Устройство для измерения линейных перемещений

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯНЫХ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ(57) Изобретение отельной электроакуЦелью изобретения ЗМЕРЕНИЯ Л%Е носится к измеритической технике. вляется повьппение обр керителеиморения ГОСУДАРСТБЕННЫИ НОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР А ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ 1(71) Пензенский политехнический институт(56) Авторское свидетельство СССРВ 1158865, кл, С 01 В /00, 1983Авторское свидетельство СССРУ 1252667, кл, С 01 В 1/00, 1 985 Из етение относится к изм ьной эле троакустической техникжет быть использовано для измелинейных перемещений.Цель изобретения - повьппение точности измерения,На фиг. 1 приведена блок-схемаустройства для измерения линейныхпоремещений; на фиг. 2 - схемы основных блоков устройства, вариантыисполнения; на Фиг. 8 - временныедиаграммы работы устройства для измерения линейных перемещений,Устройство для измерений линейныхперемещений содержит магнитостргпсционный датчикперемещений, состоящий иззвуког 1 ровода 1 с монолитным акустическим демпфером 2, распределенногоэлемента 3 считывания, подвижногоэлемента 4 подмагничнвания, магнитоточности. В первом цикле измеряютвремя распространения ультразвуковыхколебаний между неподвижным и подвижным преобразователями. В каждом послецующем цикле измеряют время,отличающееся от предыдущего на интервал д г., до тех пор, пока величина измеряемого интервала не станет меньше дг Измерение производят путемзаполнения временных интервалов импульсами опорной частоты. Определяютсумму импульсов опорной частоты вовсех циклах измерения, по которойсудят о перемещении, Устройство дляизмерения линейных перемещений содержит блоки, реализующие перечисленныеоперации. 8 ил. стргжционного генератора 5 и усилителя-формирователя 6, и цифровой каналпреобразования, состоящий из формирователя 7 ШИМ-сигналов, блока 8 управления, элемента И 9, блока 1 О накопления, формирователя 11 записи иблока 12 циклического контроля, атакже шин 13 - 17 запроса, запуска,синхронизации, результата и тактовпрообразования, при этом соосно созвукопроводом 1 по всей его длинеустановлен элемент 3 считывания,вдоль которого перемещается элемент4 подмагничивания, кинематическисоединенный с объектом контролируемого перемещения, с противоположной отакустического демпфера 2 стороны звукопроиода 1 установлен магнитострикиионный генератор 5, его выход подключен к одному из входов элемента50 3 1515041И 9 и синхровходам блока 12 циклического контроля и Формирователя 7 ШИМсигналов, а вход - к выходу блока 8управления, счетному входу формирователя 7 ШИМ-сигналов и входу формирователя 11 записи, выход последнегосоединен с синхровходом блока 1 О накопления, выводы элемента 3 считывания подсоединены к входам усилителя- Оформирователя 6, его выход подключенк одному нулевому входу блока 8 управления, другой нулевой вход которого соединен с одним нулевым входом блока 1 О накопления, выходом блока 12 циклического контроля и подключен к шине 13 запроса, выход блока 8 управления подключен к шине 15синхронизации, выход формирователя7 ШИМ-сигналов соединен с одним нулевым входом блока 12 циклическогоконтроля и другим входом элементаИ 9, выход последнего соединен сосчетным входом блока 10 накопления,выходы формирователя 7 ШИМ-сигналов 25подключены к шине 17 тактов преобразования, а выходы блока 10 накопления - к шине 16 результата.Магнитострикционный генератор 5выполнен на основе звукопровода 1датчика с подмагничиваемыми с помощью 18 элементами 19 и 20 считыванияи возбуждения, предусилителя-формирователя 21, ждущего мультивибратора22 и преобразователя 23 напряжение -ток (фиг, 2).Блок 8 управления содержит элемент 24 задержки, обеспечивающий задержку сигнала на величину С, элемент ИЛИ 25 и 0-триггер 26 (фиг, 3). 