магнитострикционный преобразователь параметров движения

Формула изобретения

МАГНИТОСТРИКЦИОННЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПАРАМЕТРОВ ДВИЖЕНИЯ, содержащий звукопровод, выполненный из магнитострикционного материала, на концах которого находятся демпферы, последовательно соединенные генератор импульсов, усилитель-формирователь импульсов записи и катушку записи с постоянным магнитом, предназначенным для расположения на контролируемом объекте, катушку считывания с постоянным магнитом, соединенные с ней усилитель-формирователь импульсов считывания, четыре RS-триггера и четыре элемента И, два мультиплексора и три счетчика, выход генератора импульсов соединен с входом двухразрядного счетчика, два выхода которого соответственно соединены с двумя управляющими входами демультиплексора, информационный вход которого соединен с выходом генератора импульсов, первый четвертый выходы демультиплексора соответственно соединены с S-входами всех RS-тригеров, R-входы которых соединены с выходом усилителя-формирователя импульсов считывания, выходы всех RS-триггеров соединены с первыми входами соответствующих элементов И, выход образцового генератора соединен с вторыми входами всех элементов И, выход четвертого RS-триггера соединен с входом блока дифференцирования, выход которого соединен с входом первой цепи задержки, а выход первой цепи задержки соединен с входами "Сброс" всех счетчиков, отличающийся тем, что он снабжен четырьмя элементами ИЛИ, двумя T-триггерами и второй и третьей цепями задержки, выход первого RS-триггера соединен с первым входом второго элемента ИЛИ, выход второго RS-триггера с первым входом первого элемента ИЛИ, выход третьего RS-триггера с вторым входом первого и с первым входом четвертого элементов ИЛИ, выход четвертого RS-триггера с третьим входом второго и вторым входом третьего элементов ИЛИ, выход первого элемента И соединен с третьим входом первого элемента ИЛИ, выход второго элемента И с вторым входом второго элемента ИЛИ, выход третьего элемента И с четвертым входом второго и с первым входом третьего элементов ИЛИ, выход четвертого элемента И с четвертым входом первого, с вторым входом четвертого элементов ИЛИ и входом "Счет на увеличение" третьего счетчика, выход первого элемента ИЛИ соединен с первым информационным входом первого мультиплексора, выход второго элемента ИЛИ с вторым информационным входом первого мультиплексора, выход третьего элемента ИЛИ с первым информационным входом второго мультиплексора, выход четвертого элемента ИЛИ с вторым информационным входом второго мультиплексора, первый выход первого мультиплексора соединен с входом "Счет на увеличение" первого счетчика, второй выход с входом "Счет на уменьшение" первого счетчика, первый выход второго мультиплексора соединен с входом "Счет на увеличение" второго счетчика, второй выход с входом "Счет на уменьшение" второго счетчика, выход "Окончание счета на уменьшение" первого счетчика соединен с тактовым входом первого T-триггера, с входом первого разряда параллельной загрузки первого счетчика и с входом второй цепи задержки, выход которой соединен с входом разрешения параллельной загрузки первого счетчика, выход "Окончание счета на уменьшение" второго счетчика соединен с тактовым входом второго T-триггера, с входом второго разряда параллельной загрузки второго счетчика и с входом третьей цепи задержки, выход которой соединен с входом разрешения параллельной загрузки второго счетчика, выход первого T-триггера соединен с управляющим входом первого мультиплексора, выход второго T-триггера с управляющим входом второго мультиплексора, выход первой цепи задержки с входами "Сброс" первого и второго T-триггеров.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к устройствам для измерения и контроля перемещения, скорости, ускорения, применяемым в системах автоматического управления и регулирования.

