SU1309313A1 - Magnetostrictive displacement-to-digital converter - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к автоматике , в частности к устройствам. преобразующим механические перемещени  в цифровой код. Цепь изобретени  - повышение точности магнитост- рикционного преобразовател  перемещени  в код - достигаетс  тем, что сосредоточенна  обмотка 3 (возбуждени ) размещена посередине магнито- стрикционного волновода 1 Ь-образной формы, на параллельных участках которого размещены распределенные обмотки 4, 5, запитанные через разв зьтаю- щий элемент, вьшолненный на дросселе 12, посто нным током от источника 11 посто нного тока. На концах волновода 1 установлен демпфер 2. Между па/ / Нг S Н2 7- ж llv-г 2 Т/гЩЬ; rrrfr-f f Г Г Г V S (Л Ш2Х S Н2 2 Г Г Г V 2 00 о со оэ оо puz.JThe invention relates to automation, in particular to devices. converts mechanical movements to digital code. The circuit of the invention — an increase in the accuracy of the magnetostrictive displacement transducer into the code — is achieved by the fact that the concentrated winding 3 (excitation) is placed in the middle of the magnetostrictive waveguide 1 L-shaped, in parallel sections of which are distributed windings 4, 5 fed - an element executed on the choke 12 with a direct current from the source 11 of the direct current. At the ends of the waveguide 1, a damper 2 is installed. Between the pa / / Ng S H2 7-x llv-g 2 T / gsch; rrrfr-f f Г Г Г V S (Л Ш 2Х S Н2 2 Г Г V V 2 00 о со о о о puz.J

Description

130130

раллельными участками волновода 1 размещены жестко соединенные между собой посто нные магниты 6, 7, изменение зазора между каждым из которых и соответствующим участком волновода 1 обеспечивает различные знаки напр - женностей магнитного пол  подмагничи- вани  и равенство их абсолютных значений . Импульс опроса с генератора 8 опроса поступает в обмотку 3, в намагниченном магнитострикционном волноводе 1 возникает ультразвуковой импульс , который распростран етс  поParallel sections of waveguide 1 are permanently connected permanent magnets 6, 7, changing the gap between each of them and the corresponding section of waveguide 1 provides different signs of the magnetic field strength of the magnetic field and the equality of their absolute values. The interrogation pulse from the interrogation generator 8 enters the winding 3, an ultrasonic pulse arises in the magnetized magnetostrictive waveguide 1, which propagates along

1one

Изобретение относитс  к автоматике , в частности к устройствам, преобразующим механические перемещени  в цифровой код.The invention relates to automation, in particular to devices that convert mechanical movements into a digital code.

Цель изобретени  - повышение точности магнитострикционного преобразовател  перемещени  в код.The purpose of the invention is to improve the accuracy of the magnetostrictive displacement transducer to the code.

На фиг. 1 изображена схема преобразовател  j на фиг, 2 - графики распределени  напр женности магнитного пол  подмагничивани  вдоль магнитострикционного волновода.FIG. Figure 1 shows a diagram of a converter j in FIG. 2, graphs of the distribution of the magnetic field strength of a bias along a magnetostrictive waveguide.

Магнитострикционный преобразова- тель перемещени  в код содержит маг- нитострикционный волновод 1 и-образ- ной формы, демпфер 2, сосредоточенну обмотку 3 возбуждени , распределенные обмотки 4 и 5 считывани , посто нные магниты 6 и 7, жестко св занные между собой, генератор 8 опроса, управл емые усилители 9 и 10 переменного тока, выполненные с дискретно регулируемым коэффициентом усилени , источник 11 посто нного тока, разв зывающий элемент, выполненный на дросселе 12, вычитатель 13, и преобразователь 14 временного интервала в код.The magnetostrictive displacement transducer in the code contains a magnetostrictive waveguide 1 and a-shaped form, a damper 2, a concentrated excitation winding 3, distributed reading windings 4 and 5, permanent magnets 6 and 7 rigidly connected to each other, generator 8 interrogation, controlled amplifiers 9 and 10 of alternating current, made with a discretely adjustable gain factor, a direct current source 11, a decoupling element, made on a choke 12, a subtractor 13, and a time interval to code converter 14.

