Измерительный преобразователь линейных перемещений

(51)5 6 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГННТ СССР ПИС ИЗОБРЕТЕНДЕТЕЛЬСТВУ И АВТОРСКОМ(7) Пензенский по 9 32итехнический детельство СССР В 7/00,.1980. ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ тносится к измен может быть исерения параметро ния объекта, Цел носится к измери а именно к преобра ации, и может быть бототехническихлексах для измерения либретение отй технике,елям: информ зовано в ро тель зо исп истемах н к параметров линейного перемещенияобъекта,Целью изобретения является повышение точности из ерения линейныхперемещений,На фиг.1 и 2 приведены схемы измерительного преобразователя линейных перемещений при разном исполнении его первичного магнитострикционного преобразователя перемещений; нафиг,3пример выполнения схем последовательного счета измерительногопреобразователя линейных перемещений; на фиг,4 - временные диаграммыработы устройства. додвух лиите- миро- ггер м за институт(57) Изобретение орительной техникепользовано для измлинейного перемещ изобретения - повышение точности измерения линейных перемещений. Устройство содержит 0-образный эвукопровод, на прямой и обратной ветвяхкоторого размещены элементы записии считывания, Элемент записи возбуждает сигнал, который циркулирует взвукопроводе и регистрируется элементом считыванияО перемещении судятпо коду, определяемому разностьювремен распространения сигнала про"тив часовой стрелки и по часовойстрелке. Выходной код равен суммеуказанных кодов за несколько периодов циркуляции. 2 з,п. ф-лы, 4 ил. Измерительный преобразователь нейных перемещений содержит первичный магнитострикционный преобразователь линейных перемещений (МПП), со стоящий из 0-образного звукопровода 1 из магнитострикционного материала, неподвижного сосредоточенного элемента 2 записи, подвижного,сосре точенного элемента 3 считывания, ограничителей 4 перемещений, уси теля 5 записи к сигнального усил ля-формирователя 6, а также фор ватель 7 импульсов записи, 0-три 8, измерительный генератор 9, три элемента И 10-12, Т-триггер 13, две схемы 14 и 15 последовательного счета, счетчик 16 циклов рециркуляции, цифровой компаратор 17, элемент 18 задержки, два буферных регистра 19 и 20, шину 21 управления, шину 22проса, шину 23 запуска первую ивторую шину 24 и 25 результата и шину 26 синхронизации,На концах прямой ветви О-образно 5га эвукопровода 1 закреплены ограничители 4 перемещений, между которымиперемещается сосредоточенный элемент2 записи, кинематически подсоединяемый к объекту контролируемого перемещения, его вывод подсоединен квыходу усилителя 5 записи. В началеобратной ветви 0-образного эвукопровода 1 закреплен сосредоточенный эле"мент 3 считывания, вывод которого 15подсоединен к входу сигнального усилителя-Формирователя 6 МПГ, Вход усилителя 5 записи соединен с выходомформирователя 7 импульсов записиего вход управления подключен к шине 2 управления, а информационныйвход подключен к шине 23 запуска исоединен с нулевыми входами Т-триггера 13, первой и второй схем 14 и 15последовательного счета, счетчика 16 25циклов рециркуляции, первого и второго буферных регистров 19, 20 и единичным входом 0-триггера 8, Один еговыход подключен к шине 22 запроса,а второй выход соединен с входом измерительного генератора 9 и одним нходом первого элемента И 10, Другойего вход соединен с ньгходом сигнального усилителя-Формирователя 6 ИПП,а выход соединен со счетным входомТ-триггера 13. Прямой выход Т-триггера соединен с одним входом второгоэлемента И 11, а инверсный выход соединен с одним входом третьего элемента И 12 и счетным входом счетчика 4 р16 циклов рециркуляции, Другие входыэлементов И 11 и 12 объединены и соединены с выходом измерительного генератора 9, Их выходы