RU2227896C2 - Displacement-to-time interval conversion method - Google Patents
Displacement-to-time interval conversion method Download PDFInfo
- Publication number
- RU2227896C2 RU2227896C2 RU2000104584/28A RU2000104584A RU2227896C2 RU 2227896 C2 RU2227896 C2 RU 2227896C2 RU 2000104584/28 A RU2000104584/28 A RU 2000104584/28A RU 2000104584 A RU2000104584 A RU 2000104584A RU 2227896 C2 RU2227896 C2 RU 2227896C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- time
- elastic wave
- excitation
- displacement
- time interval
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Length Measuring Devices Characterised By Use Of Acoustic Means (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к автоматике и измерительной технике и может быть использовано в машиностроении и приборостроении при преобразовании перемещений во временной интервал на основе волноводных преобразователей.The invention relates to automation and measuring equipment and can be used in mechanical engineering and instrumentation when converting displacements into a time interval based on waveguide transducers.
Известно, что воздействие собственных помех является одним из важнейших факторов, ограничивающих минимальное измеряемое перемещение акустическими и волноводными устройствами, вследствие ближнего расположения их источников к приемным элементам, [Горбатов А.А., Рудашевский Г.Е. Акустические методы измерения расстояний и управления. 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Энергоиздат, 1981 - 208с.].It is known that the influence of intrinsic interference is one of the most important factors limiting the minimum measurable movement of acoustic and waveguide devices, due to the proximity of their sources to the receiving elements, [Gorbatov AA, Rudashevsky G.E. Acoustic methods for measuring distances and control. 2nd ed., Revised. and add. - M .: Energoizdat, 1981 - 208 p.].
Наиболее близким техническим решением к изобретению является способ преобразования перемещений во временной интервал, когда в волноводе возбуждают упругую волну, принимают отраженную волну и измеряют интервал времени от момента возбуждения до приема. [Домрачев В.Г. и др. Схемотехника цифровых преобразователей перемещений./ Домрачев В.Г., Матвиевский В.Р., Смирнов Ю.С. - М.: Энергоэтомиздат, 1987, с.67-72].The closest technical solution to the invention is a method for converting displacements into a time interval when an elastic wave is excited in the waveguide, a reflected wave is received, and the time interval from the moment of excitation to reception is measured. [Domrachev V.G. et al. Circuit design of digital displacement transducers. / Domrachev VG, Matvievsky VR, Smirnov Yu.S. - M .: Energoetomizdat, 1987, p. 67-72].
Недостатком метода является ограниченный диапазон преобразования малых перемещений из-за "мертвой зоны", образующейся вследствие возникновения в цепи элемента возбуждения переходного колебательного процесса после окончания импульса возбуждения, конечной длительности импульса возбуждения и времени восстановления из состояния насыщения усилителя приемника в исходный активный режим работы.The disadvantage of this method is the limited conversion range of small displacements due to the "dead zone" formed due to the occurrence of a transient oscillatory process in the excitation element circuit after the end of the excitation pulse, finite duration of the excitation pulse, and recovery time from the saturation state of the receiver amplifier to the initial active mode of operation.
Для достижения технического результата - расширения диапазона преобразования за счет уменьшения минимального преобразуемого перемещения - возбуждают на расстоянии, равном измеряемому от места приема, упругую волну в волноводе, принимают отраженную от конца волновода упругую волну, измеряют время распространения упругой волны, причем измерение осуществляют через промежуток времени, равный времени прохождения упругой волной расстояния от одного конца волновода до другого с момента возбуждения.To achieve a technical result - expanding the conversion range by reducing the minimum convertible movement - an elastic wave in the waveguide is excited at a distance equal to that measured from the receiving point, an elastic wave reflected from the end of the waveguide is received, the propagation time of the elastic wave is measured, and the measurement is carried out after a period of time equal to the time the elastic wave travels from one end of the waveguide to the other from the time of excitation.
Независимо от расстояния между элементами возбуждения и приема в волноводе при возбуждении возникает упругая волна, которая распространяется по нему в обе стороны от места возбуждения со скоростью С.Regardless of the distance between the excitation and reception elements, an elastic wave arises in the waveguide during excitation, which propagates along it in both directions from the place of excitation at a speed of C.
Одновременно с этим, по окончании действия импульса возбуждения, в цепи элемента возбуждения возникает переходной колебательный процесс, который в виде электромагнитной помехи проникает во входную цепь усилителя приемника и переводит входной, наиболее чувствительный каскад его, в состояние насыщения. Длительность τП этого переходного процесса определяется параметрами цепи элемента возбуждения и усилителя приемника.At the same time, at the end of the action of the excitation pulse, a transient oscillatory process occurs in the circuit of the excitation element, which in the form of electromagnetic interference penetrates the input circuit of the receiver amplifier and puts the input, most sensitive cascade of it, into a saturation state. The duration τ P of this transient is determined by the parameters of the circuit of the excitation element and the receiver amplifier.
