Акустический измеритель зазора Советский патент 1989 года по МПК G01B17/02 

1

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к средствам бесконтактного измерения параметров вибрадий плоских поверхностей.

Целью изобретения является увели- чение чувствительности и -снижение энергоемкости за счет увеличения добротности резонатора и исключения необходимости питания устройства сжатым воздухом.

На чертеже представлена схема акустического измерителя зазора.

Акустический измеритель зазора содержит резонатор Гельмгольца в виде цилиндрического сосуда 1,- образующего полость резонатора, и горла 2 с поперечным экраном 3, предназначенным ддя взаимодействия с поверхностью контролируемого объекта 4. В дно резонатора герметично встроен источник 5 звука. Внутри цилиндрического сосуда 1 по оси резонатора размещен термоанемомет- рический полупроводниковый терморезистор 6, отстоящий от плоскости соединения горла 2 с цилиндрическим сосудом 1 на расстоянии, определяемом из соотношения

,

где D - диаметр горла 2 резонатора. Б качестве чувствительного элемента может быть применен термоанемо- метрический полупроводниковый терморезистор бусинкового типа. Источник 5 звука через регулятор 7 громкости соединен с генератором 8 звуковых

314

частот, а терморезистор 6 через струнные выводы подключен к электронному блоку 9 с индикатором.

Акустический измеритель зазора работает следукицим образом.

Создаваемое генератором 8 напряжение звуковой частоты, например 2 кГц, равной основной частоте настройки резонатора, через регулятор 7 громкости поступает на источник 5 звука, например мембранный электроакустический преобразователь, заставляя колебаться его плоскую мембрану с частотой генератора 8 с возбуждением резонатора. Синусоидальные колебания мембраны создают в полости резонатора периодические сжатия и разрежения воздуха и через горло, резонаторд протекает знакопеременная струя воздуха, направленная внутрь резонатора в полупериод прогиба мембраны наружу и направленную из полости резонатора в полупериод прогиба

риода сигнала модулируются с частотой этих колебаний и параметры колебаний - амплитуда и частота могут быть выделены в цепях обработки сигнала электронного блока 9 известными методами. Согласно теории квантования аналоговых сигналов, верхней граничной частотой хорошего различения

0 огибающе.й импульсных сигналов является половинная частота повторения импу льсов, т.е. 1 кГц, если резонатор и генератор 8 настроены на частоту 2 кГц, что вполне достаточно

5 для измерения вибраций. Поскольку термоанемометрические терморезисторы работают также при постоянной скорости омывающего их потока воздуха, для предложенного режима измерителя практически не суп1ествует нижней граничной частоты измерения вибраций.

Акустический резонанс объема воздуха в резонаторе 1 повьшает чувствительность термоанемометрического

0

Акустический измеритель зазора относится к области измерительной техники, в частности к средствам бесконтактного измерения параметров вибраций плоских объектов. Целью изобретения является увеличение чувствительности и снижение энергоемкости за счет увеличения добротности резонатора и исключения необходимости питания устройства сжатым воздухом. Положительный эффект создается за счет того, что в качестве чувствительного элемента применен термо- анемометрический полупроводниковый терморезистор, например, бусинкового типа, имеющий высокую чувствительность и малые размеры. Такой чувст- вительньй элемент не вносит потерь в полость резонатора и не вызывает возбуждения паразитных колебаний резонатора. Оптимально выбранное расстояние от терморезистора до входа .в полость, равное 3-4 диаметрам горла, позволяет реализовать максимально возможньй КПД преобразования звуковой мощности струи в полезную мощность, выходного сигнала датчика. 1 3.п. ф-лы, 1 ил. i (Л

мембраны внутрь. В первый полупериод 25 датчика 5 пропорционально добротносколебаний мембраны воздух из окружающего пространства, всасываясь внутрь, образует узкую осевую струю всасывания, эпюра скоростей которой плавно уменьшается до пуля на расстоянии около 12,4 диаметров конца горла, что хорошо изучено в теории промьш - .ленной вентиляции. В полупериод истечения воздуха из полости резонато-

ра в нем над концом горла 2 образует- - плоскому экрану 3 на горло 2 резонася укороченньи до трех диаметров гор ла спектр ско.ростей всасывания, так как подтекакщие к горлу воздушные струи расходятся от оси горла в разные стороны, прижимаясь к нижней по чертейу стенке резонатора.

Поскольку термоанемометрический терморезистор 6 размещен по оси горла, преимущественно на расстоянии

тора скорость подтекающих к горлу струй воздуха, из окружающего пространства уменьшается, уменьшается скор.ость и омывающей терморезистор 40 б осевой струи, охлаждение терморезистора. 6 уменьшается и из его выводов в электронный блок 9 поступает приращение амплитуды и фазы электрического импульсного сигнала.

i (3-4)D, он хорошо смывается втекаю- 5 несущее информацию о толщине сГ изщей в резонатор через горло струей и не омывается струей второго полупериода. При этом электрический сигнал с терморезистора приобретает им- мульсную форму однополупериодного выпрямления синусоиды частоты генератора 8, в амплитуде .и фазе импульсов которого передается информаия о величине измеряемого зазора, а являющаяся шумом амплитуда второго полупериода синусоида успешно подавляется. При колебаниях контролируемого объекта Aj HanpHN ep вибрациях оборудования, импульсы полезного полупемеряемого зазора,

С помощью регулятора 7 громкости начальная рабочая точка-зависимости

gQ величины приращения амплитуды сигнала -на выходе, терморезистора 6 устанавливается в такое положение, при котором обеспечивается устранение известной из теории полупроводникоgg вых струйных термоанемометров зоны нечувствительности с типовым перепадом давлений на концах roi)jia 2 Н/м т.е. существенное повьш1е ие чувствительности измерений.

ти резонанса. При типовой ненагруженной добротности резонатора Гельм- гольца 20 на частоте 2 кГц акустический резонанс усиливает колебатель- 30 ную скорость смывающей терморезистор 6 осевой струи в 20 раз, что эквивалентно тому же повышению чувстви- тельности измерителя.

По мере приближения объекта 4 к

тора скорость подтекающих к горлу струй воздуха, из окружающего пространства уменьшается, уменьшается скор.ость и омывающей терморезистор 40 б осевой струи, охлаждение терморезистора. 6 уменьшается и из его выводов в электронный блок 9 поступает приращение амплитуды и фазы электрического импульсного сигнала.

меряемого зазора,

С помощью регулятора 7 громкости начальная рабочая точка-зависимости

gQ величины приращения амплитуды сигнала -на выходе, терморезистора 6 устанавливается в такое положение, при котором обеспечивается устранение известной из теории полупроводникоgg вых струйных термоанемометров зоны нечувствительности с типовым перепадом давлений на концах roi)jia 2 Н/м т.е. существенное повьш1е ие чувствительности измерений.

Формула изобретения

Заказ 7494/38

Тираж 683

ЗНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

го терморезистора, размещенного на оси резонатора на расстоянии 1 от плоскости соединения горла резонатора с его полостью, определяемом из соотношения

3D. 1 4D . где D - диаметр горла резонатора.

Подписное