[go: up one dir, main page]

RU2039930C1 - Ultrasonic displacement transducer - Google Patents

Ultrasonic displacement transducer Download PDF

Info

Publication number
RU2039930C1
RU2039930C1 SU4933626A RU2039930C1 RU 2039930 C1 RU2039930 C1 RU 2039930C1 SU 4933626 A SU4933626 A SU 4933626A RU 2039930 C1 RU2039930 C1 RU 2039930C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
recording
elements
additional
reading
main
Prior art date
Application number
Other languages
Russian (ru)
Inventor
С.Б. Демин
Original Assignee
Демин Станислав Борисович
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Демин Станислав Борисович filed Critical Демин Станислав Борисович
Priority to SU4933626 priority Critical patent/RU2039930C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2039930C1 publication Critical patent/RU2039930C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Length Measuring Devices Characterised By Use Of Acoustic Means (AREA)

Abstract

FIELD: measuring equipment. SUBSTANCE: ultrasonic signals are excited in two parallel installed acoustic lines. One of them is used as a cone assembly. Engageable with these acoustic lines are vibration recorder and reader elements, as well as polarizers which transform longitudinal vibrations into torsional ones. One of the polarizers is connected to the object under check. EFFECT: enhanced accuracy. 2 cl, 6 dwg

Description

Изобретение относится к измерительной и вычислительной технике, а именно к цифровым ультразвуковым преобразователям перемещений с нониусным преобразованием, и предназначено для использования в робототехнике и других областях техники для прецизионного измерения и контроля линейных перемещений объекта. The invention relates to measuring and computing equipment, in particular to digital ultrasonic transducers of displacement with a vernier transformation, and is intended for use in robotics and other fields of technology for precision measurement and control of linear movements of an object.

Известен ультразвуковой преобразователь перемещений, содержащий магнитострикционный звукопровод, два демпфера, схему запуска, два элемента ИЛИ, ждущий генератор импульсов, формирователь импульсов записи, подвижную катушку записи, неподвижную катушку считывания, усилитель считывания, формирователь импульсов, счетчик, преобразователь временных интервалов в код, блок управления масштабом преобразования, нормализатор, счетный триггер, генератор образцовой частоты, одновибратор, элемент И, второй счетчик, счетчик количества перезапусков, дешифратор, два регистра, приоритетный шифратор, регистр сдвига, задатчик кода ошибки, устройство вычитания [1]
Известен ультразвуковой преобразователь перемещений, выбранный в качестве прототипа, который содержит основной и дополнительный магнитострикционные звукопроводы, два акустических поглотителя, стабилизатор растягивающих усилий, два ограничителя перемещений, элемент записи, два элемента считывания, усилитель записи, два усилителя считывания, блок вычитания, формирователь импульсов, блок вычисления результата, входные и выходные шины [2]
Известные устройства имеют общие недостатки, которые заключаются в недостаточной устойчивости к влиянию дестабилизирующих факторов среды, снижающие их точность и чувствительность по перемещению. К таким факторам относятся дисперсия скорости упругой волны в звукопроводе, изменение температуры окружающей среды, влияние акустических помех.
A known ultrasonic displacement transducer containing a magnetostrictive sound pipe, two dampers, a start circuit, two OR elements, a waiting pulse generator, a write pulse generator, a movable recording coil, a stationary read coil, a read amplifier, a pulse shaper, a counter, a time interval to code converter, a block conversion scale control, normalizer, counting trigger, reference frequency generator, one-shot, AND element, second counter, restart count , Decoder, two registers priority encoder, a shift register, setpoint error code, subtraction unit [1]
A known ultrasonic displacement transducer, selected as a prototype, which contains the main and additional magnetostrictive sound ducts, two acoustic absorbers, a stabilizer of tensile forces, two limiters of movement, a recording element, two reading elements, a recording amplifier, two reading amplifiers, a subtraction unit, a pulse shaper, result calculation unit, input and output buses [2]
Known devices have common disadvantages, which are insufficient resistance to the influence of destabilizing environmental factors, reducing their accuracy and sensitivity to movement. Such factors include the dispersion of the velocity of the elastic wave in the sound duct, a change in the ambient temperature, and the influence of acoustic noise.

Целью изобретения является повышение точности контроля перемещений объекта путем использования структурных методов, уменьшающих чувствительность преобразователя к дестабилизирующим факторам среды. The aim of the invention is to increase the accuracy of control of object movements by using structural methods that reduce the sensitivity of the transducer to destabilizing environmental factors.

