Устройство для контроля пространственных перемещений Советский патент 1992 года по МПК G01B7/00 H03M1/00 

9 Ю

Фиг. 1

Изобретение относится к автоматике и может использоваться для электромагнитного контроля неэлектрических величин по сигналам, полученным от взаимодействия изделий сложной формы с электромагнитными полями, например для контроля в труднодоступных зонах взаимных перемещений двух объектов по трем ортогональным осям координат.

Известен электромагнитный преобразователь, содержащий проводящую немагнитную цилиндрическую оправку и установленную в ее полости катушку индуктивности, намотанную на пластинчатом магнитопроводе, так, что ее ось перпендикулярна оси оправки 1. Для поставленной задачи необходима жесткая ортогональная ориентация трех таких преобразователей в малой зоне контроля, а для повышения точности контроля и реализации дифференциальной схемы измерения необходим еще и четвертый компенсационный преобразователь, что делает невозможным контроль пространственных перемещений в труднодоступных зонах.

Известен преобразователь перемещений, у которого три обмоточных узла выполнены в виде катушек, намотанных на Н-образных магнитопроводах Токовая катушка размещена на перемычке магнита- провода, а три измерительные - на боковых стержнях. Измерительные катушки соединены одноименными концами, а их противоположные концы являются выходом преобразователя. Параллельное включение трех токовых катушек определяет погрешность от взаимного влияния компонент перемещений 2. Реализация на Н-образном магнитопроводе дифференциального преобразователя требует повышенных глубин трех пазов и больших габаритов корпуса для получения равенства параметров рабочих и компенсационной измерительных катушек.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство для электромагнитного контроля многокомпонентных перемещений, содержащее высокочастотный генератор, блок обработки и регистрации сигналов, преобразователь перемещений, корпус которого выполнен в виде куба из высокопроводящего материала, первый- четвертый ключевые элементы и первую- третью рабочие катушки индуктивности, размещенные взаимно ортогонально в пазах на смежных поверхностях корпуса преобразователя перемещений 3. Недостатками этого устройства являются увеличение габаритов корпуса преобразователя для размещения полупроводниковых элементов и использование в соединительной линии большого количества экранированных проводников, по которым передаются сигналы о компонентах перемещений. Масса преобразователя влияет на динамику контролируемых взаимных перемещений объектов.

Целью изобретения является повышение достоверности контроля в труднодо0 ступных зонах изделий за счет повышения помехозащищенности.

На фиг. 1 изображена функциональная схема устройства; на фиг. 2 представлено выполнение преобразователя перемеще5 ний.

Устройство содержит преобразователь перемещений, включающий четыре одинаковых катушки 1, 2, 3, 4, намотанные на набор изолированных тонких пластинок

0 магнитопровода. Рабочие катушки 1, 2, 3 (чувсч вительные элементы) уложены в пазы на рабочих гранях проводящего корпуса 5, а компенсационная катушка 4 (элемент компенсации) размещена с зазором d между

5 широкой ее стороной и соседней стенкой первой полости 7 корпуса 5. например, с помощью диэлектрических пластин б. Во второй полости 8 корпуса 5 размещен блок 9 полупроводниковых элементов: ключевые

0 элементы 10, 11, 12, связанные соответственно с рабочими катушками 1. 2, 3, и ключевой элемент 13 - с компенсационной катушкой 4. Управляющие входы первого -- третьего ключевых элементов 10, 11,12 объ5 единены с соответствующими входами элемента ИЛИ 14 и являются соответственно, первым-третьим управляющими входами устройства, например, подключенными к распределителю импульсов тактового гене0 ратора 15.

Питание катушек 1...4 осуществляется от симметричного выхода высокочастотного генератора 15, а выходное напряжение с общей точки соединения катушек 1...4

5 подается на блок 16 обработки и регистрации сигналов о контролируемых компонентах перемещений объекта (на фиг. 2 не показан).

