Высокочастотный датчик положения и скорости изменения положения объекта

 

(72) Авторы изобретения

В. С. Минаев и С.И. Костенко

Государственный Всесоюзный ордена Трудового Красного Знамени научно-исследовательский технологический..Институт ремонта, и эксплуатации машинно-тракторного парка (71) Заявнтель (54) ВЫСОКОЧАСТОТНЬЙ ДАТЧИК ПОЛОЖЕНИЯ

И СКОРОСТИ ИЗМЕНЕНИЯ ПОЛОЖЕНИЯ OPSEKTA

1О

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для измерения положения и скорости изменения положения объектов, например деталей работающих машин.

Известны индуктивные или емкостные с сосредоточенными параметрами датчики для измерения положения объекта (1 ).

Основной недостаток индуктивных датчиков — низкое быстродействие, а емкостных — невысокая точность из-за сильной зависимости их сигналов от изменения свойств окружающей среды (влажности, загрязнений, температуры).

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является высокочастотный (ВЧ) датчик положения и скорости изменения положения объекта, содержащий отрезок длинной линии, выполненный в виде корпуса с проводящим покрытием, потенциального проводника и диэлектрического основания, в котором закреплен потенциальный проводник.

Принцип действия такого датчика основан на измерении параметров (частоты или амплитуды) высокочастотного электромагнитного поля, возбужденного в измерительном пространстве датчика и зависящего от положения (скорости изменения положения) объекта в нем. Объект может быть диэлектриком или проводником. Преимущественный диапазон рабочих частот

50-250 мГц. Быстродействие датчикаоколо одной микросекунды, что позволяет использовать его для контроля быстропротекающих процессов f2).

Однако недостатком известного датчика являются значительные габариты и невысокая точность из-эа влияния собственных механических резонансов на электромагнитные параметры, а также из-за малости коэффициента использования отрезка длинной линии

859800 4 на излучение выс.oKo÷àñòoòíoé энергии, что ограничиваетчувствительностьдатчика

Цель изобретения — повышение точности измерения путем уменьшения влияния собственных механических резонан5 сов датчика на его электромагнитные параметры и увеличение его чувствительности, Для достижения поставленной цели потенциальный проводник выполнен в виде группы коротких проводящих стерж ней, электрически короткозамкнутых между собой на одном из концов.

На фиг.1 изображено конструктивное исполнение датчика; на фиг.2 — его поперечное сечение А-А на фиг.1; на фиг.3 — вариант схемы включения датчика при измерении положения объекта; на фиг.4 — вариант схемы его включения при измерении скорости вра2 щения объекта, на фиг.5 — представлены резонансные характеристики датчика, представляющие собой зависимость амплитуды А возбужденного ВЧ поля от его частоты f при различных положениях (А и dZ где А,1 7 С(2) объекта.

45

Датчик содержит отрезок длинной линии, состоящий из корпуса 1 с проводящим покрытием 2 и потенциального проводника, выполненного в виде группы коротких проводящих стержней 3, жестко закрепленных на общем диэлектрическом основании 4 и короткозамкнутых между собой, например провод ником, Как показывает сечение (фиг.2 ), возможно соединение стержней по спирали. Среди группы стержней 3 предусмотрены свободные стержни (с целью исключения сосредоточенных разделительных емкостей), один — для возбуждения

ВЧ колебаний в датчике, второй — для съема ВЧ сигнала. Стержни могут быть короткозамкнуты параллельно между собой, либо (для уменьшения диапазона рабочих частот) они могут быть соеди- н иены последовательно. Внутри корпуса

1 может быть размещена электронная схема в модульном исполнении, предназначенная для возбуждения и обработки ВЧ сигналов.

Датчик (1-4 ) может быть включен в частотно-задающую цепь автогенератора 5, к выходу которого подключен частотометр 6 (фиг.3). По измеренной частоте ВЧ колебаний судят в этом случае о положении объекта (расстоянии егодо датчика ).В другом варианте включения датчика электронная схема

5

40 содержит генератор 7 фиксированной высокой частоты УКВ диапазона, детектор 8 ВЧ си нала и индикатор 9, например осциллограф.

При измерении положения объекта датчик 1-4 возбуждают с помощью генератора 7 электромагнитные колебания на фиксированной частоте Г „, например, соответствующей середине падающего линейного участка его резонансной характеристики (фиг,5). После детектирования в блоке 8 колебания высокой частоты преобразуются, например, в напряжение постоянного тока, поступающее на индикатор 9.

Изменения напряжения линейно связаны с изменением положения (д 47д;1) объекта. При измерении скорости изменения положения объекта, например, скорости вращения детали (фиг.4) можно использовать неоднороднос-.ь ее формы (отверстие, выступ). В данном случае о скорости судят по длительности видеоимпульса, либо по частоте повторения его. При циклическом движении объектов с однородной формой поверхности цилиндрической, конусной, плоской (например деталей машин) о скорости можно судить по частоте осевых или поперечных колебаний положения детали.

Повьппение точности высокочастотного датчика для измерения положения и скорости изменения положения объектов в сочетании со значительным уменьшением габаритов и высоким быстродействием позволяет расширить область его применения и использовать, например, для бесконтактного точного контроля характеристик высокоскоростных механических процессов, протекающих с частотами до нескольких сот килогерц.

Формула изобретениу

Высокочастотный (ВЧ) датчик положения и скорости изменения положения объекта, содержащий отрезок длинной линии, выполненный в виде корпуса с проводящим покрытием, потенциального проводника и диэлектрического основания, в котором закреплен потенциальный проводник, о т л и ч а ю— шийся тем, что, с целью повьппения точности измерения путем уменьшения влияния собственных механических резонансов на его электромагнитные параметры и увеличения его чувствительности, потенциальный проводник

Вк фиг.2

Фиг.1 выполнен в виде группы коротких проводящих стержней, электрически короткозамкнутых между собой на одном из кон цов, а диэлектрическое основание выполнено для них общим.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

59800 6

1. Логинов В. Н. Электрические измерения механических величин. М., "Энергия", 1976, с. 34-36.

2. Викторов В.А. и др. Высокочастотный метод измерения незлектрических величин. М., "Наука", 1978, с. 240-244. фиг. 81 (прототип) .

859800

Заказ 7530/61 Тиржк 642

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Подписное

Филиал ППП Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4

Составитель С. Скрыпник

Редактор E. Лушникова Техред 3. Фанта Корректор С. Шекмар