Известен магнитострикционный преобразователь перемещения, содержащий магнитострикционный звукопровод с демпферами на концах, последовательно соединенные генератор импульсов, усилитель-формирователь импульсов записи и катушку записи с постоянным магнитом, установленную с возможностью перемещения вдоль звукопровода, соединенные с ней усилитель импульсов считывания, триггер, входы которого соединены с генератором импульсов и усилителем импульсов считывания, первую линию задержки, соединенную с усилителем импульсов считывания, и регистр, который снабжен, по крайней мере, двумя блоками формирования сигналов, второй линией задержки, опорным генератором и счетчиком импульсов, каждый из блоков формирования сигналов включает в себя последовательно соединенные первый коммутатор, третью линию задержки, вход которой соединен с генератором импульсов, а выход с вторым выходом первого коммутатора, второй выход второго коммутатора соединен с соответствующим входом усилителя-форми- рователя импульсов записи, а управляющие входы коммутаторов соединены между собой, входы счетчика импульсов соединены с генератором импульсов, второй линией задержки и опорным генератором, а выход с регистром, информационный вход первого коммутатора первого блока формирователя сигналов соединен с выходом первой линии задержки, управляющие входы коммутаторов соединены с выходом триггера, выход элемента И каждого блока формирования сигналов, кроме последнего, соединен с тремя входами первого коммутатора последующего блока формирования сигналов, выход элемента И последнего блока формирования сигналов соединен с входом первой линии задержки и вторым входом регистра, а вторые входы первых коммутаторов каждого блока формирования сигналов, кроме последнего, соединены с соответствующими входами элементов И своего и последнего блоков формирования сигналов [1]

Недостатками преобразователя являются малая информативность и громоздкая конструкция.

Известен магнитострикционный преобразователь перемещения, содержащий звукопровод с демпфером, катушку возбуждения, соединенный с ней формирователь импульсов записи, приемную катушку с постоянным магнитом, связанные с ней усилитель-формирователь импульсов считывания и схему совпадения, подвижную приемную катушку с постоянным магнитом, соединенным с ней дополнительным усилителем-формирователем импульсов считывания, а выходы обоих усилителей- формирователей импульсов считывания соединены с входами схемы совпадения, выход которой связан с входом формирователя импульсов записи [2]

Недостатком преобразователя является большое время преобразования сигнала.

Известен магнитострикционный преобразователь линейных скоростей в код, содержащий звукопровод, выполненный из магнитострикционного материала, на концах которого расположены демпферы, постоянные магниты, расположенные над катушкой записи, первой и второй катушками считывания, первая катушка считывания расположена на контролируемом объекте и соединена через первый усилитель-формирователь с S-входом первого RS-триггера и первым входом второго RS-триггера, вторая катушка соединена через второй усилитель-формирователь c S-входом третьего RS-триггера и вторым входом второго RS-триггера, тактовый генератор, выход которого соединен с R-входом первого и второго RS-триггеров и через формирователь импульсов записи с катушкой записи, генератор образцовой частоты, выход которого соединен с первым входом элемента И, выход которого соединен с первым входом счетчика, катушка записи и вторая катушка считывания расположены на контролируемом объекте вдоль звукопровода, причем первая и вторая катушки считывания расположены симметрично относительно катушки записи, выход тактового генератора соединен с вторым входом счетчика, выходы первого и второго RS-триггеров соединены с входами элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, выход которого соединен с вторым входом элемента И, [3]

