Устройство для контроля пространственных перемещений

 

Изобретение относится к автоматике. Его использование для контроля взаимных перемещений двух объектов по трем ортогональным осям координат позволяет повысить достоверность контроля в труднодоступных зонах изделий за счет повышения помехозащищенности. Устройство содержит рабочие катушки 1-3 индуктивности, преобразователь перемещений с корпусом 5 в виде куба из высокопроводящего материала , ключевые элементы 10-13, высокочастотный генератор 15 и блок 16 обработки и регистрации сигналов. Благодаря введению элемента ИЛИ 14 и компенсационной катушки 4 индуктивности и размещению ключевых элементов.10-13 и элемента ИЛИ 14 вместе с компенсационной катушкой 4 индуктивности внутри корпуса 5 снижаются размеры преобразователя перемещений и повышается его помехозащищенность. 4 з.п. ф-лы, 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ С8ИДЕТЕЛЬСТВУ

9 ( (21) 4836272! 24 (22) 24,04.90 (46) 30,10.92. Бюл. К 40 (71) Самарский авиационный институт им. акад. С.П.Королева (72) А.И.Меркулов, B.È.Êàòîëèêoí, А.Б.Евстигнеев и В.С.Вопилин

{56) Авторское свидетельство СССР

N. 1024821. кл. 6 01 N 27/90, 1982.

Авторское свидетельство СССР № 1193442, кл. 5 01 В 7/ОО, 1983.

Авторское свидетельсттво СССР

¹ 1420345, кл, 6 01 В 7/ОО, 1986, (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ ПРОСТРАНСТВЕННЫХ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ (57) Изобретение относится к автоматике.

Его использование для контроля взаимных перемещений двух объектов по трем ортого„„. Ж „„1772600 А1 (si)s G 01 В 7/00, Н 03 М 1/00 нальным осям координат позволяет повысить достоверность контроля в труднодоступных зонах изделий за счет повышения помехозащищенности. Устройство содержит рабочие катушки 1 — 3 индуктивности, преобразователь перемещений с корпусом

5 8 виде куба из высокапроводящего мате. риала, ключевые элементы 10 — 13, высокочастотный генератор 15 и блок t 6 обработки и регистрации сигналов, Благодаря введению элемента ИЛИ 14 и компенсационной катушки 4 индуктивности и размещению ключевых элементов 10-13 и элемента ИЛИ 14 вместе с компенсационной катушкой 4 индуктивности внутри корпуса 5 снижаются размеры преобразователя перемещений и повышается его помехозащищенность, 4 зп,флы,2ил, 1772600

30

3.5

50

Изобретение относится к автоматике и может использоваться для электромагнитного контроля неэлектрических величин по сигналам, полученным от взаимодействия изделий сложной формы с электромагнитными полями, например для контроля в труднодоступных зонах взаимных перемещений двух объектов по трем ортогональным осям. координат.

Известен электромагнитный преобразователь. содержащий проводящую немагнитную цилиндрическую оправку и установленную в ее полости катушку индуктивности, намотанную на пластинчатом магнитопроводе. так, что ее ось перпендикулярна оси оправки (1). Для поставленной задачи необходима жесткая ортогональная ориентация трех таких преобразователей в малой зоне контроля. а для повышения точности контроля и реализации дифференциальной схемы измерения необходим еще и четвертый компенсационный преобразователь, что делает невозмо>кным контроль и растра нствен ных перемещений в труднодоступных зонах.

Известен преобразователь перемещений, у которого три обмоточных узла выполнены в виде катушек, намотанных на

Н-образных магнитопроводах. Токовая катушка размещена на перемычке магнитопровода, а три измерительные — на боковых стержнях. Измерительные катушки соединены одноименными концами, а их противополо кные концы являются выходом преобразователя. Параллельное включение трех токовых катушек определяет погрешность от взаимного влияния компонент перемещений (2). Реализация на Н-образном магнитопроводе диффео е н ци а л ь н о го преобразователя требует повышенных глубин трех пазов и больших габаритов корпуса для получения равенства параметров рабочих и компенсационной измерительных катушек.

Наиболее близким к предлагаемому яв ляется устройство для электромагнитного контроля многокомпонентных перемещений, содержащее высокочастотный генератор. блок обработки и регистрации сигналов, преобразователь перемещений, корпус которого выполнен в виде куба из высокопроводящего материала, первыйчетвертый ключевые элементы и первуютретью рабочие катушки индуктивности, размещенные взаимно ортогонально в пазах на смежных поверхностях корпуса преобразователя перемещений (3), Недостатками этого устройства являются увеличение габаритов корпуса преобразователя для размещения полупроводниковых элементов и использование в соединительной линии большого количества экранированных проводников. по которым передаются сигналы о компонентах перемещений. Масса преобразователя влияет на динамику контролируемых взаимных перемещений объектов.

