Способ измерения длины протяженного металлического изделия

Авторы патента:

G01B7/02 - для измерения длины, ширины или толщины (G01B 7/004, G01B 7/12 имеют преимущество)

Владельцы патента RU 2656016:

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова Российской академии наук (RU)

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для бесконтактного измерения длины протяженных металлических изделий, в частности металлических труб как готовых изделий, так и при их производстве. Техническим результатом изобретения является расширение функциональных возможностей и повышение точности измерений. Способ измерения длины протяженного металлического изделия включает следующие этапы: контролируемое металлическое изделие располагают изолированно над заземленной металлической плоскостью, в совокупности проводников - протяженном металлическом изделии и данной плоскости - возбуждают на фиксированной частоте электромагнитные волны ТЕМ-типа как в отрезке длинной линии и измеряют фазовый сдвиг возбуждаемой и отраженной от конца этого отрезка длинной линии электромагнитных волн. По этому фазовому сдвигу судят о длине протяженного металлического изделия и определяют фазовую скорость электромагнитных волн на измерительном участке. Путем изменения фиксированной частоты возбуждаемых в отрезке длинной линии электромагнитных волн поддерживают постоянной величину отношения этой частоты и фазовой скорости электромагнитных волн на измерительном участке. 1 ил.

Известны механический способ измерения длины протяженных металлических изделий и реализующее его устройство (SU 313070 А1, 31.08.1971). Согласно им контролируемое изделие перемещают протяжным устройством в осевом направлении. Синхронно с этим приводят во вращение роликовый датчик пути, отсчитывая длину изделия как превышение некоторой базовой величины, обозначенной стационарными датчиками. Недостатками этих способа и устройства являются контактность измерений, часто неприемлемая на практике; громоздкость оборудования (его двойная длина); невысокие точность измерения и быстродействие. Точность измерения снижена вследствие проскальзывания изделия относительно ролика.

Известно также техническое решение (SU 442361 А1, 05.09.1974), которое содержит описание способа измерения, по технической сущности наиболее близкого к предлагаемому способу, и принятое в качестве прототипа. Согласно этому способу-прототипу, контролируемую металлическую трубу располагают изолированно над заземленной металлической плоскостью. В совокупности проводников - трубы и данной плоскости возбуждают электромагнитные колебания как в отрезке длинной линии. Измеряя колебательные характеристики отрезка длинной линии, в частности, его резонансную частоту электромагнитных колебаний, судят о длине металлической трубы. Недостатком данного способа является его ограниченные функциональные возможности, вызванные невысокой точностью измерения вследствие возможных изменений электрофизических параметров среды на измерительном участке.

Техническим результатом изобретения является расширение функциональных возможностей способа измерения вследствие повышения точности измерения длины протяженного металлического изделия.

Технический результат достигается тем, что в предлагаемом способе измерения длины протяженного металлического изделия, при котором контролируемое металлическое изделие располагают изолированно над заземленной металлической плоскостью, в совокупности проводников - протяженном металлическом изделии и данной плоскости возбуждают на фиксированной частоте электромагнитные волны ТЕМ-типа как в отрезке длинной линии и измеряют фазовый сдвиг возбуждаемой и отраженной от конца этого отрезка длинной линии электромагнитных волн, по которому судят о длине протяженного металлического изделия, определяют фазовую скорость электромагнитных волн на измерительном участке и путем изменения фиксированной частоты возбуждаемых в отрезке длинной линии электромагнитных волн поддерживают постоянной величину отношения этой частоты и фазовой скорости электромагнитных волн на измерительном участке.

Предлагаемый способ поясняется чертежом на фиг. 1.

На фиг. 1 схематично показана схема устройства для реализации способа измерения длины протяженного металлического изделия.

Устройство, реализующее способ, содержит: изделие 1, металлическую плоскость 2, генератор 3, линию связи 4, резонатор 5, фазовый детектор 6, направленные ответвители 7 и 8, регистратор 9.

Сущность предлагаемого способа состоит в следующем.

В способе-прототипе информативным параметром является резонансная частота электромагнитных колебаний отрезка длинной линии, соответствующая основному или какому-либо более высокому типу ТЕМ-колебаний (гармонике).

