УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ НАТЯЖЕНИЯ КАНАТА Российский патент 2000 года по МПК G01L5/10 

Изобретение относится к электрическим измерительным устройствам, предназначенным для измерения натяжения канатов, и может быть использовано, например, для контроля натяжения растяжек мачт и антенн, буксировочных тросов.

Известен прибор для определения усилия натяжения в тонких гибких стержнях, содержащий динамометрическое устройство в виде прямой полосы, изогнутой тонкой полосы и индикатора, которые крепятся на канате с помощью зажимов [1].

Недостатками данного прибора являются низкая точность измерения и ограниченность эксплуатационных возможностей из-за необходимости установки "нуля" при отсутствии натяжения каната.

Известно устройство, содержащее электромагнит, источник постоянного тока, датчик величины поперечного отклонения каната и устройство преобразования и индикации сигнала датчика [2]. По наличию сходных с предлагаемым устройством элементов данное устройство может быть взято в качестве прототипа.

Основными недостатками данного устройства являются низкая точность измерения из-за неучета поперечных колебаний каната и ограниченность эксплуатационных возможностей из-за необходимости установки "нуля" при отсутствии натяжения каната и из-за необходимости пропускать электрический ток по исследуемому канату.

Задачей предлагаемого изобретения является расширение эксплуатационных возможностей, повышение точности измерения натяжения каната и повышение надежности работы устройства.

Решение данной задачи достигается тем, что устройство для измерения натяжения каната, содержащее электромагнит, источник постоянного тока, датчик величины поперечного отклонения каната, устройство преобразования и индикации сигнала датчика, соединенное с датчиком, согласно изобретению, снабжено соединенным с источником постоянного тока импульсным генератором, к выходу которого подключен электромагнит, устройством синхронизации, соединенным своим входом с датчиком величины поперечного отклонения каната, а выходом - с импульсным генератором, разъемным корпусом, снабжены двумя зажимами, один из которых выполнен с возможностью жесткого закрепления на канате, а другой - с возможностью скольжения вдоль каната, при этом датчик величины поперечного отклонения каната выполнен электромагнитным, а устройство преобразования и индикации сигнала датчика выполнено в виде частотомера.

Наличие в конструкции импульсного генератора, подключенного к электромагниту, и зажимов в корпусе, выделяющих участок каната, позволяет возбуждать свободные поперечные колебания участка каната между зажимами корпуса. Частота этих колебаний однозначно зависит от величины натяжения каната. Благодаря тому, что устройство преобразования и индикации сигнала датчика выполнено в виде частотомера, производится измерение частоты возбужденных поперечных колебаний каната, что позволяет повысить точность измерения натяжения, величина которого однозначно связана с частотой колебаний, а также расширить эксплуатационные возможности устройства, так как не требуется установки "нуля" при нулевом натяжении каната.

Устройство синхронизации позволяет согласовать фазы импульса, вырабатываемого импульсным генератором, и возбуждаемых этим импульсом колебаний каната. В результате уменьшается потребление энергии от источника постоянного тока, что расширяет эксплуатационные возможности и повышает надежность работы устройства.

Выполнение датчика в виде электромагнитного повышает его чувствительность, при этом возможно уменьшить амплитуду возбуждаемых колебаний каната и уменьшить потребление электроэнергии от источника постоянного тока, что расширяет эксплуатационные возможности и повышает надежность работы устройства.

Благодаря наличию разъемного корпуса устройство может быть установлено на любом канате без нарушения конструкции, в которой используется канат, что расширяет эксплуатационные возможности устройства.

Выполнение одного из зажимов с возможностью жесткого закрепления на канате, а другого - с возможностью скольжения вдоль каната позволяет выделить на канате участок определенной длины, для которого определяется зависимость натяжения и частоты свободных поперечных колебаний, при этом установка корпуса на канат не оказывает влияния на усилие натяжения каната в процессе измерения, что позволяет повысить точность измерения.

На чертеже схематично изображено предлагаемое устройство. Разъемный корпус 1 представляет собой полый оребренный цилиндр, разрезанный по образующей на две половины. На торцах корпуса 1 имеются зажимы 2 и 3. Зажим 2 служит для закрепления корпуса 1 на исследуемом канате 4. Зажим 3 допускает продольное перемещение каната 4 относительно корпуса 1, но препятствует поперечным смещениям каната 4. Внутри корпуса 1 расположен импульсный генератор 5, выход которого подключен к электромагниту 6. Внутри корпуса 1 установлены также датчик 7 величины поперечного отклонения каната 4 и устройство синхронизации 8. Датчик 7 выполнен электромагнитным. Датчик 7 подключен к входу устройства синхронизации 8, выход которого подключен к импульсному генератору 5. Кабелем 9 импульсный генератор 5 и датчик 7 соединены соответственно с источником постоянного тока 10 и устройством 11 преобразования и индикации сигнала датчика, которые расположены вне корпуса 1 в удобном для наблюдения месте.

