Ультразвуковой измеритель перемещений

) П скии инсти ут72) С. Б. Демин53) 531.781(088,8) о СССР1982СССР1980.ЕЛЬ ПЕ видетельств7/00,детельство01 В 7/00,ВОЙ ИЗМЕРИТ ся к измерибыть исполь. тнос для и мож ехнических системах ивтоматиэированного иэя и к измерительиспользовано Изобретение относитсой технике и может быт робототехнических сис мах и компме орения асшире измере ние области прим ния скорости и у мого объекта.На фиг. 1 при ультразвукового ний; на фиг, 2 магнитострикцион линейных перемещ нения за счет корения контр руе а блок-схема змерителя перемеще- ыполнения вариант ого преобзователя3 и 4 второйвыполнении; на фя первой ина фиг. 5рования; еры выполнени управления;. схемы реверси(57) Изобретенительной техникезовано в роботокомплексах для ксах для автоматизированног я перемещения, скорости и у Целью изобретения является мерения перемещения, скорости и ускорения. Целью изобретения является расширение области применения эа счет измерения скорости и ускорения контролируемого объекта. В измерителе с помощью магнитострикционного преобразователя линейных перемещений и схемы обработки данных осуществляется последовательное измерение перемещения, скорости и ускорения подвижного элементазаписи, кинематически связанного сконтролируемым объектом перемещения,Искомые параметры формируются с помощью двух схем реверсирования и трехблоков накопления, связанных .с соответствующими буферными регистрамивывода результатов измерения, 1 э.пф-лы, 6 ил. вариант выполнения формировател м,пульсов,Ультразвуковой измеритель перемещений содержит магнитострикционный преобразователь 1 линейных перемещений,состоящий из проволочного (ленточного)эвукопровода 2, акустических демпферов3 и 4, установленных соответственно напервом и втором концах звукопровода 2,стабилизатора 5 растягивающих усилий,подвижного элемента 6 записи с магни-,том 7 смещения, предназначенного длясвязи с объектом перемещения, неподвижного элемента 8 считывания с магнитом 9 смещения, усилителя 10 записии усилителя-Формирователя 11 считывания, подключенных соответственно квыводам элементов записи и считывания 6 и 8, первую схему 12 управления, измерительный генератор 13, генератор 14 опроса, первый формирователь 15 импульсов, первый блок 16 накопления и схему 17 реверсирования, вторые блок 18 накопления и схему 19 ревер-. сирования, третий блок 20 накопления, четвертый блок 21 накопления, вторую схему 22 управления, вспомогательный генератор 23, второй формирователь 24 импульсов, первый, второй и третий буАерные регистры 25 - 27, элемент 28 задержки, шину 29 управления, шину 30 запуска, шину 31 запроса, п шин 32 результата по перемещению, ш шин 33 результата по скорости, ш шин 34 результата по ускорению и шину 35 синхронизации. Кроме того, измеритель 20 перемещений содержит ограничители 36 и 37 перемещений.Первый выход 38 первой схемы 12 управления через измерительный генератор 13 подключен к синхровходу 39 25 первой схемы 17 реверсирования и прямому счетному входу первого блока 16 накопления, а второй выход 40 через генератор 14 опроса подключен к входу 41 первого формирователя 15 импульсов 30 и входу 42 первой схемы 12 управления. Выход 43 Аормирователя 15 соединен с нулевыми входами 44 и 45 первой и " второй схем 17 и 19 реверсирования, второй выход 46 соединен с синхровхо 35 дами первого, второго и третьего блоков 16, 18 и 20 накопления, а третий выход 47 через усилитель 10 записи подсоединен к выводу элемента 6 запи- си. Элемент 6 записи закреплен на прямолинейном звукопроводе 2 свозможностью перемещения между ограничителя-, ми 36 и 37 перемещений, установленными по его концам и задающими кинематический диапазон перемещения. На од ном конце звукопровода 2 закреплен неподвижный элемент 8 считывания, подключенный через усилитель-Формирователь 11 к первому входу 46 первой схемы 12 управления. Второй и третий ее входы подключены соответственно к шине 29 управления и шине 30 запуска. Третий выход 47 первой схемы 12 уира вления соединен с синхровходом четвертого блока 21 накопления и единичным входом 48 второй схемы 22 управ-55 ления, а