40Формирователь 7 ШИМ-сигналов состоит из схемы 27 формирования пилообразных сигналов, балансного компаратора 28 с цифровым выходом, счетчика 29 циклов и цифроаналогового 45преобразователя 30 (фиг. 4),Формирователь 11 записи выполненна основе элемента 31 задержки,включенного в обратную связь 1)-тригера 32 (фиг. 5).Блок 10 накопления содержит элемент ИЛИ 33, счетчик 34 доследовательного счета, комбинационный сумматор 35 и буферный регистр 36 (фиг. 6),Сумматор 35 и регистр 36 при данномвключении образуют накапливающийсумматор.Блок 12 циклического контроля выполнен на элеменТе ИПИ 37 и регистре 438 последовательного сдвига(фиг. 7)Устройство работает следующим образом.Первоначально устройство устанавливается в исходное состояние. По шине 13 запроса выставляется цифровойсигнал "Запрос" (фиг, 8 а), в ответна который по шине 14 запуска подается цифровой импульсный сигнал "Запуск" (фиг, 8 б). Происходит переводустройства в режим работы. По этомусигналу формирователь 7 ШИМ-сигналов,блоки О и 12 накопления и циклического контроля переводятся в нулевоесостояние (фиг, 1),По сигналу блока 12 циклическогоконтроля осуществляется обнуление(сброс) выходного буферного каскада(регистра) блока 10 накопления, выполненного по схеме накапливающегосумматора со схемой последовательногосчета на входе (не показана), подготавливая его к работе, и запуск блока 8 управления. На его прямом выходе формируется цифровой сигнал(фиг, 1 в), по которому запускаютсямагнитострикционный генератор 5 магнитострикционного датчика перемещений, формирователь 1 записи и формирователь 7 ШИМ-сигналов цифрового канала преобразования устройства, С другого выхода блока 8 управления цифровой сигнал противоположной полярности (фиг. 8 д) проходит на шину 15 синхронизации, формируя сигнал "Синхронизация".Формирователь 11 записи по переднему фронту цифрового сигнала блока8 обнуления вырабатывает короткийцифровой импульсный сигнал, по которому осуществляется запись в буферныйрегистр информации по выходам комбинационного сумматора и обнуление(сброс) схемы последовательного счетаблока 10 накопления.Формирователь 7 ШИМ-сигналов попервому выходу формирует циклическиецифровые сигналы (фиг, 8 ж) длительно.стью Т Т - ( - 1)а 1, на основеширотно-импульсного метода модуляции(фиг. 8 е), которые поступают на одиниз входов элемента И 9, выподняющего функцию логического ключа, и управляет им (фиг. 8 з).ЭМагнитострикционный генератор 5формирует ультразвуковые сигналыопорной частоты Г о, которые рас1 5041 5 15пространяются по звукопроводу 1 мдгнитострикционного датчика перемещениГв сторону его подвижного элемента 4подмдгничинания, На его другом (электронном) выходе формируются циФровыеимпульсные сигналы этой же частоты(фиг. 8 г), которые проходят навходы блока 12 циклического контроля,Формирователя 7 ШИМ-сигналон и элемента И 9.По сигнзлам мггнитострикционногогенератора 5 в блок 12 циклическогоконтроля потактно записывается информация , = 11110, О11100 и т.д, (т.е. нулевой сигнал потактно продвигается к К-му выходу блока). По шине 13 запроса снимается сигнал "Запрос" (Фиг, 8 а),На другой нулевой вход блока 12 поступает цифровой сигнал с выхода формирователя 7 ШИМ-сигндлон длительностью Т., по которому блок 12 циклического контроля устанавливается висходное состояние:=- 11110,1В этом случае на К-м выходе олокд неформируется цифровой сигнал "Запрос".При выполнении условия Т; = О, которое имеет место при завершениитакта преобразования перемещения вкод, обнуление (сброс) блока 12 циклического контроля по сигналу формирователя 7 Шй-сигналон не производится и через Кциклов сдвига навыходе блока 12 Формируется сигнал"Запрос". По этому сигналу устройство переводится в режим останона,его работа блокируется, Так осуществляется контроль окончания циклического измерения перемещений.Распространяясь по эвуконопроноду 1 датчика, ультразвуковые сигналымагнитострикционного генератора 5через время Т . = 1./Ч достигаютэлемента 4 подмагничинзния, которыйкинематически соединен с объектомконтролируемого перемещения, и наводят на выходе элемента 3 считывания импульсы напряжения,Эти импульсные сигналы считыванияпроходят.