Магнитострикционный преобразователь перемещения в код

( Т ( к р( з СУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ 1) 4039762/24-242) 20.03.866) 23.01.88. Бюл. У 31) Киевский инженерно в строительнститут2) В.С. Шикалов3) 681.325 (088.8)6) Авторское свидетельство СССР1109778, кл, Н 03 М 1/22, 1983,Авторское свидетельство СССР1327292, кл . Н 03 М 1/26, 06. 02.86. 4) МАГНИТОСТРИКЦИОННЫЙ ПРЕОБРАЗОВАЛЬ ПЕРЕМЕЩЕНИЯ В КОД7) Изобретение относится к системамнтроля и преобразования перемещенийэлектрический сигнал. Целью изобтения является повышение точностиеобразователя. Для этого в магниторикционный преобразователь перемения в код, содержащий четыре электакустических преобразователя, дваукопровода, три глушителя, два усителя записи, два усилителя считывания, два счетчика импульсов, пятьэлементов И, два элемента ИЛИ, дешифратор и инвертор, введены генератор одиночного импульса, два одновибратора и пятый электроакустическийпреобразователь. Поставленная цельдостигается за счет того, что второйзвукопровод используется как элементзадержки для возбуждения импульсовопорной частоты в генераторе, реализованном на элементе ИЛИ, второмусилителе записи и втором усилителесчитывания. Импульсы этого генератора предназначены для измерения времени распространения между подвижнымпервым и неподвижным вторым магнитострикционными преобразователями, расположенными на первом эвукопроводе.При изменении температуры окружающейсреды происходит пропорциональноеизменение времени задержки и периода следования импульсов опорной часто- фты, благодаря чему код выходного счетчика независим от температуры. 1 ил.ходе усилителя 12, будет эадержен поотношению к входному импульсу на время ад я,е5Эти два импульса с выхода усилителя 12 считывания проходят последовательно через элемент ИЛИ 22, усиливаются усилителем 10 записи и вновьпоступают на электроакустические пре образователи 3 и 23, осуществляяэтим цепь циркуляции импульсов. Каждый иэ этих входных импульсов в своюочередь вызывает появление двух импульсов на выходе усилителя 12 счи В тывания и т.д.Таким образом, вскоре после запуска генератора 26 одиночного импульса весь эвукопровод 29 заполняется ультразвуковыми импульсами, расположенными друг с другом на одинаковом расстоянии. Следовательно, навыходе усилителя 12 считывания появляется правильная непрерывная последовательность импульсов, период Т 25 повторения которых зависит от соотношения времен задержек Е , итак как Т" )эад абдтего можно изменить в широких пределах.З 0 Время, необходимое для достиженияустановившегося процесса, т.е, полного заполнения звукопровода 29 ультразвуковыми импульсами, определяется из выражения й, = ш,Сад , если1 ЗаД 2 35 ,С где ш = - -" - 3 а Язандт"ъадъадя.число циклов обращения импульсов свыхода усилителя 12 считывания навход усилителя 10 записи по цепи 4 О циркуляции импульсов до достиженияустановившегося процесса.Для надежной, работы преобразователя величинь 1 С д, и Т Я выбираются такими, чтобы число ш было целым.4 рез р а - ф.длительность импульса одновибратора27, одновибратор 27 возвращается всвое устойчивое состояние, и напряжение с его выхода становится разрешающим для элемента И 24, после чегоимпульсы с выхода усилителя 12 считывания проходят через элемент И 24 ипоступают на первые входы элементов И20 и 25, Так как в исходном состоянии потенциал с выхода одновибратора28 является разрешающим для элемента И 25, а потенциал с выхода триггера 19 является запрещающим для элемента И 20, то первый импульс иэ не 1 136Изобретение относится к системам контроля и преобразования перемещений в электрический сигнал.Цель изобретения - повышение точности преобразователяНа чертеже приведена схема магнитострикционного преобразователя перемещения в код.