Целью изобретения является повышение достоверности контроля в труднодоступных зонах изделий за счет повышения помехозащищенности, На фиг. 1 изображена функциональная схема устройства; на фиг. 2 представлено выполнение преобразователя перемещений.

Устройство содержит преобразователь перемещений, включающий четыре одинаковых катушки 1, 2, 3, 4, намотанные на набор изолированных тонких пластинок магнитопровода. Рабочие катушки 1. 2, 3 (чувствительные элементы) уложены в пазы на рабочих гранях проводящего корпуса 5, а компенсационная катушка 4 (элемент компенсации) размещена с зазором d между широкой ее стороной и соседней стенкой первой полости 7 корпуса 5, например, с помощью диэлектрических пластин 6. Во второй полочти 8 корпуса 5 размещен блок

9 полупроводниковых элементов: ключевые элементы 10, 11, 12, связанные соответственно с рабочими катушками 1. 2, 3, и ключевой элемент 13 — с компенсационной катушкой 4. Управляющие входы первого— третьего ключевых элементов 10, 11, 12 объединены с соответствующими входами элемента ИЛИ 14 и являются соответственно, первым-третьим управляющими входами устройства, например, подключенными к распределителю импульсов тактового генератора 15.

Питание катушек 1...4 осуществляется от симметричного выхода высокочастотного генератора 15, а выходное напряжение с общей точки соединения катушек 1...4 подается на блок 16 обработки и регистрации сигналов о контролируемых компонентах перемещений объекта (на фиг. 2 не показан).

На фиг. 1 обозначены управляющие входы 17.

Величина зазора б=

= — —" In (0,5 (1 + е г ) ) .

6 где IM — длина магнитопровода, Ья — диапазон контролируемых перемещений, Устройство работает следующим образом.

Внутри трехгранного ортогонального уголка (на фиг. 1 и 2 не показан), закрепленного на контролируемом объекте, распола1772600

55 гают корпус 5, связанный с опорой, относительно которой отсчитываются компоненты перемещений по осям Х, Y, Z. Минимальный размер l«» корпуса 5 ограничен длиной l магнитопровода 1крр = (1 1,1) I . Толщина рабочих катушек 1-3, равная глубине установочных пазов, не превышает 0,04 IM, что позволяет реализовать суммарный объем внутренней полости корпуса 5 равным l, з

Высокая теплопроводность материала корпуса 5 позволяет использовать. одну общую компенсационную катушку 4 для реализации дифференциальной схемы измерения компонент перемещений.

Тактовый генератор 15 на своих выходах последовательно вырабатывает импульсы напряжения, переводящие ключи 10, 11, . 12 в открытое состояние, При этом через элемент ИЛИ 14 поддерживается открытым состояние ключевого элемента 13. На первом такте открыты ключевые элементы 10 и 13, на втором — элементы 11 и !3, на третьем — элементы 12 и 13 и т.д, При этом пары катушек 1 и 4, 2 и 4, 3 и 4 поочередно подключаются к симметричному выходу генератора 15, а напряжение, пропорциональное разности параметров пар катушек

1 и 4, 2 и 4, 3 и 4, поступает на блок 16 обработки и регистрации сигналов. неся информацию о значении компонентов контролируемых пространственных перемещений объектов, соответственно hx, hy hz.

Размещение ключевых элементов

10...13 во второй полости 8 корпуса 5 преобразователя перемещений позволяет исключить погрешность Л вз от взаимного влияния компонент перемещений при больших длинах соединительных линий между корпусом 5 и электронными узлами

15, 16. Если перенести ключи 10...13 и схему 14 ИЛИ из корпуса 5 в корпус электронных узлов 15, 16, то при большом выходном напряжении, например на первом такте измерения hx от катушек 1 и 4, появляются токи в катушках 2 и 3 из-за их последовательного включения с большой по величине распределенной емкостью соединительных линий относительно их экрана. При этом вариации hy u hz изменяют сопротивления катушек 2 и 3, что приводит к переменному шунтированию выхода дифференциальной измерительной схемы и появлению Ь вз.

