УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ СОСТОЯНИЯ ОБЪЕКТА Российский патент 2002 года по МПК G01L5/10 

Изобретение относится к текстильной и измерительной технике и может быть использовано для автоматического измерения и регулирования скорости движения, натяжения нитей, лент и проводников, а также для контроля скорости перемещения, давления жидких и газовых сред.

Известно устройство для контроля силы натяжения провода, включающее управляемый генератор импульсов, вход которого соединен с выходом генератора напряжения развертки, а выход - с одним из входов генератора тока; выходы которого соединены со входами аналогового сумматора. Выход аналогового сумматора через усилитель связан с первым входом компаратора, со вторым входом которого связан источник опорного напряжения. Выход компаратора соединен с одним из входов схемы совпадения, со вторым входом которой соединен выход таймера, вход таймера соединен с выходом компаратора. Выход аналогового сумматора также соединен с одним входом интегратора, второй вход которого связан со вторым входом генератора тока (см. патент РФ, 2143672, кл. G 01 L 5/10, 1999 г.).

В результате анализа известного решения необходимо отметить, что оно характеризуется низкими функциональными возможностями, обусловленными возможностью измерения параметров только гибких протяженных тел типа нитей, лент, проводов.

Известно устройство для измерения натяжения проводников, содержащее генератор возбуждения колебаний, нагруженный на индуктор, направляющие ролики, электрически соединенные с выходами фазосдвигающего устройства, вход которого подключен к выходу генератора возбуждения колебаний. Устройство также содержит индуктивный датчик, включенный в колебательный контур генератора частоты, выход которого через амплитудный детектор и усилитель соединен с преобразователем и модулятором, а последний подключен к генератору возбуждения колебаний (см а. с. СССР 605128, кл. G 01 L 5/10, 1076 г.) - наиболее близкий аналог.

В результате анализа известного устройства необходимо отметить, что оно характеризуется низкими функциональными возможностями и невысокой точностью измерения параметров.

Задачей настоящего изобретения является разработка конструкция устройства, позволяющего осуществлять контроль состояния объектов, в том числе движущихся с постоянной скоростью или ускорением, широкого диапазона с высокой точностью.

Поставленная задача обеспечивается тем, что в устройстве для контроля состояния объекта, содержащем излучатель и приемник колебаний, генератор импульсов, модулятор и усилитель, новым является то, что устройство снабжено ультразвуковым генератором, аттенюатором и регулируемой линией задержки, причем выходы генераторов соединены с модулятором, первый выход которого связан с излучателем колебаний, приемник колебаний через усилитель соединен с первыми входами введенных в устройство частотного дискриминатора и схемы сравнения, второй выход модулятора через аттенюатор соединен со входом регулируемой линии задержки и вторым входом частотного дискриминатора, а выход регулируемой линии задержки соединен со вторым входом схемы совпадения.

Устройство может быть снабжено блоком с эталонным образцом объекта, причем вход блока связан с выходом аттенюатора, а выход - со входами регулируемой линии задержки и частотного дискриминатора.

При проведении патентных исследований заявителями не обнаружены решения, идентичные заявленному, а следовательно, заявленное изобретение соответствует критерию "новизна".

Сущность заявленного изобретения, по мнению заявителей, не следует явным образом из известных технических решений, а следовательно, заявленное изобретение соответствует критерию "изобретательский уровень".

Считаем, что сведений, изложенных в материалах заявки, достаточно для практического осуществления изобретения.

Сущность изобретения поясняется схемой устройства.

Устройство для контроля состояния объекта содержит, как минимум, один ультразвуковой излучатель 1 и, как минимум, один приемник(ультразвуковой датчик) 2 ультразвуковых колебаний от излучателя 1.

Излучатель 1 соединен с первым выходом модулятора 3, первый вход которого соединен с ультразвуковым генератором (генератором качающейся частоты) 4, а второй - с генератором 5 импульсов.

Излучатель 1, модулятор 3, генераторы 4 и 5 образуют блок формирования и передачи ультразвукового сигнала (блок позицией не обозначен),
Приемник (датчик) 2 ультразвуковых колебаний соединен со входом усилителя 6, выход которого соединен с первыми входами частотного дискриминатора 7 и схемы совпадения 8.

Устройство также содержит регулируемую линию задержки 9, выход которой соединен со вторым входом схемы совпадения 8.

Приемник 2, усилитель 6, частотный дискриминатор 7, схема совпадения 8 и линия задержки 9 образуют блок приема и обработки ультразвуковых сигналов, прошедших через контролируемый объект (блок позицией не обозначен).

Второй выход модулятора 3 соединен со входом линии задержки 9 и со вторым входом частотного дискриминатора 7.

В линии соединения второго выхода модулятора 3 со входами линии задержки 9 и частотного дискриминатора 7 последовательно установлены аттенюатор 10 и блок 11 с эталонным образцом объекта.

Количество излучателей 1 и приемников 2 может быть различным и зависит от вида объекта и от контролируемых его параметров.

Конструктивное выполнение элементов устройства известно, оно не является предметом патентования и поэтому в материалах заявки не раскрыто.

Устройство для контроля состояния объекта работает следующим образом.

Работу устройства рассмотрим на примере контроля состояния нити, протягиваемой через входную 12 и выходную 13 фильеры.

