SU1613855A1 - Ультразвуковой измерительный преобразователь параметров движени - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к измерительной технике, а именно к преобразовател м информации, и может быть использовано в робототехнических системах и комплексах дл  измерени  параметров движени  объекта. Целью изобретени   вл етс  расширение области использовани  за счет формировани  более полной измерительной информации о параметрах движени  контролируемого объекта. Элемент записи-считывани  возбуждает волны, которые распростран ютс  в обе стороны по звукопроводу, и принимает волну, отраженную от свободного конца звукопровода. Элемент считывани , кинематически соединенный с объектом контрол , принимает две волны - непосредственно от элемента записи-считывани  и отраженную от свободного конца звукопровода. В преобразователе осуществл етс  измерение времен распространени  волн и сравнение этих времен, в результате которого вырабатываетс  информаци  о величине, скорости и направлении перемещени  объекта. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

Description

Изобретение относитс  к измерительной технике, а именно к преобразовател м информации, и может быть использовано в робототех шческих системах и комплексах дл  измерегш  и контрол  параметров движени  объекта .

Цель изобретени - расширение области использовани  путём формировани  более полной измерительной информации о параметрах движени  контролируемого объекта.

На фиг. 1 приведена структурна  схема измерительного преобразовател ; на фиг. 2 - схема блока вычислени  результата пример исполнени ; на фиг. 3 - схема генератора кодов;

на фиг„4 - основные временные диаг- работы устройства |

Преобразователь линейных переме- : щений содержит магнитострикционный преобразователь линейных перемеще- ний (МПП) , состо щий из струнного (ленточного) пр молинейного звукопро- I вода 1 из магнитострикционного материала со свободным концом, акустического поглотител  2 со стабилизатором 3 нат жени , неподвижного.элемента 4 записи-считывани , подвижного элемента 5 считывани , двух ограничителей б перемещений, усилител  7 записи и двух сигнальных ус1шителей-формирователей 8 и 9, триггер 10 управлени , одно- вибратор 11, блок 12 вычислени  реа

CXD 00 СП

ел

«д

20

25

31613855

ультата (БВР), шину 13 управлени , ину 1А запроса, айну 15 запуска, ервые п шин 16 результата, вторые шин 17 результата, третьи п шин

18 результата, шины 19 знака скорости и шину 20 синхронизации

На опорном рассто нии от свободного .конца звукопровода 1 МПП неподвижно закреплен элемент 4 записи-считывани , iQ Второй его конец заключен в акустический поглотитель 2 и кинематически подключен к стабилизатору 3 нат жени . Элемент 5 считывани  закреплен на зву- копроводе 1 с возможностью перемеще- is нип :между ограничител ми 6 перемеще- нш , установленными вблизи акустического поглотител  2 и элемента 4 записи-считывани , и кинематически подключен к объекту контролируемого перемещени  Вывод элемента 4 записи- считывани  подключен, через первый усилитель-формирователь 8 к одному сигнальному входу ВВР 12, другой сигнальный вход которого подключен через второй усилитель-формирователь 9 к выводу элемента 5 считывани , а входы блокировани  соединены с одним выходом триггера 10 управлени  и входом одновибратора 11 Выход последнего через усилитель 7 записи подключен к входу элемента 4 записи- считывани . Другой выход триггера 10 управлени  подключен к шине 14 запроса, синхровход - к шине 15 за- . пуска, а информационный вход подключен к шине 13 управлени  и соединен с управл ющим входом БВР 12„ Синхровход последнего соединен с нулевым

входом триггера 10 вые, вторые и третьи п шин 16-18 под ключены к первьш, вторьм и выходам БВР 12, его четвертые вьпсоды подключены к 19 знака скорости, а п тый выход подключен к шине ги синхронизации.

Блок 12 вычислени  результата выполнен на основе двух логических элементов И 21 и 22, цифровом гене раторе 23 кодов, семи регистров 24- 30. параллельного .сдвига,вычитател  -31, делител  32, компаратора 3J кодов и схемы 34 задержки.

