Способ преобразования линейных перемещений



Способ преобразования линейных перемещений

 


Владельцы патента RU 2427797:

Артемьев Эдуард Аркадьевич (RU)

Изобретение относится к автоматике и измерительной технике и может быть использовано при построении элементов измерительных устройств и систем автоматического управления. Техническим результатом изобретения является повышение точности преобразования перемещений. В двух параллельных, имеющих одинаковые размеры, ферромагнитных волноводах, концы которых размещены в демпферах, соединенных последовательно и подключенных к генератору импульсов тока возбуждения, одновременно возбуждают подвижным постоянным магнитом крутильные волны на равном расстоянии от мест их регистрации, измеряют время распространения крутильных волн в каждом волноводе и вычисляют перемещение по приводимым формулам, причем материалы волноводов выбирают так, чтобы скорости крутильных волн и температурные коэффициенты скоростей крутильных волн в волноводах были бы различными. Регистрацию крутильных волн в волноводах осуществляют неподвижными преобразователями магнитного поля, которые размещены у одного из демпферов. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Изобретение относится к автоматике и измерительной технике и может быть использовано при построении элементов измерительных устройств и систем автоматического управления.

Известен способ преобразования перемещений, включающий возбуждение ультразвуковых волн в рабочем и опорном каналах, каждый из которых содержит по элементу возбуждения и элементу считывания, размещенных на общем ферромагнитном звукопроводе, температура которого по длине звукопровода постоянна, а концы его помещены в демпферы, при этом опорный и рабочий каналы разделены демпфером, размещенном на звукопроводе, регистрацию ультразвуковых волн в каждом канале, измерение частоты циркуляции ультразвуковых волн в каждом канале, вычисление отношения частоты циркуляции ультразвуковых волн в опорном канале к частоте циркуляции ультразвуковых волн в рабочем канале, причем в опорном канале расстояние между элементами возбуждения и считывание неизменно, тогда как элемент возбуждения в рабочем канале имеет возможность перемещаться относительно неподвижного элемента считывания (АС №493045).

Недостатком способа является значительная погрешность преобразования перемещения из-за того, что частота циркуляции ультразвуковых волн в звукопроводе опорного канала, протяженность которого неизменна, зависит только от средней температуры звукопровода, тогда как частота циркуляции ультразвуковых волн в звукопроводе рабочего канала зависит как от величины перемещения, так и от средней скорости ультразвуковых волн, которая определяется средней температурой участка рабочего канала, равного преобразуемому перемещению, которая зависит от градиента температуры по его длине.

Наиболее близким техническим решением к изобретению является способ преобразования перемещений, включающий возбуждение упругих волн в рабочем и опорном каналах, каждый из которых содержит по элементу возбуждения и элементу считывания, размещенных на параллельных, имеющих одинаковые размеры и температуру, ферромагнитных звукопроводов опорного и рабочего каналов, выполненных из одного и того же материала, концы которых помещены в общие демпферы, регистрацию упругих волн в рабочем и опорном каналах, измерение частоты циркуляции упругих волн в каждом канале, вычисление отношения частоты циркуляции упругих волн в опорном канале к частоте циркуляции крутильных волн в рабочем канале, причем в опорном канале расстояние между элементами возбуждения и считывания неизменно, тогда как в рабочем канале элемент возбуждения имеет возможность перемещаться относительно неподвижного элемента считывания (АС №634494).

Недостатком способа является значительная погрешность преобразования перемещений, так как частота циркуляции ультразвуковых волн в звукопроводе опорного канала определяется неизменной длиной звукопровода и средней скоростью ультразвуковых волн в нем, которая зависит от средней температуры звукопровода опорного канала, тогда как в рабочем канале частота циркуляции ультразвуковых волн зависит как от величины перемещения, так и от средней температуры участка рабочего канала, которая зависит от градиента температуры по его длине.

Для достижения технического результата - повышения точности преобразования линейных перемещений одновременно возбуждают крутильные волны в первом и во втором параллельных, имеющих одинаковые размеры, соединенных последовательно и подключенных к генератору импульсов тока возбуждения ферромагнитных волноводам, концы которых размещены в демпферах, регистрируют крутильные волны в волноводах, измеряют в каждом волноводе время распространения крутильных волн от момента возбуждения до момента их регистрации, при этом крутильные волны возбуждают в первом и во втором ферромагнитных волноводах постоянным магнитом, которые имеют возможность перемещаться вдоль ферромагнитных волноводов, на одинаковом расстоянии от мест их регистрации, а перемещение вычисляют по формуле:

где - τ1 и τ2 - интервалы времени от момента возбуждения до моментов регистрации крутильных волн соответственно в первом и во втором волноводах: - k1 и k2 - постоянные равные,

- c10 и c20 - скорости распространения крутильных волн в первом и во втором волноводах при температуре 20°C;

- α1 и α2 - температурные коэффициенты скоростей крутильных волн соответственно для первого и второго волноводов, причем материалы первого и второго волноводов выбирают такими, чтобы скорости распространения крутильных волн c10 и c20 при температуре 20°C и температурные коэффициенты скоростей крутильных волн α1 и α2 были бы различными.

