Устройство для бесконтактного измерения линейных перемещений

Устройство для бесконтактного измерения линейных перемещений

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к приборостроению и может использоваться для бесконтактных измерений линейных перемещений тел. Цель изобретения - повышение точности измерений за счет исключения погрешностей, связанных с неточностью выполнения и установки элементов устройства. Устройство формирует разностный сигнал, пропорциональный перемещению контролируемого тела или отклонению его линейного размера от номинального значения, с помощью двух пневмоакустических двухмикрофонных элементов, устанавливаемых по разные стороны от контролируемого тела. В цепях питания мембранных акустических излучателей реализованы обратные связи по токам возбуждения и сумме токов возбуждения, что компенсирует нелинейную зависимость тока возбуждения от положения контролируемого тела и уменьшает влияние дрейфа параметров акустических излучателей на результаты измерения. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) 111) (1) С 01 В 13/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А BTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ IE(HT СССР (21) 4601146/25-28 (22) 02.11.88 (46) 30.10.90. Бюл. Р 40 (71) Ленинградский механический институт им. Маршала Советского Союза

Устинова Д.Ф. (72) А.П, Лысенко, Г.Д, Храмцов, О.С. Тораманян, И,К. Яеланкина и В.В. Лукоянов (53) 531.717(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Ф 605089, кл. G 01 D 5/56, 1977.

Высокочастотные устройства пневмоавтоматики/Под ред. И.М, Елимекова, Л.: Машиностроение, 1985, с. 29. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ БЕСКОНТАКТНОГО

ИЗМЕРЕНИЯ JIHHEfIIIHX ПЕРЕМЕЦЕНИЙ (57) Изобретение относится к приборостроению и может использоваться для бесконтактных измерений линейных перемещений тел . Цель изобретения—

Изобретение относится к приборостроению и может быть использовано для бесконтактных измерений линейных перемещений.

Цель изобретения — повышение точности измерений за счет исключения погрешностей, связанных с неточностью выполнения и установки элементов устройства.

На фиг. 1 представлена схема устройства для бесконтактного измерения линейных перемещений; на фиг. 2 — схема блока обработки данных, пример исполнения.

Устройство содержит два пневмоакустических двухмикрофонных элемен повышение точности измерений за счет исключения погрешностей, связаниых с неточностью выполнения и установки элементов устройства. Устройство формирует разностный сигнал, пропорциональный перемещению контролируемого тела или отклонению его линейного размера от номинального значения, с помощью двух пневмоакустических двухмикрофонных элементов, устанавливаемых по разные стороны от контролируемого тела. В цепях питания мембранных акустических излучателей реализованы обратные связи по токам возбуждения и сумме токов возбуждения, что ком пенсирует нелинейную зависимость тока возбуждения от положения контролируемого тела и уменьшает влияние дрейфа параметров акустических излучателей на результаты измерения.

2 з.п. ф-лы, 2 ил. та 1 и 2 тига сопло — заслонка, ко<Р торые состоят соответственно из мембранных акустических излучателей

3 и 4, коммуникационных каналов 5 и 6, заканчивающихся соплами 7 и 8, и, мембранных акустических приемников 9 и 10, датчики 11 и 12 тока, усилители

13 и 14 напряжения, усилитель 15 синфазного сигнала, генератор 16 электри- р ческих сигналов, преобразователи 17 и 18 выходного сигнала и блок 19 обработки данных, состоящий из последовательно соединенных блока 20 вычитаний и регистратора 21. Между соплами 7 и 8 коммуникационных каналов

5 и 6 установлено тело 22, перемеще1603191 ние или изменение толщины которого требуется измерить.

B пневмоакустических двухмикрофонных элементах 1 и 2 мембранные акустические излучатели 3 и 4 соеди,; иены с коммуникационными каналами .

5 и 6 так, чтобы плоскости мембран акустических излучателей 3 и 4 быпи перпендикулярны осям коммуникационных 10 каналов 5 и 6. Мембранные акустические приемники 9 и 10 установлены в ответвлении коммуникацинных каналов

5 и 6 так, чтобы мембраны акустических приемников 9 и 10 быпи параллель- 15 ны осям коммуникационных каналов 5 и б соответствующих пневмоакустических двухмикрофонных элементов 1 и 2.

