Устройство для измерения перемещений Советский патент 1986 года по МПК G01B7/00 

12

Изобретение относится к измерителной технике, а именно к средствам измерения линейных перемещений.

Цель изобретения - расширение диа пазона измерений при сохранении ли- нейной зависимости между перемещение экрана и ВЫХОДНЬЕМ сигналом устройства путем обеспечения прямой пропорциональности между перемещением экрана и величиной перекрываемой им площадки.

На фиг.1 показана принципиальная схема устройства для измерения перемещений; на фиг.2-4 - схемы расположения экрана относительно приемника в начальном (штриховые линии) и конечном (сплошные линии) положениях; на фиг.5 - расчетная схема положения экрана относительно приемника в начальном (сплошная линия) и конечном (штриховая линия) положениях.

Устройство для измерения перемеще

НИИ содержит источник 1 равномерного соответственно к уменьшению выход- электромагнитного потока, приемник ного сигнала, величина которого пря- 2 цилиндрический формы для регистра- 5 мо пропорциональна площади приемни- ции этого потока и установленный меж- ка, не перекрываемой экраном 3. ду ними с возможностью перемещения экран 3, выполненный симметрично сту- ступенчатым относительно оси, совпадающей с направлением его перемеще- 30 вен диаметру приемника, площадь пере- ния. Боковые кромки каждой из ступе- крываемого экраном потока прямо про- ней экрана параллельны его оси симметрии, передняя кромка первой ступени выполнена вогнутой по дуге окружПоскольку передняя кромка первой ступени экрана выполнена вогнутой по дуге окружности, диаметр которой рапорциональна величине перемещения экрана. Максимальное значение перемещения Д экрана (фиг.2) на первом

ности, диаметр которой равен диамет- ру приемника, а передние кромки последующих ступеней выполнены криволинейно вогнутыми. Ширина первой ступени экрана меньше радиуса приемника, ширина каждой из последующих ступеней больше ширины предыдущей ступени на величину ширины первой ступени, а экран установлен по оси приемника, причем длина Г, каждой боковой кромки определяется математи- ческим выражением

bf

а форма передней кромки последующих ступеней определяется математическим выражением

ЩГ- (b.-x)

-

,где D - диаметр приемника,

i - порядковый номер ступени; bj - ширина i-и ступени;

0

у - текущая ордината, отсчиты- ваемЛя от линии, перпендикулярной оси симметрии экрана и проходящей через середину боковой кромки пред- шествующей ступени; X - абсцисса, отсчитываемая от

оси симметрии экрана. Устройство работает следующим образом.

Источник I создает равномерный электромагнитный поток, который попадает на приемник 2, регистрирующий этот поток. Между источником 1 5 и приемником 2 установлен экран 3, жестко связываемый с объектом, перемещения которого измеряются. При перемещении экрана 3 по направлению, указанному стрелкой (Лиг.1 зк- 0 ран частично перекрывает электромагнитный поток, что приводит к уменьшению регистрируемого потока и

соответственно к уменьшению выход- ного сигнала, величина которого пря- мо пропорциональна площади приемни- ка, не перекрываемой экраном 3. вен диаметру приемника, площадь пере- крываемого экраном потока прямо про-

Поскольку передняя кромка первой ступени экрана выполнена вогнутой по дуге окружности, диаметр которой расоответственно к уменьшению выход- ного сигнала, величина которого пря- мо пропорциональна площади приемни- ка, не перекрываемой экраном 3. вен диаметру приемника, площадь пере крываемого экраном потока прямо про-

порциональна величине перемещения экрана. Максимальное значение перемещения Д экрана (фиг.2) на первом

этапе равно длине первого прямолинейного участка, т.е.

Для обеспечения прямой пропорциональности между перемещением экрана и величиной перекрываемой площади приемника (т.е. величиной выходного сигнала) передняя кромка второй ступени экрана выполнена криволинейно вогнутой. При перемещении экрана из начального положения на некоторую величину 5(фиг.5) передняя кромка экрана частично выходит за пределы контура приемника и поэтому приращение площади перекрываемого этой кромкой потока меньше на величину, равную двойной площади ,0, . Для компенсации этого уменьшения необходимо, чтобы площадь потока АСЦ1; 0, , перекрываемая передней криволинейной кромкой, была равна площади . Так как экран смещается как единое целое, то , 6

1252Ь

и ЛД1Я обс слгсчеиия ранеистна iliB ЛСС D должно ньиюлияться услопие . Из фиг .) видно, что h х-0,5Ь, и поэтому

b b -2h b -2(x-0,5b )2(b,-x).

