SU1679187A1

SU1679187A1 - Ультразвуковой измеритель перемещений

Info

Publication number: SU1679187A1
Application number: SU894746325A
Authority: SU
Inventors: Станислав Борисович Демин
Original assignee: Пензенский Политехнический Институт
Priority date: 1989-10-06
Filing date: 1989-10-06
Publication date: 1991-09-23

Abstract

Изобретение относитс к измерительной технике и может быть использовано дл измерени и контрол параметров движени объектов, например элементов робототехнических систем. Целью изобретени вл етс повышение точности измерени перемещений и расширение области использовани за счет исключени электромагнитных помех о сигнальных цеп х первичного преобразовател перемещений, содержащего пр молинейный звукопровод и снабженного двум парами параллельно соединенных в противоположной пол рности элементов считывани . Элементы считывани первой пары симметрично расположены относительно элемента записи и перемещаютс по звукопроводу преобразовател совместно с элементом записи, а элементы считывани второй пары размещены по кра м звукопровода. 3 ил

Description

Изобретение относитс к измерительной технике и может быть использовано дл измерени и контрол параметров движени объектов, например элементов робото- технических систем.

Целью изобретени вл етс повышение точности измерени перемещений и расширение области использовани за счет исключени электромагнитных помех в сигнальных цеп х первичного преобразовател перемещений.

На фиг.1 приведена структурна схема ультразвукового измерител перемещений; на фиг.2 - пример выполнени блока измерени интервалов времени; на фиг.З - временные диаграммы, по сн ющие работу ультразвукового измерител перемещений.

Ультразвуковой измеритель перемещений содержит магнитострикционный преобразователь 1 перемещений в виде пр молинейного звукопровода 2, выполненного из магнитострикционного материала, механически св занные с одним из концов звукопровода 2 акустический поглотитель 3 и механизм 4 нат жени звукопровода 2, закрепленный на звукопроводе 2 вблизи акустического поглотител 3 неподвижный элемент 5 считывани с магнитом 6 смещени , подключенный к выходу элемента 5 считывани усилитель-формирователь 7 считывани , установленный на рабочем участке звукопровода 2 подвижный элемент 8 записи с магнитом 9 смещени , предназначенный дл кинематического соединени с объектом контролируемого перемещени , и последовательно соединенные одно- вибратор 10 и усилитель 11 записи, выход Которого подключен к входу подвижного элемента 8 записи, первый и второй поО

VI о

00

VI

движные элементы 12,13 считывани с магнитами 14, 15 смещени , которые установлены на равных рассто ни х по разные стороны от подвижного элемента 8 записи, второй акустический поглотитель 16 и второй неподвижный элемент 17 считывани с магнитом 18 смещени , которые установлены на втором конце акустического звукопровода 2, второй усилитель- формирователь 19 считывани и блок 20 измерени интервалов времени.

Первый и второй подвижные элементы 12,13 считывани объединены в противоположной пол рности и подключены к входам второго усилител -формировател 19 считывани , первый и второй неподвижные элементы 5, 17 считывани объединены в противоположной пол рности, выходы первого и второго усилителей-формирователей 7,19 считывани подключены к соответствующим сигнальным входам блока 20 измерени интервалов времени, первый вход управлени которого объединен с входом одновибратора 10 и предназначен дл подачи сигнала Запуск ультразвукового измерител перемещений, а второй управл ющий вход блока 20 измерени интервалов времени предназначен дл подачи сигнала Разрешение работы.

Кроме того, на фмг.1 показаны вход 21 разрешени , выход 22 запроса и вход 23 запуска, первый выход 24 результата, первый выход 25 контрол результата, второй выход 26 результата, второй выход 27 контрол результата и выход 28 синхронизации.

Блок 20 измерени интервалов шремени может быть выполнен из двух схем 29, 30 измерени времени, элемента И 31 и элемента ИЛИ 32 (см.фиг.2). Выход элемента И 31 служит выходом 22 запроса, выходы схем 29,30 измерени времени служат выходами 24, 26 результата, управл ющие выходы указанных схбм 29, 30 служат выходами 25, 27 контрол результата, а выход элемента ИЛИ 32 служит выходом 28 синхронизации. Первые входы управлени схем 29,30 объединены и служат входом 21 разрешени блока 20, а вторые входы управлени схем 29, 30 объединены и служат входом 23 запуска блока 20.

