяется по звукопроводу в обе стороны с фазовой скоростью Ч.В некоторые искомые моменты времени соответственно1 о оЧ+Ч Ч+Ччгде 1 о - опорное расстояние между синхраподвижными элементами 8 и 12, 13 записи и считывания первичного МПП;Чх - искомая скорость перемещения объема, если направление перемещения совпадает с направлением распространения магиитоупругой волны а вдаль эвукопровода, магнитоупругая волна одостигает первый и второй подвижные элементы 12, 13 считывания с магнитами 9 смещения и наводит не их выводах электрические импульсы считывания, каторые проходят на вход второго усилителя-формирователя 19 считывания, усиливаются, преобразуются в прямоугольные видеоимпульсы считывания (смефиг.3,6) и проходят ие ОДин из сигнальных входов измерительного блока 20. Если скорость Ч перемещения объекта выше некоторого начальнрго порогового значения, определяемого параметрической чувствительностью канале, значение раэностного интервала перемещений составит величину Т.1 1 1 Т 1 - Т 21 + 21 о " (2)Ч -Чзх 50. который второй схемой 30 измерения вре. мени будет преобразован в соответствую щий цифровой кодд,1-Т 16, (3) 55 где б - частота дискретизации по кана лу измерения скорости перемещения объекСформированный код (3) - "Код скорости" - с выходов схемы 30 поступает навыход 26 результата, Если этот результатсовпадает с результатом смежного измерения (т.е, йх= Мх,+1), то по выходу 27 схемы30 вырабатывается цифровой сигнал(см,фиг.З,ж) "Дублирование 2",По окончании преобразования на первом выходе схемы 30 формируется цифровой сигнал "Запрос 2" (см.фиг.2),производится блокирование сигнальноговхода схемы 30, открывается логическийэлемент И 31. На втором выходе схемы 30 в 10следующий момент формируется цифровойимпульсный сигнал "Синхронизация 2"(фиг.З,д), поступающий через элемент ИЛИ32 на выход 28 синхронизации,В следующие искомые моменты времени соответственно11 +1 о 12 +1 оТз - , Т 4 = - , (4)где 1,12 - расстояния между элементами8 и 5, 17 записи и считывания, магнитоупругие волны о достигают неподвижные первый и второй элементы 5, 17 считывания, Наих выводах будут индуцированы электрические сигналы считывания, преобразуемыепервым усилителем-формирователем 7 считывания в прямоугольные видеоимпульсы,В результате на его выходе формируетсяискомый раэностный временный интервал,несущий информацию о текущем положении объекта 3011 - 12Тх.2 = ТЗ - Т 4Ч(5)По этим сигналам производится запуски остановка первой схемы 29 измерениявремени измерительного блока 20, на выходах которого в следующий момент формируется код положения объектаИх 2 = Тх.212 (6)где 12 - частота дискретизации по каналу измерения положения объекта, 40Полученный код(6) - "Код положения" -поступает на выход 24, Если имеет местопаритет со смежным результатом, то на выходе 25 контроля результата формируетсяцифровой сигнал "Дублирование 1". По 45окончании цикл измерения величины Мх,2схема 29 вырабатывает цифровой импульсный сигнал "Синхронизация 1", поступающий на выход 28 синхронизации(см.фиг.З,д)через элемент 32 ИЛИ. На другом выходе 50схемы 29 формируется цифровой сигнал"Запрос 1 и проходит через открытый элемент 31 И на выход 22 (фиг.З,е). Сигнальныйвход схемы 29 блокируется.На этом цикл работы измерителя завершается. Очередной цикл начинается по инициативе пользователя,Перевод измерителя в режим блокирования осуществляется при снятии сигнала"Разрешение" на входе 21 управления. В этом режиме измеритель не реагирует на сигналы "Запуск".Акустические поглотители 3, 16, установленные по концам прямолинейного звукопровода 2, демпфируют падающие магнитоупругие волны и препятствуют образованию отраженных волн, воспринимаемых сигнальными цепями преобразователя 1 как сигналы помехи, Для обеспечения требуемого отношения сигнал/помеха, стабилизации волнового сопротивления и повышения жесткости звукопровод 2 механически растягивают в продольном направлении с помощью механизма 4 натяжения,Параллельное соединение элементов 12, 13 и 5, 17 считывания в противоположной полярности повышает устойчивость измерителя к электромагнитным помехам и обеспечивает более высокие метрологические характеристики измерений по обоим каналам. Точность измерения по каналам устанавливается выбором частоты дискретизации 51, 12 в пределах разрешающей способности акустического тракта. Применение схем 29, 30 измерения времени позволяет избирательно устанавливать чувствительность по каждому каналу измерения и тем самым расширить функциональные возможности измерителя.Формула изобретения ультразвуковой измеритель перемещений, содержащий магнитострикционный преобразователь перемещений в виде прямолинейного звукопровода из магФтострикционного материала, механически связанные с одним из концов звукопровода акустический поглотитель и механизм натяжения звукопровода, закрепленный на эвукопроводе вблизи акустического поглотителя неподвижный элемент считывания с магнитом смещения, подключенный к выходу элемента считывания, усилитель-формирователь считывания, установленный на рабочем участке. звукопровода подвижный элемент записи с магнитом смещения, предназначенный для кинематицеского соединения с объектом контролируемого перемещения и последовательно соединенные одновибратор и усилитель записи, выход которого подключен к входу подвижного элемента записи, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности измерения перемещений и расширения области использования, он снабжен первым и вторым подвижными элементами считывания с магнитами смещения, которые установлены на равных расстояниях по разные стороны от подвижного элемента записи, вторым акустическим поглотителем и вторым непод 1679187вижным элементом считывания с магнитом смещения, которые установлены на втором конце акустического звукопровода, вторым усилителем-формирователем считывания и блоком измерения интервалов времени, выходы первого и второго подвижных элементов считывания объединены в противоположной полярности и подключены к входам второго усилителя-формирователя считцвания, выводы первого и второго неподвижных элементов считывания объединены в противоположной полярности, выходы первого и второго усилителей-формирователей считывания подключены к соответствующим сигнальным входам блока измерения интервалов вре мени, первый вход управления которогообъединен с входом одновибратора и предназначен для подачи сигнала "Запуск" ультразвукового измерителя перемещений, а второй управляющий вход блока измерения 10 интервалов времени предназначен для подачи сигнала "Разрешение работы".1679187 21 М 2Фиг а б ,Запрос" +це 2"Составитель Г.Максимочкин Редактор А.Бер Техред М.Моргентал Корректор Т.Малец аэ 3200 Тираж 353 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5изаодстаенно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул, Гагарина, 1