Согласно данному способу, для проведения измерений длины протяженного металлического изделия и рассмотрении совокупности двух протяженных проводников - контролируемой трубы и заземленной металлической плоскости - как отрезка длинной линии используют другой информативный параметр - фазовый сдвиг Δϕ падающей и отраженной от разомкнутого конца отрезка длинной линии электромагнитных волн.

При распространении электромагнитной волны вдоль отрезка длинной линии, ее отражении от разомкнутого конца отрезка длинной линии и приеме этой волны на его входе фазовый сдвиг Δϕ падающей и принимаемой электромагнитных волн выражается следующей формулой (Викторов В.А. Высокочастотный метод измерения неэлектрических величин. М.: Наука. 1978. 280 с. С. 73-74):

где ƒ - частота генератора, - фазовая скорость электромагнитной волны, с - скорость света, ε и μ - соответственно, относительное значение диэлектрической проницаемости и относительное значение магнитной проницаемости среды в пространстве, где расположены проводники рассматриваемого отрезка длинной линии, .

Как следует из соотношения (1), независимости измеряемого фазового сдвига Δϕ от фазовой скорости ν_ф электромагнитных волн, зависящей, в свою очередь, от величин ε и μ и их возможных изменений, можно достичь, если обеспечить неизменность отношения ƒ/ν_ф фиксированной частоты ƒ возбуждаемых электромагнитных волн и фазовой скорости ν_ф электромагнитных волн, то есть коэффициента от величин ε и μ. Это означает, что обеспечить неизменность отношения ƒ/ν_ф возможно, если тем или иным способом изменять частоту ƒ в зависимости от значений ε и μ:

Реально выполнить условие (2) можно следующим образом. В качестве генератора электромагнитных колебаний следует применять автогенератор, частотозадающим элементом которого является резонатор - колебательный контур, дополнительный отрезок длинной линии или объемный резонатор. При этом собственная (резонансная) частота ƒ такого резонатора определяет (задает) частоту электромагнитных колебаний генератора, которая зависит от ε и μ:

где ƒ₀=k - собственная частота резонатора при ε=μ=1.

Тогда при любых значениях ε и μ будет иметь:

Это соотношение является инвариантом по отношению к ε и μ.

Следовательно, обеспечив физически зависимость частоты ƒ зондирующих электромагнитных волн от электрофизических параметров ε и μ окружающей среды указанным выше способом, можно достичь инвариантности результатов измерения длины изделия к электрофизическим параметрам ε и μ и их возможным изменениям, то есть обеспечить стабилизацию выходной характеристики измерительных устройств, реализующих данный способ измерения.

Согласно предлагаемому способу, в рассматриваемом отрезке длинной линии, разомкнутом на концах, возбуждают электромагнитные волны типа ТЕМ. Для образования данного отрезка длинной линии, разомкнутого на концах, контролируемую трубу 1 располагают на диэлектрических опорах (они не показаны) над металлической плоскостью 2 (фиг. 1). С применением высокочастотного генератора 3 фиксированной частоты и линии связи 4 (коаксиальный кабель) в таком отрезке длинной линии возбуждают электромагнитные волны. Генератором 3 электромагнитных колебаний служит автогенератор, частотозадающим элементом которого является резонатор 5 - колебательный контур, дополнительный отрезок длинной линии или объемный резонатор. При этом собственная (резонансная) частота ƒ такого резонатора определяет (задает) частоту электромагнитных колебаний генератора, зависящую от фазовой скорости ν_ф электромагнитных волн на измерительном участке, то есть от ε и μ, и выражаемую формулой (3).

Отраженные от конца отрезка длинной линии волны, а также прямые волны (часть их мощности) подаются от генератора 3 на фазовый детектор 6. Для этой цели служат направленные ответвители 7 и 8, соответственно, для прямых и отраженных электромагнитных волн. На выходе фазового детектора 6, осуществляющего сравнение фаз прямых и отраженных волн, образуется сигнал, напряжение U которого пропорционально разности фаз Δϕ этих волн: U=acos(Δϕ+Δϕ₀). Здесь Δϕ₀ - фиксированный фазовый сдвиг в линии связи 4, направленных ответвителях 7 и 8. Коэффициент а учитывает затухание, вносимое схемными элементами. Выход фазового детектора 5 подсоединен к регистратору 9, выходной сигнал которого соответствует значению длины протяженного металлического изделия.

