RU2080559C1 - Magnetostriction motion-to-code transducer - Google Patents
Magnetostriction motion-to-code transducer Download PDFInfo
- Publication number
- RU2080559C1 RU2080559C1 SU5055877A RU2080559C1 RU 2080559 C1 RU2080559 C1 RU 2080559C1 SU 5055877 A SU5055877 A SU 5055877A RU 2080559 C1 RU2080559 C1 RU 2080559C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- output
- counter
- input
- pulse
- shaper
- Prior art date
Links
- 230000005284 excitation Effects 0.000 claims abstract description 25
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 claims description 5
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims description 3
- 238000009434 installation Methods 0.000 claims description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 abstract description 9
- 230000008878 coupling Effects 0.000 abstract 1
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 abstract 1
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 abstract 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 230000005674 electromagnetic induction Effects 0.000 abstract 1
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 230000001960 triggered effect Effects 0.000 abstract 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 5
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 5
- BGPVFRJUHWVFKM-UHFFFAOYSA-N N1=C2C=CC=CC2=[N+]([O-])C1(CC1)CCC21N=C1C=CC=CC1=[N+]2[O-] Chemical compound N1=C2C=CC=CC2=[N+]([O-])C1(CC1)CCC21N=C1C=CC=CC1=[N+]2[O-] BGPVFRJUHWVFKM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000001934 delay Effects 0.000 description 2
- 238000002604 ultrasonography Methods 0.000 description 2
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 1
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 description 1
- 230000032683 aging Effects 0.000 description 1
- 230000003321 amplification Effects 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 description 1
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 1
- 230000002123 temporal effect Effects 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Length Measuring Devices Characterised By Use Of Acoustic Means (AREA)
- Transmission And Conversion Of Sensor Element Output (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к автоматике и измерительной технике и может быть использовано для измерения и контроля перемещений. The invention relates to automation and measuring equipment and can be used to measure and control movements.
Известен магнитострикционный преобразователь перемещений, содержащий звукопровод с демпфером, неподвижную катушку возбуждения, соединенный с ней формирователь импульсов записи, две подвижные приемные катушки с постоянным магнитом, связанный с ней усилитель-формирователь импульсов считывания [1]
Однако наличие подвижных приемных катушек затрудняет реализацию преобразователя для больших диапазонов перемещений.Known magnetostrictive displacement transducer containing a sound pipe with a damper, a stationary excitation coil, a recording pulse shaper connected to it, two movable receiving coils with a permanent magnet, a read pulse generator-amplifier associated with it [1]
However, the presence of movable receiving coils makes it difficult to implement a converter for large ranges of movement.
Известно также устройство для преобразования линейного перемещения в код [2] содержащее звукопровод, демпферы, постоянные магниты, катушки возбуждения и считывания, преобразователь время-код и регистр памяти, управляющий количеством суперпозиционно включенных катушек возбуждения в зависимости от диапазона преобразования. Однако температурная стабильность этого устройства невысокая. There is also known a device for converting linear displacement to code [2] comprising a sound pipe, dampers, permanent magnets, excitation and read coils, a time-code converter and a memory register that controls the number of superpositionally connected excitation coils depending on the conversion range. However, the temperature stability of this device is low.
Наиболее близким к изобретению по технической сущности является устройство для преобразования перемещения в код/3, содержащее магнитострикционную линию, демпферы, постоянный магнит, жестко закрепленный с объектом контроля, датчики на постоянных магнитах, усилители-формирователи, формирователь импульсов тока, RS- триггеры, генераторы счетных импульсов, счетчик, регистры памяти, буферный формирователь, дешифратор адреса, формирователь запуска, формирователь сигнала готовности и шину обмена, а информацией об измеряемом перемещении служит отношение цифрового кода Nа к сумме цифровых кодов Nа и Nв, умноженный на масштабный коэффициент. Closest to the invention in technical essence is a device for converting movement to code / 3, containing a magnetostrictive line, dampers, a permanent magnet rigidly fixed to the object of control, sensors with permanent magnets, amplifiers-shapers, current pulse shaper, RS-triggers, generators counting pulses, counter, memory registers, buffer driver, address decoder, trigger driver, ready signal generator and exchange bus, and serves as information about the measured movement the ratio of the digital code Na to the sum of the digital codes Na and NV multiplied by the scale factor.
