Датчик углового положения вала
Владельцы патента RU 2296948:
Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт физико-технических и радиотехнических измерений" (ФГУП "ВНИИФТРИ") (RU)
Использование: для измерения углового положения вала. Сущность заключается в том, что на контролируемом валу закрепляют насадку, боковая поверхность которой выполнена по спирали Архимеда. Напротив насадки устанавливают излучатель ультразвуковых импульсов с лучевой характеристикой направленности. На боковую поверхность насадки закрепляют предметную катушку волоконно-оптического интерферометра, таким образом, чтобы на нее попадало ультразвуковое излучение излучателя. Опорную катушку интерферометра располагают вне действия излучения излучателя. Выход интерферометра подключают через усилитель к периодимеру. Ультразвуковой импульс излучателя запускает работу периодимера, а выходной импульс интерферометра останавливает работу периодимера. Для работы в воздушной среде датчик располагают в кювете с водой. Технический результат: повышение надежности работы датчика углового положения вала под водой в морских условиях. 5 з.п. ф-лы, 2 ил.
Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для измерения углового положения вала под водой.
Известен датчик углового положения вала, содержащий насадку в виде диска с криволинейной прорезью в виде спирали Архимеда, закрепленного на валу, а также линейный источник света и фотоприемники, оптически согласованные через прорезь диска друг с другом [Патент США №4692613, кл. 250-231 SE (G01D 5/34), 1987].
Недостатком аналога является трудность его эксплуатации в морских условиях под водой.
Известен датчик углового положения вала, содержащий закрепленную на контролируемом валу насадку с криволинейной боковой поверхностью, излучатель ультразвуковых импульсов, установленный напротив криволинейной поверхности насадки, и приемник ультразвуковых импульсов, подключенный выходом через усилитель к периодимеру [Авторское свидетельство СССР №391389, кл. G01B 17/00, 1970].
Последний датчик принят за прототип. В прототипе криволинейная поверхность насадки выложена в виде эвольвенты.
Недостатком прототипа является использование криволинейной поверхности насадки в качестве ультразвукового отражателя, что неизбежно усложняет датчик и снижает надежность его работы особенно под водой в морских условиях.
Техническим результатом, появляющимся от внедрения изобретения, является повышение надежности работы датчика углового положения вала под водой в морских условиях.
Данный технический результат достигают за счет того, что в известном датчике углового положения вала (ДУПВ), содержащем закрепленную на контролируемом валу насадку с криволинейной боковой поверхностью, излучатель ультразвуковых импульсов (ИУИ), установленный напротив криволинейной поверхности насадки, и приемник ультразвуковых импульсов (ПУИ), подключенный выходом через усилитель к периодимеру, криволинейная поверхность насадки выполнена в виде спирали Архимеда, а ПУИ - в виде предметной катушки волоконно-оптического интерферометра (ВОИ), расположенной на криволинейной поверхности насадки, при этом опорная катушка интерферометра расположена вне зоны облучения ИУИ.
Если ДУПВ работает в воздухе, он дополнительно снабжается кюветой с водой, в которой располагают излучатель и приемник ультразвуковых импульсов.
Датчик может быть снабжен преобразователем скорости звука в среде, в которой он работает.
Если датчик работает в воздухе, то преобразователь скорости звука располагают в кювете с водой.
ИУИ выполняют с лучевой характеристикой направленности.
ВОИ может быть снабжен фазосдвигающим устройством, расположенным в одной из катушек.
Изобретение поясняется чертежами. На фиг.1 представлена схема выполнения датчика (вид с торца контролируемого вала); на фиг.2 - его оптико-электронная схема.
ДУПВ содержит (фиг.1) закрепленную на контролируемом валу 1 насадку 2 с криволинейной боковой поверхностью 3, выполненной по спирали Архимеда, излучатель 4 ультразвуковых импульсов, установленный напротив боковой поверхности 3 насадки 2 и ПУИ. Последний выложен в виде предметной катушки 5 ВОИ (фиг.2), расположенной на криволинейной поверхности 3 насадки 2 (Предметная катушка 5 на фиг.1 не изображена).