на вход усилителя-формирователя б, усиливаются и преобразуются в положительные видеосигналы.По первому цифровому импульсномусигналу усилителя-формирователя бблок 8 управления переводится и иСходное состояниеПроисходит остановмагнитострикционного генератора 5. датчика устройства (фиг, Зг). 6Распространяясь далее по энукопроноду 1, ультразвуковые сигналы нследующий момент времени достигаютего акустического демпфера 2 и рдс 5сеиндют нз нем свою энергию. Для эффективной работы демпферного элемента, которь 1 й выполнен монолитным созвукопроводом, образующая его угладолжнд быть более 3 - 30 , В этомслучае полностью устраняется эффектотражения сигналов о свободный конец звукопронода и образовднпе шума.В результате н каждом цикле преобразования на счетный нхсд блока 10накопления проходит Х; = Т; Г,1Т- (5. - 1)Дс 3 Г, импульсов,которые хранятся до начала очерадног 11цикла преобразования,20 По окончании текущего цикла измерения устройство через время1задержки нновь перездпускдется(Фпг 8 в). Так происходит в течениециклов измерения, пока на вы 25 ходе формирователя 7 ШИМ-сигндловне будет сФормирован сигнал управления Т = О. С каждым д-м циклом из 1мерения нд счетный вход блока 10 накопления проходит нсе меньшее числосчетных ".щпульсов н результате ихмодуляции низкочастотным сигналомТ, формирователя 7. В результате зад = 1 циклов измерения на К-и выходеблока 11 циклического контроля Формируется сигнал 113 апрос", д нз ныходак блока 1 О накопления выставляетсякод перемещения, описываемый ныраже 1вием И= 2 Ю ., который прохсдит 40:1 нз шину 16 результата, формируя сигнал 11 Код перемещения". Одновременнонд выходах формирователя 7 ШИМ-сигналон выставляется код, определяющийчиспо циклов измерения,Этот код поступает на шину 17 тактов преобразования, формируя сигнзл"Код преобразсвания",При подаче по шине 14 запуска оче 50редного сигнала Запуск начинает вы 1 11полняться следующий такт измеренияперемещения, также состоящий иэ д=1цикловПредлагаемое устройство позволяетг,"независимо от дискретности заданногошага механической измерительной шкалы (в данном случае шаг шкалы равенТ, н единицах временного интервала)1515041 Фд Р,ОИгюгаюл е,3 о ОЮХ,ИЮИОЩОЯ " производить измерения с более высокой разрешающей способностью, которая задается величиной циклического фазового сдвига д Г интервалов элек 5 тронной измерительной шкалы.формула из обре тения Устройство для измерения линейных перемещений, содержащее магнитострикционный преобразователь, состоящий из звукопровода и распределенного элемента считывания с подвижным элементом подмагничивания, имеющим возможность соединения с контролируемым объектом, генератор, усилитель- формирователь считывания, подключенный к выводам распределенного элемента считывания, и цифровой канал преобразования, о т л и ч а ю щ е - е с я тем, что, с целью повышения точности измерения, цифровой канал преобразования снабжен последовательно соединенными формирователем ШИМсигналов, элементом И и блоком накопления, блоком управления, формирователем записи и блоком циклическо"го контроля, выход которого соединенс первым входом блока управления ивторым выходом блока накопления, третий вход которого соединен с первымивходами формирователя ШИМ-сигналови блока циклического контроля, а егочетвертый вход - с выходом Формирователя записи, второй вход блока управления соединен с выходом усилителя,формирователя, а его выход - с входами генератора, формирователя записии вторым входом формирователя ШИМсигналов, выход генератора соединенс вторыми входами блока циклическогоконтроля, схемы И и третьим входомФормирователя ШИМ-сигналов, а третийвход блока циклического контроля - свыходом формирователя ШИМ-сигналов. 183 йй 3 й 3 Ц 1515041 м И к Составитель В. КольцовТехред Л,Олийнык Корректор М, Шароши Редактор А. Огар Заказ 6215/40 Тираж 683 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета по из обретениям и открытиям при ГКНТ СССР113035, Москва, Ж, Раушская наб д. 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101