Для контролируемых изделий выбором фиксированной частоты генератора можно оптимизировать чувствительность такого датчика длины изделия в рабочем диапазоне ее изменения. При этом имеет место монотонность зависимости информативного параметра от этой длины. Данный способ измерения может найти применение на практике там, где требуется производить высокоточные бесконтактные измерения длины различных протяженных металлических изделий при наличии возможных изменений электрофизических параметров окружающей среды в области расположения измерительного участка, где производят измерения длины металлического изделия.

Способ измерения длины протяженного металлического изделия, в котором контролируемое металлическое изделие располагают изолированно над заземленной металлической плоскостью, в совокупности проводников - протяженном металлическом изделии и данной плоскости возбуждают на фиксированной частоте электромагнитные волны ТЕМ-типа как в отрезке длинной линии и измеряют фазовый сдвиг возбуждаемой и отраженной от конца этого отрезка длинной линии электромагнитных волн, по которому судят о длине протяженного металлического изделия, отличающийся тем, что определяют фазовую скорость электромагнитных волн на измерительном участке и путем изменения фиксированной частоты возбуждаемых в отрезке длинной линии электромагнитных волн поддерживают постоянной величину отношения этой частоты и фазовой скорости электромагнитных волн на измерительном участке.

Способ измерения длины металлической трубы // 2656007

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для бесконтактного измерения длины металлических труб как готовых изделий, так и при их производстве на металлургических, машиностроительных предприятиях.

Способ измерения толщины тонкопленочных диэлектрических материалов // 2652156

Использование: для контроля толщины тонкопленочных диэлектрических материалов. Сущность изобретения заключается в том, что размещают диэлектрический материал на поверхности предварительно оттарированного датчика контроля толщины тонкопленочных диэлектрических материалов, содержащего электроды, выполненные в виде двух плоских гребенок, имеющих зубья и основание в виде плоских прямоугольников, соединенных между собой и нанесенных на плоское диэлектрическое основание, при этом зубья одной гребенки размещают между зубьями второй гребенки с образованием равномерно чередующихся зубьев и зазоров между ними, причем ширину зазора между зубьями выполняют равной ширине зуба, с последующим определением изменения емкости датчика и толщины тонкопленочного диэлектрического материала по изменению емкости датчика, при этом с двух диаметрально расположенных углов датчика устанавливают дополнительные электроды таким образом, что на каждом упомянутом углу размещается по меньшей мере два плоских Г-образных электрода, причем внутренний Г-образный электрод образуют зубом и основанием соответствующей плоской гребенки, при этом потенциал дополнительных электродов обеспечивают по величине и знаку равным потенциалу вблизи расположенного электрода, образующего гребенку.

Устройства для индикации износа и связанные с ним сборки и способы // 2645497

Группа изобретений относится к области машиностроения. Устройство для индикации износа содержит внешний корпус, имеющий отверстие, проходящее частично через него, и датчик внутри отверстия.

Электромагнитный скважинный дефектоскоп (варианты) // 2639270

Область применения: изобретение относится к геофизическим исследованиям технического состояния нефтегазовых скважин и может быть использовано для обнаружения различных дефектов в нескольких колоннах скважин.

Способ контроля отклонений ширины проводников печатной платы от номинальных значений // 2634494