Это достигается тем, что в ультразвуковой преобразователь перемещений, содержащий два параллельно установленных звукопровода, основной и дополнительный, расположенные на их концах демпферы, закреплены вблизи от одного из них на звукопроводах элементы считывания, закрепленный на основном звукопроводе элемент записи и связанный с указанными элементами блок формирования обработки и индикации сигналов, введены поляризатор, установленный на основном звукопроводе с возможностью перемещения вдоль него и предназначенный для связи с перемещающимся объектом, два дополнительных элемента записи и один элемент считывания, установленных на дополнительном звукопроводе, блок формирования, обработки и индикации сигналов, выполненные в виде одновибратора, связанных с его выходами D-триггера, Т-триггера, RS-триггера и счетчика, и нескольких усилителей, через которые все элементы записи и считывания связаны с соответствующими входами и выходами указанных триггеров и счетчика. This is achieved by the fact that in an ultrasonic displacement transducer containing two parallel mounted sound ducts, a main and an additional damper located at their ends, reading elements are mounted near the sound ducts to one of the sound ducts, a recording element is fixed to the main sound duct and the forming unit is connected to the specified sound ducts signal processing and display, introduced a polarizer mounted on the main sound duct with the ability to move along it and designed to communicate with object, two additional recording elements and one reading element installed on an additional sound duct, a signal generation, processing and indication unit, made in the form of a single vibrator associated with its outputs D-flip-flop, T-flip-flop, RS-flip-flop and counter, and several amplifiers through which all recording and reading elements are connected with the corresponding inputs and outputs of the indicated triggers and counter.

Кроме того, ультразвуковой преобразователь перемещений снабжен двумя отражающими нагрузками, закрепленными на концах звукопроводов, и вторым и третьим поляризаторами, закрепленными на концах дополнительного звукопровода. In addition, the ultrasonic displacement transducer is equipped with two reflective loads fixed at the ends of the sound ducts, and a second and third polarizers fixed at the ends of the additional sound duct.

На фиг. 1, 2 приведены блок-схемы ультразвукового преобразователя перемещений с разными способами возбуждения упругих волн в магнитострикционных волноводах; на фиг. 3-5 варианты выполнения избирательных усилителей-формирователей считывания, схем записи, одновибратора; на фиг. 6 временные диаграммы, поясняющие работу ультразвукового преобразователя перемещений. In FIG. 1, 2 are block diagrams of an ultrasonic displacement transducer with different methods for exciting elastic waves in magnetostrictive waveguides; in FIG. 3-5 options for the implementation of selective amplifiers-drivers of reading, recording circuits, single-vibrator; in FIG. 6 time diagrams explaining the operation of the ultrasonic displacement transducer.

Ультразвуковой преобразователь перемещений (фиг. 1) содержит первичный магнитострикционный преобразователь перемещений (МПП), состоящий из основного и дополнительного прямолинейных магнитострикционных звукопроводов 1, 2, первого, второго и третьего акустических поглотителей 3, 4, 5, двух ограничителей 6 перемещений, первого элемента 7 считывания, поляризатора 8, первого и второго элементов 9, 10 записи, второго и третьего элементов 11, 12 считывания, усилителя 13 записи, первого избирательного усилителя-формирователя 14 считывания, первой и второй схем 15, 16 записи и второго и третьего избирательных усилителей-формирователей 17, 18 считывания, одновибратор 19, Т-триггер 20, D-триггер 21, RS-триггер 22, первый и второй логические элементы И-НЕ 23, 24, элемент 25 равнозначности, счетчик 26 результата, а также шину 27 управления, шину 28 запроса, шину 29 запуска, n-шины 30 результата и шину 31 контроля результата. An ultrasonic transducer of displacements (Fig. 1) contains a primary magnetostrictive transducer of displacements (MPP), consisting of the main and additional rectilinear magnetostrictive sound ducts 1, 2, the first, second and third acoustic absorbers 3, 4, 5, two limiters 6 of the displacements, the first element 7 of reading, polarizer 8, first and second recording elements 9, 10, second and third reading elements 11, 12, recording amplifier 13, first selective reading reading amplifier 14, first and second recording circuits 15, 16 and the second and third selective reading amplifiers-17, 18, one-shot 19, T-trigger 20, D-trigger 21, RS-trigger 22, the first and second logical elements AND 23, 24, element 25 equivalence, the counter 26 of the result, as well as the control bus 27, the request bus 28, the start bus 29, the result n-bus 30 and the result control bus 31.

Основной и дополнительный звукопроводы 1, 2 закреплены параллельно друг другу в первом и втором акустических поглотителях 3, 4. Третий акустический поглотитель 5 закреплен на средней части дополнительного звукопровода 2 и разделяет его на два независимых акустических тракта опорный и нониусный. The main and additional sound ducts 1, 2 are fixed parallel to each other in the first and second acoustic absorbers 3, 4. The third acoustic absorber 5 is mounted on the middle part of the additional sound duct 2 and divides it into two independent acoustic paths, supporting and nonius.

На опорном участке дополнительного звукопровода 2 закреплены первый сосредоточенный элемент 9 записи и второй сосредоточенный элемент 11 считывания, а на нониусном участке второй сосредоточенный элемент 10 записи и третий сосредоточенный элемент 12 считывания. Выводы первого и второго элементов 9, 10 записи подсоединены к выходам первой и второй схем 15 и 16 записи соответственно, а выводы второго и третьего элементов 11 и 12 считывания к входам и третьего избирательных усилителей-формирователей 17 и 18 считывания. The first concentrated recording element 9 and the second concentrated reading element 11 are fixed on the supporting section of the additional sound duct 2, and the second concentrated recording element 10 and the third concentrated reading element 12 are fixed on the vernier section. The findings of the first and second recording elements 9, 10 are connected to the outputs of the first and second recording circuits 15 and 16, respectively, and the conclusions of the second and third reading elements 11 and 12 are connected to the inputs of the third selective reading amplifiers-shapers 17 and 18.