Недостатками преобразователя являются малая информативность, большое время преобразования сигнала.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому положительному эффекту к предложенному является магнитострикционный преобразователь параметров движения, содержащий звукопровод, выполненный из магнитострик- ционного материала, на концах которого расположены демпферы, последовательно соединенные генератор импульсов, усилитель-формирователь импульсов записи и катушку записи с постоянным магнитом, предназначенным для расположения на контролируемом объекте, катушку считывания с постоянным магнитом, соединенные с ней усилитель-формирователь импульсов считывания, первый, второй и третий RS-триггеры, первый элемент И и счетчик, четвертый RS-триггер, блок дифференцирования, цепь задержки, три элемента И, три счетчика, четыре регистра, три компаратора, три мультиплексора, три вычитателя, двухразрядный счетчик и демультиплексор, выход генератора импульсов соединен с входом двухразрядного счетчика, два выхода которого соответственно соединены с двумя управляющими входами демультиплексора, информационный вход которого соединен с выходом генератора импульсов, первый, второй, третий и четвертый выходы демультиплексора соответственно соединены с S-входами первого, второго, третьего и четвертого RS-триггеров, R-входы всех RS-триггеров соединены с выходом усилителя-формирователя импульсов считывания, выход первого RS-триггера соединен с первым входом первого элемента И, выход второго RS-триггера соединен с первым входом второго элемента И, выход третьего RS-триггера соединен с первым входом третьего элемента И, выход четвертого RS-триггера соединен с первым входом четвертого элемента И, выход образцового генератора соединен с вторыми входами всех элементов И, выход первого элемента И соединен со счетным входом первого счетчика, выход второго элемента И соединен со счетным входом второго счетчика, выход третьего элемента И соединен со счетным входом третьего счетчика, выход четвертого элемента И соединен со счетным входом четвертого счетчика, выход первого счетчика соединен с информационным входом первого регистра, выход второго счетчика соединен с информационным входом второго регистра, выход третьего счетчика соединен с информационным входом третьего регистра, выход четвертого счетчика соединен с информационным входом четвертого регистра, выход первого регистра соединен с первым входом первого компаратора и с первым входом первого мультиплексора, выход второго регистра соединен со вторым входом первого компаратора и со вторым входом первого мультиплексора, выход третьего регистра соединен с первым входом второго компаратора и с первым входом второго мультиплексора, выход четвертого регистра соединен с вторым входом второго компаратора и с вторым входом второго мультиплексора, выход первого компаратора соединен с управляющим входом первого мультиплексора, выход второго компаратора соединен с управляющим входом второго мультиплексора, два выхода первого мультиплексора соединены соответственно с двумя входами первого вычитателя, два входа второго мультиплексора соединены соответственно с двумя входами второго вычитателя, выход первого вычитателя соединен с первым входом третьего компаратора и с первым входом третьего мультиплексора, выход второго вычитателя соединен с вторым входом третьего мультиплексора и третьего компаратора, выход третьего компаратора соединен с управляющим входом третьего мультиплексора, два выхода третьего мультиплексора соединены соответственно с двумя входами третьего вычитателя, выход четвертого RS-триггера соединен с входом блока дифференцирования, выход которого соединен с разрешающими входами всех регистров и с входом цепи задержки, а выход цепи задержки соединен со входами "Сброс" всех счетчиков [4]

Недостатками преобразователя являются большое время преобразования и громоздкая конструкция.

Целью изобретения является уменьшение времени преобразования и упрощение конструкции.

