Акустический измеритель зазора

Акустический измеритель зазора

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Акустический измеритель зазора относится к области измерительной техники, в частности к средствам бесконтактного измерения параметров вибраций плоских объектов. Целью изобретения является увеличение чувствительности и снижение энергоемкости за счет увеличения добротности резонатора и исключения необходимости питания устройства сжатым воздухом. Положительный эффект создается за счет того, что в качестве чувствительного элемента применен термоанемометрический полупроводниковый терморезистор, например, бусинкового типа, имеющий высокую чувствительность и малые размеры. Такой чувствительньй элемент не вносит потерь в полость резонатора и не вызывает возбуждения паразитных колебаний резонатора. Оптимально выбранное расстояние от терморезистора до входа .в полость, равное 3-4 диаметрам горла, позволяет реализовать максимально возможньй КПД преобразования звуковой мощности струи в полезную мощность, выходного сигнала датчика. 1 3.п. ф-лы, 1 ил. i (Л

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

ÄÄSUÄÄ14 6 82

А1 (50 4 С о1 В 17/02

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

H АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГННТ СССР (21) 4267148/25-28 (22) 23,06.87 (46) 07.02.89. Бюл. ¹ 5 (71) Ленинградская лесотехническая академия им. С.М. Кирова .(72) П.М. Сунгуров и .В.Ф. Лукашевич (53) 620. 1 76. ) 6 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 1224577, кл. G 01 В 17/02, 1984. (54) АКУСТИЧЕСКИЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ ЗАЗОРА (57) Акустический измеритель зазора относится к области измерительной техники, в частности к средствам бесконтактного измерения параметров вибраций плоских объектов. Целью изобретения является увеличение чувствительности и снижение энергоемкости за счет увеличения добротности резонатора и исключения необходимости

Изобретение относится к измери— тельной технике, в частности к средствам бесконтактного измерения пара- . метров вибраций плоских поверхностей.

Целью изобретения является увели- чение чувствительности и .снижение энергоемкости за счет увеличения добротности резонатора и исключения необходимости питания устройства

I сжатым воздухом, На чертеже представлена схема акустического измерителя зазора.

Акустический измеритель зазора содержит резонатор Гельмгольца в виде цилиндрического сосуда 1,. образующего полость резонатора, и горла

2 с поперечным экраном 3, предназначенным дЛя взаимодействия с по- питания устройства сжатым воздухом.

Положительный эффект создается за счет того, что в качестве чувстви- тельного элемента применен термоанемометрический полупроводниковый терморезистор, например, бусинкового типа, имеющий высокую чувствительность и малые размеры. Такой чувствительный элемент не вносит потерь в полость резонатора и не вызывает возбуждения паразитных колебаний резонатора. Оптимально выбранное расстояние от терморезистора до входа в полость, равное 3-4 диаметрам горла, позволяет реализовать макси— мально возможный КПД преобразования

1 звуковой мощности струи в полезную мощность выходного сигнала датчика.

1 з.п. ф-лы, 1 ил, 2 верхностью контролируемого объекта

4. В дно резонатора герметично встроен источник 5 звука, Внутри цилиндрического сосуда 1 по оси резонатора размещен термоанемометрический полупроводниковый терморезистор 6, отстоящий от плоскости соединения горла 2 с цилиндрическим сосудом 1 на расстоянии, определяемом из соотношения

Зрi1<4ð, где D — диаметр горла 2 резонатора.

В качестве чувствительного элемента может быть применен термоанемометрический полупроводниковый терморезистор бусинкового типа. Источник

5 звука через регулятор 7 громкости соединен с генератором 8 звуковых

1456782 частот, а терморезистор 6 через струнные выводы подключен к электронному блоку 9 с индикатором.

Акустический измеритель зазора

5 работает следующим образом.

