Ультразвуковой преобразователь перемещений

(19) (11) 01 В 170 ЕТЕНИЯ еритель- кустичеений, и ах двух- тров кич 1 Щ 1 О Ю О бразовадва рео ТОЯННОГО рую щего еобрэзовав качестве основание, основании, оглотители, копровода, ые элеменОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯРИ ГКНТ СССР ИСАНИЕ ИЗ ОРСКОМУ СВИДЕТЕЛ(71) Пензенский политехнический институт (72) С,Б,Демин(56) Авторское свидетельство СССР М 1024692, кл. 8 01 В 7/00, 1983.Авторское свидетельство СССР М 1368628, кл, 6 01 В 17/00, 1988, (54) УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ(57) Изобретение относится к измерительной технике, а именно к магнитоакустическим преобразователям перемещений, и может найти применение в робототехнических системах и комплексах для двухкоординатного измерения параметров линейного перемещения объекта. Цель изоИзобретение относится к изм ной технике, а именно к магнитоа ским преобразователям перемещ может найти применение в систем координатного измерения параме нематического движения объекта,Известен ультразвуковой прео тель перемещений, содержащии хорда, источник напряжения пос тока, источник напряжения пульси тока и регистратор. Известен ультразвуковой пр тель перемещений, выбранный прототипа, который содержит звукопровод закрепленный на первый и второй акустические и установленные на концах зву первый и второй сосредоточеннбретения - повышение т сти измерения перемещ вой преобразовател содержит Г-образный ный звукопровод с устан неподвижными сосредо тами считыванияи подви щими маГнитами, кОтО связаны с перемещаю ветвях магнитострикцио да импульсами тока воз ческие волны, которые от точек расположения нитов к концам звукопр распространения указан нально расположенных да судят о координатах объекта, 2 ил,очности и надежноений. Ультразвукоь перемещения магнитострикционовленными на нем точенными элеменжными поляризуюрые механически щимся объектом, В нного звукопровобуждаются акустирасйространяются поляризующих маговодов, По времени ных волн в ортоговетвях звукопровоперемещающегося ты считывания, установленные на звукопроводе рядом с акустйческими пбглотйтелями, подключенные к выходам последних первый и второй избирательные усилители- формирователи считывания и последовательно соединенные формирователь импульсов и усилитель записи,Основными недостатками известного устройства являются невысокая точность и надежность измерения двухкоординатного перемещения объекта,Целью изобретения является повышение точности и надежности измерения перемещений,Это достигается тем, что в ультразвуковой преобразователь перемещений, содержащий основание, звукопровод, закреплен- ный на основании, первый и второй акустические поглотители, устанОвленные на концах звукопровода, первый и второй сосредоточенные элементы считывания, установленные на звукопроводе рядом с акустическими поглотителями, подключен ные к выходам последних, первый и второй избирательные усилители-формирователи считывания и последовательно соединенные формирователь импульсов и усилитель "записи, дополнительно введены первый и 10 второй поляризующие магниты, установленные на расположенных ортогонально ветвях звукопровода с возможностью продольного перемещения, первый и второй триггеры управления, триггер контроля 15 ошибки, первый и второй измерительные генераторы, первый и второй счетчики результата, первый и второй инверторы, первый и второй элементы ИЛИ, звукопровод выполнен из магнитострикционного мате риала и гальванически связан с выходом усилителя записи, выходы первого и второго избирательных усилителей-формирователей считывания подключены соответственно к синхровходам первого и второго 25 триггеров управления, их выходы соединены со входами первого и второго измерительных генераторов и входами первого элемента ИЛИ. Выход последнего служит шиной запроса, выходы измерительных ге нераторов подключены соответственно к счетным входам первого и второго счетчиков результата, их разрядные выходы служат первой и второй шинами результата, Выходы переноса первого и второго счетчи ков через второй элемент ИЛИ подключены к синхровходу триггера контроля ошибки, нулевые входы объединены с входами первого и второго инверторов и подключены к выходу формирователя импульсов, сигналь ный вход последнего служит шиной запу.ска, а управляющий вход служит шиной управления и соединен с нулевыми входами первого и второго триггеров управления и триггера контроля ошибки, единичные вхо ды всех триггеров объединены и соединены с выходом первого инвертора, выход триггера контроля ошибки служит шиной контроля ошибки, выход второго инвертора шиной синхронизации, а поляризующие 50 магниты предназначены .для кинематического соединения с перемещающимся объектом.На фиг,1 приведена блок-схема ультразвукового преобразователя перемещений; 55 на фиг,2 - основные временные диаграммы, поясняющие его работу.