Устройство для измерения расстояния до металлической поверхности Советский патент 1991 года по МПК G01B7/14 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для контроля малых линейных перемещений металлических поверхностей, вызванных, например, деформациями контролируемых обьектов.

Целью изобретения является повышение чувствительности устройства для измерения расстояния до металлической поверхности за счет ослабления влияния емкостей связи этого устройства с металлической поверхностью контролируемого объекта и усиления индукционного взаимодействия между ними.

На фиг.1 показана схематично конст- рукция устройства для измерения расстояния до металлической поверхности, продольное сечение; на фиг.2 - то же, вид сверху.

Устройство содержит цилиндрический корпус 1 и закрепленную на одном из его торцов диэлектрическую, выполненную, например, из ситалла пластину 2 с нанесенными на обеих ее поверхностях идентичными, соосно симметрично расположенными проводящими контурами - радиальными спиралями 3 и 4, которые имеют противоположные направления намотки и образуют электроды плоской двухрядной замедляю- щей системы. Радиальная спираль 3 соединена в центре с помощью проводника 5, проходящего через отверстие в пластине 2, а спираль А соединена с помощью проводника 6 с коаксиальным выводом 7 для пере- дачи электромагнитной энергии. С внешней стороны эта спираль 3 соединена с помощью проводника 8, проходящего через отверстие в пластине 2, а спираль 4 с помощью проводника 9 соединена с вторым коаксиальным выводом 10 для передачи электромагнитной энергии. С помощью указанных коаксиальных выводов 7 и 10 устройство подключается к блоку измерения фазового времени запаздывания замедляю- щей системы или к блоку измерения резонансной частоты (не показаны). Снаружи на поверхности спирали 3 закреплена диэлектрическая плата 11, на открытой внешней поверхности которой размещен металли- ческий экран 12, имеющий радиальную проводимость, что обеспечивается лучеобразной формой образующих экран металлических пластин. Ширина и форма пластин экрана 12 подбираются экспериментально. Разрезы между пластинами экрана могут не доходить до центра, а могут и полностью разрезать экран 12 на отдельные лучеобразные сегменты. Контролируемый обьект 13 (например, металлическая пластина) распо

0

5

5

0

5

0 5 0 45 50 55

ложен параллельно поверхности экрана 12.

Устройство работает следующим образом.

В отрезке замедляющей системы, образованном плоскими радиальными спиралями 3 и 4, возбуждается с помощью генератора элетромагнитных колебаний (не показан) поверхностная электромагнитная волна, электрическое поле которой почти полностью сосредоточено в диэлектрической пластине 2 и в диэлектрической плате 11. т е. в зоне между спиралями 3 и 4 и в области между спиралью 3 и экраном 12. Благодаря отсутствию азимутальной проводимости экрана 12 основная часть магнитного поля электромагнитной волны беспрепятственно проходит в область снаружи экрана 12 и наводит азимутальные токи в металлической поверхности объекта 13. Магнитное поле наведенных в поверхности контролируемого объекта 13 токов вычитается из маг- нитного поля, создаваемого токами в спиралях 3 и 4, что приводит к уменьшению погонной индуктивности LO этих спиралей. Благодаря наличию экрана 12, закрепленного на поверхности платы, радиальные токи в объекте 13 не возбуждаются, вследствие чего расстояние d до его поверхности не влияет на величину погонной емкости Со спиралей 3 и 4. Это позволяет повысить чувствительность измерений, так как при отсутствии экрана 12 и достаточно большом расстоянии d между объектом 13 и спиралью 3 это расстояние практически не влияет на величину погонной емкости С0 благодаря противофазному возбуждению спиралей 3 и 4, при котором электрическое поле электромагнитной волны почти полностью сосредоточенно между спиралями 3 и 4. Однако это расстояние d до поверхности объекта 13 оказывает влияние на величину погонной индуктивности Ц, которая уменьшается с уменьшением этого расстояния. Наличие изменений погонной индуктивности LO при практически неизменной погонной емкости Со, связанное с изменением расстояния d до контролируемой металлической поверхности, обуславливает изменение фазовой скорости VCp волны, равной 1 /VLo Со . Благодаря этому по изменению фазового времени запаздывания или резонансной частоты отрезка плоской замедляющей системы может быть определено изменение расстояния d. Вследствие экспоненциального распределения поля электромагнитной волны около поверхностей спиралей 3 и 4 чувствительность измерений при больших значениях d, в 5-10 раз