Одни из выходов датчиков 11 и 12 токов подключены к входам мембранных акустических излучателей 3 и 4 соответственно, другие их выходы соединены с первыми входами усилителей 13 и 14 напряжения и с входами усилителя 15 синфазного сигнала. Выход уси- 25 лителя 15 синфазного сигнала соединен с вторыми входами усилителей 13 и 14 напряжения, Генератор 16 электрических сигналов подключен к третьему входу усилителя 14 напряжения. Выходы мембранных акустических приемников 9 и 10:соединены с входами преобразователей 17 и 18 выходных сигналов, выходы которых подключены к входам блока 20 вычитания. Выход блока 20 вычитания соединен с входом регистратора 21.

Блок 19 обработки данных может дополнительно содержать (фиг. 2) сумматор 23 и источник 24 эталонного сигнала, выходы которых подключены соответственно к первому и второму входам блока 20 сравнения, а выход последнего — к входу регистратора

21, входы сумматора 23 предназначены для подключения к выходам детекторов 17 и 18 (фиг. 1).

Устройство для бесконтактного из-: мерения малых линейных перемещений (фиг. 1) работает следующим образом.

Сигнал с выхода генератора 16 эле50 ктрических сигналов поступает на вход усилителя 14 напряжения, в котором сигнал генератора 16 суммируется с выходным сигналом датчика 12 тока и с выходным сигналом усилителя 15

55 синфазного сигнала. Одновременно выходные сигналы датчика 11 тока и усилителя 15 синфазного сигнала суммируются в усилителе 13 напряжения.

На входе усилителя 15 синфазного сигнала суммируются выходные сигналы датчиков 11 и 12 тока. При этом обратная связь по току в цепях питания мембранных акустических излучателей

3 и 4 осуществляется подключением выходов датчиков 11 и 12 тока к входам соответствующих усилителей 13 и

14 напряжения. Эти обратные связи обеспечивают работу цепей питания мембранных акустических излучателей

3 и 4 в режиме источников тока. Усилитель 15 синфаэного сигнала реализует обратную связь по сумме токов возбуждения мембранных акустических излучателей 3 и 4. Введение этой обратной связи позволяет получить на выходах усилителей 13 и 14 напряжения равные токи возбуждения, поступающие на катушки возбуждения мембранных акустических излучателей 3 и

4. Под воздействием переменного магнитного поля, создаваемого током катушки возбуждения, возникают колебания мембраны, вызывающие акустические волны в коммуникационных каналах

5 и 6. Волны давления создают на выходах мембранных акустических приемников 9 и 10 переменные модулированные напряжения U»>y (t) ° Uвык арык ответственно, амплитуда которых зависит от положения контролируемого тела 22 относительно сопл 7 и 8. Напряжения с выходов мембранных акустических приемников 9 и 10 поступают на входы детекторов 17 и 18, С выходов детекторов 17 и 18 выпрямпенные напряжения подаются на входы блока 20 вычитания. При симметричном относительно сопл 7 и 8 положении контролируемого тела 22 сигналы на выходах детекторов 17 и 18 равны. При этом сигнал на выходе блока 20 вычитания равен нулю. При смещении контролируемого тела 22 в направлении, совпадаю щем с направлением осей коммуникационных каналов 5 и б, напряжение на выходе одного из мембранных акустических приемников 9 и 10 сигналов увеличивается на ДП, а на выходе другого уменьшается на ДП, В результате на выходе блока 20 вычитания вырабатывается сигнал, пропорциональный удвоенному значению приращения напря» жения 2ДУ.

I .Ф

Если обозначить передаточные функ ции усилителей мощности У (р) К, ю

5 16 W g,(p); W<(p) = К W e (р), где К...

К ° — коэффициенты усиления усилите г лей 13 и 14 напряжений; We,(р), W, (p) — передаточные функции катушек .возбуждения мембранных акустических излучателей 3 и 4, тогда токи возбуждения мембранных акустических из лучателей 3 и 4 I, (р), Т (р) определяются выражениями: х, <р) = и, (р) и, Ср) — и, (р)); (1)

Ig(p) = wg(p) LU2(p) vc(p)) 1(2) где U,(р), Бг(р) — напряжения на входах усилителей 13 и 14 напряжения, подаваемые с выхода генератора 16 электрических сигналов;

U (р) — синфаэное напряжение на выходе усилителя 15.