Выход второго избирательного усилителя-формирователя 17 считывания соединен с сигнальным входом первой схемы 15 записи, счетным входом счетчика 26 результата и одним входом элемента 25 равнозначности. Выход третьего избирательного усилителя-формирователя 18 считывания соединен с сигнальным входом второй схемы 16 записи и другим входом элемента 25 равнозначности. Его выход соединен с синхровходом D-триггера 21, инверсный выход которого подключен к шине 28 запроса, а прямой выход соединен с одними входами управления первой и второй схем 15 и 16 записи. Их другие входы управления соединены соответственно с выходами первого и второго элементов 23, 24 И-НЕ. The output of the second selective reading driver 17 is connected to the signal input of the first recording circuit 15, the counting input of the result counter 26, and one input of the equivalence element 25. The output of the third selective reading amplifier 18 is connected to the signal input of the second recording circuit 16 and the other input of the equivalence element 25. Its output is connected to the sync input of the D-flip-flop 21, the inverse output of which is connected to the request bus 28, and the direct output is connected to one of the control inputs of the first and second recording circuits 15 and 16. Their other control inputs are connected respectively to the outputs of the first and second elements 23, 24 AND-NOT.

Одни входы элементов И-НЕ 23, 24 объединены и соединены с синхровходом Т-триггера 20 и выходом первого избирательного усилителя-формирователя 14 считывания, его вход подключен к выводам первого сосредоточенного элемента 7 считывания, закрепленного на основном звукопроводе 1 вблизи первого акустического поглотителя 3. Some inputs of AND-NOT elements 23, 24 are combined and connected to the sync input of the T-flip-flop 20 and the output of the first selective amplifier-driver 14 of reading, its input is connected to the terminals of the first concentrated reading element 7, mounted on the main sound duct 1 near the first acoustic absorber 3.

На рабочей части основного звукопровода 1 закреплен поляризатор 8, выполненный с возможностью перемещения между ограничителями 6 перемещений и имеющий кинематическое соединение с объектом. Другие входы первого и второго элементов И-НЕ 23, 24 соединены соответственно с прямым и инверсным выходами Т-триггера 20. Его нулевой вход объединен с единичным входом D-триггера 21 и соединен с инверсным выходом одновибратора 19. Прямой выход одновибратора 19 через усилитель 13 записи подключен к основному звукопроводу 1 и соединен с нулевыми входами счетчика 26 результата и RS-триггера 22. Разрядные выходы счетчика 26 результата подключены к шинам 30 результата, а выход переноса соединен с единичным входом RS-триггера 22, его выход подключен к шине 31 контроля результата. Вход управления одновибратора 19 подключен к шине 27 управления, а его сигнальный вход к шине 29 запуска. On the working part of the main sound duct 1, a polarizer 8 is fixed, made with the possibility of movement between the limiters 6 and having a kinematic connection with the object. Other inputs of the first and second elements of NAND 23,24 are connected respectively to the direct and inverse outputs of the T-flip-flop 20. Its zero input is combined with a single input of the D-flip-flop 21 and is connected to the inverse output of the one-shot 19. The direct output of the one-shot 19 through the amplifier 13 recording is connected to the main duct 1 and is connected to the zero inputs of the counter 26 of the result and the RS-trigger 22. The bit outputs of the counter 26 of the result are connected to the bus 30 of the result, and the transfer output is connected to a single input of the RS-trigger 22, its output is connected to the bus 31 to The result. The control input of the single-shot 19 is connected to the control bus 27, and its signal input to the start bus 29.

Кроме того, в ультразвуковой преобразователь перемещений дополнительно введены первая и вторая отражающие нагрузки 32, 33, второй и третий поляризаторы 34, 35 и логический элемент И 36 (фиг. 2). Первая отражающая нагрузка 32 закреплена на основном звукопроводе 1 со стороны его поляризатора 8, а также на одном конце дополнительного звукопровода 2. На другом его конце закреплена вторая отражающая нагрузка 33. На концах дополнительного звукопровода 2 установлены второй и третий поляризаторы 34 и 35, которые подсоединены к выходам первой и второй схемам 15 и 16 записи соответственно. Выход первого избирательного усилителя-формирователя 14 считывания соединен с одним входом элемента 36 И и единичным входом D-триггера 21. Другой вход элемента И 36 соединен с прямым выходом D-триггера 21, а его выход с синхровходом Т-триггера 20. In addition, the first and second reflective loads 32, 33, the second and third polarizers 34, 35 and the logical element And 36 are additionally introduced into the ultrasonic displacement transducer (Fig. 2). The first reflective load 32 is fixed to the main sound duct 1 from the side of its polarizer 8, and also to one end of the additional sound duct 2. At its other end, a second reflective load 33 is fixed. At the ends of the additional sound duct 2, second and third polarizers 34 and 35 are connected, which are connected to the outputs of the first and second recording circuits 15 and 16, respectively. The output of the first selective reading driver 14 is connected to one input of the And 36 element and a single input of the D-flip-flop 21. The other input of the And-36 element is connected to the direct output of the D-flip-flop 21, and its output with the sync input of the T-flip-flop 20.