четвертый выход 49 подключен к шине 31 запросаВыходы первого блока 16 накопления соединены с информационными входами второго блока18 накопления и первого буАерного регистра 25, выходы второго блока 18 накопления соединены с инАормационными входами третьего и четвертого блоков 20, 21 накопления и второго буАер ного регистра 26, а выходы третьего блока 20 накопления соединены с информационными входами третьего буферного регистра 27, Выходы регистров 25 - 27 подключены соответственно к шинам 32 - 34 результата по положению(перемещению) скорости и ускорению. Выход переноса второго блока 18 накопления соединен с управляющим входом 50 первой схемы 17 реверсирования, выходы 51 и 52 последней соединены с прямым и обратным счетными входами блока 18 накопления. Выход переноса третьего блока 20 накопления соединен с управляющим входом 53 второй схемы19 реверсирования, выходы 54 и 55 последней соединены с прямым.и обратным счетным входами блока 20 накопления, Выход переноса четвертого блока 21 накопления соединен с синхровходом 56 второй схемы 22 управления. Ее выход57 через вспомогательный генератор 23 подключен к синхровходу 58 второй схемы 19 реверсирования и инверсному счетному входу блока 21 накопления, а другой выход 59 через второй форми" рователь 24 импульсов соединен с син" хровходами буАерных регистров 25 - 27 и входом элемента 28 задержки, выход которого подключен к шине 35 синхронизации.Кроме того, первичный магнитострикционный преобразователь 1 линейных перемещений измерителя может быть вьг полнен по неконтактной кинематической схеме (Аиг, 2) на основе стержневого (трубчатого) прямолинейного звукопровода 2 из магнитострикционного материала с монолитным акустическим демпфером 60, сигнального ньезоэлектричес кого преобразователя 61 и распределенного элемента 62 считывания с подвижным элементом 63 подмагничивания. По концам звукапровода установлены ограничители перемещений 36 и 37, между )которыми перемещается элемент 63 подРмагничивания, кинематически связанный с объектом перемещения. На противоположной стороне звукопровода 2 от акустического демпАера 60 на торцовой ча - Ъсти закреплен пьезоэлектрический пре-. образователь 61, выводы которого сое, (2) 5 162динены с выходом усилителя 10 записи.По всей длине звукопровода размещенраспределенный элемент 62 считывания,выводы которого соединены с входомусилителя-формирователя 11 считывания.Схема 12 управления (фиг. 3) можетбыть выполнена из логических элементов 64 - 66 и триггеров 67-71.Вторая схема 22 управления можетбыть выполнена в виде триггера 72(Фиг. 4).Схемы 17 и 19 реверсирования могутбыть выполнены из триггера 73 и двухлогических элементов 74 и 75 (Фиг. 5).Формирователь 15 импульсов можетбыть выполнен из триггера 76 и двухлогических элементов 77 и 78 (фиг, 6)Устройство работает следующим образом.Первоначально устройство устанавливается в исходное состояние. Нашине 31 запроса выставляется цифровойсигнал Запрос , в ответ на которыйчерез время реакциипользовательвыставляет по шине 30 запуска цифровой импульсный сигнал "Запуск"Устройство переводится в режим измеренияпараметров движения контролируемогообъекта в случае присутствия на шине29 управления цифрового сигнала "Раз.решение". В противном случае запускустройства не производится (Фиг. 1,фиг. 3).Производится запуск генератора 14опроса и возбуждение первого Формирователя 15 импульсов, по сигналамкоторого (фиг. 6) происходит обнуление первой и второй схем 17 и 19 реверсирования (фиг. 5), запись нулевой (исходной) информации в последовательно соединенные первый, второйи третий блоки 16, 18, 20 накопленияи возбуждение сигнального усилителя10 записи первичного магнитострикционного преобразователя 1. Одновременно осуществляется запуск измерительного генератора 13, вырабатывающего последовательность счетных импульсов с частотой следования ЯО1/Т, которые с этого момента проходят на прямой счетный вход первогоблока 16 накопления,На выходе усилителя 10 записи вследующий момент формируется токовыйсигнал записи, который проходит навход подвижного элемента 6 записи ивозбуждает под ним в звукопроводе 2 0834 бмагнитоупругую волну вследствие магнитомеханического преобразования.