Поставленная цель достигается тем, что в магнитострикционный преобразователь параметров движения, содержащий звукопровод, выполненный из магнитострикционного материала, на концах которого находятся демпферы, последовательно соединенные генератор импульсов, усилитель-формирователь импульсов записи и катушку записи с постоянным магнитом, предназначенным для расположения на контролируемом объекте, катушку считывания с постоянным магнитом, соединенные с ней усилитель-формирователь импульсов считывания, первый, второй, третий и четвертый RS-триггеры и четыре элемента И, два мультиплексора и три счетчика, выход генератора импульсов соединен с входом двухразрядного счетчика, два выхода которого соответственно соединены с двумя управляющими входами демультиплексора, информационный вход которого соединен с выходом генератора импульсов, первый, второй, третий и четвертый выходы демультиплексора соответственно соединены с S-входами первого, второго, третьего и четвертого RS-триггеров, R-входы всех RS-триггеров соединены с выходом усилителя-формирователя импульсов считывания, выход первого RS-триггера соединен с первым входом первого элемента И, выход второго RS-триггера соединен с первым входом второго элемента И, выход третьего RS-триггера соединен с первым входом третьего элемента И, выход четвертого RS-триггера соединен с первым входом четвертого элемента И, выход образцового генератора соединен с вторыми входами всех элементов И, выход четвертого RS-триггера соединен с входом блока дифференцирования, выход которого соединен со входом первой цепи задержки, а выход первой цепи задержки соединен с входами "Сброс" всех счетчиков, введены четыре элемента ИЛИ, два Т-триггеры и вторая и третья цепи задержки, выход первого RS-триггера соединен с первым входом второго элемента ИЛИ, выход второго RS-триггера соединен с первым входом первого элемента ИЛИ, вход третьего RS-триггера соединен с вторым входом первого элемента ИЛИ и с первым входом четвертого элемента ИЛИ, выход четвертого RS-триггера соединен с третьим входом второго элемента ИЛИ и с вторым входом третьего элемента ИЛИ, выход первого элемента И соединен с третьим входом первого элемента ИЛИ, выход второго элемента И соединен с вторым входом второго элемента ИЛИ, выход третьего элемента И соединен с четвертым входом второго элемента ИЛИ и с первым входом третьего элемента ИЛИ, выход четвертого элемента И соединен с четвертым входом первого элемента ИЛИ, с вторым входом четвертого элемента ИЛИ и со входом "Счет на увеличение" третьего счетчика, выход первого элемента ИЛИ соединен с первым информационным входом первого мультиплексора, выход второго элемента ИЛИ соединен с вторым информационным входом первого мультиплексора, выход третьего элемента ИЛИ соединен с первым информационным входом второго мультиплексора, выход четвертого элемента ИЛИ соединен с вторым информационным входом второго мультиплексора, первый выход первого мультиплексора соединен со входом "Счет на увеличение" первого счетчика, второй выход первого мультиплексора соединен с входом "Счет на уменьшение" первого счетчика, первый выход второго мультиплексора соединен со входом "Счет на увеличение" второго счетчика, второй выход второго мультиплексора соединен с входом "Счет на уменьшение" второго счетчика, выход "Окончание счета на уменьшение" первого счетчика соединен с тактовым входом первого Т-триггера, с входом первого разряда параллельной загрузки первого счетчика и с входом второй цепи задержки, выход которой соединен с входом разрешения параллельной загрузки первого счетчика, выход "Окончание счета на уменьшение" второго счетчика соединен с тактовым входом второго Т-триггера, с входом второго разряда параллельной загрузки второго счетчика и с входом третьей цепи задержки, выход которой соединен с входом разрешения параллельной загрузки второго счетчика, выход первого Т-триггера соединен с управляющим входом первого мультиплексора, выход второго Т-триггера соединен с управляющим входом второго мультиплексора, выход первой цепи задержки соединен с входами "Сброс" первого и второго Т-триггеров.

На фиг.1 представлена схема преобразователя; на фиг.2-3 временные диаграммы работы преобразователя.

Магнитострикционный преобразователь параметров движения содержит звукопровод 1, демпферы 2, генератор 3 импульсов (ГИ), усилитель-формирователь 4 импульсов записи (УФ), катушку 5 записи с постоянным магнитом 6, катушку 7 считывания с постоянным магнитом 8, усилитель-формирователь 9 импульсов считывания, RS-триггеры 10-13, элементы И 14-17, мультиплексоры (МП) 18, 19, счетчики 20, 21, 22, двухразрядный счетчик 23 (Сч), демультиплексор (ДМ) 24, образцовый генератор (ОГ) 25, блок дифференцирования (БД) 26, цепь задержки (ЦЗ) 27, элементы ИЛИ 28-31, Т-триггеры 32, 33, цепи задержки 34, 35.

Преобразователь работает следующим образом.

Первый импульс генератора 3 импульсов запускает усилитель-формирователь 4 импульсов записи, устанавливает двухразрядный счетчик 23 в состояние "01" (на первом входе "0", на втором "1") и поступает на вход демультиплексора 24. Сигнал с выхода двухразрядного счетчика 23 устанавливает демультиплексор 24 в такое состояние, что сигнал на первом выходе демультиплексора 24 повторяет сигнал на его входе. Таким образом, импульс с выхода генератора 3 импульсов оказывается на S-входе RS-триггера 10 и устанавливает его в единичное состояние, что разрешает прохождение через элемент И 14 импульсов с образцового генератора 25. Через элемент ИЛИ 28 и мультиплексор 18 эти импульсы проходят на вход "Счет на увеличение" счетчика 20, а единичный сигнал с выхода RS-триггера 10 через элемент ИЛИ 28 и мультиплексор 18 попадает на вход "Счет на уменьшение" счетчика 20. Усилитель-формирователь 4 импульсов записи подает в катушку 5 записи импульс тока, в результате чего на участке звукопровода 1 под катушкой 5 записи возникает ультразвуковая волна, распространяющаяся по звукопроводу из магнитострикционного материала. При взаимодействии с магнитным полем постоянного магнита 6, укрепленного на подвижном объекте, изменяется намагниченность магнитострикционного материала, что вызывает появление ЭДС в катушке 7 считывания, которая после усиления и формирования в усилителе-формирователе 9 импульсов считывания попадает на R-вход RS-триггера 10 и устанавливает его в нулевое состояние. Прохождение импульсов в счетчик 20 прекращается. В счетчике 20 окажется записанным число, пропорциональное перемещению подвижного объекта к моменту времени Т1.

