Ультразвуковой измеритель линейных перемещений

Номер патента: 1645812

Автор: Демин

ZIP архив

Текст

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 5)5 0 01 В 17/ ГОСУДАРСТВЕ ННЬ ЙПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ1 РИ ГКНТ СССР МИТЕТОТКРЫТИЯМ ОБРЕТЕНИЯ ПИСАК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ рительвано в анных я пара- Я - Г 1 О- ельных асинх 1 ч. 16итехнический инст ил тервании етных(54)УЛЬТРАЗВУКОВОИ ИЗМЕРИТЕЛЬ ЛНЕЙНЫХ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в быстродействующих автоматизированных системах и комплексах для контроля параметров движения.Целью изобретения является повышение быстродействия преобразования линейных перемещений в код эа счет обеспечения асинхронного режима работы.На фиг.1 и 2 приведены блок-схемы измерителя линейных перемещений, выполненного по условноконтактной и неконтактной кинематическим схемам; на фиг.3-5 - примеры выполнения основных его узлов; на фиг,6 и 7 - основные временные диаграммы, поясняющие работу измерителя линейных перемещений.Ультразвуковой измеритель линейных перемещений содержит первичный магнитострикционный преобразователь перемещений (МПП), состоящий из прямолинейного эвукопровода 1 из магнитострикционного материала, двух составных акустических демпферов 2,(21) 4639152/28(56) Авторское свидетельство ССМ 1158865, кл. С 01 В 17/00, 19Авторское свидетельство ССМ 747812, кл. 6 01 В 7/00, 1980(57) Изобретение относится к изме ной технике и может быть использо быстродействующих а втоматизиров системах и комплексах для контрол метров движения. Цель изобретени вышение быстродействия измерит перемещений за счет обеспечения ронного режима работы. При измерен нейных перемещений весь диа перемещений разбивают на ряд под валов равной длительности на осно частотно-временного метода парит шкал, 7 ил,стабилизатора 3 растягивающих усилий, двух ограничителей 4 перемещений, сосредоточенных элемента 5 записи, элемента 6 считывания, усилителя 7 записи и усилителя-формирователя 8 считывания, генератор 9 опроса, первый и второй счетчики 10, 11 последовательного счета, буферные регистры 12,13, элемент 14 И, элемент 15 ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, Т-триггер 16, блок 17 0 вычисления результата (БВР), цифровой Ф измеритель 18 временных интервалов (Я (ЦИВИ), выходной блок(ВБ) 19, элемент 20 Со задержки, триггер 21 управления, шину 22 а управления, шину 23 запроса, шину 24 запуска, шину 25 синхронизации и и-шин 26 результата, Кроме того, первичный МПП измерителя содержит сигнальный пьезострикционный преобразователь 27 записи, распределенный элемент 28 считывания с подвижным элементом 29 подмагничивания. Счетчики 10, 11 выполнены на осно омбинационного сумматора 30 и регист 1 параллельного сдвига, включенных51020 25 30 35 40 45 50 кольцо, как показано на фиг.3. При этом сумматор 30 может быть выполнен на основе ПЗУ или РПЗУ, допускающих производить функциональное кодирование перемещения,Блок 17 вычисления результата выполнен на основе схемы 32 суммирования по модулю, схемы 33 задержки сигналов, схемы 34 коррекции перекоса и цифрового коммутатора 35.Схема 32 выполнена на основе двух групп логических ключей на элементах 36.37 И, элементе 38 ИЛИ, элементах 39, 40 И, элементе 41 ИЛИ, комбинационного сумматора 42 и цифрового компаратора 43 с элементами 44-46 ИЛИ.