Волоконно-оптический тахометр

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения скорости вращения вала. Изобретение заключается в том, что на контролируемом валу закрепляется ротор в виде магнитов, расположенных на державках. Имеется также статор в виде магнитов, закрепленных на своих державках, ориентированных вдоль образующих цилиндрической поверхности. Другой конец державок статора консольно закреплен на основании цилиндрической поверхности. В местах консольного закрепления державок статора установлены волоконные катушки, оптически согласованные с источником когерентного света и фотоприемником в интерферометр. При вращении вала магниты ротора проходят мимо магнитов статора и воздействуют на них своим магнитным полем. При этом консольно закрепленные державки статора будут механически воздействовать на волоконные катушки интерферометра, на выходе которого появится сигнал, частота которого будет пропорциональна угловой скорости вращения вала. Технический результат - обеспечение фазового съема информации о частоте вращения вала. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения скорости вращения вала, например, гребного винта плавсредства.

Известен волоконно-оптический тахометр (ВОТ), содержащий источник света и фотоприемник, оптически согласованные через световод с оптическими метками, нанесенными на контролируемый вал [Патент Великобритании №1.385.038, кл. G1A (G01P 3/36), 1975].

Известен ВОТ, содержащий ротор, закрепленный на исследуемом валу, статор в виде оптических волокон, оптически согласованных с источником света и фотоприемником, усилитель фототока и регистратор [Патент Франции №2113895, кл. G01P 3/00, G01P 13/00, G01P 15/00, 1972].

Последний ВОТ принят за прототип.

В прототипе ротор выполнен в виде диска с прорезами, через которые с помощью оптических волокон согласованы источник света и фотоприемник.

Недостатком аналога и прототипа является амплитудный характер съема информации о частоте вращения вала.

Техническим результатом, получаемым от внедрения изобретения, является обеспечение фазового съема информации о частоте вращения вала.

Данный технический результат получают за счет того, что в известном ВОТ, содержащем ротор, закрепленном на контролируемом валу, статор, содержащий оптические волокна, оптически согласованные с источником света и фотоприемником, усилитель фототока и регистратор, ротор выполнен в виде постоянного магнита, закрепленного на диэлектрической державке на определенном расстоянии от оси вращения вала, а статор - в виде 2N магнитов (где N=1, 2, 3...), закрепленных на свободном конце державок, равномерно расположенных вдоль образующих цилиндрической поверхности, соосной валу, другой конец которых консольно закреплен на основании этой цилиндрической поверхности, при этом в местах консольного закрепления балок расположены оптические волокна, свернутые в N предметных и N опорных волоконных катушек, оптически согласованных с источником света, выполненном когерентным, и фотоприемником в интерферометр, в одной из волоконных катушек которого установлено фазосдвигающее устройство, причем предметные и опорные волоконные катушки располагаются на основании цилиндрической поверхности поочередно друг за другом. Ротор ВОТ может дополнительно содержать постоянные магниты, закрепленные на дополнительных диэлектрических державках, при этом все державки магнитов ротора равномерно расположены вдоль второй цилиндрической поверхности, соосной валу и закрепленной на роторе.

В частном случае магниты на свободном конце державок статора выполнены в виде электромагнитов.

Изобретение поясняется чертежами. На фиг.1, 2 представлены конструктивные схемы ВОТ, на фиг.3 - оптико-электронная схема ВОТ.

ВОТ содержит (фиг.1, 2) ротор, установленный на контролируемом валу 1, выполненный в виде закрепленных на основании 2 державок 3.

Державки 3 расположены равномерно вдоль цилиндрической поверхности соосной валу 1. На свободных концах державок 3 установлены постоянные магниты 4.

Имеется также статор, содержащий основание 5, в котором консольно закреплены державки 6. На свободных концах державок 6, равномерно расположенных вдоль второй цилиндрической поверхности, соосной оси вращения вала 1, закреплены магниты 7, которые могут быть выполнены в виде электромагнитов.

Количество державок 3 в два раза меньше державок 6. Количество державок 6 статора выбирается равным четному числу.

На консольно закрепленных концах державок 6 установлены волоконные катушки 8₁...8_N и 9₁...9_N (фиг.3) таким образом, чтобы державки 6 плотно вставали в сердцевины катушек 8, 9 (фиг.2). Условно волоконные катушки 8 можно назвать предметными, а катушки 9 - опорными.

Расстояние между магнитами 4, 7 ротора и статора выбираются из условия их магнитного взаимодействия между собой.

Предметные и опорные волоконные катушки 8, 9 оптически согласованы в волоконно-оптический интерферометр (ВОИ) с источником когерентного света 10 и фотоприемником 11 (фиг.3). Причем предметные волоконные катушки 8₁, ... 8_N образуют одно из плеч ВОИ, а катушки 9₁, ... 9_N - другое его плечо и расположены они поочередно друг за другом.

В одной из волоконных катушек ВОИ установлено фазосдвигающее устройство 12. Выход фотоприемника 11 подключен через усилитель 13 фототока к регистратору 14, выполненному в виде частотомера.

ВОТ работает следующим образом. Перед эксплуатацией тахометра начальную разность фаз ВОИ устанавливают равной 90°.

При вращении ротора магниты 4 периодически проходят мимо магнитов 7 статора. При этом державки 6 статора будут периодически с частотой, пропорциональной частоте вращения вала 1, стремится к магнитам 4 ротора.

Это в свою очередь вызовет периодическое импульсное давление консольно закрепленных державок 6 статора на предметные и опорные волоконные катушки 8, 9 ВОИ. На выходе фотоприемника 11 появится последовательность импульсов с частотой повторения, пропорциональной частоте вращения вала 4, измеряемой частотомером 14.

Механические воздействия на волоконные катушки 8, 9 должны быть такими, чтобы выходной сигнал ВОИ не превышал по фазе 45°. В этом случае ВОИ обеспечивает квазилинейное преобразование входного сигнала. Для этого расстояние между магнитами 4, 7 ротора и статора выбирается соответствующим для обеспечения необходимой силы их взаимодействия.

Целесообразно выполнение магнитов 7 статора в виде электромагнитов для выбора подходящей силы их взаимодействия с магнитами 4 ротора.

1. Волоконно-оптический тахометр, содержащий ротор, закрепленный на контролируемом валу, статор, содержащий оптические волокна, оптически согласованные с источником света и фотоприемником, усилитель фототока и регистратор, отличающийся тем, что ротор выполнен в виде постоянного магнита, закрепленного на диэлектрической державке на определенном расстоянии от оси вращения вала, а статор - в виде 2N магнитов, где N=1, 2, 3..., закрепленных на свободном конце державок, равномерно расположенных вдоль образующих цилиндрической поверхности, соосной валу, другой конец которых консольно закреплен на основании этой цилиндрической поверхности, при этом в местах консольного закрепления державок расположены оптические волокна, свернутые в N предметных и N опорных волоконных катушек, оптически согласованных с источником света, выполненным когерентным, и фотоприемником в интерферометр, в одной из волоконных катушек которого установлено фазосдвигающее устройство, причем предметные и опорные волоконные катушки располагаются поочередно друг за другом.

2. Волоконно-оптический тахометр по п.1, отличающийся тем, что ротор дополнительно содержит постоянные магниты, закрепленные на дополнительных диэлектрических державках, при этом все державки магнитов ротора равномерно расположены вдоль второй цилиндрической поверхности, соосной валу и закрепленной на роторе.

3. Волоконно-оптический тахометр по п.1, отличающийся тем, что магниты статора, закрепленные на свободном конце державок, выполнены в виде электромагнитов.