Работа предлагаемого устройства происходит следующим образом. Разъемный корпус 1 с помощью зажимов 2 и 3 закрепляется на канате 4. Зажим 2 закрепляется жестко, а зажим 3 установлен с возможностью скольжения вдоль каната 4. Часть каната 4 между зажимами 2 и 3 имеет определенную длину и, следовательно, определенную зависимость между величиной натяжения каната 4 и частотой поперечных свободных колебаний участка каната 4 между зажимами 2 и 3. При включении источника постоянного тока 10 импульсный генератор 5 вырабатывает периодически повторяющиеся импульсы тока. Эти импульсы поступают в электромагнит 6. В результате на канат 4 действует импульсная поперечная сила, которая периодически возбуждает свободные поперечные колебания участка каната 4 между зажимами 2 и 3. Датчик 7 преобразует поперечные колебания каната 4 в электрический сигнал той же частоты. Период повторения импульсов, вырабатываемых импульсным генератором 5, задается устройством синхронизации и равен целому числу периодов колебаний каната 4. Сигнал датчика 7 по кабелю 9 поступает в устройство 11 преобразования и индикации сигнала датчика, выполненное в виде частотомера, где измеряется частота колебаний. Шкала частотомера градуирована в единицах натяжения в соответствии с характером зависимости натяжения и частоты поперечных колебаний каната.

Измеряемая величина - натяжение - преобразуется в частоту электрического сигнала. Усилие натяжения не передается на элементы устройства. Устройство не требует установки "нуля". Устройство имеет малое энергопотребление. Устройство монтируется на канат без нарушения конструкции, содержащей канат, независимо от того, натянут он или нет. Устройство не имеет электрического контакта с канатом. Поэтому устройство позволяет получить более высокую точность измерения, расширить эксплуатационные возможности и повысить надежность работы.

Предлагаемое устройство может быть изготовлено на стандартном оборудовании и смонтировано из серийных электронных компонентов. Это подтверждает промышленную применимость предлагаемого изобретения.

Опытный образец предлагаемого устройства изготовлен в лаборатории кафедры "Механика и процессы управления" Санкт-Петербургского государственного технического университета и прошел испытания с положительным результатом.

Источники информации
1. А.с. 163736, кл. 42 K 7/02, дата опубликования 22.07.64, БИ N 13.

2. А. с. 1467117, кл. D 07 В 7/02, G 01 L 5/04, дата опубликования 23.03.89, БИ N 11 (прототип).

Изобретение предназначено для контроля натяжения растяжек мачт и антенн, буксировочных тросов. Устройство содержит разъемный корпус с двумя зажимами, один из которых жестко закреплен на канате, а другой выполнен с возможностью скольжения вдоль него. Выход импульсного генератора соединен с электромагнитом. Датчик величины поперечного отклонения каната выполнен электромагнитным. Вход устройства синхронизации соединен с датчиком величины поперечного отклонения каната, а выход - с импульсным генератором. Устройство преобразования и индикации сигнала датчика выполнено в виде частотомера и подключено к датчику величины поперечного отклонения каната. Источник постоянного тока подключен к импульсному генератору. Технический результат - расширение эксплуатационных возможностей, повышение точности и надежности устройства. 1 ил.

Устройство для измерения натяжения каната, содержащее электромагнит, источник постоянного тока, датчик величины поперечного отклонения каната, устройство преобразования и индикации сигнала датчика, соединенное с датчиком, отличающееся тем, что оно снабжено соединенным с источником постоянного тока импульсным генератором, к выходу которого подключен электромагнит, устройством синхронизации, соединенным своим входом с датчиком величины поперечного отклонения каната, а выходом - с импульсным генератором, разъемным корпусом, снабженным двумя зажимами, один из которых выполнен с возможностью жесткого закрепления на канате, а другой - с возможностью скольжения вдоль каната, при этом датчик величины поперечного отклонения каната выполнен электромагнитным, а устройство преобразования и индикации сигнала датчика выполнено в виде частотомера.