соединены сосчетными входами соответственно перной и второй схем 14 и 15 последовательного счета, и-разрядные выходыкоторых подключены к первой и второйшинам 24 и 25 результата соответственно через первый и второй буферныерегистры 19 и 20. Их синхровходыобъединены и соединены с одним выходом элемента 18 задержки, другойего выход подключен к шине 26 синхронизации. Вход элемента 18 задержкисоединен с синхровходом П-триггера8 и выходом компаратора 17, входыкоторого подсоединены к выходамсчетчика 16 циклов рециркуляции. Схе мы 14 и 15 последовательного счетавыполнены на основе ш-разрядногорегистра 27 комбинационного сумматора 28 и счетчика 29 итерационныхциклов,Кроме того, первичный магнитоф.стрикционный преобразователь линейных перемещений может быть выполненпо неконтактной кинематической схемес использованием распределенногоэлемента 30 считывания с подвижнымэлементом 31 подмагничинания, который кинематически подключен к объекту контродируеиого перемещения и может перемещаться между ограничителями 4 перемещений вдоль элемента 30,соосно установленного на прямой ветви 0-образного энукопровода 1, Выводы распределенного элемента 30 считывания подсоединены к входу сигнального усилителя-формирователя 6 ИПП.устройство работает следующим образом,Первоначально устройство устанавливается в исходное состояние. Приподаче по шине 21 управления цифроного сигнала "Разрешение" производится перевод устройства в режим работы, По шине 22 запроса ныставляется цифровой сигнал "Запрос", в ответна который через время ср реакциипользователь выставляет по шине 23запуска цифровой импульсный сигнал"Запуск", По этому сигналу производится установка в нулевое состояниеТ-триггера 13, схем 14 и 15 последовательного счета, счетчика 16 цикловрециркуляции, буферных регистров 19и 20 перевод Э-триггера 8 в единичное состояние и запуск формирователя7 импульсов записи,В результате по шине 22 запроса снимается сигнал "Запрос". Одновременно производится разблокирование входа логического элемента И 10 и запуск измерительного генератора 9, который формирует цифровую измерительную шкалу с частотой дискретизации 1 = 1/Т, Затем импульсы прооходят на счетный вход второй схемы 15 последовательного счета через открытый элемент И 12. Счетчик 16 циклов рециркуляции отмечает начало пер ного цикла преобразования, Это состояние сохраняется до момента переключения Ттриггера 13 в противоположное (единичное) состояние.5 1На выходе формирователя 7 импульсов записи формируется прямоугольныйвидвоимпульс калиброванной длительности , промодулированный несущейчастотой 1 , который проходит нанесусилитель 5 записи ИПП, вырабатывающий токовый сигнал записи. Этот сигнал возбуждает сосредоточенный элемент 2 записи, под которым в О-образном магнитострикционном эвукопроводе 1 возбуждается модулированнаяпродольная магнитоупругая волна,распространяющаяся в обе стороны сфазовой скоростью Ч,Одна магнитоупругая волна + 6распространяется влево (по фиг.1)по обратной ветви звукопровода 1 ичерез время1 х +ф 11ТВ1,589051 бстрелки), продольная магнитоупругаяволна +О достигает вторично подвижный элемент 3 считывания через время5рециркуляционного цикла, равное3. +кКТ -2 ---Чгде 1 - длина прямой и обратной вет10вей О-образного звукопровода,и вновь наводит на выходе элемента3 считывания модулированный импульснапряжения, который преобразуется впрямоугольный видеоимпульс считыва- ния усилителеи-формирователем 6, ипереключает Т-триггер 13 в соответствующее логическое состояние согласно временной диаграмме (фиг,4),2 О Интервал Т 4, рециркуляции импульсовявляется постоянной величиной, цифровой эквивалент которого равенгде 1 - искомое линейное перемещехние обьекта;К - радиус закругления звуко 25провода,проходит в прямую ветвь звукопровода и достигает подвижный сосредоточенный элемент 3 считывания, индуцирует на его выходе модулированный импульс 30 напряжения, который проходит на вход сигнального усипителя-формирователя 6 и преобразуется в прямоугольный видеоимпульс считыванияЭтот импульс далее пРоходит на счетный вход Т-триггера 13 через открытый эле мент И 1 О и переключает его в единич ное состояние.