Магнитострикционный преобразователь перемещения в код содержит электроакустические преобразователи 1-4, звукопровод 5, глушители 6-8, усилители 9 и 10 записи, усилители 11 и 12 считывания, счетчик 13 импульсов, элементы И 14 и 15, элемент ИЛИ 16, дешифратор 17, инвертор 18, триггер 19, элемент И 20, счетчик 21 импульсов, элемент ИЛИ 22, электроакустический преобразователь 23, элементы И 24 и 25, генератор 26 одиночного импульса, одновибраторы 27 и 28 и звукопровод 29.Преобразователь работает слеДую- щим образом.В первом цикле измерения по команде оператора генератором 26 одиночного импульса создается импульс, который запускает одновибратор 27, после чего напряжение на его выходе становится запрещающим для элемента И 24. Кроме того, импульс с выхода генератора 26 поступает через элемент ИЛИ 22 на вход усилителя 10 записи, а затем на электроакустические преобразователи 3 и 23. Под действием импульса в звукопроводе 29 (в опорном канале) в зонах прямого преобразования электроакустических преобразователей 3 и 23 вследствие прямого эффекта магнитострикции возникают два импульса мехаиического напряжения. Эти импульсы распространяются по эвукопроводу 29 со скоростью звукаи поступают последовательно в зону обратного преобразования электроакустического преобразователя 4, где они вследствие обратного эффекта магнитострикции преобразуются в электрические сигналы, которые затем усиливаются и формируются в импульсы усилителем 12 считывания, Таким образом, поступление одного импульса на вход усилителя 10 записи вызывает появление двух импульсов на выходе усилителя 12 считывания, причем первый выходной импульс будет задержен по отношению к входному на время Второй импульс, появляющийся на вы 8988 23 1368 прерывной серии с выхода элемента И 24 проходит через элемент И 25 (старт- импульс) и запускает однонибратор 28, после чего элемент И 25 закрывается. Одновременно с этим старт-импульс с5 выхода элемента И 25 устанавливает счетчики 13 и 21 импульсов в нулевое состояние, а также переключает триггер 19 в состояние, когда потенциал с его выхода становится разрешающим ля элемента И 20. После этого через элемент И 20 на счетчик 21 импульсов ачинают поступать импульсы с выхода лемента И 24, период повторения ко 15 орых зависит от окружающей темперауры. Кроме этого, старт-импульс с ыхода элемента И 25 проходит через лемент ИЛИ 16 на вход усилителя 9 аписи, а затем на электроакустичес ий преобразователь 1 (входной). Под ействием этого усиленного импульса в вукопроводе 5 (в рабочем канале) в оне его прямого преобразования возикает импульс механического напряения. Этот импульс распространяется о звукопроноду 5 со скоростью Чэепоступает в зону обратного преобраования электроакустического преобазователя 2 (выходного) где он пре -730 бразуется в электрический сигнал, оторый затем усиливается и формиуется н импульс усилителем 11 счиывания, Этот импульс задерживается о отношению к старт-импульсу при нуевой скорости перемещения измеряеого объекта (при нулевой скорости лектроакустического преобразователя)при номинальной рабочей температуе на время. Если скорость пе 40 емещения объекта Чбольше нуля, о за время Т д рабочая длина эвуопровода 5 между электроакустическии преобразователями 1 и 2 изменяетсяа величину. 98845 зь Сзадэ Чпер ) ой о " зад.пер,Этот второй импульс, нновь совершив циркуляцию по приведенной цепи, 50появляется на выходе усилителя 11считывания через время 1 з относительно старт-импульса: зад, пер ) 55 то в свою очередь вызывает приращеие времени задержки на величину е Ч - средняя скорость перемещедерния измеряемого объекта. Изменение окружающей температурыоОТ относительно номинальной рабой температуры вызывает дополнительное изменение времени задержки навеличину так как- температурный коэффициент задержки, для звукопроводов из различных материалов может иметь положительный или отрицательный знак, а величина его определяется температурными изменениями скорости Ч в и длины знукопровода 1 еТаким образом, на выходе усилителя 11 считывания появляется первый импульс, который задерживается по отношению к старт-импульсу с учетом влияния скорости перемещения объекта и изменения окружающей среды, на время Оза А 3 1 за А,пер -эад.