Звукопровод 1 МПП установлен в акустические демпферы 2 и один его конец подключен к стабилизатору 3 растягивающих усилий. Около одного из демпферов неподвижно закреплен сосредоточенный элемент 5 записи с ограничителем 4 перемещений, Со стороны другого демпфера на звукопроводе закреплены второй ограничитель 4 перемещений и сосредоточенный элемент 6 считывания, выполненный с возможностью перемещения и кинематически соединенный с объектом контролируемого перемещения, Выводы элемента 5 записи и элемента 6 считывания подключены соотьетственно к выходу усилителя 7 записи и входу усилителя-формирователя 8 считывания. Выход генератора 9 опроса подключен к входу усилителя 7 записи и соединен с синхровходом первого счетчика 10 последовательного счета и одними входами элемента 14 И и элемента 15 ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, Выходы счетчика 10 соединены информационными в-входами первого буферного регистра 12, его синхровход соединен с выходом элемента 14 И. Выход усилителя- формирователя 8 считывания подключен к синхровходу второго счетчика 11 последовательного счета, счетному входу Т-триггера 16 и другому входу элемента 15 ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, выход которого соединен с информационным входом ЦИВИ 18, Выходы счетчика 11 соединены с инфор,мационными гп-входами второго буферного регистра 13. Его синхровход соединен с другим входом элемента 14 И, управляющим входом ЦИВИ 18 и прямым выходом Т-триггера 16, инверсный выход которого соединен с синхровходом триггера 21 управления. Инверсный выход триггера 21 управления подключен к шине 23 запроса, а прямой выход соединен с нулевым входом Т-триггера 16. Выходы первого и второго регистров 12 и 13 соединены соответственно с первой и второй группами информационных входов БВР 17, выходы которого соединены с первой группой из а-входов ВБ 19, а его вторая группа из п-входов соединена с выходами ЦИВИ 18. Его выход синхронизации через элемент 20 задержки подключен к шине 25 синхронизации, первый выход которой соединен с синхровходом ВБ 19, а его выходы подключены к и-овинам 26 результата, Единичный вход триггера 21 управления подключен к шине 24 запуска, а его нулевой вход соединен с нулевыми входами первых и вторых счетчиков 10, 11 и регистров 12, 13, ЦИВИ 18, управляющим входом генератора 9 опроса и подключен к шине 22 управления,Крометого, первичный МПП можетбыть выполнен на основе стержневого звукопровода 1 с монолитным акустическим демпфером, вдоль которого установлен распределенный элемент 28 считывания с подвижным элементом 29 подмагничивания, перемещающимся вдоль звукопровода между ограничителями 4 перемещений, подключенный кинематически к объекту контролируемого перемещения, На противоположной стороне от акустического демпфера на торцовой части звукопровода закреплен пьезострикционный преобразователь 27 записи (возбуждения), подключенный к выходу усилителя 7 записи, Выводы распределенного элемента 28 считывания соединены с входами усилителя-формирователя 8 считывания,Измеритель работает следующим образом,В исходном состоянии измеритель находится в режиме останова и не реагирует на цифровые импульсные сигналы "Запуск" по шине 24 запуска (фиг.1). Первый и второй счетчики 10, 11 последовательного счета и буферные регистры 12, 13 обнулены. При подаче цифрового сигнала "Разрешение" (фиг,7,а) по шине 22 управления измеритель переводится в режим работы. Производится запуск цифрового генератора 9 опроса, вырабатывающего последовательность прямоугольных видеоимпульсов с частотой следования 1 п = 1/Тп (фиг,7,б) и разблокирование входов счетчиков 10, 11, регистров 12, 13, ЦИВИ 18, триггера 21 управления.Последовательность импульсов генератора 9 опроса проходит одновременно на синхровход первого счетчика 10 последовательного счета, формируя на его л 1-разрядном выходе код М 1 текущего значения (фиг,б,а, 7,б), входы элемента 14 И и элемента 15 ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, вход сигнального усилителя 7 записи первичного МПП.