Ультразвуковой преобразователь перемещений работает следующим образом. При подаче сигнала "Разрешение" (фиг. 6 а) по шине 27 управления преобразователь (фиг. 1) переводится в режим работы. По его шине 28 запроса формируется сигнал "Запрос" (фиг. 6 м), в ответ на который через время tр пользователь подает по шине 29 запуска сигнал "Запуск" (фиг. 6 б). Производится запуск одновибратора 19, вырабатывающий противофазные импульсные сигналы, которыми устанавливаются в нулевое состояние Т-триггер 20, RS-триггер 22, счетчик 26 результата и в единичное состояние D-триггер 21 (фиг. 6 е).Ultrasonic transducer works as follows. When the signal "Resolution" (Fig. 6 a) is sent via the control bus 27, the converter (Fig. 1) is put into operation. A request signal is generated on its request bus 28 (Fig. 6 m), in response to which, after a time t p, the user sends a "Start" signal on the start bus 29 (Fig. 6 b). The one-shot 19 is launched, producing out-of-phase pulsed signals, which are set to the zero state of the T-trigger 20, the RS-trigger 22, the counter 26 of the result and the single state of the D-trigger 21 (Fig. 6 e).

Одновременно возбуждается усилитель 13 записи. На его выходе формируется токовый импульс записи (фиг. 6 в), который проходит в среду основного магнитострикционного звукопровода 1 МПП и возбуждает под поляризатором 8, выполненным в виде кольцевого магнита, упругую крутильную волну (фиг. 6 д) вследствие магнитомеханического преобразования, распространяющуюся по звукопроводу в обе стороны со скоростью Vкр.At the same time, the recording amplifier 13 is excited. A recording current pulse is generated at its output (Fig. 6 c), which passes into the medium of the main magnetostrictive sound pipe 1 of the MPP and excites an elastic torsion wave (Fig. 6 d) under the polarizer 8, made in the form of an annular magnet, due to the magnetomechanical transformation propagating along sound duct in both directions with a speed of V cr .

На выходах первого сосредоточенного элемента 7 считывания наводится импульс считывания (фиг. 6 г) из-за влияния индуктивного эффекта, который преобразуется в прямоугольный видеоимпульс считывания первым избирательным усилителем-формирователем 14 считывания. Далее он проходит через открытый второй логический элемент И-НЕ 24, запускает (пуск 1) первую схему 15 записи и переключает в единичное состояние Т-триггер 20 (фиг. 6 ж). Переключение Т-триггера 20 вызывает блокирование второго логического элемента И-НЕ 24 и разблокирование первого логического элемента И-НЕ 23. The outputs of the first concentrated reading element 7 induces a read pulse (Fig. 6 g) due to the influence of the inductive effect, which is converted into a rectangular video read pulse by the first selective reading amplifier amplifier 14. Then it passes through the open second logical element AND-NOT 24, starts (start 1) the first recording circuit 15 and switches the T-trigger 20 to a single state (Fig. 6 g). Switching the T-trigger 20 causes the blocking of the second logical element AND-NOT 24 and the unlocking of the first logical element AND-NOT 23.

Первая схема 15 записи формирует токовый сигнал записи, который через первый сосредоточенный элемент 9 записи в опорной ветви дополнительного звукопровода 2 МПП возбуждается продольная упругая волна, распространяющаяся с фазовой скоростью Vпр. Через время T0=l0/Vпр она достигает второй сосредоточенный элемент 11 считывания, установленный на опорном расстоянии l0 от первого элемента 9 записи, и наводит на его выводах сигнал считывания, преобразующий в прямоугольный видеоимпульс вторым избирательным усилителем-формирователем 17 считывания, по которому производится перезапуск первой схемы 15 записи.The first entry circuit 15 generates a write signal current, which through the first member 9 is centered in the reference branch recording additional acoustic conductor 2 MPP excited longitudinal elastic wave which propagates with a phase velocity V pr. After a time T 0 = l 0 / V pr, it reaches the second concentrated reading element 11, mounted at a reference distance l 0 from the first recording element 9, and induces a read signal at its terminals, converting it into a rectangular video pulse by the second selective reading amplifier-driver 17, by which the first recording circuit 15 is restarted.

В опорном канале МПП преобразователя, образованного элементами 15, 9, 2, 11, 17, устанавливается устойчивая генерация импульсов опорной частоты (фиг. 6 з):
fo

Figure 00000001
Figure 00000002

(1) на время действия разрешающего сигнала по выходу D-триггера 21 (фиг. 6 е). Эти счетные импульсы подсчитываются счетчиком 26 результата (фиг. 6 к) и анализируются элементом 25 равнозначности.In the reference channel of the MPP converter, formed by elements 15, 9, 2, 11, 17, a stable generation of pulses of the reference frequency is established (Fig. 6 h):
f o
Figure 00000001
Figure 00000002

(1) for the duration of the enable signal at the output of the D-trigger 21 (Fig. 6 e). These counting pulses are counted by the result counter 26 (Fig. 6 k) and analyzed by the equivalence element 25.