30

.

35

40

45

Генератор 23 кодов выполнен в ви  е первого D-триггера 35, опорного .фрового генератора 3 второ п

55

Одновременно возбуждаетс  первый усилитель-Формирователь 8о На .его выходе формируетс  пр моугольньй видеоимпульс считьшани  (фиг. 4в}, который проходит на первый сигналь- ньй вход БВР 12 и через его открытый логический элемент И 21 и запускает цифровой генератор 23 кодов (фиг 2Ь

На п-разр дном выходе генератора 23 кодов с этого момента, начинает

ФРОВОГО « Р-° „3( :™Га° 7 „, ГоРНиГова ьс  .eKV«. код ,, сне- разр дного D-григгера (регистра. частотой „, котора  рпреJJd -

п-р зр дного сумматора з

0

25

s

30

Преобразователь работает следующим

образом.

Первоначально устройство устанавливаетс  в исходное состо ние. При подаче по шине 13 управлени  цифрового сигнала Разрешение (фиг. 4а) устройство переводитс  в режим работы. По шине 14 выставл етс  цифровой сигнал Запрос (фиг о 4к), в ответ на который через врем  tp реакции пользователь выставл ет по шине 15 пуска цифровой импульсный сигнал Запуск (фиг. 46).J

По этому сигналу производитс  переключение триггера 10 управлени  в единичное состо ние (фиг. 4к), что приводит к сн тию сигнала Запрос по шине 14 запроса, запуску одновибратора 11 (фиг. 4в) и разблокирова - нию сигнальных входов БВР 12о

Одновибратор 11 формирует калиброванный по длительности пр моугольный видеоимпульс записи, промодули- рованный несущей частотой ° торый возбуждает усилитель 7 записи . . 1ШПо Усилитель 7 записи вьфабатывает модулированный токовый импульс записи , который проходит через среду комбинированного элемента 4 записи- считывани  и возбуждает в звукопро- воде 1 продольную магнитоупругую волну СУх распростран ющуюс  в обе стороны с фазовой скоростью V:

35 G, G, (4V-V 1,) +(r,(TvV-«-io),(i)

где Т

,.

45

50

55

врем  распространени  со- ответств.енно первой и второй волн;

1 - рассто ние от элемента 4 записи-считывани  до сво- бодного конца звукопровода; .

Ij - рассто ние от элемента а записи-считьгоани  до подвижного элемента 5 считывани  .

Одновременно возбуждаетс  первый усилитель-Формирователь 8о На .его выходе формируетс  пр моугольньй видеоимпульс считьшани  (фиг. 4в}, который проходит на первый сигналь- ньй вход БВР 12 и через его открытый логический элемент И 21 и запускает цифровой генератор 23 кодов (фиг 2Ь

На п-разр дном выходе генератора 23 кодов с этого момента, начинает

„, ГоРНиГова ьс  .eKV«. код ,, сне- частотой „, котора  рпредел ет интервал дискретизации временных интервалов перемещений

Формируемый код Ny образует опорную цифровую кодовую шкалу и поступает на информационные входы регистров 24 и 25 параллельного сдвига. Генератор 23 кодов может быть выполнен по схеме, показанной на фиг 3. D-триггер 35 по.внешним сигналам .управл ет работой опорного генератора 36 образцовой частоты f и регистра, выполненного на п D- триггерах 37..

Опорный генератор управл ет разверткой интерпол ционного кодового звена на п-разр дном D-триггере-регистре 37 и сумматоре 38, включенных в кольцо. При этом сумматор 38 может быть выполнен на программируемых логических элементах, что позвол ет выполнить генератор 23 кодов как функциональный генератор, расшир   возможности устройства.