Сигнальные входы первой и второй схемы 29, 30 измерени интервалов времени вл ютс первыми входами блока 20.

Измеритель работает следующим обра- зом.

Первоначально измеритель устанавливаетс в исходное состо ние (см.фиг.1). При подаче цифрового сигнала Разрешение (см.фиг.3,а) на выход 21 разрешени изме

0

5

0

5

0

5

0

5

0

ритель переводитс в режим работы. На его выходе 22 выставл етс цифровой сигнал Запрос (см.фиг.З.е) в ответ на который пользователь через врем реакции tp на вход 23 подает импульсный сигнал Запуск (см.фиг.3,6), по которому подготавливаетс к работе блок 20 и запускаетс одновибра- тор 10.

Одновибратор 10 вырабатывает пр моугольный видеоимпульс записи длительности Гц (который может быть промодулирован высокой частотой) и возбуждает усилитель 11 записи преобразовател 1. На его выходе формируетс токовый импульс записи х, который проходит через обмотку подвижного элемента 8 записи. В звукопроводе 2 возбуждаетс магнитоупруга волна стх вследствие магнитомеханического преобразовател , Эта волна распростран етс по звукопрово- ду в обе стороны с фазовой скоростью V.

В некоторые искомые моменты времени соответственно

Ti - lo м ТЧ - loMl

11 V+VxM l2 V+V4 nj

где 10 - опорное рассто ние между син- хроподвижными элементами 8 и 12,13 записи и считывани первичного МПП;

Vx - искома скорость перемещени объеме, если направление перемещени совпадает с направлением распространени магнмтоупругой волны а вдоль звуко- провода, магнитоупруга волна а достигает первый и второй подвижные элементы 12, 13 считывани с магнитами 9 смещени и наводит не их выводах электрические импульсы считывани , которые проход т на вход второго усилител -формировател 19 считывани , усиливаютс , преобразуютс в пр моугольные видеоимпульсы считывани (см.фмг.З.в) и проход т на один из сигнальных входов измерительного блока 20. Если скорость Vx перемещени объекта выше некоторого начального порогового значени , определ емого параметрической чувствительностью канала, значение разностного интервала перемещени составит величину

Тх.1 -i |Ti - Т2/ -± Р)

который второй схемой 30 измерени времени будет преобразован в соответствующий цифровой код

Nx.1 - Т х.,(3)

g где ft - частота дискретизации по каналу измерени скорости перемещени объекта .

Сформированный код (3) - Код скорости - с выходов схемы 30 поступает на выход 26 результата. Если этот результат

совпадает с результатом смежного измерени (т.е. Nx-1 Nx.i+1), то по выходу 27 схемы 30 вырабатываетс цифровой сигнал (см.фиг.3,ж) Дублирование 2.

По окончании преобразовани на первом выходе схемы 30 формируетс цифровой сигнал Запрос 2 (см.фиг.2), производитс блокирование сигнального входа схемы 30, открываетс логический элемент И 31. На втором выходе схемы 30 в следующий момент формируетс цифровой импульсный сигнал Синхронизаци 2 (фиг.3,д), поступающий через элемент ИЛИ 32 на выход 28 синхронизации.

В следующие искомые моменты времени соответственно

Тз

J1+lc

т l2+lo

Т4 г

(4)

у ч - V где li, la-рассто ни между элементами 8 и 5, 17 записи и считывани , магнитоупру- гие волны а достигают неподвижные первый и второй элементы 5,17 считывани . На их выводах будут индуцированы электрические сигналы считывани , преобразуемые первым усилителем-формирователем 7 считывани в пр моугольные видеоимпульсы, В результате на его выходе формируетс искомый разностный временный интервал, несущий информацию о текущем положении объекта

Jllnb/

Тх.2 Тз - Т4

(5)

По этим сигналам производитс запуск и остановка первой схемы 29 измерени времени измерительного блока 20, на выхо- дах которого в следующий момелт формируетс код положени объекта

Nx.2 Tx.2f2. (6)

где f2 - частота дискретизации по каналу измерени положени объекта.