Упругая волна, возбужденная в основном звукопроводе 1, распространяясь в сторону первого элемента 7 считывания, достигает его через искомое время перемещения lx объекта (фиг. 6 г).An elastic wave excited in the main sound pipe 1, propagating towards the first reading element 7, reaches it after the desired time l x of the object (Fig. 6 g).

Tx

Figure 00000003

(2) и им считывается, преобразуясь в прямоугольный видеоимпульс, которым осуществляется запуск (пуск 2) второй схемы 16 записи через открытый первый логический элемент 23 И-НЕ и переключение в исходное состояние Т-триггера 20 (фиг. 6 ж).T x
Figure 00000003

(2) and it is read, converted into a rectangular video pulse, which is used to start (start 2) the second recording circuit 16 through the open first logical element 23 AND-NOT and switch back to the initial state of the T-trigger 20 (Fig. 6 g).

Нониусный канал МПП преобразователя, организованный второй схемой 16, записи, вторым сосредоточенным элементом 10 записи, нониусной ветвью дополнительного звукопровода 2, третьим сосредоточенным элементом 12 считывания и третьим избирательным усилителем-формирователем 18 считывания и работающий аналогично опорному каналу МПП, с этого момента переводится в режим генерации импульсов нониусной частоты (фиг. 6 и)
fн

Figure 00000004
Figure 00000005

(3) где lн опорное расстояние между элементами 10 и 12 нониусного канала, которые анализируются элементом 25 равнозначности.The vernier channel of the MPP converter, organized by the second recording circuit 16, the second lumped recording element 10, the vernier branch of the additional sound duct 2, the third lumped reading element 12, and the third selective reading amplifier-driver 18 and operating similarly to the MPP reference channel, from this moment goes into mode the generation of pulses of the vernier frequency (Fig. 6 and)
f n
Figure 00000004
Figure 00000005

(3) where l n is the reference distance between the elements 10 and 12 of the vernier channel, which are analyzed by the element 25 of equivalence.

При совпадении фазы опорной (1) и нониусной (3) цифровых шкал (фиг. 6 з, и) на выходе элемента 25 равнозначности вырабатывается импульсный сигнал, который переключает D-триггер 21 в нулевое состояние (фиг. 6 е). Это приведет к блокированию работы опорного и нониусного каналов МПП преобразователя и на вход счетчика 26 результата прекратится подача счетных импульсов искомого перемещения объекта. If the phase of the reference (1) and vernier (3) digital scales coincides (Fig. 6h, i), an impulse signal is generated at the output of the equivalence element 25, which switches the D-trigger 21 to the zero state (Fig. 6 e). This will lead to blocking the operation of the reference and vernier channels of the MPP converter and the input of the result counter 26 will stop the supply of counting pulses of the desired object movement.

На разрядном выходе счетчика 26 результата будет сформирован код искомого перемещения (фиг. 6 к), полученный в результате нониусного преобразования
Nx=2

Figure 00000006
Figure 00000007
Figure 00000008

(4) где vпр=1,6 vкр, Δt=T0-Tн интервал дискретизации.At the bit output of the counter 26 of the result, the code of the desired displacement will be generated (Fig. 6 k), obtained as a result of the vernier transformation
N x = 2
Figure 00000006
Figure 00000007
Figure 00000008

(4) where v ol = 1.6 v cr , Δt = T 0 -T n the sampling interval.

Код перемещения объекта (4) выставляется по шинам 30 результата, формируя сигнал "Перемещение". По шине 28 запроса выставляется сигнал "Запрос" (фиг. 6 м), информирующий пользователя о завершении цикла преобразованиея перемещения. Если имеет место переполнение разрядной сетки 2n, где n разрядность счетчика 26 результата (фиг. 6 к), на его выходе переноса формируется сигнал, переключающий RS-триггер 22 в единичное состояние (фиг. 6 л). В результате по шине 31 контроля результата выставляется сигнал "Ошибка", указывающий на недостоверность полученной информации по шинам 30 преобразователя.The code for moving the object (4) is set on the bus 30 of the result, forming a signal "Move". On the request bus 28, a “Request” signal is set (Fig. 6 m), informing the user about the completion of the movement conversion cycle. If there is an overflow of the bit grid 2 n , where n is the bit depth of the result counter 26 (Fig. 6 k), a signal is generated at its transfer output, which switches the RS-flip-flop 22 to a single state (Fig. 6 l). As a result, a signal "Error" is set on the result control bus 31, indicating the inaccuracy of the received information on the converter buses 30.

