Способ измерения линейных перемещений Советский патент 1992 года по МПК G01B17/00 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для повышения точности логометрических преобразователей измерительной информации.

Известен способ измерения перемещений, основанный на измерении времени прохождения ультразвукового импульса по ферромагнитному проволочному волноводу от катушки возбуждения до приемной катушки.

Недостатком этого способа является невысокая точность, обусловленная изменением скорости распространения ультразвука по звуководу под воздействием дестабилизирующих факторов, например температуры.

Известен способ компенсации погрешностей ультразвуковых преобразователей, основанный на одновременном синхронизированном излучении ультразвуковых рабочих и реперных импульсов, при этом при изменении параметров окружающей среды, вырабатывается сигнал ошибки, которым изменяют частоту синхронизирующих импульсов и период рабочих и реперных ультразвуковых импульсов, причем отношение этого периода к длительности реперного прямоугольного импульса оставляют постоянным.

Недостатком этого способа является сложность его реализации.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является способ измерения линейных перемещений, заключающийся в том, что на звукопроводе установлена дополнительная приемная катушка таким обра.юм, что приемные катушки расположены по краям звукопровода, подвижная катушка является возбуждающей и перемещается между приемными каSi

СА) Ю

О

тушками, а информацией об измеряемом перемещении служит отношение интервала времени прохождения ультразвука от катушки возбуждения до измерительной приемной катушки к сумме интервалов времени прохождения ультразвука от катушки возбуждения до измерительной приемной катушки и от катушки возбуждения до дополнительной приемной катушки.

Однако реализация такого алгоритма преобразования приводит к появлению погрешности нелинейности из-за наличия адекватных погрешностей в измерительном и дополнительном интервалах, обусловленных дополнительными задержками из-за переходных процессов в катушке возбуждения и приемных катушках, задержками в соединительных кабелях, усилителях и формирователях импульсов возбуждения и считывания, электронных схем дальнейшего аналого-цифрового преобразования.

Цель изобретения - повышение точности.

Это достигается тем, что перед измерением устанавливают подвижную катушку поочередно в двух произвольно заданных точках на звукопроводе, в каждой точке возбуждают ультразвуковую волну и измеряют ее распространение до приемных катушек, рассчитывают величину смещения основ- ной и дополнительных приемных катушек по формуле

L.li-X2- -xV

tx1 + tyfХ2 - Х1

где К - масштабный коэффициент;

txi, tyi - измерительный и дополнительный интервалы времени в первой точке измерения;

tx2 измерительный интервал времени во второй точке измерения;

xi, X2 - расстояние между подвижной катушкой и неподвижной измерительной катушкой в первой и второй точках измерения соответственно, основную и дополни- тельную приемные катушки перед измерением устанавливают в соответствии с полученным смещением так, что знак плюс соответствует смещению и возбуждающей катушке, а знак минус - от нее,

На чертеже изображен ультразвуковой преобразователь иллюстрирующий предлагаемый способ. Преобразователь содержит звукопровод 1, подвижную катушку 2 возбуждения, измерительную приемную ка- тушку 3, дополнительную приемную катушку 4, постоянные магниты 5, демпферы 6.

Подвижную катушку 2 возбуждения перемещают в левую крайнюю точку диапазо

0 5 0

5 0

5

с Q

е

0

на на расстоянии xi от катушки 3 и yi от катушки 4 измеряют интервалы времени распространения ультразвука tx1 и ty1.

Затем катушку 2 помещают в правую крайнюю точку диапазона на расстоянии ха от катушки 3 и у2 от катушки 4 и вновь производят измерение интервалов времени

txi И Ту2.

Тогда результаты измерения с учетом линейного эквивалента Ах аддитивной составляющей погрешности измерительного интервала времени

Ах Тзад V,

где т.зад - дополнительные задержки времени в измерительном канале;

v - скорость ультразвука;

равны соответственно

xi+Ax , k -txi; (1)

Х2 + А X

txi +ty1

k

tx2 ,

(2)

tx2 + ty2

Умножив первое уравнение системы на Х2, а второе - на хч получим

Х1 Х2 + Д X Х2 I7-т- txi Х2 , (3)

txi+ty1

Х2 Х1 + Ах Х1 1x2 Х1 . (4)

tx2 1у2

Вычитая из уравнения (3) уравнение (4), с учетом txi + tyi tx2 + ty2. находим

ду Ах - 1-х2- - 1|(5)

tx1 +ty1X2-X1

Перемещаем измерительную приемную катушку и дополнительную катушку на расстояние ± АХ.

Таким образом, осуществляется компенсация аддитивных погрешностей в измерительном и дополнительном каналах и, следовательно, компенсация погрешностей -. нелинейности всего устройства,

Предлагаемый способ позволяет без дополнительных затрат значительно повысить точность логометрических ультразвуковых преобразователей. Кроме того, значительно сокращается время на монтаж и наладку ультразвуковых преобразователей, так как по предлагаемому способу можно скорректировать и неточность монтажа при установке приемных катушек.

Ф о р м ула изобретения

Способ измерения линейных перемещений с помощью ультразвуковых преобразователей, заключающийся в том, что на концах звукопровода устанавливают основную и дополнительную приемные катушки, подвижную катушку возбуждения располагают между ними и соединяют с объектом

измерения, подвижной катушкой возбуждают ультразвуковую волну в звукопроводе, принимают ультразвуковые колебания приемными катушками, и определяют время распространения ультразвуковой волны до них, а по отношению одного из этих времен к их сумме судят о величине линейных перемещений, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, перед измерением устанавливают подвижную катушку поочередно в двух произвольно заданных точках на звукопроводе, в каждой точке возбуждают ультразвуковую волну и измеряют вре- мя ее распространения до приемных катушек, рассчитывают величину смещения основной и дополнительной приемных катушек с учетом аддитивной погрешности по формуле

Ах Ау txi Х2 Тх2 Х1

0

5

txi + tyiХ2 - Х1

где К - масштабный коэффициент;

txi, tyi - измерительный и дополнительный интервалы времени в первичной точке измерения;

tx2 измерительный интервал времени во второй точке измерения;

xi, X2 - расстояние между подвижной катушкой и неподвижной измерительной катушкой в первой и второй точках измерения соответственно,

а основную и дополнительную приемные катушки перед измерением устанавливают в соответствии с полученным смещением так, что знак плюс соответствует смещению к возбуждающей катушке, а знак минус - от нее.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для повышения точности при измерении с помощью ультразвуковых логометрических преобразователей. Цель изобретения - повышение точности - достигается тем, что перед измерением устанавливают подвижную катушку поочередно в двух произвольно заданных точках на звукопроводе, в каждой точке возбуждают ультразвуковую волну и измеряют время ее распространения до приемных катушек, рассчитывают величину смещения основной и дополнительной приемных катушек и используют этот расчет при установке катушек для компенсации аддитивных погрешностей. 1 с.п.ф-лы, 1 ил. ел С

4Х

ИУ