Преобразователь работает следующи образом,The converter works as follows,

В сосредоточенную обмотку 3 возбуждени  подаетс  импульс тока с генератора 8 опроса. Одновременно сигнал генератора 8 опроса подаетс  на первый вход преобразовател  14 временных интервалов в код. Волновод 1 находитс  в магнитрнасьщенном состо 13A current pulse from the interrogation generator 8 is supplied to the centered excitation winding 3. At the same time, the signal from the polling generator 8 is fed to the first input of the converter 14 time slots in the code. Waveguide 1 is in magnetic state 13

параллельным участкам волновода 1 до места нахождени  посто нных магнитов 6, 7. При прохождении импульса под посто нными магнитами 6, 7 в каждой из распределенных обмоток 4, 5 возникает импульс, поступающий на соответствующий усилитель 9, 10 переменного тока. На выходе вычитател  13 формируетс  импульс удвоенной амплитуды , прекращающий работу преобразовател  14 временного интервала в код которьй был запущен импульсом генератора 8 опроса. 2 ил.parallel to the sections of the waveguide 1 to the location of the permanent magnets 6, 7. When a pulse passes under the permanent magnets 6, 7, a pulse is generated in each of the distributed windings 4, 5, arriving at the corresponding amplifier 9, 10 of alternating current. At the output of the subtractor 13 a pulse of double amplitude is formed, stopping the operation of the converter 14 of the time interval in the code that was started by the pulse of the polling generator 8. 2 Il.

5five

00

5five

00

5five

НИИ, обеспечиваемом путем подачи тока в распределенные обмотки 4 и 5 от источников 11 посто нного тока. Работа волновода 1 в режиме магнитного насыщени  характерна тем, что воздействие ударов и вибраций практически не вли ет на точность работы, так как уменьшаетс  вли ние акустических помех. Это означает, что в распределенных обмотках 4 и 5 значительно уменьшаетс  ЭДС при воздействии ударов и вибрации на всех участках волновода , где он находитс  в режиме магнитного насыщени .Scientific research institutes, provided by supplying current to distributed windings 4 and 5 from sources 11 of direct current. The operation of waveguide 1 in the magnetic saturation mode is characterized by the fact that the impact of shocks and vibrations has almost no effect on the accuracy of operation, since the effect of acoustic noise is reduced. This means that in distributed windings 4 and 5, the emf is significantly reduced when exposed to shock and vibration in all parts of the waveguide, where it is in the magnetic saturation mode.

ЭДС в распределенных обмотках 4 и 5 наводитс  при некоторых значени х напр женности Н магнитного пол  под- .магничивани , а максимальное значение этой ЭДС устанавливаетс  при некоторых оптимальных значени х напр женности НОРТ и (фиг, 2) подмаг- ничиваний, которые достигаютс  на участках i, 1+1 длины t параллельных участков волновода 1, расположенных в зонах посто нных магнитов 6 и 7. При этом (фиг. 2), например, напр - женность Нррт магнитного пол  на участке i псшожительна, а Нд на участке i+1 отрицательна вследствие размагничивающего действи  пол  посто нных магнитов 6 и 7, что может быть реализовано путем задани  разных воздушных зазоров rf и $ между посто нными магнитами 6 и 7 и волноводом 1, Кроме того, увеличиваетс  точность преобразовател  за счет уменьшени  температурной нестабиль313093The EMF in the distributed windings 4 and 5 is induced at some values of the magnetic field H strength of the magnetic field, and the maximum value of this EMF is established at some optimal values of the magnetic strength of the NORTH and (FIG. 2) magnetizations that are achieved in the areas i, 1 + 1 of the length t of the parallel sections of the waveguide 1, located in the zones of permanent magnets 6 and 7. At the same time (Fig. 2), for example, the strength of the magnetic field of the magnetic field in section i is psychological, and Nd in section i + 1 negative due to demagnetizing effect permanent magnets 6 and 7, which may be implemented by defining different clearances rf $ and between the permanent magnets 6 and 7 and the waveguide 1, Further, the accuracy of the converter is increased by reducing the temperature nestabil313093

ности вследствие меньшего изменени due to less change

модул  Юнга Е, а следовательно, и скорости звука V в волноводе 1 от температуры, которые св заны следующим отношениемYoung's modulus E, and consequently, the speed of sound V in waveguide 1 versus temperature, which are related by

где V - скорость звука в волноводе 1-, Е - модуль Юнга материала волно- where V is the speed of sound in the waveguide 1-, E is the Young's modulus of the material

вода 1iwater 1i

р - плотность материала волновода 1.p is the density of the material of the waveguide 1.