Однако реализация такого алгоритма преобразования приводит к появлению погрешности нелинейности из-за наличия аддиптивной погрешности в интервале времени, соответствующем коду Na из-за переходных процессов в датчиках, задержек в соединительных кабелях, усилителях-формирователях, электронных схемах дальнейшего преобразования. К тому же при реализации данного устройства необходимо исключить ложные срабатывания RS- триггера от электромагнитной наводки, создаваемой импульсом тока возбуждения, что ведет к аппаратному усложнению устройства. However, the implementation of such a conversion algorithm leads to the appearance of a nonlinearity error due to the presence of an additive error in the time interval corresponding to the Na code due to transients in the sensors, delays in the connecting cables, amplifiers-shapers, electronic circuits for further conversion. In addition, when implementing this device, it is necessary to exclude false triggering of the RS-trigger from electromagnetic interference generated by the excitation current pulse, which leads to hardware complication of the device.
Вдобавок из-за наличия затухания в магнитострикционной линии диапазон измерения ограничен, т.к. при больших диапазонах отношение шум/сигнал не позволяет достичь высокой точности измерения. In addition, due to the attenuation in the magnetostrictive line, the measurement range is limited, because for large ranges, the noise / signal ratio does not allow to achieve high measurement accuracy.
Целью изобретения является повышение точности, диапазона преобразования и упрощения конструкции магнитострикционных преобразователей. The aim of the invention is to improve the accuracy, range of conversion and simplify the design of magnetostrictive converters.
Это достигается тем, что в устройство, содержащее магнитострикционную линию с демпферами на концах, электроакустический преобразователь, элемент возбуждения ультразвукового импульса, содержащий постоянный магнит, жестко связанный с объектом контроля, усилитель-формирователь, формирователь импульсов тока, генератор счетных импульсов, счетчик, регистры памяти, буферный формирователь, дешифратор адреса, формирователь запуска, формирователь сигнала готовности и шину обмена дополнительно введены счетчик режима, вход прямого счета которого соединен с выходом усилителя-формирователя, первый выход с входом установки в нулевое состояние счетчика, а второй и третий выходы с входами разрешения считывания регистров памяти, неподвижный элемент возбуждения опорного ультразвукового импульса, состоящий из двух противоположных намагниченных магнитов, находящихся друг от друга на расстоянии, пробегаемом ультразвуковой волной за время, равное длительности импульса записи, и находящийся на расстоянии Xb от электроакустического преобразователя, а в элемент возбуждения ультразвукового импульса введен дополнительный, противоположно намагниченный существующему постоянный магнит, находящийся от него на расстоянии, пробегаемом ультразвуковой волной за время, равное длительности импульса записи. This is achieved by the fact that in a device containing a magnetostrictive line with dampers at the ends, an electro-acoustic transducer, an ultrasonic pulse excitation element containing a permanent magnet rigidly connected to the control object, an amplifier-shaper, a current pulse shaper, a counting pulse generator, a counter, memory registers , a buffer driver, an address decoder, a trigger driver, a ready signal generator and an exchange bus are additionally introduced a mode counter, which direct count input connected to the output of the amplifier-former, the first output with the installation input in the zero state of the counter, and the second and third outputs with inputs for enabling the reading of memory registers, a stationary excitation element of the reference ultrasonic pulse, consisting of two opposite magnetized magnets located at a distance from each other traveled by an ultrasonic wave for a time equal to the duration of the recording pulse, and located at a distance Xb from the electro-acoustic transducer, and into the excitation element is ultrasound Vågå pulse introduced an additional, oppositely magnetized existing permanent magnet, located at a distance from it, it is run by an ultrasonic wave for a time equal to the recording pulse width.
На фиг. 1 представлена блок-схема магнитострикционного преобразователя перемещения в код. In FIG. 1 is a block diagram of a magnetostrictive displacement to code converter.