На выходе усилителя 7 записи формируются токовые сигналы, которые проходят навход сосредоточенного элемента 5 записи ивозбуждают под ним в эвукопроводе 1 продольные магнитоупругие волны,Возбужденные магнитоупругие волныначинают распространяться в обе стороны 5по звукопроводу с фазовой скоростью у и вследующий момент времени достигаюг левый (фиг,1) акустический демпфер 2 и полностью рассеивают свою энергию,Распространяясь вправо (фиг.1) по звукопроводу 1, магнитоупругие волны черезискомое время Т = ИУ, где 1 - искомоелинейное перемещение, достигают подвижный сосредоточенный элемент 6 считывания и наводят на его выходе импульсы 15напряжения считывания, которые усиливаются и преобразуются в прямоугольные видеоимпульсы считывания ,фиг,7,в)усилителем-формирователем 8 считыванияМПП. В следующий момент времени магиитоупругие волны достигают правый акустический демпфер 2 и рассеивают на нем своюэнергию, Таким образом устраняется образование в звукопроводе отраженных илиинверсных магнитоупругих волн, 25С выхода усилителя-формирователя 8считывания сигналы проходят на синхровход второго счетчика 11 последовательногосчета, формируя на его т-разрядном выходе код М 2 текущего значения (Фиг.б,б; 7,в), 30счетный вход Т-триггера 16 и другой входэлемента 15 ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ. Счетный вход Т-триггера в этот момент заблокирован сигналом триггера 21 управения(фиг.7,з) и не воспринимает управляющие 35сигналы. На выходе элеменга 15 ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ формируются цифровые им. пульсные сигналы фазы Тч (фиг,7,б,в,д)механотронной шкалы (фиг,б,а,б), которыепроходят на сигнальный вход ЦИВИ 18, но 40запуск его не производят, так как разрешающий его работу сигнал не сформирован напрямом выходе Т-триггера (фиг,7,г). Логический элемент 14 И также закрыт сигналомТ-триггера 16, 45Следовательно, на счетный вход первого счетчика 10 будут поступать импульсыцифровой мерной шкалы (фиг.7,б), а на с .етный вход второго счетчика 11 - импульсымагнитострикционной мерной шкалы 50(фиг.7,в), образующие в совокупности механотронную шкалу грубого отсчета, кодовоезначение которой несет информацию и величине искомого линейного перемещенияТ, выраженную через соответствующие коды ч 1, й 2 (фиг,б,а,б).При подаче цифрового импульсного сигнала "Запуск" фиг.7,и) по шине 24 запускапроизводится переключение в единичноесостояние триггера 21 управления. Это приводит к снятию по шине 23 запроса цифрового сигнала "Запрос" (фиг.7,з) и разблокированио Т-триггера. По первому же сигналу усилителя-формировчтеля 8 считывания (фиг,7,в) производится переключение в единичное состояние Т-триггера 16, что приведет к разблокированию логического элемента 14 И, записи кода М 2 текущего значения во второй буферный регистр 13, разблокированию и запуску ЦИБИ 18 (фиг.7.г,е),Б следующий момент времени по первому импульсу генератора 9 опроса фиг.7,б) через открытый элемент 14 И производится запись кода М 1 текущего значения в первый буферный регистр 12,Следующий импульс усилителя-формирователя 8 считывэия (фг,7,в) переключает Т-триггер 16 в искодое (нулевое) состояние (фиг.7,г). Производится блокирование входов лои еского элемента 14 И, ЦИВИ 18 и одновр менно переключение триггера 21 управлен,я в исходное состояние (фиг.7,з), Это приводит к блокированию счетного входа Т-триггерэ 16 и выставлению по шине 23 сигнала "Запрос",С выходов буферных регистров 12, 13 сформированные коды П 1, ч 2 грубоо отсчета поступают на информационные входы БВР 7, где производится вычислеие рэзностного кода Л Г 4 =М 1-И 2искомого линейного перемещения. Схема 32 позволяет формировать код перемещения Л М:М 1-Й 21, где Г 42 - инерсное значение кода М 4 по вьходак регистра 13, на основе операции логического сложения, что почти в 2 раза повышает производительность схемы, На оьходе элемента 46 ИЛИ формируется сигнал (1/О) знака перекоса.