т Этот импульс поступает на вход счетчика 13 импульсов, а также на один из нходов элементов И 14 и 15. Так как на второй вход элемента И 14 поступает запрещенный потенциал с выхода иннертора 18, на вход которого поступает потенциал с (и)-го выхода дешифратора 17, то поэтому на выходе элемента И 14 отсутствует импульс. В то же время на второй вход элемента И 15 поступает раэреша. ющий потенциал с (и)-го выхода дешифратора 17, и поэтому импульс, снимаемый с усилителя 11 считывания, проходит через элемент И 15 и элемент ИЛИ 16, поступает на усилитель 9 записи и, совершив циркуляцию по приведенной цепи, вновь появляется на выходе усилителя 11 считывания через время 1 относительно старт-импульса, янляясь нторым в частотной последовательности, где сэ= 2 с, + 2 дд пер,и т.д.Таким образом, на выходе усилителя 11 считывания формируется после 1 ЗЬ 89донательность импульсов с нарастающим периодом повторения, где каждый последующий период между импульсами превышает предыдущий на величину5 д Г ад пер Эти импУльсъ подсчитываютсЯ счетчиком 13 импульсов, причем (п- -1)-й импульс этой последовательности проходит через элемент И 15 и далее по цепи циркуляции и, кроме этого, поступая на вход счетчика 13, вызывает появление на (и)-м выходе дешифратора 17 запрещающего потенциала для элемента И 15, а на ныходе инвертора 18 появляется разрешающий потен циал для элемента И 14. После этого цепь циркуляции импульсов разрывается, и очередной и-й импульс (стоп- импульс), появляющийся на выходе усилителя 11 считывания, проходит только через элемент И 14 на вход триггера 19, устанавливая его в состояние, при котором элемент И 20 закрывается, и прекращается поступление импульсов с выхода элемента И 24 на вход счетчика 21 импульсов.Таким образом, в каждом цикле измерения, задаваемом старт-импульсом с выхода элемента И 25, происходит преобразование перемещения во временной интервал, равный времени м,пду старт- и стоп-импульсом;- пС, + (и 1)д" зад,пер. 886"ъад и зад в опоРном канале соответственно на величины Д и ЫСад ъая 1Пропорциональное температурное изменение нремен задержек 1 , и приводит к пропорциональному изменению периода повторения Т на величинуДТ= У тодтгде Т - период повторения импульсов"чпри номинальной температуре.Таким образом, период повторения выходных импульсон опорного каналаи при изменении температуры на ДТ будет Т= Т, ФТд Т, т. е. будет изменяться пропорционально изменению температуры.С учетом приведенных соотношений определяет требуемую неличину и - максимальное число импульсов с выхода усилителя 11 в каждом .циклеЧ 2 п Тпн (1дТ ) + ЧпеР 1 зв.макспсзе максгде 1,- максимальная длина звукопровода 5, соответствующая случаю максимального измеряемого перемещения.Счетчик 21 импульсов преобразует интервал времени Сц в число импульсов, зафиксированное в немОтсюда следует, что полученный интервал времени 1 ц , соответствующий измеряемому перемещению в момент действия старт-импульса в каждом цикле, состоит из действительного значения Сц = п(1 ТЯТ ) и пРиРаЩениЯдС = (2 п) ЕСа иобусловленного погрешностью из-за влияния скорости перемещения объекта и изменения окружающей температуры.3Для устранения влияния погрешности Дц на число импУльсов, зафиксированных в счетчике 21 импульсов, необходимо чтобы Д 1 цсТц , где Тц - пец ф 01 риод повторения выходных импульсов опорного канала, т.е. импульсов с вью хода элемента И 24 при температуре Т,При изменении окружающей температуры на Т относительно номинальной происходит изменение времен задержки35 пС ъи.