Ультразвукова  волна, возникающа  в волноводе 1, вследствие пр мого магнитострикционного эффекта, распростран  сь по волноводу 1 в обе стороны от обмотки 3, достигает участков i, i+1, наход щихс  в зоне посто нных магнитов 6 и 7, наводит в распреде- ленных обмотках 4 и 5 ЭДС вследствие обратного магнитострикционного эффекта .The ultrasonic wave arising in waveguide 1, due to the direct magnetostrictive effect, propagating through waveguide 1 in both directions from winding 3, reaches sections i, i + 1 located in the zone of permanent magnets 6 and 7, leads to windings 4 and 5 EMF due to the reverse magnetostriction effect.

Распределение напр женности магнитного пол  в каждой из соответст- вующих половин волновода 1 имеет вид, показанный на фиг. 2. Вследствие этого выходной сигнал е в распределенной обмотке 4 находитс  по формулеThe distribution of the magnetic field strength in each of the respective halves of the waveguide 1 has the form shown in FIG. 2. As a consequence, the output signal e in the distributed winding 4 is given by the formula

чн WH

где ju - магнитна  проницаемость вакуума (1,26x10 Гн/м); S - поперечное сечение волновода 1 ;where ju is the magnetic permeability of vacuum (1.26x10 H / m); S is the cross section of waveguide 1;

Hgf, - напр женность магнитного пол  на участке волновода 1; и - относительна  магнитна  проницаемость материала волно- вода 1. Hgf, is the magnetic field strength at the waveguide 1; and - relative magnetic permeability of the waveguide material 1.

Выходной сигнал е в распределенной обмотке 5 определ етс  по формулеThe output signal e in distributed winding 5 is determined by the formula

- CU - CU

ej - - ЛдЬНр -JY ej - - LdNr -JY

где H|,J - напр женность магнитного пол  на участке i+1 волновода , причем |Нр„( where H |, J is the intensity of the magnetic field at section i + 1 of the waveguide, and | Hp „(

I Н опт I  I N opt I

Сигналы е и е с распределенных обмоток 4 и 5 поступают на входы управл емых усилителей 9 и 10 переменного тока о В момент по влени  импульсов на выходе генератора 8 опроса усилители 9 и 10 запираютс  путем уменьшени  коэффициентов усилени  (ko) до уровн , близкого к нулю, воздействием на их управл ющие входы.The signals e and e from distributed windings 4 and 5 are fed to the inputs of controlled amplifiers 9 and 10 of alternating current. At the moment of appearance of pulses at the output of the interrogation generator 8, amplifiers 9 and 10 are locked by decreasing the gain factors (ko) to a level close to zero. by acting on their control inputs.

134134

Дроссель 12 служит дл  исключени  шунтировани  входов усилителей 9 и 10 источником 11 посто нного тока. С выходов усилителей 9 и 10 сигналы е k( е поступают на входы вычитател  13. На выходе вычи- тател  13 по вл етс  сигнал е, определ емый при 1Н(,пт 1 Нопг/ по формулеThe choke 12 serves to exclude shunting of the inputs of amplifiers 9 and 10 by a source 11 of direct current. From the outputs of amplifiers 9 and 10, the signals e k (e are fed to the inputs of the subtractor 13. At the output of the subtractor 13, the signal e appears, which is determined at 1H (, Fri 1 No 3 / by the formula

k..(e, - е-) -2k.ftoSHk .. (e, - e-) -2k.ftoSH

oiM опт toiM wholesale t

5 five

°°

5five

Q Q

5five

00

5 five

где k,, - коэффициент усилени  усилителей 9 и 10.where k ,, is the gain of amplifiers 9 and 10.