На фиг. 1 обозначены управляющие вхо0 ды 17.

Величина зазора d .,,

i-%

,5(1 + е« ).

где 1М - длина магнитопровода. hg - диапа- 5 зон контролируемых перемещений.

Устройство работает следующим образом.

Внутри трехгранного ортогонального уголка (на фиг. 1 и 2 не показан), закрепленного на контролируемом объекте, располагают корпус 5, связанный с опорой, относительно которой отсчитываются компоненты перемещений по осям X, Y, Z. Минимальный размер 1кор корпуса 5 ограничен длиной м магнитопровода кор (1-1,1) 1м. Толщина рабочих катушек 1-3, равная глубине установочных пазов, не превышает 0,04-IM. что позволяет реализовать суммарный объем внутренней полости корпуса 5 равным м3. Высокая теплопроводность материала корпуса 5 позволяет использовать одну общую компенсационную катушку 4 для реализации дифференциальной схемы измерения компонент перемещений.

Тактовый генератор 15 на своих выходах последовательно вырабатывает импульсы напряжения, переводящие ключи 10, t1, 12 в открытое состояние. При этом через элемент ИЛИ 14 поддерживается открытым состояние ключевого элемента 13. На первом такте открыты ключевые элементы 10 и 13, на втором - элементы 11 и 13, на третьем - элементы 12 и 13 и т.д. При этом пары катушек 1и4, 2и4, Зи4 поочередно подключаются к симметричному выходу генератора 15, а напряжение, пропорциональное разности параметров пар катушек 1 и 4, 2 и 4, 3 и 4, поступает на блок 16 обработки и регистрации сигналов, неся информацию о значении компонентов контролируемых пространственных перемещений объектов, соответственно hx. hy. hz.

Размещение ключевых элементов 10...13 во второй полости 8 корпуса 5 преобразователя перемещений позволяет исключить погрешность А вз от взаимного влияния компонент перемещений при больших длинах соединительных линий между корпусом 5 и электронными узлами 15, 16. Если перенести ключи 10...13 и схему 14 ИЛИ из корпуса 5 в корпус электрон- ных узлов 15, 16, то при большом выходном напряжении, например на первом такте измерения hx от катушек 1 и 4, появляются токи в катушках 2 и 3 из-за их последовательного включения с большой по величине распределенной емкостью соединительных линий относительно их экрана. При этом вариации hy и hz изменяют сопротивления катушек 2 и 3, что приводит к переменному шунтированию выхода дифференциальной измерительной схемы и появлению Д вз.

Коммутация рабочих катушек 1...3 в цепи их питания от генератора 15 позволяет исключить использование ключевых элементов в цепи выходных сигналов преобразователя перемещений, что увеличивает его помехоустойчивость.

Использование глубины пазов на поверхности корпуса 5 преобразователя перемещений, равной толщине катушки индуктивности, обеспечивает направление

возбуждающего электромагнитного поля в только в зону контроля, что повышает чувствительность к контролируемым перемещениям объекта. Зависимость изменений параметров у каждой из рабочих катушек

1...3 от вариации соответствующего зазора hx, hy, hz близка к экспоненциальной. Для повышения температурной стабильности выходных сигналов преобразователя перемещений используются равные начальные

параметры катушек 1..4 как в свободном состоянии, так и при их установке в лазы корпуса 5. Для минимизации объема с электромагнитным полем компенсационной катушки 4 и получения равенства ее

сопротивления сопротивлениям рабочих катушек 1...3 при максимальном зазоре, равном диапазону контролируемых перемещений, используется установка катушки 4 в полости 7 с помощью, например,

диэлектрической пластины 6 толщиной

I%

d --у-1п 0,5(1 +е « ).

При этом результирующая высота полости 7 не превышает 0,25-1М, что позволяет использовать вторую полость 8 высотой более 0,7-1М для установки блока 9 полупроводниковых элементов.

