Устройство для измерениия линейных перемещений Советский патент 1988 года по МПК G01B15/02 G01N22/00 

NU

ю

оо

00

Изобретение относится к техиике измерения и регулирования линейных перемещений, а точнее к устройствам, служащим для преобразования линейных перемещений в электрический ток, и может использоваться для измерения перемещений порщней гидропневмоприводов.

Цель изобретения - расщирение диапазона измеряемых линейных перемещений и повышение точности измерений.

На чертеже приведена структурная электрическая схема устройства для измерения линейных перемещений.

Устройство для измерения линейных перемещений содержит генератор 1 высокочастотных колебаний, отрезок 2 коаксиальной линии, с наружным 3 и центральным 4 проводниками, согласованную нагрузку 5, элемент 6 связи генератора 1 с отрезком 2 коаксиальной линии, первый 7 и второй 8 зонды, выходы которых соединены соответственно с входами измерительного блока 9, выполненного в виде измерителя отношений, короткозамыкающую стенку 10 и изолирующую втулку 11. Зонд 8 может быть установлен с возможностью перемещения вдоль отрезка 2 с целью подстройки.

Устройство измерения линейных-перемещений работает следующим образом.

Перед началом работы в зависимости от требуемой величины периода выходной функции производится установка необходимой частоты генератора 1. Зонд 8 сдвигается относительно зонда 7 на величину, равную, например, четверти длины волны. При подаче тока высокой частоты от генератора 1 через элемент 6 в отрезок 2 коаксиальной линии передачи в нем (при определенном соотношении между диаметрами наружного 3 и центрального 4 проводников и длиной волны) устанавливается волна типа ТЕМ, характеризующаяся движением электромагнитной волны по оси рт- резка 2. Часть электромагнитной энергии, распространяющейся от элемента б в направлении короткозамыкающей стенки 10, поглощается в нагрузке 5. Вторая часть электромагнитной энергии, распространяющаяся от элемента 6 в сторону разомкнутого конца отрезка 2, отражается от него. В результате сложения прямой и отраженной волн в линии устанавливается стоячая волна.

Модуль амплитуды напряженности электрического и магнитного полей зависит от длины линии передачи высокой частоты, в данном случае от длины проводника 4, изменение модуля амплитуды происходит по гармоническому закону: период изменения модуля амплитуды стоячей волны равен половине длины волны переменного тока, питающего линию.

Фаза амплитуд электрического и магнитного полей стоячей волны в пределах одного периода изменения модуля амплитуды электрического или магнитного поля стоячей волны остается постоянной.

Таким образом, информация о перемещении проводника 4, а следовательно, о перемещении связанного с ним объекта, содержится в амплитуде стоячей волны электрического или магнитного поля и числе полных периодов изменения этой амплитуды относительно определенной реперной) точки.

Однако непосредственное измерение этой амплитуды сопряжено с определенными трудностями, связанными с необходимостью стабилизации выходной мощности генератора 1 и учетом потерь в линии передас чи. Для исключения этих трудностей в предлагаемом устройстве производится измерение отнощения амплитуд напряженностей стоячей волны электрического или магнитного поля в двух точках линии.

Таким образом, при движении объекта,

0 перемещения которого измеряются, движется проводник 7, а следовательно, изменяется длина линии передачи высокой частоты, образованной наружным проводником 3, изолирующей втулкой 11 и проводником 4, что, в свою очередь, вызывает периодическое изменение отношения сигналов на выходе зондов 7 и 8. Величина этого отношения и полное число периодов изменения этого отношения измеряется блоком 9. Точность измерения перемещения определя0 ется частотой генератора переменного тока и при работе последнего в сантиметровом диапазоне волн составляет десятые доли миллиметра.

Возможность оперативного изменения

5 частоты генератора I, питающего линию передачи высокой частоты, обеспечивает оперативное изменение периода выходной функции устройства от величины линейного перемещения объекта.

При использовании предлагаемого уст ройства в промышленных роботах и станках с числовым программным управлением малый вес преобразователя при большой величине перемещения позволит применять эти устройства в промышленных роботах

5 и станках с числовым программным управлением, которые имеют маломощные проводы, что, в свою очередь, позволит усовершенствовать системы управления этими устройствами, а именно перейти от циклового управления этими системами (по упо0 рам) к позиционным или контурным системам управления. Это приведет к повыще- нию точности работы этих систем. Оперативное изменение периода выходной функции позволит в ряде случаев производить обслуживание различных технологических

5 процессов без перестройки программы системы управления промышленным .роботом, что сокращает время, затрачиваемое на переналадку программ.

Формула изобретения

Устройство для измерения линейных перемещений, содержащее отрезок коаксиальной линии, короткозамкнутый на одном конце и соединенный посредством элемента связи с генератором высокочастотных, колебаний, первый зонд, установленный в отверстии, выполненном в наружном проводнике отрезка коаксиальной линии, и измерительный блок, вход которого соединен с выходом первого зонда, при этом один конец центрального проводника отрезка коаксиальной линии установлен в осевом отверстии, выполненном в короткозамыкающей стенке, и соединен с исследуемым объектом, от-

личающееся тем, что, с целью расширения диапазона измеряемых линейных перемещений и повышения точности измерений, другой конец отрезка коаксиальной линии выполнен разомкнутым, на короткозамыкающей стенке установлена введенная согласованная нагрузка, введен второй зонд, установленный на расстоянии, кратном нечетному числу четвертей длины рабочей волны, выход которого соединен с дополнительным входом измерительного блока, который выполнен в виде измерителя отнощений, при этом длина наружного проводника отрезка коаксиальной линии превыщает величину максимального перемещения исследуемого объекта.

Изобретение относится к технике измерений. Цель изобретения - расширение диапазона измеряемых линейных перемещений и повышение точности измерений. Устр-во содержит г-р 1 ВЧ-колебаний, отрезок 2 коаксиальной линии с наружным 3 и центральным 4 проводниками. согласованную нагрузку 5, эл-т 6 связи, зонды 7 и 8, измерительный блок 9, ко- роткоз а мыкающую стенку 10 и изолирующую втулку 11. При подаче тока ВЧ от г-ра 1 через эл-т 6 связи в отрезок 2 в нем устанавливается волна типа ТЕМ, характеризующаяся движением электромагнитной (ЭМ) волны по оси отрезка 2. Часть ЭМ энергии, распространяющаяся от эл-та 6 связи в направлении стенки 10, поглощается в нагрузке 5, а часть ЭМ энергии, распространяющаяся от эл-та 6 связи в сторону разомкнутого конца отрезка 2, отражается от него. В результате сложения прямой и отраженной волн в линии устанавливается стоячая волна. Информация о перемещении проводника 4 и связанного с ним объекта содержится в амплитуде стоячей волны электрического или магнитного поля и числе полных периодов изменения этой амплитуды относительно определенной (реперной) точки. Точность измерения перемещения определяется частотой г-ра 1.1 ил. i сл