Это приводит к блокированию входа элемента И 12, через который с этого момента запрещено прохождение опор ных сигналов измерительного генера тора 9 на счетный вход второй схемы 15 последовательного счета, и разблокированию входа другого элемента 45 И 11. Через элемент И 11 будут проходить счетные импульсы измерительного генератора 9 на счетный вход первой схемы 14 последовательного счета до момента очередного переклю 50 чения Т-триггера 13, Вторая схема 15 последовательного счета в данный мо мент запоминает код промежуточного значения искомого линейного перемеще- . ния, равный 55И-Т Распространяясь далее по прямойветви звукопровода 1 (против часовой 3. фф 11 2 эаар 1 сО офгде д - текущее значение рециркуляционного цикла,За (К) цикловпреобразования во второй схеме 15 последовательного счета накапливается слерующее количество импульсовК -.11 ( -- К + ", К,1 (1)1 аДругая магнитоупругая волна - о распространяется вправо по обратной ветви звукопровода 1 (по фиг,1), достигает неподвижный элемент 3 считывания через время21 - 1+ евЧи наводит на его выходе модулирован ный импульс напряжения, который преобразуется в прямоугольный видеоимпульс считывания и проходит на счетный вход Т-триггера 13 и переключает его. Это приводит к выключению эле мента И 11, и первая схема 14 последовательного счета хранит разностный ход текущего значения, равный1-1 х2)М (Т -Т )й щ 2 --- Х.йл 1,1, о ч - оЭта продольная магнитоупругая волна в (3 обращается по Ообразному звукопроводу 1 МПП по часовой стрелке с временем цикла Тц, что вызывает формирование разностного кода (2) на выходах первой схемы 14 последова 58905тельного счета за Е циклов преобразования, равногок2 " - 31 юСхемы 14 и 5 последовательногосчета выполнены на основе ш разрядного регистра 7 и комбинационногосумматора 28, включенных в кольцо, и 0счетчика 29 итерационных циклов(Фиг.3), Выполнение сумматора 28 напрограммируемых элементах (ПЗУ РПЗУ) и запрограммированным как Функциональ.ный элементпозволяет Расширить Функ 5циональные возможности устройства,так как в этом случае имеет место формирование результирующего Функционального кода линейного перемещения,Количество Ы циклов рециркуляцион 20ного преобразования линейного переме щения подсчитывается счетчиком 6, на с-разрядном выходе которого Форми руется соответствующий код О, Этот код сравнивается (анализируетя) на 25 ,цифроврм компараторе 17 с кодом К задаваемого числа циклов преобразова ния с учетбм декремента затухания Дпродольной магнитоупругой волны б , в звукопроводе 11 ПП, При достижении 30 условия Ю ц ъ И производится оста пов устройства по цифровому сигналу,компаратора 17, 0"триггер 8 перево дится внулевое состояние, что приводит к блокированию входного логичес кого элемента 10 и выставлению по шине 22 сигнала ".Запрос".лЧерез время ь в ( + ь +сЛ л,2 ф " 13 ф 14,5- время задержкираспространения сигнзлов через цепи 40 элементов 11-15, на первом выходе элемента 18 задержки выставляется цифровой сигнал, по фронту которого производится занесение и-Разрядных кодов (1) и (3) в буферные регистры 4519, 20 которые далее проходят на шины 24 и 25 результата и формируют циФровой сигнал "Код положения". В последствии эти коды могут быть использованы для вычислений, В следующий момент ,ъ с+ сзо по второмул двыходу элемента 18 задержки выставляется цифровой сигнал, который проходит на шину 26 синхронизации, Формируя сигнал "Синхронизация". 