Магнитострикционный преобразователь угловой скорости в код — SU 1341720 (original) (raw)
СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИРЕСПУБЛИК И 9) И АВТОРСН ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ ОПИСАНИЕ ИЗ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(71) Киевский политехнический институт им. 50-летия Великой Октябрьской социалистической революции (72) А.П.Шпинь(56) Авторское свидетельство СССР М 385305, кл. О 08 С 9/04, 1973.Авторское свидетельство СССР Р 1109778, кл. О 08 С 9/04, 1984. (54) МАГНИТОСТРИКЦИОННЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ УГЛОВОЙ СКОРОСТИ В КОД (57) Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике, в которой механические величины преобразуются в электрический эквивалент, в частности значение угловой скорости в код. Целью изобретения является повьппение чувствительности и надежности и упрощение конструкции преобразователя. Для этого в магнитострикционный преобразователь угловых ско)4 Н 03 М 1 50 С 0 ростей в код, содержащий кольцеобразный волновод 1, входной электроакустический преобразователь 4, выходные электроакустические преобразователи 5 и 6, тактовый генератор7, формирователь 8 импульсов, усилители 9 и 10, триггеры 11 и 12, элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 13, элемент И1.4, генератор 15 счетных импульсов,счетчик 16 импульсов, ВБ-триггер 17,.введен формирователь 18 строб-импульса, в качестве триггеров 11 и 12использованы Т-триггеры, а в качестве усилителей - управляемые усилители. 11 оставленная цель достигаетсяза счет того, что в кольцеобразномволноводе 1 возбуждаются акустическиеимпульсы, которые циркулируют по нему. Разности моментов прохожденияакустических импульсов мимо электроакустических преобразователей :суммируются в счетчике 16, выходной кодкоторого пропорционален угловой скорости, 2 ил,1 13417Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и можетбыть использовано для преобразованияугловой скорости в код.Цель изобретения - повышение чувствительности и надежности и упрощения конструкции преобразователя.На фиг. 1 приведена структурнаясхема магнитострикционного преобра 10зователя угловой скорости в код; на.Фиг. 2 - временные диаграммы, поясняющие работу преобразователя,Преобразователь угловой скоростив код содержит волновод 1, выполнен 15ный из акустически активного материала, который установлен на основании2, связанном с валом 3, входной электроакустический преобразователь 4,выходные электроакустические преобразователи 5 и 6, тактовый генератор7, формирователь 8 импульсов, управляемые усилители 9 и 10. Т-триггеры11 и 12, элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 13,элемент И 14, генератор 15 счетныхимпульсов, счетчик 16 импульсов, ВЯтриггер 17, формирователь 18 стробимпульса.Преобразователь работает следующим образом.Под действием импульса Б, (фиг. 2)тактового генератора 7 с помощью формирователя 8 импульса и входного электроакустического преобразователя 4в волноводе 1 Формируется упругаядеформация, задающая движение упругой волне в виде двух акустическихимпульсов, распространяющихся в обестороны от места возбуждения, При прохождении по волноводу 1 акустическиеимпульсы достигают выходных электроакустических преобразователей 5 и 6и, вследствие обратного магнитострикционного эффекта и явления взаимнойиндукции, вызывают на выходе преобразователей 5 и 6 электрические импульсы, временное положение которыххарактеризуется запаздываниемотносительно импульса возбуждения навеличину, пропорциональную угловомурассогласованиюмежду входным и 50ьвыходными преобразователями 4-6 и обратно пропорциональную скорости С распространения акустических импульсов по волноводу 1 где В - радиус кривизны волновода 1.Если вал 3 и, соответственно, волновод 1 неподвижны, а угловые рас 2 О стояния постоянны= = у, то временное положение импульсов считывания выходных преобразователей 5 и 6 совпадает.При вращении вала 3, например, по часовой стрелке с угловой скоростью Я, волновод 1 приобретает линейную скорость Ч=ЯВ, которая соответственно ускоряет или замедляет процесс распространения акустического импульса к преобразователям 5 и 6, Временное запаздывание считанных импульсов относительно момента возбуждения равно Ч В/(С+Ч), 7В/(С Ч). (1)1 Эти импульсы занимают первую позицию в выходной импульсной последовательности 02, Б, (фиг. 2), на что указывает первая цифра индекса при Г, а вторая определяет принадлежность импульса к преобразователю 5 или 6. Разность между первой парой считанных импульсов равна(2) л л )лу1 и 12 )2 Д 2 ф где я=С/В - угловая скорость распространения акустических импульсов по волноводу 1.Так как о тЯ, то выражение (2), являющееся Функцией преобразования преобразователя, можно представить в виде линейной зависимости раэностного интервала с от угловой скорос- ти- 2.2 Яй(3) 72, =2(2 й- )В/(С-Ч)( =2(27-)В/(С+Ч) 55 Разностный интервал между нимиравен После первого считывания оба акустических импульса продолжают распространяться по волноводу 1 навстречу друг другу. Через интервал времени, пропорциональный угловому смещению между преобразователями 5:или 6, акустические импульсы будут вновь считаны. При этом происходит смена преобразователей 5 и 6. Теперь импульс, считанный преобразователем 5, совершает путь по волноводу 1 с пониженной скоростью, а импульс, считанный преобразователем 6, - с повышенной скоростью. Временное запаздывание этих импульсов относительно импульса возбуждения составляет(2 Если выходные преобразователи 5 и 6 смещены относительно входного преобразователя 4 на угол ц =и/2, то с учетом выражения (3) формула (5) принимает простой вид(6) 15 40 т.