Зондирующа  магнитоупруга  волна0. распростран  сь вправо (по фиг 1) по звукопроводу 1 МПП, в некоторь момент времени достигает свободного его конца, образующего границу полного отражени , отражаетс  Синверти- руетс , - Gi) и, распростран  сь в сторону элемента 4 записи-считывани , достигает его через суммарное врем 

2 k

V

(2)

Проход  по звукопроводу 1 под элементом 4 зондирующа  магнитоупруга  волна - G« индуцирует на его выходе модулированный импульс, который преобразуетс  первьтм усилителем- формирователем 8 в пр моугольный видеоимпульс считывани  (фиг. 4в), и, проход  на первый сигнальный вход БВР 12, записывает в его регистр 24 код N , который в момент времени (2) выставл етс  на п-разр дном выходе генератора 23 кодов. STOT код далее поступает на входы Цифровых компаратора 33 и делител  32 (фиг, 2)

Магнитоупругие волны (J и (jj, распростран  сь по звукопроводу 1 в сторону перемещающегос  с искомой скоростью Vy контролируемого объекта подвижного элемента 5 считывани , достигают его через врем  соответственно

Т V+V.

(3)

161385S.

iiiiii .

V+Vy

(4)

Проход  по звукопроводу 1 под эле- 5 ментом 5 считывани , магнитоупругие волны G, .и -(jg индуцируют на его выходе модулированные импульсы напр жени , которые преобразуютс  вторым усилителем-формирователем 9 в пр мо- 10 угольные видеоиьтульсы считьшани  (фиг. 4г), и проход т на второй сигнальный вход БВР 12. Эти сигналы считывани  проход т через его открытый логический элемент И 22 и произ- 5 вод т запись в регистры 25 и 26 текущих кодов N и N3 Т -f , которые выставл ютс  на выходах генератора 23 кодов в моменты времени (3) и (4), ак что в регистре 25

0

записываетс  код а в регистре

26 - код N ;. Далее код Nj поступает на одни входы вычитател  31 и делите (Л  32 и входы буферного регистра 27

(фиг. 2).

Па фиг. 4г, д, е показаны опорные сигналы соответственно при Vv О (фиг. .4г), +Vy (фиго 4д) и -V (фиг. 4е), формируемые на выходе сигнального усилител -формировател  9. 0 Если скорость объекта отлична от нулевой (УХ# 0), то наблюдаетс , некоторое временное прирав1ениё +ЛТ опорного интервала Т,, знак кот орого определ етс  направлением перемеще- 5 ни  подвижного элемента 5 считывани  ПШ. Так, если направлени  распространени  продольной магнитоупру- гой волны и перемещени  элемента 5 противоположны, то имеет место сум- 0 марна  фазова  скорость (V+Vy) и знак приращени  равен -uTi В противном случае, когда суммарна  фазова  скорость равна (V-Vj; ) , знак прира- t щени  равен обратному значению .+&Т. 5 Знак скорости перемещени  N объекта вычисл етс  цифровым компара- :тором 33 БВР 12 согласно следующему jвыражению:

01, если N, (Vy);

10, если N, (-V,)} (5)

0

«зи

00, если N,-N4 О (Vj( 0),

где N4 Nj - код, который вычисл етс  вычитателем 31.

Сформированные коды ,, N4 про- ход т на входы буферных п-разр дного регистра 29 и двухразр дного регистра 30,

Таким образом, сформированньш код Ng на выходах-регистра 26 несет информацию непосредственног.о преоб-- раэовани  текущего положени  1у контролируемого объекта относительно магнитострикционной шкалы отсчета МПП, которому присущи известные недостатки . На выходах делител  32 формируетс  код искомого перемещени  1,, объекта логометрического значени  5 , который проходит на вход ы п-разр дного буферного регистра -28.

10

товлено к очередному циклу преобразовани , который выполн етс -через врем  tpo При сн тии по шине 13 управлени  сигнала Разрещение (фиг. 4а) запуск устройства по сигналу Запуск невозможен.

