Информационно-измерительная система для определения компонентов перемещений и деформаций объекта

 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения сложных перемещений и деформаций объектов. Сущность изобретения: система содержит шесть идентичных датчиков 1-6 линейных перемещений, подключенных соответственно к шести измерительным преобразователям 7 - 12, четыре блока 13 - 16 сложения, пять блоков 17 - 21 вычитания, три блока 22 - 24 деления, три блока 25 - 27 умножения и блок 28 памяти. Выход измерительного преобразователя 7 подключен к одному из входов блока 14 сложения и суммирующему входу блока 18 вычитания, а выход измерительного преобразователя 8 подключен к другому входу блока 14 сложения и вычитающему входу блока 18 вычитания. Выход измерительного преобразователя 9 подключен к одному из входов блока 13 сложения и суммирующему входу блока 17 вычитания, а выход измерительного преобразователя 10 подключен к другому входу блока 13 сложения и вычитающему входу блока 17 вычитания. Выход измерительного преобразователя 11 подключен к одному из входов блока 15 сложения и суммирующему входу блока 19 вычитания, а выход измерительного преобразователя 12 подключен к другому входу блока 15 сложения и вычитающему входу блока 19 вычитания. Выходы блоков 17 и 13,18 и 14,15 и 19 подключены соответственно ко входам блоков 22, 23 и 24 деления. Выход блока 22 деления подключен к суммирующему входу блока 20 вычитания и одному из входов блока 16 сложения, к другому входу которого и вычитающему входу блока 20 вычитания подключен выход блока 23 деления. Выход блока 16 сложения и первый выход блока 28 памяти подключены ко входам блока 26 умножения, выход которого является одним из выходов системы и подключен к одному из входов блока 27 умножения, к другому входу которого подключен выход блока 24 деления. Выход блока 27 умножения подключен к вычитающему входу блока 21 вычитания, к суммирующему входу которого подключен второй выход блока 28 памяти, а выход блока 21 является вторым выходом системы. Выход блока 20 вычитания подключен к одному из входов блока умножения, к другому входу которого подключен первый выход блока 28 памяти, а выход блока 25 является третьим выходом системы. 1 ил.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения компонентов сложных перемещений и деформаций объектов.

Известна информационно-измерительная система [1] для определения компонентов перемещений и деформаций объектов, содержащая шесть идентичных датчиков перемещений, подключенных к соответствующим измерительным преобразователям, четыре блока сложения, пять блоков вычитания, три блока умножения, три блока деления и блок памяти.

Недостатком известной системы является ее сложность и наличие погрешности из-за перемещений опорных элементов в результате их деформации.

Технической задачей изобретения является повышение точности системы.

Технический результат достигается тем, что в системе для определения компонентов перемещений и деформаций объекта, содержащей шесть идентичных датчиков линейных перемещений, подключенных к соответствующим измерительным преобразователям, четыре блока сложения, пять блоков вычитания, три блока умножения, три блока деления и блок памяти, датчики линейных перемещений установлены попарно встречно-дифференциально параллельно одной из выбранных координатных осей и разнесены в пространстве вдоль другой, перпендикулярной первой координатной оси, первые две пары датчиков установлены дифференциально относительно плоских опорных элементов, закрепленных на контролируемом объекте в противоположных направлениях относительно его центра, а третья пара дифференциально относительно поверхности контролируемого объекта между двумя другими парами, выход первого измерительного преобразователя первого датчика первой пары подключен к одному из входов первого блока сложения и суммирующему входу первого блока вычитания, а выход второго измерительного преобразователя второго датчика первой пары подключен к другому входу первого блока сложения и вычитающему входу первого блока вычитания, выход первого измерительного преобразователя первого датчика второй пары подключен к одному из входов второго блока сложения и суммирующему входу второго измерительного преобразователя второго датчика второй пары подключен к другому входу второго блока сложения и вычитающему входу второго блока вычитания, выход первого измерительного преобразователя первого датчика третьей пары подключен к одному из входов третьего блока сложения и суммирующему входу третьего блока вычитания, а выход второго измерительного преобразователя второго датчика третьей пары подключен к другому входу третьего блока сложения и вычитающему входу третьего блока вычитания, выходы первых, вторых и третьих блоков сложения и вычитания подключены, соответственно попарно, к соответствующим входам первого, второго и третьего блоков деления, выход первого блока деления подключен к одному из входов четвертого блока сложения и вычитающему входу четвертого блока вычитания, к суммирующему входу которого и другому входу четвертого блока сложения подключен выход второго блока деления, выход четвертого блока сложения и первый выход блока памяти подключены к соответствующим входам первого блока умножения, выход которого является первым выходом системы и подключен ко входу второго блока умножения, ко второму входу которого подключен выход третьего блока деления, выход второго блока умножения подключен к вычитающему входу пятого блока вычитания, к суммирующему входу которого подключен второй выход блока памяти, а выход пятого блока вычитания является вторым выходом системы, выход четвертого блока вычитания подключен ко входу третьего блока умножения, ко второму входу которого подключен первый выход блока памяти, а выход третьего блока умножения является третьим выходом системы.