Второй импульс генератора 3 импульсов запускает усилитель-формирователь 4 импульсов записи, устанавливает двухразрядный счетчик 23 в состояние "10" и поступает на вход демультиплексора 24. Сигнал с выхода двухразрядного счетчика 23 поступает на адресный вход демультиплексора 24 и устанавливает его в такое состояние, что сигнал на втором выходе демультиплексора 24 повторяет сигнал на его входе. Импульс с выхода генератора 3 импульсов оказывается на S-входе RS-триггера 11 и устанавливает его в единичное состояние, что разрешает прохождение через элемент И 15 импульсов с образцового генератора 25. Через элемент ИЛИ 29 и мультиплексор 18 эти импульсы попадают на вход "Счет на уменьшение" счетчика 20, а единичный сигнал с выхода RS-триггера 11 через элемент ИЛИ 28 и мультиплексор 18 попадает на вход "Счет на увеличение" счетчика 20. Если координата объекта к моменту времени Т2 оказалась больше, чем к моменту времени Т1, то в момент, когда на выходе счетчика 20 окажется код "0000", появится сигнал на выходе "Окончание счета на уменьшение" счетчика 20, который поступает на тактовый вход Т-триггера 32, что вызывает появление единичного сигнала на его выходе (триггер перейдет из нулевого в единичное состояние). Этот единичный сигнал попадает на управляющий вход мультиплексора 18, что устанавливает мультиплексор 18 в такое состояние, при котором сигнал с выхода элемента ИЛИ 28 (в данном случае импульс с выхода RS-триггера 11) попадает на вход "Счет на уменьшение" счетчика 20, а сигналы с выхода элемента ИЛИ 29 (в данном случае импульсы с выхода элемента И 15) попадают на вход "Счет на увеличение" счетчика 20. Это сделано для того, чтобы с приходом следующего импульса счетчик не устанавливался в состояние "1001", а продолжал считать модуль скорости (т.е. перешел в режим "Счет на увеличение"). Так как при переходе с режима "счет на увеличение" в режим "Счет на уменьшение" один импульс теряется на переброску Т-триггера, то импульс с выхода "Окончание счета на уменьшение" счетчика 20 посылают через цепь 34 задержки на вход "Разрешение параллельной загрузки" и на вход первого разряда параллельной загрузки. Цепь 34 задержки нужна для того, чтобы единичный сигнал на входе первого разряда параллельной загрузки счетчика 20 успел установиться до того, как придет сигнал на вход разрешения параллельной загрузки счетчика 20. Таким образом, при переходе в режим "Счет на увеличение" счет начинается не с нуля, а с единицы (это компенсирует потерянный импульс). После прихода импульса на R-вход RS-триггера 11 с усилителя-формирователя 9 импульсов считывания RS-триггер 11 устанавливается в нулевое состояние. Прохождение импульсов в счетчик 20 прекращается. В счетчике 20 окажется записанным число, пропорциональное значению скорости подвижного объекта к моменту времени Т2.