Магнитопровод каждой катушки 1...4

индуктивности выполнен в виде набора пластин, параллельных широкой стороне магнитопровода, что позволяет не только- снизить потери на вихревые токи, но и

уменьшить уровень магнитных шумов.

Формула изобретения 1. Устройство для контроля пространственных перемещений, содержащее высокочастотный генератор, блок обработки и регистрации сигналов, преобразователь перемещений, корпус которого выполнен в аи- де куба из высокопроводящего материала, первый-четвертый ключевые элементы и три

чувствительных элемента в виде первой- третьей рабочих катушек индуктивности, размещенных взаимно ортогонально в пазах на смежных поверхностях корпуса преобразователя перемещений, отличаюЩ е е с я тем, что, с целью повышения достоверности контроля в трудодоступных зонах изделий за счет повышения помехозащищенности, в устройство введены элемент ИЛИ и элемент компенсации в виде компенсационной катушки индуктивности, каждая

из рабочих и компенсационная катушки индуктивности выполнены одинаковыми и намотанными на плоском магнитопроводе, толщина которого много меньше его ширины, внутри корпуса преобразователя перемещений выполнены две полости, в первой из которых с зазорами до проводящих стенок размещена компенсационная катушка индуктивности, магнитопровод которой параллелен магнитопроводу одной из рабочих катушек индуктивности, во второй полости корпуса преобразователя перемещений размещены элемент ИЛИ и ключевые элементы, первый выход высокочастотного генератора соединен с информационными входами первого-третьего ключевых элементов, выходы которых подключены к первым выводам одноименных рабочих катушек индуктивности, второй выход высокочастотного генератора соединен с информационным входом четвертого ключевого элемента, выход которого подключен к первому выводу компенсационной катушки ин- дуктивности, второй вывод которой Объединен с вторыми выводами всех рабочих катушек индуктивности и соединен с входом блока обработки и регистрации сигналов, управляющие входы первого-трегье- го ключевых элементов объединены с соответствующими входами элемента ИЛИ и являются соответственно первым-третьим управляющими входами устройства, выход

0

5

0

элемента ИЛИ подключен к управляющему входу четвертого ключевого элемента.

2.Устройство по п. 1,отличающее- с я тем, что, с целью миниатюризации преобразователя перемещений, размеры его корпуса составляют (1... 1.1)1м, где 1м - длина магнитопровода любой катушки индуктивности.

3.Устройство по п. 1,отличающее- с я тем, что, с целью повышения чувствительности устройства, глубина пазов на поверхности корпуса преобразователя перемещений равна толщине катушки индуктивности.

4.Устройство по п. 1,отличающее- с я тем, что, с целью повышения точности контроля, зазор между широкой стороной компенсационной катушки и соседней стенкой первой полости в корпусе преобразователя перемещений

А

.5(1 4-е «),

где hg - максимальная величина контролируемых перемещений.

5. Устройство по п. 1,отличающее- с я тем, что, с целью снижения внутренних шумов, магнитопровод каждой катушки индуктивности выполнен в виде набора пластин, параллеленых широкой стороне магнитопровода.

Изобретение относится к автоматике. Его использование для контроля взаимных перемещений двух объектов по трем ортогональным осям координат позволяет повысить достоверность контроля в труднодоступных зонах изделий за счет повышения помехозащищенности. Устройство содержит рабочие катушки 1-3 индуктивности, преобразователь перемещений с корпусом 5 в виде куба из высокопроводящего материала, ключевые элементы 10-13, высокочастотный генератор 15 и блок 16 обработки и регистрации сигналов. Благодаря введению элемента ИЛИ 14 и компенсационной катушки 4 индуктивности и размещению ключевых элементов.10-13 и элемента ИЛИ 14 вместе с компенсационной катушкой 4 индуктивности внутри корпуса 5 снижаются размеры преобразователя перемещений и повышается его помехозащищенность. 4 з.п. ф-лы, 2 ил.

Фиг. 2