После окончания переходного процесса необходимо еще некоторое время τу, чтобы усилитель приемника возвратился в исходный активный режим работы.After the end of the transition process, it is still necessary for some time τ y for the receiver amplifier to return to its original active mode of operation.
За время, равное:For a time equal to:
от момента возбуждения, упругая волна пройдет по волноводу расстояние, равное:from the moment of excitation, the elastic wave travels along the waveguide a distance equal to:
которое определяет минимально возможное преобразуемое перемещение Хmin - "мертвую зону", ибо измерение времени распространения волны от момента возбуждения в течение промежутка времени tВ невозможно.which determines the minimum possible transformable displacement X min - the "dead zone", because the measurement of the wave propagation time from the moment of excitation for a period of time t In is impossible.
В формуле (2) τ - длительность импульса возбуждения.In formula (2), τ is the duration of the excitation pulse.
В реальных преобразователях перемещений при длительности импульса возбуждения порядка 1 мкс "мертвая зона" составляет несколько десятков мм.In real displacement transducers with an excitation pulse duration of the order of 1 μs, the “dead zone" is several tens of mm.
Измерение времени прохождения упругой волны от момента возбуждения до приема отраженной волны через промежуток времениMeasurement of the transit time of an elastic wave from the moment of excitation to the reception of the reflected wave after a period of time
равный времени распространения упругой волны от одного конца волновода до другого, позволяет преобразовывать малые перемещения, в том числе находящиеся внутри "мертвой зоны".equal to the propagation time of an elastic wave from one end of the waveguide to the other, it allows you to convert small displacements, including those located inside the "dead zone".
Здесь Хm - максимальное преобразуемое перемещение.Here X m is the maximum translatable displacement.
Так, если элемент возбуждения находится внутри "мертвой зоны" на расстоянии Х от элемента приема, то на вход усилителя приемника поступит через промежуток времениSo, if the excitation element is located inside the "dead zone" at a distance X from the receiving element, then the receiver amplifier will enter the input of the amplifier after a period of time
от момента возбуждения, импульс э.д.с., соответствующий моменту прихода к элементу приема отраженной от конца волновода упругой волны.from the moment of excitation, the emf pulse corresponding to the moment of arrival of an elastic wave reflected from the end of the waveguide to the receiving element.
Согласно способу промежуток времениAccording to the method, a period of time
будет однозначно определять измеряемое перемещение X.will uniquely determine the measured displacement of X.
Во всех других случаях, когда Х>Хmin, на вход усилителя приемника поступят от момента возбуждения последовательно два импульса э.д.с.: первый - через время tx и второй - через время t0, соответствующие моментам прихода на вход элемента приема прямой и отраженной упругих волн.In all other cases, when X> X min , two emf pulses will be received sequentially from the moment of excitation at the input of the amplifier of the receiver: first, after time t x and second, after time t 0 , corresponding to the moments of arrival of the input element at the input direct and reflected elastic waves.
Так как первый импульс э.д.с. поступит на вход преобразователя временного интервала измерителя промежутка времени Δt раньше, чем последний начнет функционировать (tХ<tm), то результат измерения и в этих случаях будет определяться также выражением (5).Since the first impulse of the emf arrives at the input of the converter of the time interval of the time interval meter Δt earlier than the last one begins to function (t X <t m ), then the measurement result in these cases will also be determined by expression (5).
В предлагаемом методе преобразования перемещений во временной интервал минимальное перемещение ограничивается только размерами элементов возбуждения и приема и составляет величину порядка 2-5 мм, что на порядок меньше, чем при известном методе.In the proposed method of converting displacements into a time interval, the minimum displacement is limited only by the sizes of the excitation and reception elements and is of the order of 2-5 mm, which is an order of magnitude smaller than with the known method.
На фиг.1 приведен вариант структурной схемы преобразователя перемещений на крутильных волнах при формировании временного интервала методом однократного отражения, реализующего способ, а на фиг.2 приведены временные диаграммы:Figure 1 shows a variant of the structural diagram of a transducer of displacements on torsional waves during the formation of a time interval by a single reflection method that implements the method, and figure 2 shows the time diagrams:
a) импульсов тока возбуждения I6;a) pulses of the excitation current I 6 ;
b) процессы возбуждения упругой волны в волноводе в моменты времени t1 и ti и формирования временных интервалов tx1, tm, t0 и txi;b) the processes of excitation of the elastic wave in the waveguide at time t 1 and t i and the formation of time intervals t x1 , t m , t 0 and t xi ;
c) и d) напряжений, действующих соответственно на входе и выходе усилителя-формирователя 7;c) and d) voltages acting respectively at the input and output of the amplifier-former 7;
е) и f) напряжений на выходах элемента задержки 8 и формирователя временного интервала 9.e) and f) the voltage at the outputs of the delay element 8 and the shaper of the time interval 9.