Возбужденная волна распространяетсявлево и вправо по звукопроводу с фачзовой скоростью Ч и в некоторыи момент достигает акустический демпфер4 и рассеиваетсяВолна, распространяющаяся влево,через искомое время перемещения 1.х 1объекта4 достигает неподвижный элемент 8 считывания и наводит на его выводах импульс напряжения считывания, который, поступая в усилитель-формирователь 11 считывания, усиливается и преобразует ся в прямоугольный видеоимпульс. Этот импульс считывания проходит на вход 46 первой схемы 12 управления, что приводит к выключению (останову) измерительного генератора 13. В результате на выходах первого блока 16 накопления формируется п-разрядный код текущего положения объекта, равный Затем магнитоупругая волна достигает левый акустический демпфер 3 и рассейвается. Тем самым образование в звукопроводе 2 вторичных волн, которые 4 О образуют в данном случае акустическуюпомеху, снижающую полезный уровень сигнала в акустическом тракте первичного преобразователя 1, устраняется.На этом заканчивается первый такт 45 работы устройства.Второй такт начинается по сигналугенератора 14 опроса, который вырабатывает последовательность импульсов с периодом следования Т 1, определяющий диапазон измерения параметров движения объекта. По его сигналу производится возбуждение первого формирователя 15 импульсов, что приводит к установке первой схемы 17 реверсирования 55 в режим перезаписи сформированнои информации (2) с первого блока 16 вовторой блок 18 накопления и к запуску усилителя 10 записи. Одновременно осуществляется запуск измерительного ге(9) А 1, 1 х.г - 1 х,1 Т 1 Т 1 нератора 13 по сигналу схемы 12 управления (фиг. 3).Генератор 13 запускается на время прохождения магнитоупругой волной аку 5стического тракта искомой длины 1 Х,За это время на выходах первогоблока 16 накопления формируется кодтекущего значения, равный" Х,боЛ 2 = 1 л = Т Х.г)( о Одновременно счетные импульсы измерительного генератора 13 проходят че рез схему 17 реверсирования на инверсный счетный вход второго блока 18 накопления и формируют на его выходах в-разрядный код Х.с Х,1 1 Х,поЛ, гх, по 6,1(5) который несет информацию о текущемзначении скорости перемещения объекта,30 Вычисление выражения (5) осуществляется схемой 17 реверсирования, которая управляет направлением счета по сигналу переноса блока 18 накопления, На этом завершается второй такт работы устройства, В блоках 16 и 18 нако пления зафиксирована информация"о текущем положении (4) и скорости (5) перемещения объекта.Третий такт .работы начинается по сигналу генератора 14 опроса. Здесь 45 по сигналам формирователя 15 производится перевод второй и первой схем 19 и 17 реверсирования в режим реверсированного счета, осуществляется последовательно-параллельная запись кода скорости (5) в третий блок 20 накопления, перезапись кода положения (4) во второй блок 18 накопления, запись нулевой информации (И = 000) в первый блок 16 накопления, возбуждение усилителя 10 записи и запуск йзмерительного генератора 13.Измерительный генератор 13 запускается на время прохождения магнитоупругой волной акустического трактаискОмОЙ Длины 1 х за которое на выходах первого блока16 накопления формируется код текущего положения, равный За время Тз на выходах второго, блока 18 накопления формируется текущий код скорости(1 к 3 1 хг/ок 2 г Т 1 )(о который соответствует скорости перемещения объекта ь Ь,., - ,/хг Т 1 Т 1 Вычисление выражения (9) осуществляет"ся схемой 19 реверсирования, работающей аналогично схеме 17,В коцце третьего такта работы устройства текущее значение кода скорости (9) по сигналу первой схемы 12 управления (фиг. 3) заносится в четвертый блок 21 накопления, 11 о этому жесигналу схемы 12 управления осущест/вляется переключение в единичное состояние второй схемы 22 управления(фиг. 4), по сигналу которой запускается генератор 23, формирующий на своем выходе счетные импульсы с частотойследования не более г =Счетные импульсы генератора 23 проходят на инверсный счетный входчетвертого блока 21 накопления, производя вычисление нулевого значения сиг"нала (М = 000), при котором на еговыходе переноса формируется сигнал,переключающий в исходное состояниесхему 22 управления. Эти же сигналыгенератора 23 проходят на один изсчетных входов третьего блока 20 на 1620834копления, Формируя в конце третьеготакта работы ш-разрядный код ускорения"к,ск = хсх /"хск.