Перекос или двузначность кодирования интервала Т перемещения возникает на границах смены циклических кодов К 1 или Л 32 (фиг.6,э,б) (111-000) при асинхронном считывании информации фиг,6, в), который дает возможность повысить быстродействие измерения, Длустранения двузначности кодирования в блоке 17 использовэны две п 1-разрядные схемы 33 и 34. Схема 33 является пассивной и выполнена на цифровых элементах задержки сигнала для временного согласования со схемой 31, которая выполнена нэ основе ПЗУ (РПЗУ) с симметричной таблицсй кадироваия. Симметричное кодирование с Осью симетрии гп/2 позволяет устрэить указаь й перекос кодирования,Пря;ой и преобрэзозэ 1 ьй коды ЬЧ, Лс выходов схем 33, 34 поступают на - гальные входы коммутатора 35 и в зави 1645812симости от знака перекоса выдаются на выходы БВР 17.Вычисленный код Л М линейного перемещения грубого отсчета поступает на первую группу сигнальных входов выходного блока 19, выполненного на основе комбинационного сумматора и буферного регистра. На вторую группу его входов поступает и- разрядный код фазы Мф = Тф 1 где 1 о - частота дискретизации интервала Тф, сформированной ЦИВИ 18 (фиг.7,е) по точной шкале отсчета, В блоке 19 производится формирование результирующего кода искомого перемещения Йх = ЛЙ+ Мф, считанного по точной и грубой механотронной мерной шкале, что позволяет получить точность измерения не хуже= + 0,5 То с учетом дисперсионных свойств материала звукопровода.В следующий момент времени г 1) г 17+ г 1 В + г 19, Где г 17,т 1 В, т 19 - время задержки сигналов через цепи блоков 17, 18, 19, по сигналу "цикл" ЦИВИ 18 будет записан код йх в выходной буферный регистр выходного блока 19, где будет храниться до следующего цикла преобразования. Через время т 2Г 1 +тэап, ГДЕ 1 эап ВРЕМЯ ЭаПИСИ ИНфОР- мации в регистр, по шине 25 синхронизации будет выставлен цифровой импульсный сигнал "Синхронизация" (фиг,7,к),На этом цикл преобразования заканчивается, по и-шинам 26 выставляется цифровой сигнал "Код перемещения", и измеритель подготовлен к очередному циклу преобразования, который начинается через время тр реакции пользователя и выполняется без изменения согласно рассмотренному. Асинхронный режим работы измерителя может быть изменен на синхронный при объединении шин 23 и 25. Работа измерителя принудительно блокируется при снятии сигнала "Разрешение" по шине 22 управления.Для обеспечения жесткости и стабильности волнового сопротивления звукопровода первичного МПП (фиг,1), который выполнен в виде проволоки (ленты), он подвергнут продольному стабилизированному ,напряжению через стабилизатор 3 растягивающих усилий вы заданных пределах для получения максимальной величины отношения сигнал/помеха и минимального провиса. Кроме того, жесткость эвукопровода МПП может быть значительно повышена при использовании стержневого или трубочного материала. В этом случае кинематическую схему МПП можно выполнить по неконтактной схеме, используя пьезострикционный входной преобразователь 27, уста 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 навливаемый на торцовой части, и распределенный элемент 28 считывания с подвижным элементом 29 подмагничивания, образующие выходной распределенный магнитострикционный преобразователь (РМП), как показано на фиг,2,.Акустический демпфер в этом случае может быть выполнен монолитным с образующей угла а= 3 - ЗОО, что обеспечивает высокие демпфирующие свойства падающих магнитоупругих волн. Ограничители 4 перемещений предохраняют от возможного разрушения подвижные элементы кинематической схемы МПП в крайних точках диапазона перемещения, Принцип работы измерителя на фиг.2 не отличается от измерителя, изображенного на фиг.1, для которых функция преобразования может быть записана следующим выражением:г = Тч (1 я-и 21 +цф).