На этом цикл преобразования перемещения завершается и преобразователь подготовлен к очередному циклу преобразования, который выполняется согласно рассмотренного. Падающие упругие волны в основном и дополнительном звукопроводах 1, 2 МПП поглощаются первым, вторым и третьим акустическими поглотителями 3, 4, 5, чем поддерживается заданное отношение сигнал/помеха акустических трактов. Ограничители 6 перемещений задают диапазон перемещения lx поляризатора 8 МПП преобразователя.On this, the movement conversion cycle is completed and the converter is prepared for the next conversion cycle, which is performed as described. The incident elastic waves in the primary and secondary sound paths 1, 2 of the MPP are absorbed by the first, second, and third acoustic absorbers 3, 4, 5, which maintains a given signal-to-noise ratio of acoustic paths. Limiters 6 movements specify the range of movement l x polarizer 8 MPP Converter.

Избирательные усилители-формирователи 14, 17, 18 считывания (фиг. 3) выполнены на основе последовательно соединенных избирательного RC-усилителя 41, амплитудного ограничителя 42 и порогового элемента 43, что позволяет избирательно усиливать по напряжению наведенные аналоговые сигналы считывания на выводах элементов 7, 11, 12 считывания и преобразовывать их в прямоугольные видеоимпульсы требуемой амплитуды и длительности, обеспечивая при этом устойчивую работу цифрового канала преобразователя в жестких условиях внешней среды. Selective reading amplifiers-shapers 14, 17, 18 (Fig. 3) are made on the basis of a series-connected selective RC amplifier 41, an amplitude limiter 42 and a threshold element 43, which makes it possible to selectively amplify the induced analogue read signals at the terminals of elements 7, 11 , 12 read and convert them into rectangular video pulses of the required amplitude and duration, while ensuring the stable operation of the digital channel of the converter in harsh environmental conditions.

Первая и вторая схема 15, 16 записи (фиг. 4) выполнены на двух диодных вентилях 37, 38, логическом элементе И-НЕ 39 и преобразователе "Напряжение-ток" 40. Логический элемент И-НЕ 39 служит логическим ключом для сигналов диодных вентилей 37, 38, по которым запускается сигнальный преобразователь 40. The first and second recording circuits 15, 16 (Fig. 4) are made on two diode gates 37, 38, an I-HE 39 logic element and a Voltage-Current converter 40. The I-HE 39 logic element serves as a logical key for diode gate signals 37, 38, by which the signal converter 40 is started.

Одновибратор 19 (фиг. 5) содержит два логических элемента 44, 45 И-НЕ с времязадающей RC-цепью на элементах 47, 48 для задания длительности сигналов записи и инвертор 46. The one-shot 19 (Fig. 5) contains two AND-NOT logic elements 44, 45 with a timing RC circuit on the elements 47, 48 for setting the duration of the recording signals and an inverter 46.

Следовательно, использование упругих волн кручения нулевого порядка и опорный и нониусный каналы рециркуляции продольных упругих волн, повышение избирательности сигнальных цепей считывания преобразователя позволяет повысить его устойчивость к влиянию указанных дестабилизирующих факторов среды. Однако чувствительность по перемещению и устойчивость к влиянию акустических помех преобразователя по фиг. 1 можно повысить, если выполнить его МПП по схеме, приведенной на фиг. 2, где основной акустический тракт увеличен в 2 раза за счет введения отражающей нагрузки, а в дополнительном акустическом тракте возбуждают упругие волны кручения. Consequently, the use of zero-order elastic torsion waves and the reference and vernier channels for recirculating longitudinal elastic waves, increasing the selectivity of the signal reading circuits of the transducer can increase its resistance to the influence of these destabilizing environmental factors. However, the movement sensitivity and resistance to the influence of the acoustic noise of the converter of FIG. 1 can be increased if its MPP is performed according to the circuit shown in FIG. 2, where the main acoustic path is doubled due to the introduction of a reflective load, and elastic torsion waves are excited in the additional acoustic path.

Отличительные особенности работы преобразователя по фиг. 2 заключаются в следующем. При возбуждении упругой волны в среде основного звукопровода 1 МПП под поляризатором 8 наведенный на выводах первого элемента 7 считывания сигнал, преобразованный в прямоугольный видеоимпульс не проходит через закрытый логический элемент 36 И на синхровход Т-триггера 20, а переключает в единичное состояние D-триггер 21. Это приводит к разблокированию элемента 36 И и схем 15, 16 записи, снятию сигнала "Запрос" по шине 28 запроса. Распространяясь по звукопроводу 1 в сторону первого элемента 7 считывания, упругая волна достигает через время
T1

Figure 00000009

(5) где l1 расстояние между элементами 7 и 8 МПП, и считывается с последующим преобразованием в прямоугольный видеоимпульс, который проходит через открытый логический элемент И 36 на счетный вход Т-триггера 20 и переключает его в единичное состояние, а также запускает (пуск 1) первую схему 15 записи, подключенную к одному концу дополнительного звукопровода 2 МПП. Его демпфированная часть подключена к общей шине преобразователя, что позволяет гальванически разделить опорный и нониусный его участки.Distinctive features of the operation of the converter of FIG. 2 are as follows. When an elastic wave is excited in the medium of the main MPP sound path 1 under the polarizer 8, the signal converted to the rectangular video pulse induced at the terminals of the first readout element 7 does not pass through the closed logic element 36 AND to the T-trigger 20 clock input, but switches the D-trigger 21 to a single state This leads to the unlocking of the And element 36 and the recording circuits 15, 16, the removal of the “Request” signal on the request bus 28. Propagating along the sound pipe 1 towards the first reading element 7, the elastic wave reaches through time
T 1
Figure 00000009