Коммутация рабочих катушек 1...3 в цепи их питания от генератора 15 позволяет исключить использование ключевых элементов в цепи выходных сигналов преобразОвателя перемещений, что увеличивает его помехоустойчивость.

Использование глубины пазов на поверхности корпуса 5 преобразователя перемещений, равной толщине катушки индуктивности, обеспечивает направление возбуждающего электромагнитного поля в только в зону контроля, что повышает чувствительность к контролируемым перемещениям объекта. Зависимость изменений параметров у каждой иэ рабочих катушек

1...3 от вариации соответствующего зазора

hx, hy, hz близка к экспоненциальной. Для повышения температурной стабильности выходных сигналов преобразователя перемещений используются равные начальные параметры катушек 1.,4 как в свободном состоянии, так и при их установке в пазы корпуса 5. Для минимизации объема с электромагнитным полем компенсационной катушки 4 и получения равенства ее сопротивления сопротивлениям рабочих катушек 1...3 при максимальном зазоре, равном диапазону контролируемых перемещений, используется установка катушки 4 в полости 7 с помощью, например, диэлектрической пластины 6 толщиной

«66

d = 1nt05(1+е !м ))

При этом результирующая высота полости

7 не превышает 0,25 IM, что позволяет использовать вторую полость 8 высотой более 0,7.1 для установки блока 9 полупроводниковых элементов.

Магнитопровод каждой катушки 1...4 индуктивности выполнен в виде набора пластин, параллельных широкой стороне магнитопровода. что позволяет не толькоснизить потери на вихревые токи, но иуменьшить уровень магнитных шумов.

Формула изобретения

1. Устройство для контроля пространственных перемещений, содержащее высокочастотный генератор, блок обработки и регистрации сигналов, преобразователь перемещений, корпус которого выполнен в виде куба из высокопроводящего материала, первый-четвертый ключевые элементы и три чувствительных элемента в виде первойтретьей рабочих катушек индуктивности, размещенных взаимно ортогонально в пазах на смежных поверхностях корпуса преобразователя перемещений, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью повышения достоверности контроля в трудодоступных зонах иэделий за счет повышения помехозащищенности, в устройство введены элемент

ИЛИ и элемент компенсации в виде компенсационной катушки индуктивности, каждая

1772600

7 из рабочих и компенсационная катушки индуктивнасти выполнены одинаковыми и намотанными на плоском магнитоправоде, толщина которого много меньше его ширины, внутри корпуса преобразователя перемещений выполнены две полости, s первой из которйх с зазорами до проводящих стенок размещена компенсационная катушка индуктивности, магнитоправод которой параллелен:магнитопроводу одной из рабочих катушек индуктивности, во второй полости корпуса преобразователя перемещений размещены элемент ИЛИ и ключевые эле менты, первый выход высокочастотного генератора соединен с информационными входами первого-третьего ключевых элементов, выходы которых подключены к первым выводам одноименных рабочих катушек индуктивности, второй выход высокочастотного генератора соединен с информационным входом четвертого ключевого элемента, вь1ход которого подключен к первому выводу компенсационной катушки индуктивности, второй вывод которой объединен с вторыми выводами всех рабочих катушек индуктивности и соединен с входом блока обработки и регистрации сигналов, управляющие входы первого-третьего ключевых элементов абьединены с соответствующими входами элемента ИЛИ и являются соответственна первым-третьим управляющими входами устройства, выход элемента ИЛИ подключен к управляющему входу четвертого ключевого элемента.

2, Устройство по и. 1, а тл и ча ю щеес я тем, что, с целью миниатюризации пре5 образователя перемещений, размеры его корпуса составляют (1 ...1,1)IM, где 1м — длина магнитоправода любой катушки индуктивности.

3. Устройство поп. 1, о тл и ч а ю ще е10 с я тем, что, с целью повышения чувствительности устройства, глубина пазов на поверхности корпуса преобразователя перемещений равна толщине катушки индуктивности.

15 4. Устройство па и. 1, о тл и ч а ю щ е ес я тем, что. с целью повышения точности контроля, зазор между широкой стороной компенсационной катушки и соседней стенкой первой полости в корпусе преобразава20 теля перемещений

6 h . = — < I> I 0 5 (1 + e " ) ), 25 где hg — максимальная величина контролируемых перемещений.

5. Устройство пап. 1, атлича ю щеес я тем, что, с целью снижения внутренних шумов, магнитаправад каждой катушки ин30 дуктивности выполнен в виде набора пластин, параллельных широкой стороне магнитаправода,