Синфазное напряжение определяется следующим выражением: р (р) = », (» z,(ð) + » x,(p)),(3) где Кс — коэффициент усиления усилителя 15 синфазного сигнала;

К,К вЂ” коэффициенты передачи дат 1 2 чиков 11 и 12 тока.

При выполнении условий К К, М

".И (p) > "р KC g2Wg(p) р

= К, U,-- О из выражений (1) — (3) получают следующие выражения для токов возбуждения мембранных акустических излучателей 3 и 4:

I (р) = -W (р) W (р) — — — — — — (4)

Пг ()

И,(p)+W,(p)

I (р) = — — < — V,(ð). (5)

W<()Wz()

W, (р)+ г(р)

Анализ выражений (4) и (5) показывает, что передаточные функции каналов передачи по токам I и I z пневмоакустических излучателей идентичны и отличаются только знаком. Следовательно, введение в устройство датчиков 11 и 12 тока, усилителя 15 синфазного сигнала и усилителей 13 и 14 напряжения с их взаимосвязями симметрирует каналы регулирования, как в статике (при 4) = О), так и в динамике. Это означает, что, несмотря на возможные отличия, как в статических, так и в динамических свойствах мембранных акустических излу- чателей 3 и 4, амплитудно-частотные и фазочастотные характеристики кана03191 6

55 лов одинаковые. В статике (при Ы= О) одинаковыми становятся их коэффициенты передачи, что обеспечивает пропорциональность токов возбуждения мембранных акустических излучателей 3 и

4 выходному напряжению генератора 16 электрических сигналов, а также токи по величине, но с противоположными знаками, При этом входное напряжение генератора 16 электрических сигналов достаточно подавать на вход только одного из усилителей напряжения.

Устройство для бесконтактного измерения линейных перемещений с блоком

19 обработки данных, выполненным по фиг. 2, работает следующим образом.

Пневмоакустические двухмикрофонные элементы 1 и 2 устанавливаются так, чтобы обеспечить заданный размер контролируемого тела 22.. При этом источник 24 эталонного сигнала вырабатывает зталонньп сигнал U» соответствующий заданному размеру. Воз-. никновение волн давлений в коммуникационных каналах 5 и 6 и формирование выходных сигналов V qb, и Ueb, !

Х1 на выходах детекторов 17 и 18 (фиг.1} происходит аналогично р а с смотр ен ному, При соответствии линейного размера контролируемого тела 22 заданному на выходах детекторов 17 и 18 возникают напряжения, сумма которых постоянна: завью.+ Ueb».= coT1$5 ° величина напряжения инвариантна к положению контролируемого тела относительно сопл 7 и 8; необходимо, чтобы контролируемый линейный размер располагался в плоскости осей коммуникационных каналов 5 и 6. Сигналы

Uâb „р Vâ bû . поступают На входы с а тора 23 и суммируются. Сигнал с выхода сумматора 23 (фиг. 2) поступает на первый вход блока 20 сравнения, в котором он сравнивается с эталонным сигналом U,,В данном случае равенство сравниваемых сигналов определяет отсутствие выходного сигнала на выходе блока 20 сравнения, что регистрируется с помощью регистратора 21. При отклонении контролируемого размера от заданного либо в сторону увеличения, либо в сторону уменьшения приводит либо к увеличению, либо к уменьшению суммы напряжений с выходов детекторов 15 и 16, что вызывает изменение выходного сигнала сумматора 23 и появление выходного сигнала, отличного от нуля, на выходе блока 20 сравнения, которьп» ре1603191 гистрируется регистратором 21. Следовательно, последний показывает ве личину, пропорциональную отклонению линейного размера контролируемого тела от;заданного, что позволяет осуществить отбраковку, например, каких-либо серийно выпускаемых изделий по заданному линейному размеру или контролировать линейный размер в процессе изготовления изделия.