(1)

10

Кроме Toi o, BHJUio, что

5 FF FF, F F, ;(2)

F, F,--D - F, D - ;V - (3)

F, F, D - P.D - . D - . (4)

Подставляя равенство (I)в равенство (A) и затем равенства (3) и (4) (5 в равенство (2), получают

5 -х) - /D Ордината передней криволинейной

кромки второй ступени, отсчитываемая от линии, проведенной перпендикулярно оси экрана в середине прямолинейной кромки первого участка (т.е. от оси х), определяется по формуле 25

у у, . Щ-) - х Гв( - ь

где X - абсцисса, отсчитываемая от оси экрана. Величина х изменяется в пределах 0,5bi -b . Отсюда следует что ширина второго прямолинейного участка равна 2Ь,, а максимальное значение перемещения t, , соответ- ствутошее второму этапу, получают из равенства (5), подставляя ,. В результате имеют - , .

На фиг.4 показано начальное (штриховая линия) и конечное (сплош- ная линия) положения экрана на третьем этапе измерения перемещений. Поскольку , то максимальное значение перемещений д для третьего этапа равно длине прямолинейной бо- ковой кромки второго участка, т.е.

.

На четвертом этапе измерения перемещений экран опять имеет криволи- нейную кромку, профиль которой определяется уравнением (6). На пятом этапе экран имеет прямолинейную боковую кромку и т.д.

Следовательно максимальное чис- ло ступеней п экрана зависит от соотношения диаметра применика D и ширины первого прямолинейного участка Ь

и р. И Но полому от дглеиия и/Ь, . На- iipuf-iep, если D 10 см, b 3 см,

D т т

то 3,3 и поэтому число ступеней раино .

Диапазон д И : мсрнем1,гх переметений максима.пьнъгх тначе- иий перемещений для прямолинеГшых и крино.чинеГ иых кромок экрана

10

(5

20

25

30 35

40 AS

5055

n(D A - (ib, Y

. 1

Из этой формулы, а также из принципа работы устройства следует, что ширина первой ступени -экрана должна быть Menbnie радиуса приемника, так как в противном случае число ступеней п 1 и никакого увеличения диапазона измерений не произойдет. Если ширина какой-то ступени больше диаметра приемника, т.е. Ь. D, то приемник полностью закрыт от электромагнитного потока, и поэтому величина выходного сигнала остается неизменной и не зависит от перемещения экрана. На1гменьшее значение Ь ограничено погрешностью приемника электромагнитного потока.

Формула изобретения

Устройство для измерения перемещений, содержащее источник равномерного электромагнитного потока, приемник цилиндрической формы для регистрации этого потока и установленный ними с возможностью перемещения экран, отличающееся тем, что, с целью расщирения диапазона иэмерения при сохранении линейной зависимости между перемещением экрана и выходным сигналом устройства, экран выполнен симметрично сту- пенчать М относительно оси, совпадающей с направлением его перемещения, боковые кромки каждой из ступеней параллельны оси симметрии экрана, передняя кромка первой ступени вьтол- нена вогнутой по дуге окружности, диаметр которой равен диаметру приемника, а переднке кромки последующих ступеней выполнены криволинейно вогнутыми, ширина первой ступени мень- ще радиуса приемника, ширина каждой из последующих ступеней больше ширины предыдущей ступени на величину ширины первой ступени, экран установлен по оси приемника, длина Р каждой боковой кромки определяется мате- матеическим выражением

f. b

a форма передней кромки последующих ступеней - математическим выргике- нием

у ф - х -ь /0 -А( - У5

где D - диаметр приемника;

/

1 - порядковы) помер ступени; Ь| - ширина i-й ступени; Y - текущая ордината, отсчитываемая от линии, перпендикулярной оси симметрии экрана и проходящей через середину боковой кромки предшествующей ступени;

- абсцисса, отсчитываемая от оси симметрии экрана.

/

Фкг.1

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к средствам контроля линейных перемещений. Цель изобретения - расширение диапазона измерений при сохранении линейной зависимости между перемещением экрана и выходным сигналом устройства путем обеспечения прямой пропорциональности между перемещением экрана и величиной перекрываемой им площади. Это достигается за счет выполнения экрана симметрично ступенчатым с огибающими передних кромок ступеней , выполненными криволинейно вогнутыми. Геометрические размеры ступеней экрана выбраны в Соответствии с заданными математическими выражениями. 5 ил. О)

ь.

Фнг2

Фиг.3

Фиг.

Фиг 5

Редактор М.Бланар

Составитель Б.Афонский

Техред М.Ходаиич Корректор М.Пожо

Заказ 4615/43 Тираж 670Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

„,,,e--- - -.-

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