г "кск,1/5 что соответствует ускорению объекта гх,хск = /Ххх,ск,х Ххх,ск,Х/(12) Градиент ускорения объекта Формируется на выходах второй схемы 19 реверсирования в виде импульсных или потенциальных сигналов (фиг. 5).В результате на информационных входах выходных буферных регистров 25 - 27 в конце цикла преобразования получают коды положения (8), скорости (9) и ускорения (11) объекта. Запись Мх = Ик, /к/д =. М-, И = И 6 В рЕГИСтрЫ производится по сигналу второй схемы 25 22 управления. С выходов регистров 25, 26 и 27 цифровые сигналы, соответственно, "Код положения", "Код скорости" и "Код ускорения" проходятв выходные шины 32 - 34 результата по 30 положению, скорости и ускорению, В следующий момент сигнал Формирователя 24 импульсов, задержанный на время 8, элементом 28 задержки, проходит в шину 35 синхронизации, формируя цифровой импульсный сигнал "Синхронизация". По шине 31 запроса схема 12 управления выставляет сигнал "Запрос", означающий конец цикла преобразования и готовность устройства к очередному преобразованию.Стабилизация волнового сопротивления звукопровода 2 и повышение его жесткости достигается за счет использования стабилизатора 5 растягивающих 45 усилий. Это способствует повьппению точности и стабильности работы устройства. Его разрешающая способность определяется частотой /( дискретизации интервала ТХ перемещения, выра-батываемая генератором 13, которая может быть увеличена при использовании многофазного генератора.Для повышения помехоустойчивости устройства магнитоупругий сигнал акустического тракта может быть промо- дулирован высокой частотой. Ограничители перемещений 36 и 37 задают.кинематический диапазон перемещения элемента 6 записи и предохраняют элементы преобразователя 1 от мехаш;чес - ких повреждений в процессе работы устройства.Кроме того, ультразвуковой измеритель перемещений может быть выполнен по неконтактной кинематической схеме с использованием стержневого (трубочного) звукопровода с монолитным акустическим демпфером 60 (Фиг. 2), с распределенным по всей его длине элементом 62 считывания и сосредоточенным подвижным элементом 63 подмагничивания. На торцовой стороне волновода от.демпфера закреплен пьезоэлектрический преобразователь 61, с помощью которого производят возбуждение магнитоупругой волны в звукопроводе 2, Элемент 63 подмагничивания кинематически подключают к объекту контроля. Он перемещается вдоль звукопровода 2 в пределах распределенного элемента 62 считывания между ограничителями 36 и 37, Работа измерителя перемещений в этом случае не отличается от описанного.Повышение информативности измерителя относительно прототипа достигается за счет автоматического вычисления параметров движения объекта при минимальном времени преобразования и возможности задавать диапазон измерения в широких пределах путем установки соответствующего значения параметра , генератора 14, Развитый приборный интерфейс устройства позволяет использовать его в составе вычислительного комплекса работотехнической системы. Достоинство устройства заключается в простой схемотехнической организации первичного и встроенного каналов обработки информации, который может быть использован практически для любой кинематической схемы преобразователя линейных перемещений,Формула изобретения1. Ультразвукомй измеритель перемещений, содержащий магнитострикционный преобразователь линейных перемещений, состоящий из прямолинейного эвукопровода с акустическими демпферами на концах, элемента считывания с магнитом смещения, установленного около одного из акустических демпферов, элемента записи, выполненного с возможностью перемещения вдоль звукопрово1620834 входами второго ход переноса ко формационным вх версирования, с третьего блоков и подключены к дом