Преобразователь содержит магнитострикционную линию 1 с демпферами 2 на концах, электроакустический преобразователь 3, элемент возбуждения опорного ультразвукового импульса, состоящий из неподвижных постоянных магнитов 4 и 5, элемент возбуждения ультразвукового импульса, состоящий из постоянных магнитов 6 и 7, жестко связанных с элементом контроля, счетчик режима 9, входом прямого счета соединенный с выходом усилителя-формирователя 8, формирователь импульса тока 12, выходом соединенный с магнитострикционной линией 1, счетчик 10, входом прямого счета соединенный с выходом генератора счетных импульсов 11, регистр памяти 13, информационным каналом соединенный с выходом счетчика 10, входом "запись" с вторым выходом счетчика режима 9, регистр памяти 14, информационным каналом соединенный с выходом счетчика 10, а входом "запись" - с третьим выходом счетчика режима 9, формирователь запуска 15, выходом соединенный с входом формирователя импульсов тока 12, а также с входами установки в нулевые состояния счетчика режима 9, буферный формирователь 16, информационным входом соединенный с информационными выходами регистров памяти 13 и 14, дешифратор адреса 17, первый и второй выходы которого соединены соответственно с входами разрешения считывания регистров памяти 13 и 14, третий выход с входом формирователя запуска 15, а четвертый выход с первым входом формирователя сигнала готовности 18, второй вход который соединен с третьим выходом счетчика режима 9 и шину обмена 19 (с микроЭВМ), соединенную с выходом буферного формирователя 16, входом дешифратора адреса 17 и выходом формирователя сигнала готовности 18. The transducer contains a magnetostrictive line 1 with dampers 2 at the ends, an electro-acoustic transducer 3, an excitation element of a reference ultrasonic pulse, consisting of fixed
Устройство работает следующим образом. The device operates as follows.
Запуск устройства осуществляется с третьего выхода дешифратора 17 по команде микроЭВМ. Формирователь 15 запуска вырабатывает тактовый импульс, который запускает формирователь 12 импульсов тока и устанавливает счетчик режима 9 в нулевое состояние. Формирователь 12 импульсов создает импульс тока в магнитострикционной линии 1, в результате чего вокруг нее образуется круговое магнитное поле, которое наводит в электроакустическом преобразователе 3 электрический импульс. После усиления и формирования усилителем-формирователем 8 сигнал поступает на счетный вход счетчика режима 9. В результате этого на выходе "1" счетчика режима возникает сигнал высокого уровня, который обнуляет счетчик 10. В результате взаимодействия кругового магнитного поля с продольными магнитными полями постоянных противоположно намагниченных магнитов элемента возбуждения опорного ультразвукового импульса возникают две ультразвуковые волны, которые распространяются по звукопроводу. The device is launched from the third output of the decoder 17 at the command of the microcomputer. Shaper 15 start generates a clock pulse, which starts the shaper 12 of the current pulses and sets the counter mode 9 to zero. The pulse generator 12 generates a current pulse in the magnetostrictive line 1, as a result of which a circular magnetic field is formed around it, which induces an electric pulse in the electro-acoustic transducer 3. After amplification and formation by the amplifier-shaper 8, the signal is fed to the counting input of the mode 9 counter. As a result of this, a high level signal appears at the output of the mode counter 1, which resets the counter 10. As a result of the interaction of the circular magnetic field with the longitudinal magnetic fields of oppositely magnetized constants of the magnets of the excitation element of the reference ultrasonic pulse, two ultrasonic waves arise, which propagate through the sound duct.
Механизм возникновения ультразвуковой волны от взаимодействия кругового магнитного поля с двумя противоположно намагниченными постоянными магнитами элемента возбуждения ультразвукового импульса (элемента возбуждения опорного ультразвукового импульса) показан на временных диаграммах фиг.2. The mechanism for the generation of an ultrasonic wave from the interaction of a circular magnetic field with two oppositely magnetized permanent magnets of an excitation element of an ultrasonic pulse (excitation element of a reference ultrasonic pulse) is shown in the time diagrams of FIG. 2.
На временной диаграмме "а" изображена форма ультразвуковой волны, полученной при взаимодействии кругового магнитного поля и постоянного магнита 4(6). The time diagram “a” shows the shape of the ultrasonic wave obtained by the interaction of a circular magnetic field and a permanent magnet 4 (6).
На временной диаграмме "б" изображена форма ультразвуковой волны, полученной при взаимодействии кругового магнитного поля и постоянного магнита 5(7). The temporal diagram “b” shows the shape of the ultrasonic wave obtained by the interaction of a circular magnetic field and a permanent magnet 5 (7).
На временной диаграмме "с" изображена форма ультразвуковой волны, полученной при взаимодействии кругового поля и элемента возбуждения ультразвукового импульса (элемента возбуждения опорного ультразвукового импульса). The time diagram "c" shows the shape of the ultrasonic wave obtained by the interaction of the circular field and the excitation element of the ultrasonic pulse (excitation element of the reference ultrasonic pulse).