С приходом сигнала е с вычитател  13 на преобразователь 14 временного интервала в код процесс преобразовани  заканчиваетс . На выходе последнего устанавливаетс  код, однозначно св занный с перемещением посто нных магнитов 6 и 7.With the arrival of the signal e with the subtractor 13 to the transducer 14 of the time interval into the code, the conversion process ends. At the output of the latter, a code is established that is uniquely associated with the movement of the permanent magnets 6 and 7.

Claims (1)

Формула изобретени Invention Formula Магнитострикционный преобразователь перемещени  в код, содержащий Магнитострикционный волновод U-об- разной формы, концы которого соединены с демпфером, первый посто нный магнит, соединенный с объектом перемещени  и размещенный между параллельными участками магнитострикционного волновода и-образной формы, две распределенные обмотки, размещенные на параллельных участках магнитострикционного волновода и-образной формы вдать всей длины перемещени  первого посто нного магнита, генератор опроса, первый управл емый усилитель переменного тока, к информационному входу которого подключен первый вывод первой распределенной обмотки, второй вывод которой соединен с общей шиной, управл ющий вход первого управл емого усилител  переменного тока соединен с выходом генератора опроса, который соединен с первым входом преобразовател  временного интервала в код, отличающий- с   тем, что, с целью повьш1ени  точности преобразовани , в него введены второй, управл емый усилитель переменного тока, вычитатель, источник посто нного тока, разв зывающий элемент, второй посто нный магнит и сосредоточенна  обмотка, котора  расположена посередине магнитострикционного волновода и-образной формы.A magnetostrictive displacement transducer into a code containing a U-shaped magnetostrictive waveguide, the ends of which are connected to the damper, the first permanent magnet connected to the displaced object and placed between the parallel sections of the magnetostrictive waveguide and-shaped, two distributed windings placed on parallel plots of the magnetostrictive and-shaped waveguide to penetrate the entire length of the displacement of the first permanent magnet, the interrogator, the first controlled amplifier current output, to the information input of which the first output of the first distributed winding is connected, the second output of which is connected to the common bus, the control input of the first controlled AC amplifier is connected to the output of the polling generator, which is connected to the first input of the time interval converter in the code that differs so that, in order to increase the accuracy of the conversion, a second controlled AC amplifier, subtractor, DC source, isolating element, second constant m rot and concentrated winding, which is located in the middle of the magnetostrictive waveguide, and shape. 5151 первый вывод сосредоточенной обмотки соединен с выходом генератора опроса , который соединен с управл ющим входом второго управл емого усилител  переменного тока, второй посто нный магнит жестко соединен с первым посто нным магнитом, источник посто нного тока подключен через разв зывающий элемент к первым выводам первой и второй распределенных обмоток, первый вывод второй распреРедактор Н.Рогуличthe first pin of the concentrated winding is connected to the output of the interrogation generator, which is connected to the control input of the second controlled AC amplifier, the second permanent magnet is rigidly connected to the first permanent magnet, the DC source is connected via an isolating element to the first pins of the first and second distributed windings, the first output of the second distributor N.Rogulich Составитель Е.БударинаCompiled by E. Budarina Техред М.Ходанич Корректор А.ОбручарTehred M. Khodanich Proofreader A.Obruchar 1804/561804/56 Тираж 902ПодписноеCirculation 902 Subscription ВНИИПИ Государственного комитета СССРVNIIPI USSR State Committee по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушска  наб., д. 4/5for inventions and discoveries 113035, Moscow, Zh-35, Raushsk nab., 4/5 Производственно-попиграфическое предпри тие, г, Ужгород, ул. Проектна , 4Production and printing company, Uzhgorod, st. Project, 4 093136093136 деленной обмотки соединен с информационным входом второго управл емого усилител  переменного тока, а второй - с общей шиной, котора  соеди- 5 нена с вторым выводом сосредоточенной обмотки, выходы первого и второго управл емых усилителей переменно- го тока соединены с входами вычитате- л , выход которого соединен с вторым fO входом преобразовател  временного интервала в код.the divided winding is connected to the information input of the second controlled AC amplifier, and the second to the common bus, which is connected to the second output of the concentrated winding, the outputs of the first and second controlled AC amplifiers are connected to the inputs of the subtractor, output which is connected to the second fO input of the time converter into the code. фиг ifig i