(5) where l 1 is the distance between elements 7 and 8 of the MPP, and is read, followed by conversion into a rectangular video pulse, which passes through the open logical element And 36 to the counting input of the T-flip-flop 20 and switches it to a single state, and also starts (start 1) the first recording circuit 15, connected to one end of the additional duct 2 MPP. Its damped part is connected to the common bus of the converter, which allows galvanic separation of the reference and vernier sections.

При подаче токового импульса в среду опорного участка дополнительного звукопровода 2 МПП, под поляризатором 34, установленным на его конце с второй отражающей нагрузкой 33, в среде звукопровода 2 возбуждается крутильная упругая волна. В следующий момент упругая волна достигает второй сосредоточенный элемент 11 считывания и наводит на его выводах импульс считывания, который преобразуется в прямоугольный видеоимпульс вторым избирательным усилителем-формирователем 17 считывания. По этому сигналу осуществляется перезапуск первой схемы 15 записи и переключение счетчика 26 результата. Устанавливается устойчивая генерация импульсов в опорном канале МПП преобразователя с частотой следования
fo

Figure 00000010
Figure 00000011

(6)
Другая волна, распространяясь в среде основного звукопровода 1 МПП в сторону первой отражающей нагрузки 32, достигает ее, изменяет направление своего движения без смены фазы и формы волны и считывается первым элементом 7 считывания через суммарное время
T2
Figure 00000012

(7)
По этому преобразованному сигналу считывания через открытый элемент И 36 переключается Т-триггер 20 в исходное состояние, формируя на своем выходе временной интервал, пропорциональный искомому перемещению lx объекта
Tx=T2-T1=2
Figure 00000013

(8)
В этот момент запускается (пуск 2) нониусный канал МПП преобразователя, состоящий из второй схемы 16 записи, третьего поляризатора 35, установленный на конце дополнительного звукопровода 2 с первой отражающей нагрузкой 32, третьего элемента 12 считывания и третьего избирательного усилителя-формирователя 18 считывания, формируя импульсы с частотой следования
fн
Figure 00000014
Figure 00000015

(9)
При совпадении фаз опорной и нониусной цифровых шкал преобразователя срабатывает элемент 25 равнозначности и переключает D-триггер 21. Работа опорного и нониусного каналов блокируется. На выходах счетчика 26 результата формируется код искомого перемещения повышенной разрешающей способности
Nx
Figure 00000016
Figure 00000017

(10)
Далее процесс преобразования перемещений не отличается от рассмотренного ранее.When a current pulse is supplied to the medium of the reference section of the additional sound duct 2 of the MPP, under the polarizer 34 installed at its end with the second reflective load 33, a torsional elastic wave is excited in the sound duct 2. At the next moment, the elastic wave reaches the second concentrated read element 11 and induces a read pulse at its terminals, which is converted into a rectangular video pulse by the second selective read pickup amplifier 17. On this signal, the first recording circuit 15 is restarted and the result counter 26 is switched. A stable pulse generation is established in the reference channel of the MPP converter with a repetition rate
f o
Figure 00000010
Figure 00000011

(6)
Another wave, propagating in the medium of the main sound duct 1 MPP towards the first reflective load 32, reaches it, changes its direction of movement without changing the phase and waveform and is read by the first reading element 7 after the total time
T 2
Figure 00000012

(7)
According to this converted read signal, through the open element And 36, the T-trigger 20 switches to the initial state, forming at its output a time interval proportional to the desired movement l x of the object
T x = T 2 -T 1 = 2
Figure 00000013

(8)
At this moment, the launch (start 2) of the MPP converter vernier channel is started, consisting of a second recording circuit 16, a third polarizer 35, mounted at the end of an additional sound duct 2 with a first reflective load 32, a third read element 12, and a third selective read pick-up amplifier 18, forming pulse repetition rate
f n
Figure 00000014
Figure 00000015

(nine)
When the phases of the reference and vernier digital scales of the converter coincide, the element of equivalence is triggered 25 and switches the D-trigger 21. The operation of the reference and vernier channels is blocked. At the outputs of the counter 26 of the result, a code of the desired movement of increased resolution is generated
N x
Figure 00000016
Figure 00000017

(10)
Further, the process of transforming displacements does not differ from that considered earlier.

Таким образом, использование в ультразвуковом преобразователе перемещений крутильных упругих волн, метода нониусного преобразования и увеличение в 2 раза базы прохождения упругой волны по акустическому тракту МПП позволяет повысить точность контроля перемещений объекта и чувствительность по перемещению. Thus, the use of torsion elastic wave displacements in the ultrasonic transducer, the vernier transformation method, and a 2-fold increase in the elastic wave propagation base along the MPP acoustic path make it possible to increase the accuracy of control of object movements and the sensitivity to movement.