Ультразвуковой преобразователь перемещений (фиг.1), содержит двухкоординатный первичный магнитострикционный преобразователь перемещений (ДМПП), состоящий из основания 1, Г-образного звуко- провода 2 из магнитострикционного материала, двух акустических поглотителей 3,4, подвижных поляризующих магнитов 5,6, неподвижных сосредоточенных элементов 7,8, считывания и координатных паводковых элементов 9,10 с визирным элементом 11, усилителя 12 записи и двух избирательных усилителей-формирователей 13,14 считывания и вторичный преобразователь, состоящий из формирователя 15 импульсов, двух триггеров 16,17 управления и триггера 18 контроля ошибки, двух измерительных генераторов 19,20 и счетчиков 21,22 результата, первого инвертора 23, двух элементов ИЛИ 24,25, второго инвертора 26, а также шину 27 управления, шину 28 запроса, шину 29 запуска, шину 30 синхронизации, первые и вторые шины 31,32 результата и шину ЗЗ контроля ошибки.На основании ДМПП закреплен Г-образный магнитострикционный звукопровод 2 с углом изгиба 90, заключенный в акустические поглотители 3,4 и включенный гальванически в электрическую цепь записи усилителя 12 записи. На его ортогональных ветвях закреплены поляризующие магниты 5,6, выполненные с возможностью перемещения, которые через координатные поводковые элементы 9,10 и визирный элемент 11 кинематически подключены к объекту.Вблизи акустических поглотителей 3,4 на ветвях звукопровода 2 неподвижно закреплены сосредоточенные элементы 7,8 считывания, подключенные к входам первого и второго избирательных усилителей- формирователей 13,14 считывания, Их выходы подсоединены к синхровходам первого и второго триггеров 16,17 управления вторичного преобразователя, которые в свою очередь подключены к входам первого и второго измерительных генераторов 19,20 первого элемента 24 ИЛИ соответственно.Выходы генераторов 19,20 соединены со счетными входами первого и второго счетчиков 21,22 результата. Их разрядные выходы подключены соответственно к первым и вторым шинам 31,32 результата, а выходы переноса через второй элемент 25 ИЛИ подсоединен к синхровходу триггера 18 контроля ошибки, Его выход подключен к шине 33 контроля ошибки, а выход первого элемента 24 ИЛИ подключен к шине 28 запроса. Нулевые входы триггеров 16,17,18 обьединены, соединены с одним входом формирователя 15 импульсов и подключены к шине 27 управления. Сигнальный вход формирователя 15 импульсов подключен к шине 29 запуска, а выход соединен с входа.(2) 20 25 30 35 40 45 50 55 ми усилителя 12 записи, первого и второго инверторов 23,26 и нулевыми входами счетчиков 21,22 результата. Выход второго инвертора 26 подключен к шине 30 синхронизации, а выход первого инвертора 23 соединен с единичными входами триггеров 16,17,18.Ультразвуковой преобразователь перемещений работает следующим образом.В исходном состоянии по шине 27 управления выставлен запрещающий работу преобразователя сигнал (фиг.1). В этом режиме его запуск невозможен. Перевод преобразователя в режим работы производится при подаче сигнала. "Разрешение" (фиг,2 а) по шине 27 управления. Разблокируются формирователь 1 импульсов итриггеры 16,17,18, установленные первоначально в нулевое состояние (фиг,2 и,к).По шине 28 запроса выставляется сигнал "Запрос" (фиг.2 м), в ответ на который через время реакции 1 р по шине 29 запуска выставляется сигнал "Запуск" (фиг.2 б). Формирователь 15 импульсов вырабатывает сдвоенный прямоугольный видеоимпульс записи со скважностью равной 2 (фиг.2 в), которым возбуждается усилитель 12 записи, обнуляются счетчики 21,22 результата и через инвертор 23 устанавливаются в единичное состояние триггеры 16,17,18, Это приводит к синхронному запуску измерительных генераторов 19,20, вырабатывающих счетные импульсы частоты Ь, которые проходят на счетные входы первого и второго счетчиков 21,22 результата, где и накапливаются (фиг.2 и,к). По шине 28 запроса снимается сигнал "Запрос" (фиг.2 м), а по шине 30 синхронизации выставляется сигнал "Синхронизация" (фиг.2 н),На выходе усилителя 12 записи формируются токовые посылки, которые проходят через среду магнитострикционного звуко- провода 2 и возбуждают в его среде под поляризованными магнитами 5,6 упругие волны удвоенной амплитуды (фиг.2 г) вследствии магнитомеханического преобразования, Упругие волны распространяются в обе стороны по ортогональным ветвям звуко- провода 2 со скоростью волны кручения Чр и достигают первый и второй сосредоточенные элементы 7,8 считывания через искомые временные интервалы перемещения: х у(1)Чгде 1 х,1 у - расстояние между поляризующими магнитами 5,6 и элементами 7,8 считывания по координатным осям Х и У,Проходя по ветвям звукопровода 2 под элементами 7,8 считывания упругие волны (фиг.2,д,е) наводят на их выводах импульсы напряжения считывания вследствии магнитоупругого преобразования, которые усиливаются и преобразуются в прямоугольные видеоимпульсы считывания избирательными усилителями-формирователями 13,14 считывания (фиг.2 ж,з). Сигналы считывания проходят на синхровходы первого и второго триггеров 16,17 управления и переводят их в исходное состояние, Измерительные генераторы 19,20 останавливаются, и в следующий момент на выходах первого и второго счетчиков 21,22 результата выставляются в и и - разрядные коды искомого двухкоординатного перемещения объекта Йх = Тх 1 с Му = Ту10,формируя по шинам 31,32 результата сигналы "Перемещение Х" и "Перемещение У" (фиг.2 и,к). По шине 28 запроса выставляется сигнал "Запрос" (фиг.2 м).