Полученный код (6) - Код положени - поступает на выход 24. Если имеет место паритет со смежным результатом, то на выходе 25 контрол результата формируетс цифровой сигнал Дублирование 1. По окончании цикл измерени величины Nx.2 схема 29 вырабатывает цифровой импульсный сигнал Синхронизаци 1, поступающий на выход 28 синхронизации (см.фиг.З.д) через элемент 32 ИЛИ. На другом выходе схемы 29 формируетс цифровой сигнал Запрос проходит через открытый элемент 31 И на выход 22 (фиг.З.е). Сигнальный вход схемы 29 блокируетс .

На этом цикл работы измерител завер- шаетс . Очередной цикл начинаетс по инициативе пользовател .

Перевод измерител в режим блокировани осуществл етс при сн тии сигнала

0

5

0

5

0

5

0

5 0

5

Разрешение на входе 21 управлени . В этом режиме измеритель не реагирует на сигналы Запуск.

Акустические поглотители 3, 16, установленные по концам пр молинейного зву- копровода 2, демпфируют падающие магнитоупругие волны и преп тствуют образованию отраженных волн, воспринимаемых сигнальными цеп ми преобразовател 1 как сигналы помехи. Дл обеспечени требуемого отношени сигнал/помеха, стабилизации волнового сопротивлени и повышени жесткости звукопровод 2 механически раст гивают в продольном направлении с помощью механизма 4 нат жени .

Параллельное соединение элементов 12, 13 и 5, 17 считывани в противоположной пол рности повышает устойчивость измерител к электромагнитным помехам и обеспечивает более высокие метрологические характеристики измерений по обоим каналам. Точность измерени по каналам устанавливаетс выбором частоты дискретизации fi, f2 в пределах разрешающей способности акустического тракта. Применение схем 29, 30 измерени времени позвол ет избирательно устанавливать чувствительность по каждому каналу измерени и тем самым расширить функциональные возможности измерител .

Claims

Формула изобретени

Ультразвуковой измеритель перемещений , содержащий магнитострикционный преобразователь перемещений в виде пр молинейного звукопровода из стрикционного материала, механически св занные с одним из концов звукопровода акустический поглотитель и механизм нат жени звукопровода. закрепленный на звукопроводе вблизи акустического поглотител неподвижный элемент считывани с магнитом смещени , подключенный к выходу элемента считывани , усилитель-формирователь считывани , установленный на рабочем участке звукопровода подвижный элемент записи с магнитом смещени , предназначенный дл кинематического соединени с объектом контролируемого перемещени и последовательно соединенные одновибратор и усилитель записи, выход которого подключен к входу подвижного элемента записи, отличающийс тем, что, с целью повышени точности измерени перемещений и расширени области использовани , он снабжен первым и вторым подвижными элементами считывани с магнитами смещени , которые установлены на равных рассто ни х по разные стороны от подвижного элемента записи, вторым акустическим поглотителем и вторым неподвижным элементом считывани с магнитом смещени , которые установлены на втором конце акустического звукопровода, вторым усилителем-формирователем считывани и блоком измерени интервалов времени, выходы первого и второго подвижных элементов считывани объединены в противоположной пол рности и подключены к входам второго усилител -формировател считывани , выводы первого и второго неподвижных элементов считывани объединены в противоположной

пол рности, выходы первого и второго ycit- лителей-формирователей считывани подключены к соответствующим сигнальным входам блока измерени интервалов времени , первый вход управлени которого объединен с входом одновибратора и предназначен дл подачи сигнала Запуск ультразвукового измерител перемещений, а второй управл ющий вход блока измерени интервалов времени предназначен дл подачи сигнала Разрешение работы.

Фиг.1

И

чшешеное

,;

блокирование

29

23

Запуск

t

t

Vx

2228 2116

Фи$.2

Гл.2

JTL

Синхронизоц .п

X

.Запрос и

Блокирование

Тх-Г

30

Зслрос I

м

«ч.

t

Vx-7

П

JITI

.п

X

JL

Дублирование 2

Г