Создаваемое генератором 8 напряжение звуковой частоты, например

2 кГц, равной основной частоте настройки резонатора, через регулятор

7 громкости поступает на источник 5 звука, например мембранный электроакустический преобразователь, заставляя колебаться его плоскую мембрану с частотой генератора 8 с возбужде- 15 нием резонатора. Синусоидальные колебания мембраны создают в полости резонатора периодические сжатия и разрежения воздуха и через горло резонатора протекает знакопеременная ?р струя воздуха, направленная внутрь резонатора в полупериод прогиба мембраны наружу и направленную из полости резонатора в полупериод прогиба мембраны внутрь. В первый полупериод 25 колебаний мембраны воздух из окружающего пространства, всасываясь внутрь, образует узкую осевую струю всасывания, зпюра скоростей которой плавно уменьшается до нуля на расстоянии 30 около 12,4 диаметров конца горла, что хорошо изучено в теории промышленной вентиляции. В полупериод истечения воздуха из полости резонатора в нем над концом горла 2 образуется укороченный до трех диаметров горла спектр скоростей всасывания, так как подтекающие к горлу воздушные струи расходятся от оси горла в разные стороны, прижимаясь к нижней по 4р чертейу стенке резонатора, Поскольку термоанемометрический терморезистор 6 размещен по оси горла, преимущественно на расстоянии

1=(3-4)D, он хорошо смывается втекаю- 45 щей в резонатор через горло струей и не омывается струей второго полупериода. При зтам электрический сигнал с терморезистора приобретает иммульсную форму однополупериодного выпрямления синусоиды частоты генератора 8, в амплитуде и фазе импульсов которого передается информаия о величине измеряемого зазора, а являющаяся шумом амплитуда второго полупериода синусоида успешно подавляется. При колебаниях контролируемого объекта 4, например вибрациях оборудования, импульсы полезного полупериода сигнала модулируются с частотой этих колебаний и параметры колебаний — амплитуда и частота могут быть выделены в цепях обработки сигнала электронного блока 9 известными методами. Согласно теории квантования аналоговых сигналов, верхней граничной частотой хорошего различения огибающей импульсных сигналов является половинная частота повторения импульсов, т.е. 1 кГц, если резонатор и генератор 8 настроены на частоту 2 кГц, что вполне достаточно для измерения вибраций. Поскольку термоанемометрические терморезисторы работают также при постоянной скорости омывающего их потока воздуха, для предложенного режима измерителя практически не существует нижней граничной частоты измерения вибраций.

Акустический резонанс объема воздуха в резонаторе 1 повышает чувствительность термоанемометрического датчика 5 пропорционально добротности резонанса. При типовой ненагруженной добротности резонатора Гельмгольца 20 на частоте 2 кГц акустический резонанс усиливает колебательную. скорость смывающей терморезистор

6 осевой струи в ?О раз, что эквивалентно тому же повышению чувствительности измерителя °

По мере приближения объекта 4 к плоскому экрану 3 на горло 2 резонатора скорость подтекающих к горлу струй вбздуха.из окружающего пространства уменьшается, умепьшается скорость и омывающей терморезистор

6 осевой струи, охлаждение терморезистора 6 уменьшается и из его выводов в электронный блок 9 поступает приращение амплитуды и фазы электрического импульсного сигнала, несущее информацию о толщине 1 измеряемого зазора.

С помощью регулятора 7 громкости начальная рабочая точка зависимости величины приращения амплитуды сигнала на выходе терморезистора 6 уста— навливается в такое положение, при котором обеспечивается устранение известной из теории полупроводниковых струйных термоанемометров зоны нечувствительности с типовым перепа2 дом давлений на концах горла (2 H fM т. е. существенное повышенш» чувствительности измерений, 1456782

Ф о р м у л а и з о б р е т е н и я

Составитель В. Евстратов

Редактор Г. Волксва Техред 1!1.Ходанич Корректор Г. Решетник

Заказ 7494/38 Тираж 683 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям прн ГКНТ СССР

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

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, уи. Проектная, 4

1 . Акус тическ ий измеритель заз ора, содержащий резонатор Гельмгольца, закрепленный в его дне источник звука и размещещь и в полости резонатора чувствительный элемент, о т— л и ч а ю шийся тем, что, с целью увеличения чувствительности и 10 снижения энергоемкости, чувствительный элемент выполнен в виде термоанемометрического полупроводниковоro терморезистора! размещенного на оси резонатора на расстоянии 1 от плоскости соединения горла резонатора с его полостью, определяемом из соотношения

30< 1 (4D где D — диаметр горла резонатора.

2. Измеритель по п. 1, о т л и— ч а ю щ и Й с я тем, что в качестве чувствительного элемента использован термоанемометрический полупроводниковый терморезистор бусинкового типа.