Высока  помехоустойчивость устройства достигаетс  за счет использовани  модул ции зондирующего магнито- упругого сигнала МПП и применени  стабилизатора 3 нат жени , обеспечивающих посто нство во времени волнового акустического сопротивлени 

Распростран  сь далее по звукопро- з .магнитострикционного тракта передачу 1 ШП магнитоупругие волны G, ичи из у.слови  максимально возможного -G Б некоторый момент времени дост1-1гают акустического поглотител  2 и рассеивают на нем свою энергию. Так предотвращаетс  образование в20

магнитострикционном тракте передачи (звукопроводе) лнрерсных (отраженных) . неи 1формациоынь к волн - О, и (Уо. « В следуюиц й момент , & C as . где сг, - врем  распространени  сигналов через цепи элементов 25 и 32, на первом выходе схемы 34 за- держки выставл етс  цифровой импульс синхродазации (фиг. 4ж), по которому гроизводитс  запись вычисленных ко- зО дов N, N, N4 и N34B регистры 27- 30 и переключение в исходное состо ние (нулевое) триггера 10 управлени 

(фиг. 4и) .

С выходов регистров 27-30 искомые коды, соответственно Код положени  1, Код положени  2, Код скорости и Знак скорости, проход т на первые, вторые и третьи п-разр дные .шины 16-18 результата и щину 19

(фиг о 1 и 2) .

Перевод триггера 10 управлени  в нулевое состо ние по сигналу Цикл приводит к блокированию сигнальных входов БВР,- защища  от прохождени , ложных импульсных сигналов вне цикла преобразовани , и формированию,

шине 14 запроса сигнала Запрос

(фиг. 4к).л л л .

Б следующий момент t/ - зО где 27-го - Р распространени  сигналов через элементы 27-30, на другом выходе схемы 34 задержки выставл етс  цифровой импульсный сигнал, который проходит на щину /и синхронизации и формирует сигнал Синхронизаци  (фиг. 4з)„

На этом полный цикл преобразова- .ни  заканчиваетс , устройство подгоНг1 г1 -3 У 4-JI vJ О-1П л XTic I lL i. .

отнощени  сигнал/помеха. Наличие ограничителей перемещени  МПП повы- щает его надежность за счет предохра нени  от возможного механического разрущени  элементов кинематической схемы в крайних точках диапазона преобразовани .

Claims (1)

1., Ультразвуковой измерительный преобразователь параметров движени  содержащий пр молинейный звукопрово из магнитострикционного материала с свободным концом, стабилизатор раст гивающих усилий и акустический поглотитель, расположенные на дру- , гом конце звукопровода, преобразова тель колебаний, установленный непод вижно на звукопроводе на опорном ра сто нии от его свободного конца, сосредоточенный элемент считывани , установленный на рабочей части звукопровода и вьшолненный с возможностью перемещени  вдоль звукопровода и кинематического подключени  к объекту контрол , усилитель записи и усилитель-Формирователь считывани , подключенные к выходам соответственно преобразовател  колебаний и элемента считывани , формиро ватель импульсов записи и триггер управлени , подключенный через фор мирователь импульсов записи к входу усилител  записи, отлича ющийс  тем, что, с целью рас щирени  области использовани  за счет формировани  более полной изм рительной информации о параметрах движени  объекта, он снабжен вторы усилителем-Формирователем считывани  и блоком вычислени  результата первый и второй сигнальные входы к

35

40

45

0

товлено к очередному циклу преобразовани , который выполн етс -через врем  tpo При сн тии по шине 13 управлени  сигнала Разрещение (фиг. 4а) запуск устройства по сигналу Запуск невозможен.

Высока  помехоустойчивость устройства достигаетс  за счет использовани  модул ции зондирующего магнито- упругого сигнала МПП и применени  стабилизатора 3 нат жени , обеспечивающих посто нство во времени волнового акустического сопротивлени 

з .магнитострикционного тракта передачи из у.слови  максимально возможного

магнитострикционного тракта передачи из у.слови  максимально возможного

Нг1 г1 -3 У 4-JI vJ О-1П л XTic I lL i. .