В обоих волноводах возбуждают крутильные волны.

Крутильные волны возбуждают общим постоянным магнитом, который перемещается вдоль волноводов.

Регистрацию крутильных волн в волноводах осуществляют неподвижными преобразователями магнитного поля, которые размещены у одного из демпферов.

При возбуждении крутильных волн в ферромагнитных волноводах на расстоянии х от мест их регистрации, крутильные волны достигнут последних соответственно через промежутки времени.

где

- - средняя температура волноводов;

В формулах (3)-(7)

- c1 и c2 - средние скорости крутильных волн в первом и во втором волноводах при средней температуре участков волноводов протяженностью х;

Так как расстояния x, которые проходят крутильные волны в волноводах от места их возбуждения до мест их регистрации, одинаковы, то

то из уравнения (8) можно найти:

- среднюю температуру участков волноводов от места возбуждения в них крутильных волн до мест их регистрации

- перемещение

Так как участки ферромагнитных волноводов опорного и рабочего каналов протяженностью x находятся в одинаковых температурных условиях, то результат преобразования перемещения x зависит только от точности измерения промежутков времени и погрешности вычисления перемещения x по формуле (10), чем обеспечивается технический результат.

На чертеже представлена структурная схема преобразователя перемещений, реализующего способ.

Преобразователь перемещений состоит из чувствительного элемента 1 и электронного блока 2.

Чувствительный элемент преобразователя перемещений содержит первый и второй ферромагнитные волноводы 3 и 4 равной длины, одноименные концы которых размещены в демпферах 5 и 6 и неподвижные элементы регистрации крутильных волн 7 и 8, немагнитный цилиндрический корпус 9, в котором размещены ферромагнитные волноводы 3 и 4 с элементами регистрации крутильных волн 7 и 8.

Возбудителем крутильных волн в волноводах 3 и 4 является постоянный магнит 10, который выполнен кольцевым, намагничен по образующей и имеет возможность перемещаться вдоль немагнитного корпуса 9.

Электронный блок 2 содержит генератор импульсов тока возбуждения 11, усилители-формирователи временных интервалов 12 и 13, своими входами подключенные к элементам регистрации крутильных волн 7 и 8, вычислительное устройство 14, в памяти которого находятся постоянные k1 и k2, и блок управления 15, выход которого подключен к генератору импульсов тока возбуждения 11, к усилителям-формирователям временных интервалов 12 и 13 и к вычислительному устройству 14.

Ферромагнитные волноводы 3 и 4 соединены последовательно и подключены к генератору импульсов тока возбуждения 11.

Устройство, реализующее способ преобразования линейных перемещений, работает следующим образом.

По команде от блока управления 15 усилители-формирователи временных интервалов 12 и 13 и вычислительное устройство 14 устанавливаются в исходное состояние, а на выходе генератора импульсов тока возбуждения возникает импульс напряжения, под действием которого по ферромагнитным волноводам 3 и 4 протекает импульс тока возбуждения.

В результате взаимодействий импульса тока возбуждения в волноводах 3 и 4 с полем постоянного магнита 10 в ферромагнитных волноводах 3 и 4 под постоянным магнитом возбуждаются крутильные волны (прямой эффект Видемана), которые распространяются по ферромагнитным волноводам от мест возбуждения в обе стороны со скоростями c1 и c2. Те волны, которые распространяются по ферромагнитным волноводам 3 и 4 вправо, через промежутки времени, соответственно равные

достигнут неподвижных элементов регистрации крутильных волн 7 и 8 и наведут в них импульсы э.д.с. считывания (обратный эффект Видемана). Распространяясь далее, крутильные волны демпфером 6 поглощаются.

Те волны, которые распространяются по ферромагнитным волноводам 3 и 4 влево, достигают демпфера 5 и также поглощаются им.