первои схемы ренхровходы второго и накопления объединены торому выходу первого 11 да и предназначенного для кинематического соединения с контролируемым объектом перемещения, усилителя записи и усилителя-Формирователя считывания5 подключенных к выводам соответственнолементов записи и считывания, измерит ьный генератор, подключенные к его ювыхо схему реверсирования и блок ",накоплеця, и последовательно соеди: н 6 нныЖфнератор опроса и формировас,, Р , тьрь щрульсов, два выхода которого Ьаедиуе%ы соответственно с входами схеЪь 1 феверсирования и блока накопления о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью расширения области применения за счет измерения скорости и ускорения контролируемого объекта, магнитострикционный преобразователь перемещений снабжен стабилизатором растягивающих усилий, ограничителями перемещений, установленньйчи на концах звукопровода, первой и второй схемами управления, второй схемой реверсировання, вторым, третьим и четвертью бло- г 5 ками накопления, вспомогательным генератором, вторым формирователем импульсов, тремя буферными регистрами и элементом задержки, выход которого подключен к шине синхронизации, а входило объединен с синхровходами первого, второго и третьего буферных регистров и подключен к выходу второго формирователя импульсов, вход последнего подключен к выходу второй схемы управ 35 ления, второй выход которой подключен через вспомогательный генератор к инверсному счетному входу четвертого блока накопления и синхровходу второй схемы реверсирования, выходы послед О ней соединены соответственно с прямым и инверсным счетными входами третьегоблока накопления, выход переноса которого соединен с информационным входомвторой схемы реверсирования, нулевой 45вход последней объединен с нулевымвходом первой схемы реверсирования,выходы последней соединены соответственно с прямым н инверсным счетными блока накопления, выорого соединен с информирователя импульсов, первый, второй и третий блоки накопления включены последовательно, выходы первогоблока накопления через первый буферный регистр подключены к шине результата по положению, выходы второго блока накопления соединены с информацион=ными входами четвертого блока накопления и через второй буферный регистрподключены к шине результата по ско.рости, выходы третьего блока накопления через третий буферный регистр подподключены к шине результата по ускорению, выход переноса четвертого блока накопления соединен с синхровходомвторой схемы управления, единичныйвход последней объединен с синхровходом четвертого блока накопления и подключен к третьему выходу первой схемыуправления, ее первый и второй выходысоединены соответственно с входами измерительного генератора и генератораопроса, выход которого соединен. с первым входом первой схемы управления,четвертый выход последней подключенк шине запроса, первый и второй входыподключены соответственно к шинам управления и запуска, третий вход соединен с выходом усилителя-формирователя считывания, а третий выход первогоформирователя импульсов соединен свходом усилителя записи. 2, Измеритель по п, 1, о т л ич а ю щ и й с я тем, что первичный магнитострикционный преобразователь перемещений выполнен из стержневого прямолинейного звукопровода, акустического демпфера, закрепленного на конце звукопровода, сигнального пьезоэлектрического преобразователя, закрепленного на другом конце звукопровода и подключенного к выходу усилителя записи, распределенного элемента считывания, размещенного вдоль звукопровода, и элемента подмагничивания установленного с возможностью перемещения вдоль распределенного элемента считывания и предназначенного для кинематического соединения с контролируемым объектом перемещения, выводы элемента считывания соединены с входами усилителя-формирователя считывания;1620834 оставитель Г. Иаксимочкинехред М,Дидык Корректор А. Осауленко дактор Н. Горват ГКНТ СССР 113035, Моск оизводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород Гагарина, 10 Заказ 4238ВНИИПИ Госуда Тираж енного комиПодписное та по изобретениям и открытиям Ж, Раушская наб., д. 4/5