СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ЛИНЕЙНЫХ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ Российский патент 1999 года по МПК G01B17/00 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для повышения точности в магнитострикционных преобразователях перемещения.

Известен способ измерения перемещений, основанный на измерении времени прохождения ультразвуковой волны по волноводу из магнитострикционного материала от зоны возбуждения до зоны считывания [1].

Недостатком этого способа является невысокая точность, обусловленная затуханием ультразвуковой волны в волноводе.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является способ измерения линейных перемещений, реализуемый в преобразователе линейных перемещений [2], в котором величина тока элемента возбуждения определяется величиной амплитуды импульса ультразвуковой волны, принимаемого элементом считывания.

Однако реализация данного способа приводит к уменьшению помехоустойчивости из-за необходимости операции измерения амплитуды принимаемого элементом считывания импульса ультразвуковой волны, что вызывает снижение точности измерений.

Задачей изобретения является повышение точности.

Поставленная задача решается тем, что при измерении линейных перемещений измеряют время распространения ультразвуковой волны от неподвижного элемента возбуждения до подвижного элемента считывания, соединенного с контролируемым объектом, и по значению этого времени судят о величине линейного перемещения объекта, перед измерением времени распространения ультразвуковой волны устанавливают подвижный элемент считывания на самое близкое расстояние к неподвижному элементу возбуждения и измеряют образцовую длительность импульса ультразвуковой волны, а после перемещения подвижного элемента считывания вместе с контролируемым объектом на измеряемое расстояние перед каждым измерением времени распространения ультразвуковой волны измеряют рабочую длительность импульса ультразвуковой волны, вычитают ее из образцовой длительности и по значению полученной разности определяют величину тока подвижного элемента возбуждения. Кроме того, перед каждым циклом измерения в приемной части устанавливают пороговое напряжение, в k раз большее напряжения шума, где k - коэффициент, определяемый требованиями к помехоустойчивости, а результирующее время распространения ультразвуковой волны от зоны возбуждения до зоны считывания t_x, пропорциональное измеряемому перемещению, определяют из выражения

где
t'_i и t''_l - моменты срабатывания порогового устройства приемной части при приеме импульсов ультразвуковой волны соответственно передним и задним фронтам этих импульсов;
n - число импульсов ультразвуковой волны, определяемое требованиями к точности и быстродействию.

Способ осуществляется следующим образом.

Сначала в приемной части измеряется напряжение шума, а затем выставляется пороговое напряжение, равное kU_шума, где k - коэффициент, определяемый требованиями к помехоустойчивости. Эта операция повторяется перед каждым циклом измерения. После того, как подвижный элемент считывания установлен на самое близкое расстояние к неподвижному элементу возбуждения, в звукопроводе возбуждается импульс ультразвуковой волны с определенной амплитудой и измеряется значение образцовой длительности принимаемого импульса ультразвуковой волны. Это производится всего один раз - в самом начале работы. Далее следует цикл измерения, который включает в себя операцию подстройки и операцию измерения.

Операция подстройки заключается в поддерживании постоянной длительности импульса ультразвуковой волны, принимаемого элементом считывания, за счет изменения амплитуды излучаемого сигнала, т.е. после того, как подвижный элемент считывания переместился вместе с контролируемым объектом на измеряемое расстояние, элементом возбуждения в звукопроводе возбуждается импульс ультразвуковой волны, а в приемной части измеряется его длительность, значение которой потом вычитается из значения образцовой длительности, и величина тока элемента возбуждения определяется значением этой разности.

После этого проводится операция измерения, во время которой излучается пачка из n импульсов (где n -число импульсов, определяемое требованиями к точности и быстродействию) и измеряются интервалы времени от момента возбуждения этих импульсов до моментов срабатывания порогового устройства приемной части по передним (t₁, t₂....,t_n) и по задним фронтам (t₁, t₂..., t_n) этих импульсов (фиг. 1).