Другие упругие волны, распространяясь далее по ветвям звукопровода 2, проходят в его смежные ветви и через время: 11 + 1 + 1 х Т -++ У (3)Т - Тг - Чр Чкр где(11+12) - расстояние между поля ризующими магнитами 5,6 по образующей звукопровода 2,считываются элементами 7,8 считывания. На выходах избирательных усилителей-формирователей 13,14 считывания формируются сигналы считывания, которые подтверждают состояние триггеров 16,17 управления, Достигая акустические поглотители 3,4 упругие волны испытывают поглощение и образование, накоп,ение в среде магнитострикционного звукопровода 2 акустической энергии отраженных волн не и роисходит, поддерживается задан ное отношение сигнал/помеха. На этом цикл преобразования завершается и он переходит в режим ожидания очередного цикла преобразования, который начинается по инициативе пользователя и выполняется согласно рассмотренного,В случае нарушения режима работы преобразователя в виде переполнения разрядных сеток счетчиков 21,22 производится переключение триггера 18 контроля ошибки и по шине 33 контроля ошибки будет выставлен сигнал "Ошибка" (фиг,2 л), информируя пользователя о недостоверностиинформации в текущем цикле преобразователя,Точность измерения перемещения объекта по сравнению с прототипом повышеназа счет уменьшения составляющей погревности из-за дисперсии скорости упругойволны в звукопроводе. Применение поляризующих магнитов в качестве координатныхзадатчиков положения объекта повышаетдинамические характеристики ДМПП и срок 10эксплуатации, упрощает его кинематическую схему, что ведет к расширению области применения, Возбуждение в средемагнитострикционного звукопроводаДМПП упругих волн удвоенной амплитуды и 15повышение избирательности цепей считывания повышает помехоустойчивость преобразования, а использование самоконтроля - повышает надежность преобразователя. 20Формула изобретенияУльтразвуковой преобразователь перемещений, содержащий основание, звукопровод, закрепленный на основании,первый и второй акустические поглотители, 25установленные на концах звукопровода,первый и второй сосредоточенные элементы считывания, установленные на звукопроводе рядом с акустическими поглотителями,подключенные к выходам последних, пер- ЗОвый и второй избирательные усилителиформирователи считывания и последовательно соединенные формирователь импульсов и усилитель записи, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью повышения 35точности и надежности измерения перемещений, он снабжен первым и вторым поляризующими магнитами, установленными нарасположенных ортогонально ветвях звукопровода с возможностью продольного пе ремещения, первым и вторым триггерами управления, триггером контроля ошибки, первым и вторым измерительными генераторами, первым и вторым счетчиками результата, первым и вторым инверторами, первым и вторым элементами ИЛИ, звуко- провод выполнен из магнитострикционного материала и гальванически связан с выходом усилителя записи, выходы первого и второго избирательных усилителей-формирователей считывания подключены соответственно к синхровходам первого и второго триггеров управления, их выходы соединены с входами первого и второго измерительных генераторов и входами первого элемента ИЛИ, выход последнего служит шиной запроса, выходы измерительных генераторов подключены соответственно к счетным входам первого и второго счетчиков результата, их разрядные выходы служат первой и второй шинами результата, выходы переноса первого и второго счетчиков через второй элемент ИЛИ подключены к синхровходу триггера контроля ошибки,и нулевые входы объединены с входами первого и второго инверторов и подключены к выходу формирователя импульсов, сигнальный вход последнего служит шиной запуска, а управляющий вход служит шиной управления и соединен с нулевыми входами первого и второго триггеров управления и триггера контроля ошибки, единичные входы всех триггеров объединены и соединены с выходом первого инвертора, выход триггера контроля ошибки служит шиной контроля ошибки, выход второго инвертора - шиной синхронизации, а кольцевые поляризующие магниты предназначены для кинематического соединения с перемещающимся контролируемым объектом,1765690Ра 41 йагнаг" УФиг.2Составитель С,Демин едактор Т.Орловская Техред М.Моргентал Корректор Оова Заказ 3379 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ ССС113035, Москва, Ж, Раушская нэб., 4/5изаодстаенно-издательский комбинат "ЛЛааттееннтн", г, Ужгород, ул,Гагарина, 101