При движении нити через фильеры 12 и 13, например при работе текстильного оборудования, важно знать и регулировать скорость перемещения нити, ее натяжение, фиксировать обрыв.

Для осуществления контроля в процессе перемещения нити, в последней возбуждают вынужденные ультразвуковые колебания. Для возбуждения колебаний на входы модулятора 3 подают сигналы от ультразвукового генератора 4 (с частотой f₀) и от генератора 5 прямоугольных импульсов (с периодом T≥10/f₀). Таким образом на выходах модулятора 3 формируется зондирующий сигнал, представляющий собой последовательность импульсов (например, прямоугольных), заполненных частотой (f₀).

С первого выхода модулятора 3 сформированный сигнал поступает на ультразвуковой излучатель 1, установленный в области фильеры 12 или на самой фильере, в результате чего в нити возбуждаются ультразвуковые колебания.

Частота импульсов ультразвукового генератора определяется измеряемыми параметрами объекта, его свойствами и условиями эксплуатации. Ориентация излучателя (излучателей) определяется типом вынужденных колебаний (продольные, поперечные), наиболее эффективных для использования в каждой конкретной ситуации.

Одновременно со второго выхода модулятора 3 опорный сигнал через аттенюатор 10 и, в случае необходимости, через блок 11 с эталонным образцом объекта, подается на вход регулируемой линии задержки 9 и второй вход частотного дискриминатора 7, а с выхода регулируемой линии задержки 9 - на второй вход схемы совпадения 8.

Ультразвуковой сигнал, прошедший через исследуемый объект, подвергается характерным искажениям, зависящим от таких характеристик объекта, как скорость движения, изменение скорости движения, давление, плотность, натяжение. Результатом таких изменений является допплеровский (f_д) сдвиг частоты заполнения (f₀) и изменение временных параметров зондирующего импульса, скорости прохождения последнего через объект.

В приемном устройстве сигнал, прошедший через объект, и опорный сигнал сравниваются. Выделяют сигналы рассогласования по каждому из контролируемых параметров, пропорциональные величине рассогласования. Эти сигналы могут быть использованы как для непосредственного измерения параметров, так и для систем управления состоянием объекта.

Рассмотрим процесс приема и обработки сигналов более подробно.

Для приема прошедших через объект сигналов предназначен приемник 2, имеющий ориентацию в зависимости от типа принимаемых сигналов.

С приемника 2 сигнал поступает на вход усилителя 6 и далее на первые входы элементов 7 и 8 для выделения разностных сигналов (на основе поступившего от приемника 2 и опорного).

При движении нити частота заполнения зондирующего сигнала (f₀) приобретает дополнительный сдвиг частоты (f_д), прямо пропорциональный скорости движения нити. Частотный дискриминатор 7 преобразует этот сигнал в напряжение, пропорциональное величине сдвига. Отсутствие сдвига частоты (f_д) означает, что нет движения нити, изменение сдвига частоты (f_д) свидетельствует об изменении скорости движения нити, а отсутствие приема зондирующего сигнала при наличии опорного - об обрыве нити.

Изменение натяжения нити изменяет скорость и время (t) прохождения зондирующего сигнала по нити на величину (t₀).

Усиленный сигнал от приемника 2 и сигнал опорного канала, прошедший через линию задержки, поступают на схему совпадения 8, на выходе которой формируется напряжение, пропорциональное (t₀).

Аналогично измеряются параметры газообразной и жидкой сред.

При необходимости проводить не абсолютные, а относительные измерения параметров в канал опорного сигнала может быть включен блок 11 с эталонным образцом среды с известными параметрами.

Устройство позволяет с высокой точностью контролировать параметры широкого спектра объектов, легко встраивается в конструкции и согласовывается с системами управления объектами.

Устройство относится к измерительной технике и может быть использовано для автоматического измерения и регулирования скорости движения, натяжения нитей, лент и проводников, а также для контроля скорости перемещения, давления жидких и газообразных сред. Устройство для контроля состояния объекта содержит излучатель и приемник колебаний, генератор импульсов, модулятор и усилитель, ультразвуковой генератор, аттенюатор и регулируемую линию задержки, частотный дискриминатор, схему совпадения. Устройство может быть снабжено блоком с эталонным образцом объекта. Техническим результатом изобретения является широкий диапазон контролируемых объектов и высокая точность измерений. 1 з.п.ф-лы, 1 ил.

1. Устройство для контроля состояния объекта, содержащее излучатель и приемник колебаний, генератор импульсов, модулятор и усилитель, отличающееся тем, что устройство снабжено ультразвуковым генератором, аттенюатором и регулируемой линией задержки, причем выходы генераторов соединены с модулятором, первый выход которого связан с излучателем колебаний, приемник колебаний через усилитель соединен с первыми входами введенных в устройство частотного дискриминатора и схемы сравнения, второй выход модулятора через аттенюатор соединен со входом регулируемой линии задержки и вторым входом частотного дискриминатора, а выход регулируемой линии задержки соединен со вторым входом схемы совпадения. 2. Устройство для контроля состояния объекта по п.1, отличающееся тем, что оно снабжено блоком с эталонным образцом объекта, причем вход блока связан с выходом аттенюатора, а выход - со входами регулируемой линии задержки и частотного дискриминатора.