Преобразователь перемещении во временной интервал содержит ферромагнитный волновод 1, один конец которого помещен в демпфер 5, а другой 3 жестко защемлен, элемент возбуждения 2, соединенный с объектом, перемещение Х которого относительно неподвижного элемента приема 4 измеряется, генератор 6 импульсов тока возбуждения, с периодом повторения Т≥2Хm/С, усилитель-формирователь 7 импульсов считывания, элемент задержки 8, время задержки которого t3=Xm/C=tm, и формирователь 9 интервала Δt, причем выход усилителя-формирователя 7 подсоединен к входу R установки формирователя 9 в состояние "0", а выход элемента задержки 8 подключен ко входу S установки формирователя 9 в состояние ″1″.The time-domain displacement transducer contains a ferromagnetic waveguide 1, one end of which is placed in the
Волновод 1 выполнен из материала с высокой магнитострикцией насыщения.The waveguide 1 is made of a material with high saturation magnetostriction.
Элементом возбуждения 2 является постоянный магнит, намагниченный вдоль оси волновода, а в качестве элемента приема 4 используется преобразователь крутильных упругих волн в э.д.с.The element of
Элемент приема 4 и усилитель-формирователь 7 импульсов считывания образуют приемник преобразователя.The receiving element 4 and the amplifier-driver 7 of the read pulses form the receiver of the Converter.
Перед началом работы формирователь 9 устанавливается в состояние "0" (на схеме цепь установки не показана).Before starting work, the shaper 9 is set to the state "0" (the installation circuit is not shown in the diagram).
Преобразователь перемещений во временной интервал работает следующим образом. Импульс тока возбуждения I6 с выхода генератора 6 (фиг.2), вследствие прямого эффекта Видемана, возбуждает в волноводе 1 под элементом возбуждения 2 упругую волну, которая распространяется в обе стороны от места возникновения со скоростью С.The transducer movements in the time interval works as follows. The excitation current pulse I 6 from the output of the generator 6 (figure 2), due to the direct Wiedemann effect, excites an elastic wave in the waveguide 1 under the
На выходе элемента приема 4 от переходного колебательного процесса возникает э.д.с. помехи, время действия которой tB.At the output of reception element 4 from a transient oscillatory process, an emf occurs interference, the duration of which t B.
Через промежуток временя tx=Х/С от момента возбуждения упругая волна, которая распространяется влево, проходит под элементом приема 4 и на его выходе возникает э.д.с. считывания. Эта э.д.с. вместе с э.д.с. помехи усиливается усилителем-формирователем 7 и на выходе последнего формируются импульсы от э.д.с. считывания и э.д.с. помехи (U7), которые поступают на R-вход формирователя 9, который уже находится в состоянии "0". На фиг.2. для момента времени возбуждения t1 этот импульс э.д.с. считывания не показан, так как он расположен внутри интервала действия э.д.с. помехи. Распространяясь далее, упругая волна поглатится демпфером 5.After a period of time t x = X / C from the moment of excitation, an elastic wave that propagates to the left passes under reception element 4 and an emf occurs at its output reading out. This emf together with the emf the interference is amplified by the amplifier-former 7 and the pulses from the emf are formed at the output of the latter reading and emf interference (U 7 ), which are received at the R-input of the former 9, which is already in the state "0". In figure 2. for the moment of excitation time t 1 this impulse e.m.s. reading is not shown, since it is located inside the interval of the emf interference. Propagating further, the elastic wave is absorbed by the
Через время t3 на выходе элемента задержки 8 возникнет импульс напряжения (U8), который переведет формирователь 9 в состояние "1".After time t 3 at the output of the delay element 8 there will be a voltage pulse (U 8 ), which will translate the former 9 in the state "1".
Упругая волна, которая распространяется от места возбуждения вправо, через промежуток времени достигнет жестко защемленного конца 3 волновода, отразится от него и через время t0=t2+tm=2tm - tX дойдет до элемента приема 4, наведет в последнем э.д.с. считывания и затем, достигнув демпфера 5, поглатится им.Elastic wave, which propagates from the place of excitation to the right, after a period of time will reach the rigidly clamped end 3 of the waveguide, will be reflected from it and after a while t 0 = t 2 + t m = 2t m - t X will reach reception element 4, it will guide in the last emf reading and then, having reached the
Эта э.д.с. считывания в виде импульса с выхода усилителя-формирователя 7 (U7) поступает на вход R формирователя 9 и переводит его в состояние "0". При этом на выходе формирователя 9 будет сформирован импульс (U9) длительностьюThis emf reading in the form of a pulse from the output of the amplifier-former 7 (U 7 ) is fed to the input R of the former 9 and puts it in the state "0". In this case, at the output of the shaper 9, a pulse (U 9 ) of duration
пропорциональный преобразуемому перемещению X.proportional to the transformed movement X.