Повышение быстродействия преобразования с сохранением заданной точности измерения устройства относительно прототипа достигается за счет разбиения всего диапазона перемещения Т на ряд подинтервалов равной длительности Тп на основании частотно-временного метода паритетных шкал из условияТхР Тп,где К - число подинтервалов, выбираемое иэ условия граничной частоты возбужения МПП и требуемоо времени преобразования в диапазонеТк - Тц - (Тэдх + Тк),где Т, - время кодирования интервала перемещения Тх, Тэах время захвата фазы механотронной шкалы, что приблизительно в (ТхТ+ 1) раэ меньше относительно прототипа. Стабилизация и программирование параметра Тв известном временном диапазоне позволяет использовать измеритель в скоростных ротоботехнических системах измерения; контроля и управления параметров движения объекта,Формула изобретения Ультразвуковой измеритель линейных перемещений, содержащий первичный магнитострикционный преобразователь перемещений, состоящий из прямолинейного звукопровода из магнитострикционного материала. заключенного в акустический демпфер, элемента записи, соединенного с ним усилителя записи и элемента считывания, выполненного подвижным, имеющего кинематическое соединение с обьектом контролируемого перемещения, и подключенного к элементу считывания усилителя- формирователя считывания, генераторопроса, подключенный к входу усилителя записи, счетчик последовательно счета, Т- триггер, счетный вход которого подключен к выходу усилителя-формирователя считывания, а прямой выход соединен с одним входом элемента И, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения быстродействия преобразования, он снабжен вторым счетчиком последовательного счета, двумя буферными регистрами, элементом ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, блоком вычисления результата, цифровым измерителем временных интервалов, выходным блоком, элементом задержки и триггером управления, прямой выход которого соединен с нулевым входом Т-триггера, его инверсный выход соединен с синхровходом триггера управления, счетный вход Т-триггера соединен с одним входом элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕИЛИ, синхровходом второго счетчика последовательного счета и подключен к выходуусилителя-формирователя считывания, выходы второго счетчика последовательного счета через второй буферный регистр подключены к второй группе входов блока вычисления результата, его первая группа входов подключена к выходам первогосчетчика последовательного счета через первый буферный регистр, его синхровход соединен с выходом элемента И, второй 5 вход которого соединен с другим входомэлемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, синхровходом первого счетчика последовательного счета и выходом генератора опроса, выходы блока вычисления резуль тата соединены с первой группой входоввыходного блока, его вторая группа входов соединена с выходами цифрового измерителя временных интервалов, его сигнальный "вход соединен с выходом элемента 15 ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, вход управлениясоединен с синхровходом второго буферного регистра и прямым выходом Т-триггера, выход синхронизации соединен с входом элемента задержки, его первый вы ход соединен с синхровходом выходногоблока, вход управления генератора опроса и нулевые входы первых и вторых счетчиков последовательного счета и регистров, цифрового измерителя временных интерва лов, триггера управления обьединены между собой.1645812 ставитель В. Кольцхред М. Моргентал Корректор М, Шаро эктор М. Хода город, ул.Гагарина, 101 эводственно-издательский комбинат "Патент" аэ 1552 Тираж 375 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5

Смотреть

Заявка

4639152, 17.01.1989

ПЕНЗЕНСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ

ДЕМИН СТАНИСЛАВ БОРИСОВИЧ

МПК / Метки

МПК: G01B 17/00

Метки: измеритель, линейных, перемещений, ультразвуковой

Опубликовано: 30.04.1991

Код ссылки

<a href="https://patents.su/8-1645812-ultrazvukovojj-izmeritel-linejjnykh-peremeshhenijj.html" target="_blank" rel="follow" title="База патентов СССР">Ультразвуковой измеритель линейных перемещений</a>

Похожие патенты