Claims (2)

1. УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ, содержащий два параллельно установленных звукопровода, основной и дополнительный, установленные на их концах демпферы, закрепленные вблизи от одного из них на звукопроводах элементы считывания закрепленный на основном звукопроводе элемент записи и связанный с указанными элементами блок формирования обработки и индикации сигналов, отличающийся тем, что, с целью повышения точности контроля перемещений, он снабжен установленным на основном звукопроводе с возможностью перемещения вдоль него и предназначенным для связи с перемещающимся объектом поляризатором, установленными на дополнительном звукопроводе двумя дополнительными элементами записи и одним элементом считывания, расположенным между дополнительными элементами записи демпфером, а блок формирования, обработки и индикации сигналов выполнен в виде одновибратора, связанных с его выходами D-триггера, T-триггера, RS-триггера и счетчика, и нескольких усилителей, через которые все элементы записи и считывания связаны с соответствующими входами и выходами указанных триггеров и счетчика. 1. ULTRASONIC MOVEMENT CONVERTER, containing two parallel installed sound ducts, the main and additional, dampers installed at their ends, mounted reading elements mounted on the main sound ducts, a recording element fixed to the main sound duct, and a signal processing and indication unit connected to these elements, characterized in that, in order to increase the accuracy of movement control, it is equipped with mounted on the main duct with the ability to move along not o and intended for communication with a moving object, a polarizer mounted on an additional sound duct with two additional recording elements and one read element located between the additional recording elements with a damper, and the signal generation, processing and indication unit is made in the form of a single vibrator associated with its outputs of the D-trigger , T-flip-flop, RS-flip-flop and counter, and several amplifiers through which all the elements of recording and reading are connected with the corresponding inputs and outputs of the three Gere and counter. 2. Преобразователь по п.1, отличающийся тем, что, с целью расширения диапазона контролируемых перемещений, он снабжен двумя отражающими нагрузками, закрепленными на концах основных звукопроводов, и вторым и третьим поляризаторами, закрепленными на концах дополнительного звукопровода. 2. The Converter according to claim 1, characterized in that, in order to expand the range of controlled movements, it is equipped with two reflective loads fixed at the ends of the main sound ducts, and second and third polarizers fixed at the ends of the additional sound duct.
SU4933626 1991-04-30 1991-04-30 Ultrasonic displacement transducer RU2039930C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU4933626 RU2039930C1 (en) 1991-04-30 1991-04-30 Ultrasonic displacement transducer

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU4933626 RU2039930C1 (en) 1991-04-30 1991-04-30 Ultrasonic displacement transducer

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2039930C1 true RU2039930C1 (en) 1995-07-20

Family

ID=21573109

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SU4933626 RU2039930C1 (en) 1991-04-30 1991-04-30 Ultrasonic displacement transducer

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2039930C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2318186C2 (en) * 2005-04-04 2008-02-27 ГОУ ВПО Пензенская государственная технологическая академия Ultrasound transformer of linear movements

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
1. Авторское свидетельство СССР N 1471809, кл. G 01B 17/00, 1987. *
2. Авторское свидетельство СССР N 1640546, кл. G 01B 17/00, 1989. *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2318186C2 (en) * 2005-04-04 2008-02-27 ГОУ ВПО Пензенская государственная технологическая академия Ultrasound transformer of linear movements

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2213940C1 (en) Ultrasonic level gauge
RU2039930C1 (en) Ultrasonic displacement transducer
RU2189009C2 (en) Ultrasonic converter of linear displacement
RU2080559C1 (en) Magnetostriction motion-to-code transducer
RU2097916C1 (en) Movement-to-code module converter
SU1758429A1 (en) Displacement measuring device
RU2298155C1 (en) Magnetostrictive level meter-indicator
RU2109399C1 (en) Magnetostriction position transducer
RU2039929C1 (en) Ultrasonic displacement transducer
RU2138118C1 (en) Magnetostrictive displacement-speed-to-code transducer
SU1620834A1 (en) Ultrasonic meter of displacements
RU2100775C1 (en) Transducer of object linear displacements
RU2031360C1 (en) Ultrasonic converter of linear movements of object
SU1564727A1 (en) Position-to-code converter
SU1679187A1 (en) Ultrasonic unit for measuring movements
RU2104482C1 (en) Magnetostrictive converter of movements
SU1515403A1 (en) Differential converter of linear displacement into code
RU2006793C1 (en) Ultrasound converter of linear movements
RU2035692C1 (en) Ultrasonic displacement transducer
RU2298156C1 (en) Level meter-indicator
SU1552002A1 (en) Instrument transducer of linear displacements
RU2299407C2 (en) Ultrasound gage-indicator
RU2318186C2 (en) Ultrasound transformer of linear movements
SU1589051A1 (en) Instrument transducer of linear displacements
RU2299401C2 (en) Ultrasound transformer of angular displacements