Способ измерения линейного перемещения объекта

 

Использование: для измерения перемещений объекта в жестких условиях окружающей среды. Цель - повышение точности измерения перемещений. Сущность изобретения: в соосных звукопроводах разных диаметров из однотипного магнитострикционного материала, возбуждают ультразвуковые колебания, которые считывают выходными электроакустическими преобразователями. Сравнивают временные интервалы перемещений, по разности которых определяют искомый параметр.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения перемещений в жестких условиях среды.

Важнейшей проблемой повышения точности измерения перемещений на основе магнитострикционных эффектов является уменьшение влияния составляющей температурной погрешности. Особенно чувствителен к изменениям температуры акустический тракт магнитострикционных преобразователей перемещений, которые вызывают дисперсию ультразвуковых колебаний в широком диапазоне значений. Это в ряде случаев ограничивает область технического использования подобных преобразователей. Для уменьшения влияния указанного дестабилизирующего фактора в магнитострикционных преобразователях перемещений применяют ряд технических приемов, позволяющих поддерживать в заданных пределах точность измерения. К таким известным методам можно отнести решения [1,2] Предлагаемый новый подход для компенсации температурной погрешности магнитострикционного измерения перемещений заключается в измерении искомого перемещения по относительным значениям временных интервалов перемещения, образованных путем распространения ультразвуковых колебаний по измерительным участкам соосных акустических трактов преобразователя, имеющих разноименный диаметр и выполненных из однотипного магнитострикционного материала. Изменение температуры среды в широком диапазоне значений (от -50 до 400^оС) однозначно изменяет скорость распространения ультразвуковых колебаний в акустических трактах магнитострикционного преобразователя и на разностное значение временных интервалов перемещения не сказывается. Поэтому существенно уменьшается влияние данного дестабилизирующего фактора на результат измерения и позволяет использовать подобный магнитострикционный преобразователь перемещений в более жестких условиях влияния среды, чем известные [1,2] От влияния акустических помех можно "отстроиться" путем повышения избирательности трактов считывания и модуляции зондирующей волны, использования метода пространственного разделения сигналов, которые являются известными и нашли применение в магнитострикционных преобразователях перемещений. Реализация устройств для измерения перемещений по предлагаемому подходу оказывается достаточно простой и не требует сложных технологических операций и оборудования при промышленной их реализации. Это отличает их от известных преобразователей данного типа.

Известен способ измерения перемещений [1] реализованный через устройство, в котором уменьшение составляющей температурной погрешности акустического тракта магнитострикционного преобразователя достигается за счет использования магнитострикционного генератора, импульсы которого заполняют временной интервал перемещения объекта, подсчитываются и запоминаются блоком кодирования перемещений устройства. Изменение скорости упругих колебаний в средах магнитострикционного генератора и волновода магнитострикционного преобразователя одного порядка и потому не изменяет заданные точностные характеристики. Устройство, реализующее указанный способ измерения перемещений, содержит звукопровод из магнитострикционного материала со стабилизатором, усилий натяжения, акустический демпфер, два ограничителя перемещений, магнитострикционный генератор, подвижный элемент считывания, предусилитель-формирователь, триггер управления, элемент И, умножитель частоты, два счетчика результата, формирователь импульсов, элемент задержки, два регистра, входные и выходные шины.

Известен способ измерения перемещений [2] выбранный в качестве прототипа, который заключается в измерении времени распространения ультразвуковых колебаний от катушки возбуждения до катушки считывания, его сравнении с образцовым временным интервалом, измерении частоты ультразвуковых колебаний катушки возбуждения до момента совпадения сравниваемых временных интервалов и времени распространения ультразвукового импульса от катушки возбуждения до катушки считывания, по которому определяют искомый параметр.

Устройство, реализующее данный способ измерения перемещений, содержит магнитострикционный преобразователь, состоящий из звукопровода, катушки возбуждения, двух катушек считывания с неподвижными и подвижным магнитами, генератор, опорный канал, выполненный в виде последовательно соединенных первых управляемого фильтра и усилителя-формирователя, блока вычитания в виде последовательно соединенных вторых управляемого фильтра и усилителя-формирователя, измерителя временных интервалов.

Известные способы измерения перемещений достаточно сложны в реализации, следовательно, имеют дополнительные составляющие погрешности по цепям преобразования сигналов, которые снижают точность измерения перемещений. Так, устройство прототипа содержит несколько контуров авторегулирования несущей частоты и добротности фильтров в цепях передачи и приема, которые в целом, увеличивают основную погрешность измерения.

Цель изобретения повышение точности измерения перемещений за счет автокомпенсации составляющей температурной погрешности магнитострикционного преобразователя перемещений.

Цель достигается тем, что в способе измерения перемещений, заключающимся в том, что в звукопроводе магнитострикционного преобразователя посредством подвижного поляризатора возбуждают ультразвуковые колебания и считывают их неподвижным выходным электроакустическим преобразователем, формируя временной интервал перемещения, с помощью того же поляризатора одновременно возбуждают ультразвуковые колебания в другом звукопроводе магнитострикционного преобразователя из однотипного магнитострикционного материала, но большего диаметра, чем первый звукопровод. Их считывают другим неподвижным выходным электроакустическим преобразователем, формируя второй временной интервал перемещения. Сравнивают первый и второй временные интервалы перемещения между собой, и по их разности определяют искомый параметр.

Изменение температуры окружающей среды известным образом изменяет скорость упругих колебаний в акустическом тракте магнитострикционного преобразователя вследствие изменения модуля упругости Е материала тракта. В устройстве, реализующем предложенный способ измерения перемещений, разностная скорость упругих колебаний в акустическом тракте МПП поддерживается постоянной в широком диапазоне изменений температуры за счет использования прямолинейных, соосных звукопроводов отличных параметров, выполненных из однотипного магнитострикционного материала. В отличие от прототипа предложенный способ обеспечивает меньшую методическую и инструментальную погрешности измерений.

Формула изобретения

СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ЛИНЕЙНОГО ПЕРЕМЕЩЕНИЯ ОБЪЕКТА, заключающийся тем, что в цилиндрическом магнитострикционном звукопроводе возбуждают ультразвуковые колебания поляризатором магнитного поля, установленным на объекте, принимают их акустическим преобразователем, формируют и измеряют временной интервал между моментом возбуждения ультразвуковых колебаний и моментом его приема, отличающийся тем, что с помощью того же поляризатора магнитного поля возбуждают ультразвуковые колебания одновременно и во втором цилиндрическом звукопроводе другого диаметра из того же материала, что и первый звукопровод, принимают ультразвуковые колебания вторым акустическим преобразователем, формируют и измеряют второй временной интервал между моментом возбуждения и моментом приема ультразвуковых колебаний во втором звукопроводе, а перемещение объекта определяют по разности первого и второго временных интервалов.