отнощени  сигнал/помеха. Наличие ограничителей перемещени  МПП повы- щает его надежность за счет предохранени  от возможного механического разрущени  элементов кинематической схемы в крайних точках диапазона преобразовани .

зО

зО

5 Формула изобретени 

1., Ультразвуковой измерительный преобразователь параметров движени , содержащий пр молинейный звукопровод из магнитострикционного материала со свободным концом, стабилизатор раст гивающих усилий и акустический поглотитель, расположенные на дру- , гом конце звукопровода, преобразователь колебаний, установленный неподвижно на звукопроводе на опорном рассто нии от его свободного конца, сосредоточенный элемент считывани , установленный на рабочей части звукопровода и вьшолненный с возможностью перемещени  вдоль звукопровода и кинематического подключени  к объекту контрол , усилитель записи и усилитель-Формирователь считывани , подключенные к выходам соответственно преобразовател  колебаний и элемента считывани , формирователь импульсов записи и триггер управлени , подключенный через формирователь импульсов записи к входу усилител  записи, отличающийс  тем, что, с целью рас- щирени  области использовани  за счет формировани  более полной измерительной информации о параметрах движени  объекта, он снабжен вторым усилителем-Формирователем считывани  и блоком вычислени  результата, первый и второй сигнальные входы ко35

40

45

91

торого соединены соответственно с выходами первого и второго усилителей-формирователей считывани , первый и второй управл ющие входы объединены и соединены с выходом триггера управлени , а третий управл ющий вход соединен с информационным входом триггера управлени , вход обнулени  триггера управлени  соединен с синхровыходом блока вычислени  результата, выход второго усилител - формировател  считывани  подсоединен к выходу преобразовател  колебаний, который выполнен как элемент записи- считывани  .

2, Преобразователь по п. 1, отличающийс  тем, что блок вычислени  результата содержит первый и второй элементы И, генератор кодов, первый, второй, третий, четвертый, п тый, шестой и седьмой регистры, компаратор, элемент задержки , вычитатель и делитель, первый вход которого соединен с первым входом компаратора и входом первого регистра, второй вход - с информационным входом четвертого регистра, первым входом вычитател  и выходом третьего регистра, а выход - с инфо мационным входом п того регистра, информационный вход третьего регист385510

ра соединен с выходом второго регистра и вторым входом вычитател , выход которого соединен с информационным

, входом шестого регистра и вторым входом крмпаратора, выход которого соединен с информационным входом седьмого регистра, синхровходы четвертого , п того, шестого и седьмого

10 регистров объединены и соединены., с первым входом элемента задержки, вход которого соединен с синхровхо- дами второго и третьего регистров и выходом второго элемента И, первые

15 входы первого и второго элементов И объединены и соединены с первым входом генератора кодов, выход которого соединен с информационными входами первого и второго регистров, син20 хровход первого регистра соединен с вторым входом генератора кодов и выходом элемента И, при этом первые входы первого и второго элементов И  вл ютс  соответственно первым и

25 вторым управл юп(ими входами блока вычислени  результата, третий вход генератора кодов - его третьим уп- равл юи(им входом, второй вход первого и второго элемептоп И - его 30 первым и вторым ипрормационными входами , а выход элемента задержки - его сиихровыходом.

От 8

От 9

21

J-U-I.

От 15

От 13

Л-/5Фиг. 2

Фиг. 5

уу 22

12

I

лл.

,

К19

КГб

КП К10(2)

24,25 Л

„ Ра5решение

3anycf

«a

Э

„ Cuf XJУOШдaцu .,)/

+5 K.

„Запрос {p

Xl

jTL

fl

(f 5

;

л

JLJL /

/УГ

i/ Блокирование

3

г/ /r

i/г.