е. второй разностный интервал превышает первый втрое или на величину2 лРассуждая аналогично, можно показать, что третий разностный интервалпревышает второй также на величину2т.е. длительности разностных временных интервалов 7 составляют возрастающую арифметическую прогрессию,общий член которой равен (2 и) 7 асумма и членов равнаь;) " =и"; (7)сТаким образом, общий суммарный 30временной интервал разностных интервалов превышает первичный интервал в и раз, что эквивалентно повышению чувствительности преобразования в то же число раз. Свойство вре- З 5менного положения импульсов, считанных преобразователями 5 и 6, многократно увеличивать чувствительностьпреобразования использовано при построении логической части схемы.После усиления усилителями 9 и 10,каждая из последовательностей 11,11 в течение длительности строб-им 3пульса 11 (фиг. 2) действует на информациойный вход соответствующего 45триггеров 11 и 12,Поскольку триггеры 11 и 12 предварительно установлены в нулевое состояние импульсом тактового генератора 7 по установочным Н-входам, то 50в результате действия последовательностей Б 1, У на выходе Т-триггеров11 и 12 образуются интервалы (С;.,1) Ц Б , которые содержат информацию о разностных интервалахСуммируя по шой 2 совокупности выходных сигналов триггеров 11 и 12 получают последовательность 11 (фиг. 2)разностных интервалов 1,. Эта логи- .ческая операция реализована элементом ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 13. Для преобразования временных интервалов в кодиспользуется элемент И 14, на одинвход которого поступает последовательность 7., а на другой - счетные .импульсы частоты Г с выхода генератора 15. Число счетных импульсов,прошедшее за период действия импульсовпоступает на вход счетчика16, на выходных шинах которого поокончании иктервалазафиксировано число 2 2 ЧЙИ= иКЬ 2: юВ/С.При этом число и выбирают в зависимости от требуемой чувствительности преобразования угловой скорости.Идентификация направления вращения входного вала осуществляется состоянием ВБ-триггера 17 по окончании Строб-импульса. Например, при вращении входного вала 3 по часовой стрелопределяющее значение угловой скорости входного вала 3.К такой же величине кода Б (или суммарного временного интервалаиТ =Т ) можно прийти, выбрав велисчину первичного углового рассогласования между входным преобразователем 4 и выходными преобразователями 5 и 6 не равной Т/2, Ч Ф 7/2, а, например,=2 Й/3, т,е. на выбор величины у не существует жестких огра- .оничений.Процесс формирования последовательности импульсов, считанных выходными преобразователями 5 и 6, продолжается до тех пор, пока запас энергии акустических импульсов не будет израсходован на диссоциацию энергии в теле волновода 1. В конце этой последовательности помехоустойчивое выделение считанных импульсов становится затруднительным. Поэтому в устройстве применяют упрежденное ограничение длительности выходной последовательности путем стробирования усилителей 9 и 10 строб-импульсом 13 с выхода формирователя 18 по команде импульса тактового генератора 7. Длительность строб-импульса Т, принимают равной числу и интервалов пробега акустическим импульсом половины длины волновода 1, т.е.5 134 ке последним, действующим на вход ВБ-триггера 17, является импульс с выхода первого усилителя 9, который приводит его в единичное положение 11). Если вал 3 вращается против ча совойстрелки, то последним будет импульс с выхода усилителя 10, ББ- триггер 7 принимает нулевое положение. НИИПИ Заказ 444456 Тираж 901 лисно лигр пр-тие, г, Ужгород,оектная эв,Как видно иэ диаграмм фиг, 2), это правило справедливо, если пчетное, в противном случае - истинно обратное состояние ЗБ-триггера 17. Чтобы в этом случае сохранить первичное правило определения направления вращения, необходимо в качестве выходной шины испольэовать инвертный выход ВБ-триггера 17. формула изобретения Магнитострикционный преобразователь угловой скорости в код, содержащий волновод, выполненный из акустически активного материала, тактовый генератор, выход которого соединен с 3-входами первого, второго триггеров счетчика импульсов и через формирователь импульсов с входным электроакустическим преобразователем, первый и второй выходные электроакустические преобразователи, расположенные вдоль волновода симметрично относительно 17 гО 6входного электроакустического преобразователя и соединенные через соответствующий усилитель с информационными входами соответственно первогои второго триггеров, выходы усилителей соединены соответственно с первым и вторым входами ВБ-триггера,выходы первого и второго триггеровсоединены с входами элемента ИСКЛЮЧА ЮЩЕЕ ИЛИ, вход которого подключенк первому входу элемента И, второйвход которого подключен к выходу генератора счетных импульсов, выходэлемента И соединен с информационнымвходом счетчика импульсов, о т л и-,ч а ю щ и й с я тем, что, с цельюповышения чувствительности и надежности и упрощения конструкции преобразователя, в него введен формирователь строб-импульса, а волновод выполнен в виде бесконечного кольца,установлен на основании, жестко связанном с контролируемым валом, входной электроакустический преобразоваг 5 тель, первый и второй выходные электроакустические преобразователи установлены неподвижно, в качестве первого и второго триггеров использованы Т-триггеры, а в качестве усилителей - управляемые усилители, входформирователя строб-импульсов подключен к выходу тактового генератора, а выход - к управляющим входамуправляемых усилителей;