Использование: для контроля технологических процессов изготовления печатных плат. Сущность изобретения заключается в том, что способ контроля отклонений ширины проводников от номинальных значений при изготовлении печатной платы содержит расчет волнового сопротивления проводника в виде микрополосковой линии на двусторонней печатной плате при заданных значениях диэлектрической проницаемости и толщины основания платы, толщины слоя металлизации и ширины тестируемого проводника; на тестовой плате с заданными значениями диэлектрической проницаемости и толщины основания платы, толщины слоя металлизации с помощью применяемой производителем технологии изготавливают тестовый образец с тестируемым проводником заданной ширины; с помощью динамического рефлектометра измеряют волновое сопротивление тестируемого проводника; находят разность между значениями расчетного волнового сопротивления тестируемого проводника и измеренного волнового сопротивления проводника на тестовом образце печатной платы; рассчитывают коэффициент влияния относительной погрешности ширины тестируемого проводника на погрешность волнового сопротивления; относительную погрешность волнового сопротивления проводника тестового образца делят на рассчитанный коэффициент влияния, найденное результирующее значение показывает относительную производственную погрешность ширины проводника в тестируемом фотолитографическом процессе формирования проводников печатной платы; умножая относительную производственную погрешность на номинальное значение ширины тестируемого проводника, находят абсолютную производственную погрешность ширины проводников печатной платы.

Электромагнитный преобразователь // 2577083

Изобретение относится к измерительной технике, представляет собой электромагнитный преобразователь и может быть использовано при неразрушающем контроле толщины покрытия из непроводящего материала на токопроводящей подложке.

Емкостная измерительная система // 2573447

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к емкостному датчику для измерения расстояния до мишени в литографическом устройстве. Сущность: емкостная измерительная система содержит датчик (30), имеющий тонкопленочную структуру, имеющую первый изолирующий слой (34) и первую проводящую пленку, содержащую измерительный электрод (31), сформированный на первой поверхности первого изолирующего слоя (34), и вторую проводящую пленку, содержащую задний охранный электрод (35).

Устройство для определения высоты полого древесного цилиндрического изделия // 2531035

Предлагаемое техническое решение относится к измерительной технике. Техническим результатом заявляемого устройства является повышение стабильности измерения контролируемого параметра.

Измерительный стержень // 2529930

Стержень предназначен для определения положения поршня гидроцилиндра. Стержень содержит несколько установленных вдоль оси измерительного стержня и электрически соединенных между собой детекторных элемента, которые реагируют на магнитное поле магнита.

Устройство для измерения длины протяженного металлического изделия // 2656021

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для бесконтактного измерения длины протяженных металлических изделий, в частности металлических труб как готовых изделий, так и при их производстве. Техническим результатом изобретения является расширение функциональных возможностей устройства вследствие повышения точности измерения длины протяженного металлического изделия. Устройство для измерения длины протяженного металлического изделия содержит металлическую плоскость с размещенным изолированно над ней контролируемым изделием, совокупность которых образует отрезок длинной линии, генератор электромагнитных колебаний фиксированной частоты, соединенный линией связи с одним из концов отрезка длинной линии, включенные в линию связи направленные ответвители для прямой и отраженной электромагнитных волн, выход каждого из которых подсоединен к соответствующему входу фазового детектора, регистратор. При этом для достижения технического результата включены блок для измерения фазовой скорости электромагнитных волн и вычислительное устройство, выход фазового детектора соединен с первым входом вычислительного устройства, ко второму входу которого подсоединен выход блока для измерения фазовой скорости электромагнитных волн, а к выходу - регистратор. 1 ил.

Способ определения длины протяженного металлического изделия // 2656023

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для бесконтактного определения длины протяженных металлических изделий, в частности металлических труб как готовых изделий, так и при их производстве на металлургических, машиностроительных предприятиях. Сущность заявленного технического решения заключается в том, что в предлагаемом способе определения длины протяженного металлического изделия, при котором контролируемое изделие располагают изолированно над заземленной металлической плоскостью, в совокупности проводников - протяженном металлическом изделии и данной плоскости - возбуждают электромагнитные колебания ТЕМ-типа как в отрезке длинной линии, разомкнутом на концах, и в первом такте измерений измеряют резонансную частоту электромагнитных колебаний этого отрезка длинной линии, дополнительно, во втором такте измерений, измеряют резонансную частоту электромагнитных колебаний этого отрезка длинной линии при его замыкании накоротко в одном из его сечений на фиксированной длине от другого разомкнутого конца, производят совместное преобразование измеренных резонансных частот и согласно соотношению , где m=0, 1, 2, …; n=1, 2,…, по результату которого судят о длине протяженного металлического изделия. Техническим результатом изобретения является расширение функциональных возможностей способа измерения вследствие повышения точности измерения длины протяженного металлического изделия. 1 ил.