Результат измерения - время распространения ультразвуковой волны от зоны возбуждения до зоны считывания (t_x), пропорциональное измеряемому перемещению, определяется из формулы

Благодаря такой последовательности операций измерения и вычисления предлагаемый способ позволяет значительно повысить точность ультразвуковых преобразователей, во-первых, за счет уменьшения погрешности измерения времени распространения ультразвуковой волны в раз, а во-вторых, за счет компенсации погрешности, вызванной затуханием импульсов ультразвуковой волны в звукопроводе.

Компенсация этой погрешности достигается тем, что ток элемента возбуждения определяется разностью образцового значения длительности импульса ультразвуковой волны, принимаемого элементом считывания, и рабочего значения длительности импульса ультразвуковой волны, принимаемого элементом считывания, измеренных соответственно при нахождении подвижного элемента считывания в непосредственной близости от неподвижного элемента возбуждения и когда подвижный элемент считывания уже переместился вместе с контролируемым объектом на измеряемое расстояние. При таких условиях измерения длительностей импульсов ультразвуковой волны, принимаемых элементом считывания, по значению разности этих длительностей можно судить об изменении длительности принимаемых импульсов ультразвуковой волны в зависимости от положения подвижного элемента считывания относительно неподвижного элемента возбуждения, т. е. о величине затухания импульсов ультразвуковой волны в зависимости от расстояния, проходимого этими импульсами от зоны возбуждения до зоны считывания. Т. е. в конечном итоге, ток элемента возбуждения определяется величиной затухания импульсов ультразвуковой волны в звукопроводе.

Источники информации.

1. Домрачев В.Г., Матвеевский В.Р., Смирнов Ю.С. Схемотехника цифровых преобразователей перемещений: Справочное пособие. - М.: Энергоатомиздат, 1987.

2 Авторское свидетельство СССР N 1394033, опубликовано 07.05.88, Бюл. N 17.

Изобретение относится к технике измерений и предназначено для использования при реализации магнитострикционных преобразователей перемещения. Согласно предложенному способу измеряют время распространения ультразвуковой волны (УЗВ) от неподвижного элемента возбуждения до подвижного элемента считывания, соединенного с контролируемым объектом, и по значению этого времени судят о величине линейного перемещения объекта. Перед измерением времени распространения УЗВ устанавливают подвижной элемент считывания на самое близкое расстояние к неподвижному элементу возбуждения и измеряют образцовую длительность импульса УЗВ. После перемещения подвижного элемента считывания вместе с контролируемым объектом на измеряемое расстояние перед каждым измерением времени распространения УЗВ измеряют рабочую длительность импульса УЗВ, вычитают ее из образцовой длительности и по значению полученной разности определяют величину тока подвижного элемента возбуждения. Способ обеспечивает повышенную точность измерений. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ измерения линейных перемещений, согласно которому измеряют время распространения ультразвуковой волны от неподвижного элемента возбуждения до подвижного элемента считывания, соединенного с контролируемым объектом, и по значению этого времени судят о величине линейного перемещения объекта, отличающийся тем, что перед измерением времени распространения ультразвуковой волны устанавливают подвижной элемент считывания на самое близкое расстояние к неподвижному элементу возбуждения и измеряют образцовую длительность импульса ультразвуковой волны, а после перемещения подвижного элемента считывания вместе с контролируемым объектом на измеряемое расстояние перед каждым измерением времени распространения ультразвуковой волны измеряют рабочую длительность импульса ультразвуковой волны, вычитают ее из образцовой длительности и по значению полученной разности определяют величину тока подвижного элемента возбуждения. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что перед каждым циклом измерения в приемной части устанавливают пороговое напряжение, в k раз большее напряжения шума, где k - коэффициент, определяемый требованиями к помехоустойчивости.

3 Способ по п.1, отличающийся тем, что результирующее время распространения ультразвуковой волны от зоны возбуждения до зоны считывания t_x, пропорциональное измеряемому перемещению, определяют из выражения

где t'_i и t''_i - моменты срабатывания порогового устройства приемной части при приеме импульсов ультразвуковой волны соответственно передним и задним фронтами этих импульсов;
n - число импульсов ультразвуковой волны, определяемое требованиями к точности и быстродействию.