Опорная катушка 6 ВОИ располагается вне зоны 7 облучения ИУИ4 (на фиг.1 не показана).
ВОИ включает в себя также источник 8 когерентного света, фотоприемник 9 и фазосдвигающее устройство 10, расположенное в одной из катушек.
Выход фотоприемника 9 ВОИ подключен через усилитель 11 фототока ко второму входу периодимера 12, отградуированному в единицах угла поворота ϕ вала 1.
Первый вход периодимера подключают к синхронизирующему выходу ИУИ4 (Данная связь на чертеже не отражена).
ДУПВ при работе в воздушной среде может включать в себя кювету 13 с водой 14.
Для увеличения точности измерений ДУПВ может также включать в себя преобразователь скорости звука (на чертеже не показан), установленный в частности в кювете 13 с водой 14.
Характеристику направленности ИУИ4 целесообразно сделать лучевой и ориентированной по траверзному расстоянию на предметную волоконную катушку 5, расположенную на подложке 3.
ДУПВ работает следующим образом. ИУИ4 направляет к предметной катушке 5, выполняющей роль гидрофона, ультразвуковой импульс. При этом запускается работа периодимера 12, отсчитывающего с этого момента тактовые импульсы.
Ультразвуковой импульс, распространяясь в воде, достигает предметной катушки 3 ВОИ. При этом на выходе фотоприемника 9 появится импульс, останавливающий работу периодимера 13. На табло последнего высветится время распространения ультразвукового импульса в воде от ИУИ4 до предметной катушки 5, расположенной на подложке 3.
Свойства спирали Архимеда обеспечивают линейную зависимость выходного сигнала ДУПВ от угла ϕ поворота вала 1. Чем больше угол ϕ, тем больше траверзное расстояние между ИУИ4 и предметной катушкой 5, закрепленной на насадке 3, и тем больше время распространения ультразвукового импульса в воде.
Время от времени для уточнения тарировочного коэффициента преобразователь скорости звука выдает поправку на изменение скорости звука в воде.
С помощью фазосдвигающего устройства 10 начальную разность фаз интерферирующих лучей ВОЙ целесообразно установить равной 90° для получения более крутых фронтов останавливающего периодимер 12 импульса.
Таким образом, ДУПВ позволяет надежно отслеживать угловое положение вала в морских условиях.
1. Датчик углового положения вала, содержащий закрепленную на контролируемом валу насадку с криволинейной боковой поверхностью, излучатель ультразвуковых импульсов, установленный напротив криволинейной поверхности насадки, и приемник ультразвуковых импульсов, подключенный выходом через усилитель ко второму входу периодимера, первый вход которого соединяют с синхронизирующим выходом излучателя ультразвуковых импульсов, отличающийся тем, что криволинейная поверхность насадки выполнена в виде спирали Архимеда, а приемник ультразвуковых импульсов - в виде предметной катушки волоконно-оптического интерферометра, расположенной на криволинейной поверхности насадки, при этом опорная катушка интерферометра расположена вне зоны облучения излучателя ультразвуковых импульсов.
2. Датчик по п.1, отличающийся тем, что дополнительно снабжен кюветой с водой, в которой располагают излучатель и приемник ультразвуковых импульсов.
3. Датчик по п.1, отличающийся тем, что дополнительно снабжен преобразователем скорости звука.
4. Датчик по п.2 или 3, отличающийся тем, что преобразователь скорости звука расположен в кювете с водой.
5. Датчик по п.1, отличающийся тем, что излучатель ультразвуковых импульсов выполнен с лучевой характеристикой направленности.
6. Датчик по п.1, отличающийся тем, что волоконно-оптический интерферометр снабжен фазосдвигающим устройством, расположенным в одной из катушек.