55На этом полный цикл преобразования линейного перемещения в код заканчивается, и устройство подготовлено к очередному циклу преобраэова-,ния, который выполняется без изменения согласно рассмотренному при поступлении по шине 23 сигнала."Запуск .19Кроме того, первичный ИПП устройства мажет быть выполнен по некон" тактной схеме, (фиг 2), В этом случае соосно с прямой ветвью 0 образного звукопровода 1 неподвижно устанавливается распределенный элрмент 30 считывания, подклшченньй к входу сиг-. нального усилителя Формирователя б, Вдоль него в диапазоне ограничителей 4 перемещений перемещается элемент 31 педмагничиваиия, кинематически подключаемый к объекту контролйруемого перемещения, При этом принцип работы устройства (Фиг,2) ие отличается от рассмотренного,Использование 0 образного звукопровода позволяет организовать ите-рационньй процесс вычисления искомого перемещения и в М раэ повысить точность измерения при заданной частоте 1 дискретизации,Формула и э о б Р е т е н и я1Измерительный преобразовательлинейных перемещений, содержащий звукопровод иэ магнитострикционного материапа, последовательно соединенные формирователь импульсов записи, усилитель записи и уСтановленный назвукопроводе элемент записи, соеди-ненные между собой установленный на звукопроводе,элемент считывания и усйлитель-формирователь, последрвательно соединенные измерительный генератор, первый элемент И и первую схему последовательного счета, Т- . триггер и второй элемент И, первый вход которого соединен с выходом из мерительного генератора, о т л ич а ю щ и Й с я тем, что, с целью повышения точности измерения, он снабжен третьим элементом И, 0-триггером, второй схемой последовательно. го счета, первым и вторым буферными регистрами и последовательно соединенными счетчиком циклов рециркуляции, компаратором н элементом задержки, первый и второй входы третье. го элемента И соединены соответст венно с выходом усилителя формирова теля и Р"триггера, а выход - с входом Т-триггера, вход формирователя1589 импульсов записи, информационный вход Р-тршч ера, вхо,цы обнуления Т-тиггера, первой и второй схем последовательного счета, счетчика цик- . лов рециркуляции, первого и второго буферных регистров соединены между собой, вход измерительного генерато ра соединен с выходом О триггера, синхровход которого соединен с выхо дом компараторв н входом элемента задержки, первый и второй выходы Т-триггера соединены с вторыми входами соответственно первого и второго элементов И, выход второго элемента и соединен с информационным входом второй схемы последовательного счета, выходы первой и второй схем последо вательного счета соединены соотватст венно с входаю первого и второго буферных регистров, :цнхровходы кота рых соединены с выходами элемента задержки, счетный вход счетчика цик 05 олов рециркуляции соединен с вторым .выходом Т-триггера, а звукопроводвыполнен О-образным с параплельнымипрямой и обратной ветвями, элементзаписи установлен на обратной ветвиэвукопровода, а элемент считыванияна прямой ветви,2. Преобразователь по,п,1, о тО л и ч а ю щ и й с я тем, что эле,менты записи и считывания выполненысосредоточенными, а элемент ачитыва.ния установлен с воэможностью перемещения вдоль прямой ветви эвукопро15 вода,3. Преобразователь по и о тл и ч а ю щ и й с я тем, что элвмент записи выполнен сосредоточенным,а элемент считыванияраспределен20 ным и снабжен элементом подмвгничиваню, установленным с возможностьюперемещения вдоль прямой ветви звукопропода,ППН 1589051 ль о Составитель В,Ко ц варфенова Техред М.Дидык Корр ектор М. Мак симиш едактор Заказ 2530 Тираж 478 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5 агари Производственно-из фЗЪ ский комбинат "Патент", г. Ужгород,