Первая ультразвуковая волна от элемента возбуждения ультразвукового импульса, достигнув электроакустического преобразователя 3, преобразовывается в электрический импульс, который усиливается и формируется усилителем-формирователем 8 и поступает на счетный вход счетчика режима 9. С приходом сигнала на счетный вход счетчик режима сигнал с выхода 1 счетчика режима исчезает, а сигнал с выхода 2 поступает на вход "запись" регистра памяти 13, в результате чего в регистре памяти 13 записывается цифровой эквивалент времени распространения ультразвуковой волны от элемента возбуждения ультразвукового импульса до электроакустического преобразователя 3. The first ultrasonic wave from the excitation element of the ultrasonic pulse, reaching the electro-acoustic transducer 3, is converted into an electric pulse, which is amplified and formed by the amplifier-former 8 and fed to the counting input of the mode counter 9. With the arrival of the signal to the counting input, the mode counter, the signal from output 1 of the mode counter disappears, and the signal from output 2 goes to the “record” input of the memory register 13, as a result of which the digital equivalent of the ultra propagation time is recorded in the memory register 13 ƃ wave from the ultrasonic element driving pulse to the electro-acoustic transducer 3.
Вторая ультразвуковая волна от элемента возбуждения опорного ультразвукового импульса, достигнув электроакустического преобразователя 3, также преобразуется в электрический импульс, который усиливается и формируется усилителем-формирователем 8 и поступает на счетный вход счетчика режима 9. С приходом сигнала на счетный вход счетчика режима 9 сигнал на выходе 2 исчезает, а сигнал с выхода 3 поступает на вход "запись" регистра памяти 14, в результате чего в регистр памяти 14 записывается цифровой эквивалент времени распространения ультразвуковой волны от элемента возбуждения опорного ультразвукового импульса до электроакустического преобразователя 3. Одновременно с этим сигнал с третьего выхода счетчика режима 9 поступает на второй вход формирователя сигнала готовности 18, на первом входе которого поступает сигнал с четвертого выхода дешифратора адреса 17. Формирователь сигнала готовности 18 выдает на шину обмена 19 сигнал готовности. Это означает, что в регистрах 13 и 14 памяти записаны цифровые коды Na и Nb.The second ultrasonic wave from the excitation element of the reference ultrasonic pulse, having reached the electro-acoustic transducer 3, is also converted into an electric pulse, which is amplified and formed by the amplifier-former 8 and fed to the counting input of the counter of mode 9. With the arrival of the signal to the counting input of the counter of mode 9, the output signal 2 disappears, and the signal from output 3 goes to the “record” input of the memory register 14, as a result of which the digital equivalent of the propagation time of ultrasound is recorded in the memory register 14 a new wave from the excitation element of the reference ultrasonic pulse to the electro-acoustic transducer 3. At the same time, the signal from the third output of the mode 9 counter goes to the second input of the readiness signal generator 18, the first input of which receives the signal from the fourth output of the address decoder 17. The readiness signal generator 18 provides on the bus exchange signal 19 readiness. This means that in the registers 13 and 14 of the memory are written digital codes N a and N b .
При формировании микроЭВМ адреса на шине 19 сигналом на первом выходе дешифратора 17 разрешается считывание данных с регистра 13, а сигналом на втором выходе с регистра 14. Микро-ЭВМ осуществляет обработку цифровых кодов в соответствии с алгоритмом преобразования, имеющим вид:
где X положение объекта контроля;
K- масштабный коэффициент.When forming a microcomputer address on the bus 19, the signal at the first output of the decoder 17 is allowed to read data from the register 13, and the signal at the second output from the register 14. The micro-computer processes the digital codes in accordance with the conversion algorithm, having the form:
where X is the position of the object of control;
K is a scale factor.
Реализация такого алгоритма преобразования исключает появление погрешности нелинейности из-за переходных процессов в электроакустический преобразователь, задержки в соединительных кабелях, поскольку импульсы "старт" и "стоп" формируются при прохождении через одни и те же узлы преобразователя. Применение данного алгоритма обеспечивает высокую повторяемость статической характеристики устройства при изменении температуры окружающей среды, при естественном старении и смене звукопровода. The implementation of such a conversion algorithm eliminates the appearance of a nonlinearity error due to transients in the electro-acoustic transducer, delays in the connecting cables, since the “start” and “stop” pulses are formed when passing through the same transducer nodes. The application of this algorithm provides high repeatability of the static characteristics of the device when the ambient temperature changes, with natural aging and a change in the sound duct.