Третий импульс генератора 3 импульсов запускает усилитель-формирователь 4 импульсов записи, устанавливает двухразрядный счетчик 23 в состояние "11" и поступает на вход демультиплексора 24. Сигнал с выхода двухразрядного счетчика 23 поступает на адресный вход демультиплексора 24 и устанавливает его в такое состояние, что сигнал на третьем выходе демультиплексора 24 повторяет сигнал на его входе. Импульс с выхода генератора 3 импульсов оказывается на S-входе RS-триггера 12 и устанавливает его в единичное состояние, что разрешает прохождение через элемент И 16 импульсов с образцового генератора 25. Через элемент ИЛИ 29 и мультиплексор 18 эти импульсы попадают на счетный вход счетчика 20. Будет ли это счет на увеличение или счет на уменьшение, зависит от сигнала на управляющем входе мультиплексора 18. Если в момент времени Т2 шел счет на уменьшение, то импульсы пойдут на вход "Счет на уменьшение" (единичный сигнал с выхода RS-триггера 12 пойдет на вход "Счет на увеличение"), а если шел счет на увеличение, то импульсы пойдут на вход "Счет на увеличение" (т.е. импульсы пойдут на тот же вход, на какой шел сигнал с образцового генератора 25 в момент времени Т2). Если при счете на выходе счетчика окажется в какой-то момент код "0000", то при помощи Т-триггера изменится режим счета. Также импульсы с выхода элемента И 16 через элемент ИЛИ 30 и мультиплексор 19 идут на вход "Счет на увеличение" счетчика 21, а единичный сигнал с выхода RS-триггера 12 через элемент ИЛИ 31 и мультиплексор 19 идет на вход "Счет на уменьшение" 21. После прихода импульса с выхода усилителя-формирователя 9 импульсов считывания на R-вход RS-триггера 12 он устанавливается в нулевое состояние. Прохождение импульсов в счетчики 20 и 21 прекращается. В счетчике 20 окажется записанным число, пропорциональное разности значений скорости к моменту времени Т2 и перемещения к моменту времени Т3, а в счетчике 21 число, пропорциональное значению перемещения к моменту времени Т3.

Четвертый импульс генератора 3 импульсов запускает усилитель-формирователь 4 импульсов записи, устанавливает двухразрядный счетчик 23 в состояние "00" и поступает на вход демультиплексора 24. Сигнал с выхода двухразрядного счетчика 23 поступает на адресный вход демультиплексора 24 и устанавливает его в такое состояние, что сигнал на четвертом выходе демультиплексора 24 повторяет сигнал на его входе. Импульс с выхода генератора 3 импульсов оказывается на S-входе RS-триггера 13 и устанавливает его в единичное состояние, что разрешает прохождение через элемент И 17 импульсов с образцового генератора 25. Через элемент ИЛИ 28 и мультиплексор 18 эти импульсы попадают на счетный вход счетчика 20, противоположный тому, на который шли импульсы с выхода элемента И 17 в момент времени Т3. Каждый раз, когда на выходе счетчика 20 появляется код "0000", состояние Т-триггера меняется на противоположное, изменяя при этом режим работы счетчика и тот из счетных входов, на который идут импульсы с образцового генератора 25. Также импульсы с выхода элемента И 17 через элемент ИЛИ 31 и мультиплексор 19 проходят на вход "Счет на уменьшение" счетчика 21. Если перемещение к моменту времени Т4 больше, чем к моменту времени Т3, то при помощи Т-триггера 33 и цепи 35 задержки изменяется режим работы счетчика 21 после появления на выходе кода "0000". Единичный сигнал с выхода RS-триггера 13 через элемент ИЛИ 29 и мультиплексор 18 идет на счетный вход счетчика 20, противоположный тому, на который идут импульсы с элемента И 17, а также через элемент ИЛИ 30 и мультиплексор 19 на счетный вход счетчика 21. Импульсы с выхода элемента И 17 также идут на вход "Счет на увеличение" счетчика 22. После прихода импульса с усилителя-формирователя 9 импульсов считывания на R-вход RS-триггера 13 он устанавливается в нулевое состояние. Прохождение импульсов через элемент И 17 прекращается. В счетчике 22 окажется записанным число, пропорциональное значению перемещения, в счетчике 21 скорости, в счетчике 20 ускорению к моменту времени Т4. Знак скорости считывается с выхода Т-триггера 33, знак ускорения с выхода Т-триггера 32.

После прихода импульса с усилителя-формирователя 9 импульсов считывания на R-вход RS-триггера 13 перепад с "0" на "1" на его выходе запускает блок 26 дифференцирования и на его выходе появляется импульс, который через цепь задержки 27 попадает на входы "Сброс" всех счетчиков 20-22 и Т-триггеров 32, 33 и сбрасывает их на ноль. Цепь задержки нужна для того, чтобы на выходах счетчиков 20-22 и Т-триггеров 32, 33 успел сформироваться выходной код.