зК = - -дЦ,так как по условию Д Х = -- с 1,ЧеРез вРемЯ ая одновибРатоР 2840 возвращается в исходное Устойчивоесостояние, и потенциал с его выходастановится разрешающим для элементаИ 25. На выходе элемента И 25 вновьпоявляется одиночный импульс (старт 45 импульс), под действием котороговесь описанный процесс измеренияперемещения повторяется вновь, т.е.происходит следующий цикл измеренияи т.д. Для надежной работы устройст 50 ва необходимо, чтобы ССцПредлагаемый многострикционныйпреобразователь перемещения н код имеет преимущество по сравнению с иэвестным в меньшей погрешности преобразования из-эа устранения влияниятемпературы. Это объясняется следующим образом. При изменении окружаюшей температуры происходит пропор7 1368988 циональное изменение измеряемого вре- в мени задержки 1 и периода следова- те ния Тц счетных импульсов с выхоть да опорного канала и поэтому цифро- вь вой код М, зафиксированный в счетчи- ро5 ке 21, не зависит от температуры.кт 40 Формула изобретения Магнитострикционный преобразователь перемещения в код, содержащий первый и второй звукопроводы, между первыми концами которых установлен глушитель, на вторых концах первого и второго звукопроводов расположены второй и третий глушители, первый и второй электроакустические преобразователи, расположенные на первом звукопроводе, неподвижные третий и четвертый электроакустические преобразователи, расположенные на втором звукопроводе, первый усилитель записи, выход которого соединен с первым электроакустическим преобразователем, установленным неподвижно, второй электроакустический преобразователь кинематически связан с контролируемым перемещением и через первый усилитель считывания соединен с первыми входами первого и второго элементов И, выход первого элемента И соединен с первым входом первого элемента ИЛИ, выход которого соединен с входом первого усилителя записи, первый счетчик импульсов, выход которого соединен с входом дешифратора, выход которого соединен с вторым вхоом первого элемента И и входом ин- ертора, выход которого соединен с торым входом второго элемента И, ретий электроакустический преобраэоатель соединен через второй усилиль считывания с первым входом треего элемента И, второй элемент ИЛИ,ход которого соединен через втой усилитель записи с четвертым элероакустическим преобразователем,четвертый и пятый элементы И, второйсчетчик импульсов, триггер, о т л ичающий с я тем, что, с цельюповышения точности преобразования, внего введены генератор одиночного импульса, два одновибратора и пятыйэлектроакустический преобразователь,который неподвижно установлен на втором звукопроводе и соединен с выходом второго усилителя записи, выходвторого усилителя считывания соединен с первым входом второго элемента ИЛИ, выход генератора одиночногоимпульса соединен с вторым входомвторого элемента ИЛИ и выходом первого одновибратора, выход которогосоединен с вторым входом третьего 25 элемента И, выход которого соединенс первыми входами четвертого и пятого элементов И, выход четвертого элемента И соединен с входами обнуленияпервого и второго счетчиков импульсов, входом второго одновибратора,первым входом триггера и вторым входом первого элемента ИЛИ, выход первого усилителя считывания соеднненсо счетным входом первого счетчика 35импульсов, выход второго элемента Исоединен с вторым входом триггера,выход которого соединен с вторым входом пятого элемента И, выход которого соединен со счетным входом второго счетчика импульсов, выход второго одновибратора соединен с вторымвходом четвертого элемента И.1368988 Составитель Е, БудариРедактор Н. Яцола Техред А.Кравчук ррект орол Закаэ 315/56 Тира ВНИИПИ Госуд по делам 13035, Москваодпис митета СС ственного обретений Ж, Рау открытиикая наб., д. 4/ Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужго л, Проектная, 4