Импульсы э.д.с. считывания с выходов элементов регистрации крутильных волн 7 и 8 поступают соответственно на входы усилителей-формирователей временных интервалов 12 и 13, в результате чего на выходе последних возникают прямоугольные импульсы длительностью τ1 и τ2. Эти импульсы поступают на входы вычислительного устройства 14, где вычисляется искомое перемещение x по формуле (1).

В качестве неподвижных элементов регистрации крутильных волн используются преобразователи магнитного поля.

1. Способ преобразования линейных перемещений, включающий возбуждение крутильных волн в первом и во втором параллельных, имеющих одинаковые размеры, ферромагнитных волноводах, концы которых размещены в демпферах, регистрацию крутильных волн в ферромагнитных волноводах первым и вторым элементами регистрации крутильных волн, которые размещены у одного из демпферов, измерение интервалов времени распространения крутильных волн в каждом ферромагнитном волноводе от момента возбуждения до момента их регистрации, отличающийся тем, что в ферромагнитных волноводах, соединенных последовательно и подключенных к генератору импульсов тока возбуждения, одновременно возбуждают постоянным магнитом, который имеет возможность перемещаться вдоль ферромагнитных волноводов, крутильные волны на одинаковом расстоянии от мест их регистрации, а перемещение определяют по формуле

где τ1 и τ2 - интервалы времени распространения крутильных волн от момента возбуждения до момента их регистрации соответственно в первом и во втором ферромагнитных волноводах;
k1 и k2 - постоянные, равные
и
c10 и с20 - скорости крутильных волн в первом и втором ферромагнитных волноводах при температуре 20°С;
α1 и α2 - температурные коэффициенты скоростей крутильных волн первого и второго волноводов, причем материалы ферромагнитных волноводов выбирают такими, чтобы скорости крутильных волн и температурные коэффициенты скоростей крутильных волн в них были бы различными.

2. Способ преобразования перемещений по п.1, отличающийся тем, что первым и вторым элементами регистрации крутильных волн в ферромагнитных волноводах являются преобразователи магнитного поля.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области контрольно-измерительной техники и ультразвукового неразрушающего контроля и позволяет повысить достоверность и точность результатов измерений толщины изделий.

Изобретение относится к медицинской технике, а именно к устройствам для диагностирования состояния кровеносного сосуда. .

Изобретение относится к области измерения расстояний до объекта акустическими методами. .

Изобретение относится к измерительной технике и может быть применено в системах измерения линейного перемещения. .

Изобретение относится к области метрологии, в частности к средствам бесконтактного измерения расстояний, размеров и формы объектов. .

Изобретение относится к измерительной технике и может быть применено в системах измерения линейного перемещения. .

Изобретение относится к комплексам для измерения толщины стенок трубопроводов с использованием звуковых колебаний и может быть использовано для определения толщины слоя льда на внутренней поверхности пульпопровода.

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для определения длины и коррозионного состояния вертикальных элементов заземляющего устройства объектов энергоснабжения и тяговых подстанций железнодорожного транспорта.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения и контроля перемещения и скорости. .

Изобретение относится к области ультразвукового контроля и может быть использовано для измерения шероховатости поверхности трубы

Изобретение относится к области контрольно-измерительной техники и неразрушающего контроля, а именно к методам измерения толщины, определения текстурной анизотропии и напряженно-деформированного состояния конструкций и проката из черных и цветных металлов и сплавов в широком диапазоне толщин при одностороннем доступе, дефектоскопии и структуроскопии различных материалов и изделий, и предназначено для применения в металлургии, машиностроении, в авиастроении, автомобилестроении и других отраслях промышленности

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано для обнаружения взрывных устройств с часовыми замедлителями, людей, попавших под завал, при условии наличия электронного часового устройства

Изобретение относится к методам неразрушающего контроля и предназначено для определения толщины отложений на внутренних поверхностях трубопроводов

Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано для определения толщины и плотности отложений в оборудовании химических, нефтехимических предприятий, а также тепловых, геотермальных, атомных энергоустановок

Изобретение относится к технике акустических нашлемных систем позиционирования и может быть применено в устройствах, где используются данные о трех координатах положения и трех углах ориентации головы оператора, преимущественно в нашлемных системах целеуказания и индикации летательных аппаратов, в системе управления прожектором вертолета, в авиа- и автотренажерах, в системах виртуальной реальности

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения и контроля угловых многооборотных не реверсивных перемещений объекта

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для дистанционного контроля перемещения объекта измерения

Изобретение относится к измерительной технике и может найти применение для измерения параметров вибраций в различных отраслях машиностроения

Изобретение относится к устройствам неразрушающего контроля и может быть использовано для измерения высоты (толщины) металлических деталей или их износа
Наверх