На чертеже представлена блок-схема информационно-измерительной системы для определения компонентов перемещений и деформаций объекта.

Система содержит шесть идентичных датчиков 1-6 линейных перемещений, подключенных соответственно к шести измерительным преобразователям 7-12, четыре блока 13-16 сложения, пять блоков 17-21 вычитания, три блока 22-24 деления, три блока 25-27 умножения и блок 28 памяти. Выход измерительного преобразователя 7 подключен к одному из входов блока 14 сложения и суммирующему входу блока 18 вычитания. Выход измерительного преобразователя 9 подключен к одному из выходов блока 13 сложения и суммирующему входу блока 17 вычитания, а выход измерительного преобразователя 10 подключен к другому входу блока 13 сложения и вычитающему входу блока 17 вычитания. Выход измерительного преобразователя 11 подключен к одному из входов блока 15 сложения и суммирующему входу блока 19 вычитания, а выход измерительного преобразователя 12 подключен к другому входу блока 15 сложения и вычитающему входу блока 19 вычитания. Выходы блоков 17 и 13, 18 и 14, 15 и 19 подключены соответственно к входам блоков 22,23 и 24 деления. Выход блока 22 деления подключен к суммирующему входу блока 20 вычитания и одному из входов блока 16 сложения, к другому входу которого и вычитающему входу блока 20 вычитания подключен выход блока 23 деления. Выход блока 16 сложения и первый выход блока 28 памяти подключены к входам блока 26 умножения, выход которого является одним из выходов системы и подключен к одному из выходов блока 27 умножения, к другому входу которого подключен выход блока 24 деления. Выход блока 27 умножения подключен к вычитающему входу блока 21 вычитания, к суммирующему входу которого подключен второй выход блока 28 памяти, а выход блока 21 является вторым выходом системы. Выход блока 20 вычитания подключен к одному из входов блока 25 умножения, к другому входу которого подключен первый выход блока 28 памяти, а выход блока 25 является третьим выходом системы.

Термин встречно-дифференциально означает, что вектора чувствительности пар датчиков расположены на одной прямой и направлены навстречу друг другу. "Дифференциально" указывает на знак перемещения, поступающего на входы датчиков.

Система работает следующим образом.

При перемещении и деформации контролируемого объекта (на фиг. не обозначен) в направлениях, показанных стрелками, сигналы на выходах измерительных 7-12 определяются соответственно выражениями: где К коэффициент пропорциональности, зависящий от влияющих факторов, который, вследствие идентичности датчиков 1-6 и измерительных преобразователей 7 12 для всех измерительных каналов, меняется одинаково; x₀ начальное расстояние от датчиков до контролируемых поверхностей; Δx₁ компонента, характеризующая линейное перемещение контролируемого объекта; Δx₂ компонента, характеризующая линейную деформацию контролируемого объекта; Δx₃ компонента, характеризующая косвенным образом поворот контролируемого объекта.

Сигналы (1) и (2) с выходов первого 7 и второго 8 измерительных преобразователей первой пары датчиков 1 и 2 поступают на входы первых блоков 14 и 18 сложения и вычитания, сигналы на выходах которых определяются выражениями: Сигналы (3) и (4) с выходов первого 9 и второго 10 измерительных преобразователей второй пары датчиков 3 и 4 поступают на входы вторых блоков 13 и 17 сложения и вычитания, на выходах которых сигналы определяются выражениями:

Сигналы (8) и (7), (10) и (9) соответственно, поступают на входы первого 23 и второго 22 блоков деления, на выходах которых получаем:

Сигналы (12) и (11) поступают на входы четвертого блока 16 сложения, сигнал на выходе которого определяется выражением:

Этот сигнал и сигнал x₀/2 с первого выхода блока 28 памяти поступают на входы первого блока 26 умножения, на выходе которого получаем сигнал:

Сигналы (12) и (11) поступают также на входы четвертого блока 20 вычитания, сигнал на выходе которого равен:

Этот сигнал и сигнал x₀/2 с первого выхода блока 28 памяти поступают на входы третьего блока 25 умножения, на выходе которого получаем сигнал

Сигналы (5) и (6) с выходов первого 11 и второго 12 измерительных преобразователей третьей пары датчиков 5 и 6 поступают на входы третьих блоков 15 и 19 сложения и вычитания, сигналы на выходах которых определяются выражениями:

Эти сигналы поступают на входы третьего блока 24 деления, на выходе которого получаем:

Сигналы (19) и (14) поступают на входы второго блока 27 умножения, сигнал

с выхода которого поступает на вычитающий выход пятого блока 21 вычитания, на суммирующий вход которого со второго выхода блока 28 памяти поступает сигнал 2x₀. В результате на выходе блока 21 вычитания получаем сигнал:

Величина x₀ начального расстояния от датчиков до контролируемых поверхностей считается известной. Величины Δx₁, Δx₂, Δx₃ в соответствии с выражениями (14), (21), (16) характеризуют линейное перемещение, линейную деформацию, поворот контролируемого объекта и не зависят от изменений под действием внешних возмущений параметра К. Угловое значение поворота контролируемого объекта может быть получено геометрическим пересчетом с использованием величины Δx₃ и соответствующего радиуса.

Применение данного изобретения повышает точность измерения за счет устранения погрешности от перемещения плоских опорных элементов в результате линейных деформаций объекта и упрощает структуру системы.

Формула изобретения

Информационно-измерительная система для определения компонентов перемещений и деформаций объекта, содержащая шесть идентичных датчиков линейных перемещений, подключенных к соответствующим измерительным преобразователям, четыре блока сложения, пять блоков вычитания, три блока умножения, три блока деления и блок памяти, отличающаяся тем, что датчики линейных перемещений установлены попарно встречно-дифференциально параллельно одной из выбранных координатных осей и разнесены в пространстве вдоль другой, перпендикулярной первой, координатной оси, первые две пары датчиков установлены дифференциально относительно плоских опорных элементов, закрепленных на контролируемом объекте в противоположных направлениях относительно ее центра, а третья пара дифференциально относительно поверхности контролируемого объекта между двумя другими парами, выход первого измерительного преобразователя первого датчика первой пары подключен к одному из входов первого блока сложения и суммирующему входу первого блока вычитания, а выход второго измерительного преобразователя второго датчика первой пары подключен к другому входу первого блока сложения и вычитающему входу первого блока вычитания, выход первого измерительного преобразователя первого датчика второй пары подключен к одному из входов второго блока сложения и суммирующему входу второго блока вычитания, а выход второго измерительного преобразователя второго датчика второй пары подключен к другому входу второго блока сложения и вычитающему входу второго блока вычитания, выход первого измерительного преобразователя первого датчика третьей пары подключен к одному из входов третьего блока сложения и суммирующему входу третьего блока вычитания, а выход второго измерительного преобразователя второго датчика третьей пары подключен к другому входу третьего блока сложения и вычитающему входу третьего блока вычитания, выходы первых, вторых и третьих блоков сложения и вычитания подключены соответственно попарно к соответствующим входам первого, второго и третьего блоков деления, выход первого блока деления подключен к одному из входов четвертого блока сложения и вычитающему входу четвертого блока вычитания, к суммирующему входу которого и другому входу четвертого блока сложения подключен выход второго блока деления, выход четвертого блока сложения и первый выход блока памяти подключены к соответствующим входам первого блока умножения, выход которого является первым выходом системы и подключен к входу второго блока умножения, к второму входу которого подключен выход третьего блока деления, выход второго блока умножения подключен к вычитающему входу пятого блока вычитания, к суммирующему входу которого подключен второй выход блока памяти, а выход пятого блока вычитания является вторым выходом системы, выход четвертого блока вычитания подключен к входу третьего блока умножения, к второму входу которого подключен первый выход блока памяти, а выход третьего блока умножения является третьим выходом системы.

РИСУНКИ

Рисунок 1