Применение двух противоположно намагниченных постоянных магнитов в конструкциях элемента возбуждения ультразвукового сигнала и замене возбуждения опорного ультразвукового сигнала позволяют на 40-50% увеличить амплитуду сигнала и увеличить отношение сигнал/шум, что позволяет значительно повысить точность магнитострикционных преобразователей перемещений и их диапазон преобразования. The use of two oppositely magnetized permanent magnets in the constructions of the ultrasonic signal excitation element and replacing the excitation of the reference ultrasonic signal can increase the signal amplitude by 40-50% and increase the signal-to-noise ratio, which can significantly increase the accuracy of magnetostrictive displacement transducers and their conversion range.
Claims (2)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| SU5055877 RU2080559C1 (en) | 1992-07-22 | 1992-07-22 | Magnetostriction motion-to-code transducer |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| SU5055877 RU2080559C1 (en) | 1992-07-22 | 1992-07-22 | Magnetostriction motion-to-code transducer |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2080559C1 true RU2080559C1 (en) | 1997-05-27 |
Family
ID=21610184
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| SU5055877 RU2080559C1 (en) | 1992-07-22 | 1992-07-22 | Magnetostriction motion-to-code transducer |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2080559C1 (en) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2175754C2 (en) * | 1999-04-27 | 2001-11-10 | Астраханский государственный технический университет | Microprocessor type magnetostriction position-to-code converter |
| RU2189009C2 (en) * | 2000-02-21 | 2002-09-10 | Пензенский государственный университет | Ultrasonic converter of linear displacement |
| RU2374608C1 (en) * | 2008-07-09 | 2009-11-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уфимский государственный авиационный технический университет" | Method of measuring linear displacement |
| RU222271U1 (en) * | 2023-10-24 | 2023-12-18 | Общество с ограниченной ответственностью "Магнисенс" | Magnetostrictive linear displacement sensor |
-
1992
- 1992-07-22 RU SU5055877 patent/RU2080559C1/en active
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 1. Авторское свидетельство СССР N 956965, кл. G 01 B 7/00, 1982. 2. Авторское свидетельство СССР N 1016810, кл. G 08 C 9/04, 1983. 3. Авторское свидетельство СССР N 1541480, кл. G 01 D 5/12, 1990. * |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2175754C2 (en) * | 1999-04-27 | 2001-11-10 | Астраханский государственный технический университет | Microprocessor type magnetostriction position-to-code converter |
| RU2189009C2 (en) * | 2000-02-21 | 2002-09-10 | Пензенский государственный университет | Ultrasonic converter of linear displacement |
| RU2374608C1 (en) * | 2008-07-09 | 2009-11-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уфимский государственный авиационный технический университет" | Method of measuring linear displacement |
| RU222271U1 (en) * | 2023-10-24 | 2023-12-18 | Общество с ограниченной ответственностью "Магнисенс" | Magnetostrictive linear displacement sensor |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JPH0350285B2 (en) | ||
| RU2213940C1 (en) | Ultrasonic level gauge | |
| RU2080559C1 (en) | Magnetostriction motion-to-code transducer | |
| RU222271U1 (en) | Magnetostrictive linear displacement sensor | |
| RU2138118C1 (en) | Magnetostrictive displacement-speed-to-code transducer | |
| RU2104482C1 (en) | Magnetostrictive converter of movements | |
| RU2109399C1 (en) | Magnetostriction position transducer | |
| RU2175754C2 (en) | Microprocessor type magnetostriction position-to-code converter | |
| RU2117914C1 (en) | Method measuring linear translations | |
| RU2298156C1 (en) | Level meter-indicator | |
| SU537242A1 (en) | Magnetostriction linear displacement transducer | |
| RU2032153C1 (en) | Ultrasonic level meter | |
| RU2090839C1 (en) | Magnetostrictive displacement transducer | |
| SU1105922A1 (en) | Displacement encoder | |
| RU2031360C1 (en) | Ultrasonic converter of linear movements of object | |
| SU1564727A1 (en) | Position-to-code converter | |
| RU2039930C1 (en) | Ultrasonic displacement transducer | |
| SU747812A1 (en) | Magnetostriction differential displacement transducer | |
| SU777850A1 (en) | Magnetostriction displacement sensor | |
| RU2145059C1 (en) | Magnetostrictive displacement-to-code converter | |
| RU2087874C1 (en) | Device measuring level of oil products | |
| RU2194946C2 (en) | Linear displacement converter | |
| RU2318186C2 (en) | Ultrasound transformer of linear movements | |
| RU2121658C1 (en) | Magnetostriction translation converter | |
| SU1620834A1 (en) | Ultrasonic meter of displacements |