превышающих расстояния д между спира лями 3 и 4, оказывается незначительной. При уменьшении расстояния d до контролируемой поверхности обьектэ 13 происходит перераспределение электриче ого поля поверхностной волны, которое появляется между спиралью 3 и оиъектом 13, приводя к увеличению погонной емкости Со в случае отсутствия экрака 1 Так как уменьшение d сопровождается уменьшенном по- тонной индук.ивности l.o и увэличением погонной емкости С0, то изменение фачовой скорости 11ф оказывается меньшим, чем это имеет место при наличии экрана 12. При dЈf5 погонная емкость Со между объектом 13 и сг 1 рэлью 3 возрастает настолько, что чувствительность измерения близка к нулю. Наличие экрана 12 позволяет приближать объект 13 практически вплотную к .экрану 12, что значительно расширяет диапазон ил- меряемых перемещений контролируемого обовкта при увеличении чувстаительнооти. Таким образом, благодаря выполнению проводящих контуров устройства р виде связанных плоских радиальных спиралей и использованию экрана с радиальной проводимостью, установленного между контролируемым объектом и обращенной к нзму радиальной спиралью, обеспечивается по вышение чувствительности устройства для измерения расстояния до металлической

поверхности при расширении диапазона измеряемых им перемещений

Формула изобретен I я

Устройство лля измерения рос злнич до металлической позерхности содержа щез металлический корпус, закрепленную на одном из его торцов диэлектрическую пластину, предназначенную ,ппя установки напротив контролируемой поверхности, на- нзсенные соосно симме р 1чно на прстиио- положные поверхности пластины грсс-одящие контуоы, образующие злект роди плоской двухрядной замедляющей гис- ;смы, закрел/ енную на поверхногти проводящего контура, расположенного на внешней поверхности пластины, диэлектрическую плату и подключенный к этим контуре м блок измерения фазового времени запазди&анир или оезонанснои частоть1 за- мс-Ц ; сой системы, отличающееся те.-ч, 4io, с целью повышения чувствительности, оно снабжено экраном закрепленным на внешней поверхности диэлехгричсской платы и выпотненным в виде рас -ОА.ЦИХСЯ из обш°;о цьнтра лучеобразных м талпиче- скмх пластин, а прозодяи .ио ксыуры эамед ляющей системы выполнены а оиде радиальных плоских с. с лротивопо ложными направлениями нямотки.

12

12

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для повышения чувствительности устройства для измерения расстояния до металлической поверхности, которое содержит диэлектрическую пластину 2 с нанесенными на обеих ее поверхностях идентичными, распо1-7 ложенными соосчо симметрично проводя- шими контурами - радиальными спиралями 3 и 4, которые имеют противоположные направлений намотки и образуют электроды плоско двухрядной замедляющей системы. На поверхности спирали 3 закреппена диэлектрическая плата 11, на внешней поверхности которой со стороны объекта 13 закреплен металлический экран 12, выполненный а виде лучеобразных металлических пластин. Благодаря экрану уменьшение расстояния до поверхности объекта приводит к уменьшению погонной индуктивности. При этом величина погонной емкости остается практически неизменной, что приводит к изменению фазового времени запаздывания или изменению резонансной частоты замедляющей системы, являющимися выходными информативными параметрами данного устройства. 2 ил. 00 с I

фиг. 2