Изобретение позволяет повысить точность измерений за счет уменьшения погрешностей, вызываемых возможным нарушением точности установки оси 15 коммуникационных каналов перпендикулярно поверхности контролируемого тела, и уменьшения влияния изменения параметров окружающей среды. Введение обратной связи по току в цепях пита» ния мембранных акустических излучателей 3 и 4, реализуемой с помощью датчиков 11 и 12 тока, позволяет повысить точность измерений за счет исключения погрешности измерений, обусловленной нелинейной зависимостью тока возбуждения мембранного акустического излучателя от положения контролируемого тела.

Введение обратной связи по сумме токов возбуждения мембранных акусти. ческих излучателей 3 и 4, реализуемой с помощью усилителя 15 синфазного сигнала, обеспечивает автоматическое поддержание равенства токов возбуждения обоих мембранных акустических излучателей независимо от положения контролируемого тела, что симметрирует каналы питания мембран40 ных акустических излучателей и приводит к повышению точности измерений малых линейных перемещений эа счет исключения влияния разброса и дрейфа параметров катушек возбуждения мембранных акустических излуча45 тел ей.

Кроме того, симметрирование статических и динамических характеристик.

I каналов формирования токов возбуждения мембранных: акустических из-

50 лучателей 3 и 4 позволяет иси ючить трудоемкую операцию подбора их по одинаковым характеристикам, которые могут существенно отличаться т даже в пределах одной партии, Введение в блок 19 обработки дан

55 ных сумматора 23 и источника 24 эталонного сигнала позволяет использовать предлагаемое устройство в качестве калибра внешнего линеиного размера в направлении осей коммуникационных каналов 5 и 6 двух пневмоакустических двухмикрофонных элементов 1 и 2, установленных соосно, что расширяет функциональные возможности устройства, Формула из о бр етения

1. Устройство для бесконтактного измерения линейных перемещений, содержащее генератор электрических сиг-! налов и двухмикрофонный пневмоакустический элемент, выполненный иэ мембранного акустического излучателя и коммуникационного канала, заканчи вающегося соплом, мембранный акустический излучатель соединен с коммуникационным каналом так, чтобы его ось была перпендикулярна плоскости мембраны акустического излучателя„ мембранный акустический приемник ус1ановлен в ответвлении коммуникационного канала так, чтобы мембрана акустического приемника была параллельна оси коммуникационного канала, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с целью повьппения точности измерений, оно снабжено вторым пневмоакустическим двухмикрофонным элементом, коммуника-. ционный канал которого расположен соосно и встречно с коммуникационным каналом первого с зазором между соплами, предназначенным для размещения в нем контролируемого тела, для каждого из двух пневмоакустических двухмикрофонных элементов устройство снабжено усилителем напряжения, датчиком тока, вход которого соединен с выходом соответствующего усилителя напряжения, один выход датчика тока подключен к входу мембранного акустического излучателя, а другой выход датчика тока соединен с первым входом соответствующего усилителя напряжения, усилителем синфазного сигнала, входы которого подключены к другим выходам первого и второго датчиков тока, а выход усилителя синфазного сигнала соединен с вторыми входами первого и второго усилителей напряжения, двумя детекторами, входы каждого из которых подключены к выходам мембранных акустических приемников первого и второго пневмоакустических двухмикрофонных элементов, блоком обработки данных, первый и второй входы которого соединены с выходами соот1603191

Фиг. 1 ветствующих детекторов, а генератор электрических сигналов подключен к третьему входу одного из двух усилителей напряжения.

2. Устройство по п. 1, о т л и— ч а ю щ е е с я тем, что блок обработки данных выполнен из последовательно соединенных блока вычитания и регистратора, входы блока вычитания служат первым и вторым входами блока обработки данных.

3. Устройство по п. 1, о т л и— ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения функциональных возможнос5 тей устройства, блок обработки данных выполнен из последовательно соединенных сумматора, блока сравнения и регистратора и источника эталонного сигнала, выход которого подключен к второму входу блока сравнения, входы сумматора служат первым и вторым входами блока обработки данных.

1603191

Составитель Г. Максимочкин

Редактор А. Orap Техред М.Ходанич Корректор М. Максимишинец Заказ 3376 Тираж 477 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101