На фиг.2 для момента времени ti на входе элемента приема 4 наводятся два импульса э.д.с. считывания, сдвинутые относительно момента возбуждения упругой волны на время tXi и t0i соответственно (U4), следовательно, на это же время будут сдвинуты импульсы напряжения (U7) на выходе усилителя-формирователя 7.In figure 2, for the time t i at the input of the receiving element 4 induces two pulses of the emf readings shifted relative to the moment of excitation of the elastic wave by the time t Xi and t 0i, respectively (U 4 ), therefore, the voltage pulses (U 7 ) at the output of the amplifier-former 7 will be shifted by the same time.
Первый импульс этого напряжения поступает на вход R формирователя 9, который уже находится в состоянии "0".The first pulse of this voltage is supplied to the input R of the shaper 9, which is already in the state "0".
К моменту прихода второго импульса этого напряжения t0 на вход формирователя 9 последний импульсом напряжения с выхода элемента задержки 8 (U8) был переведен в состояние "1". Поэтому второй импульс напряжения с выхода усилителя-формирователя 7, через время Δti=t0i-t3 с момента возбуждения упругой волны в волноводе возвратит формирователь 9 в исходное состояние "0", а на его выходе будет сформирован интервал времени длительностью Δt, пропорциональный преобразуемому перемещению X.By the time of the arrival of the second pulse of this voltage t 0 to the input of the former 9, the last voltage pulse from the output of the delay element 8 (U 8 ) was transferred to the state "1". Therefore, the second voltage pulse from the output of the amplifier-former 7, after a time Δt i = t 0i -t 3 from the moment of excitation of the elastic wave in the waveguide, returns the former 9 to its initial state "0", and a time interval of Δt proportional to it will be generated at its output transformable displacement X.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2000104584/28A RU2227896C2 (en) | 2000-02-23 | 2000-02-23 | Displacement-to-time interval conversion method |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2000104584/28A RU2227896C2 (en) | 2000-02-23 | 2000-02-23 | Displacement-to-time interval conversion method |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2000104584A RU2000104584A (en) | 2001-12-27 |
RU2227896C2 true RU2227896C2 (en) | 2004-04-27 |
Family
ID=32464774
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2000104584/28A RU2227896C2 (en) | 2000-02-23 | 2000-02-23 | Displacement-to-time interval conversion method |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2227896C2 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN117029635A (en) * | 2023-09-27 | 2023-11-10 | 万向钱潮股份公司 | Hub bearing flange detection device and method |
-
2000
- 2000-02-23 RU RU2000104584/28A patent/RU2227896C2/en not_active IP Right Cessation
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN117029635A (en) * | 2023-09-27 | 2023-11-10 | 万向钱潮股份公司 | Hub bearing flange detection device and method |
CN117029635B (en) * | 2023-09-27 | 2023-12-26 | 万向钱潮股份公司 | Hub bearing flange detection device and method |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JPWO2009125843A1 (en) | Ultrasonic propagation time measurement system | |
CN201637503U (en) | Reflection Ultrasonic Thermometer | |
EP0611953A1 (en) | Length measuring apparatus | |
RU2227896C2 (en) | Displacement-to-time interval conversion method | |
CN101813515A (en) | Method and device for precisely measuring ultrasonic wave transmission time | |
CN201637504U (en) | A High Sensitivity Ultrasonic Thermometer | |
SU849253A1 (en) | Method and device for reading-out graphic information | |
EP1798529A1 (en) | Ultrasonic gas flow meter | |
RU2298155C1 (en) | Magnetostrictive level meter-indicator | |
RU2189111C2 (en) | Displacement measurement technique | |
RU2011294C1 (en) | Linear displacement ultrasonic converter | |
RU2374608C1 (en) | Method of measuring linear displacement | |
RU195795U1 (en) | LEVEL | |
SU575560A1 (en) | Ultrasonic device for inspection materials | |
RU2298156C1 (en) | Level meter-indicator | |
SU1435952A1 (en) | Ultrasound velocity meter | |
RU2359222C2 (en) | Method of linear movement measuring and device for its implementation | |
SU930169A1 (en) | Method of location of communication line damage | |
JP2001153639A (en) | Length measuring device using magnetostriction line | |
RU2006793C1 (en) | Ultrasound converter of linear movements | |
SU1307325A1 (en) | Meter of ultrasound velocity | |
SU537242A1 (en) | Magnetostriction linear displacement transducer | |
JPH02183117A (en) | Displacement detector | |
EP0075617A1 (en) | Ultrasonic distance measuring device | |
SU1515403A1 (en) | Differential converter of linear displacement into code |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20040224 |