Антенный преобразователь перемещения в фазу Советский патент 1993 года по МПК H03M1/64 G01B7/00 

фиг /

v4 JO

ь

00

Изобретение относится к области контрольно-измерительной техники и может быть использовано для измерения перемещений объектов.

Изобретение направлено на повыше- ние точности измерения.

На фиг.1 приведена электрическая блок-схема антенного преобразователя перемещения в фазу; на фиг.2 - векторная диаграмма выходных сигналов антенного преобразователя перемещения в фазу; на фиг.З - зависимости, поясняющие повышение линейности выходной характеристики преобразователя перемещения.

Антенный преобразователь перемеще- ния в фазу содержит генератор синусоидального напряжения 1, антенный датчик вихревых токов 2, в который входят параллельный колебательный контур1 1-Ссдо ба- вочным сопротивлением R, вторая катушка индуктивности L2 индуктивно связанная с катушкой L1 колебательного контура и рабочий якорь 8 (объект контроля), установлен- ный с возможностью перемещения, фазосдвигающий блок 3, масштабирующее звено 4, согласующее устройство 5, сумматор б, регистрирующий прибор - фазометр 1.

Преобразователь работает следующим образом.

При подключении колебательного контура L1-C антенного.датчика 2 через последовательно соединенный с ним резистор R к генератору синусоидального напряжения 1 по катушке индуктивное™ L1 колебатель- ного контура, настроенного на частоту генератора 1, проходит переменный ток, создающий электромагнитное поле, излучаемое а пространство, под действием которого наводятся вихревые токи в электропроводящем рабочем якоре (объекте контроля) 8. Электромагнитное поле вихревых токов воздействует на катушку индуктивности L1 колебательного контура и в результате взаимодействия первоначаль- ного электромагнитного поля, создаваемого катушкой индуктивности L1 и электромагнитного поля вихревых токов изменяются параметры колебательного контура L1-C, а, следовательно, изменяются и выходные напряжения антенного датчика Ufli(x) и иД2(х), которые изменяются в функции перемещения электропроводящего рабочего якоря по нелинейному закону близкому к экспоненциальному.

С помощью фазосдвигающего блока 3 фазу синусоидального напряжения 11д1(х) смещают относительно синусоидального напряжения 1)д2(х) на угол гро более 90°, но

менее 180°. Напряжения ид2(х)с выхода согласующего устройства 5 и Ufli(x) с выхода фазосдвигающего блока 3 через масштабирующее звено 4 поступают на входы сумматора 6. На сумматоре б происходит геометрическое сложение сигналов Ufli (x) и Уд2(х). С выхода сумматора снимается результирующий сигнал Урез(х) с изменяющейся фазой результирующего сигнала в функции перемещения рвы f(x). Сигналы Un с выхода генератора синусоидального напряжения 1 и ирез(х) с выхода сумматора б поступают соответственно на первый и второй входы регистрирующего прибора- фазометра 7, который регистрирует разность фаз между сигналами Upes(x) и Un.

При перемещении контролируемого объекта и связанного с ним электропроводящего рабочего якоря 8 (в направлениях, указанных на фиг. 1 стрелками) изменяется величина измеряемого перемещения X, а следовательно, изменяется и величина напряжений Ufli(x), снимаемого со свободного вывода катушки индуктивности L2 и Кд2(х), снимаемого с точки соединения резистора R с колебательным контуром L1-C.

Напряжения UAi(x) и иД2(х) связаны с перемещением X зависимостью близкой к экспоненциальной, т.е. обеспечивается модуляция по амплитуде напряжений в функции перемещения X.

Функция преобразования антенного преобразователя перемещения в фазу определяется выражением:

рвых i Pi

slrn/fa

cos Vo +

Ukl 4

0)

где рвых - фаза результирующего суммарного сигнала 11рез(х) относительно вектора напряжения Un,

гр0 угол сдвига фаз между векторами напряжений ид2{х) и ид1 (х).

Изменение по амплитуде сигнала идт(х) в функции перемещения, например, по возрастающему закону приводит к изменению сигнала ид2(х) по убывающему закону.

Из выражения (1) видно, что в результате одновременного изменения по амплитуде сигналов иД1 (х) и иД2(х) в разных направлениях приращение фазы результирующего сигнала (pi на единицу пе- рем ещения увеличивается, что приводит к увеличению чувствительности и точности измерения.

Повышение точности измерения за (Лет повышения линейности выходной характеристики преобразователя перемещения достигается следующим образом.

Путем подбора элементов фазовращаю- щего блока 3 (представляющего собой фа- зовращатель типа или L-R) устанавливается необходимый угол $ между напряжениями 11д1 (х) и 11д2(х), а равенство этих напряжений обеспечивается путем подбора элементов масштабирующего звена 4 (представляющего собой делитель напряжения или масштабирующий усилитель) в точке Хе диапазона измерения, где крутизна зависимости А -е f(x) минимальА2 S х на, при этом добиваются максимальной

линейности выходной характеристики рвых х)(фиг.3в), которая в 2-3 раза больше по сравнению с известным устройством,

.Повышение точности измерения, вследствие уменьшения температурной погрешности в предлагаемом антенном преобразователе перемещения в фазу достигается за счет исключения влияния изменения величины напряжения генератора 1 (питающего преобразователь перемещения) при воздействии температуры или вследствие временной нестабильности его выходного напряжения. Это объясняется следующим образом.

При изменении от воздействия температуры или вследствие временной нестабильности, например, напряжения Un с выхода генератора 1 синусоидального напряжения в сторону увеличения .возрастают пропорционально и напряжения ид2(х) и Од1 (х) с выходов согласующего устройства 5 и масштабирующего звена 4 соответственно,

UAI (х)

а отношение сигналов TIT-г. входящее

Цд2(.х;

в выражение (1) остается неизменным и фаза рвы f(x) результирующего сигнала на

выходе сумматора б остается также неизменной, т.е. повышается точность измерения перемещений.

Использование предлагаемого антенного преобразователя перемещения в фазу позволит в 2-3 раза повысить линейность выходной характеристики и исключить влияние на точность измерения перемещений изменения величины напряжения питающего генератора, а также увеличить чувствительность преобразования, т.е. повысить точность измерения перемещений.

15

Ф-,о рмула изобретения

Антенный преобразователь перемещения в фазу, содержащий генератор синусоидального напряжения, выход которого соединен с входом антенного датчика вихревых токов, фазосдвигающий блок, сумматор, выход которого соединен с одним входом фазометра, выход которого является выходом преобразователя, один вход сумматора через масштабирующий блок соединен с выходом фазосдвигающего блока, о т- л и ч а ю щ и и с я тем, что, с целью повышения точности преобразователя, в него введены согласующий блок и дополнительная катушка индуктивности, антенный датчик

вихревых токов содержит параллельно соединенные конденсатор и катушку индуктивности, одна точка их соединения является входом датчика, а другая - его выходом и через резистор соединена с общей шиной,

дополнительная катушка индуктивности включена параллельно катушке индуктивности датчика, один вывод которой соединен с общей шиной, а другой - с входом фазосдвигающего блока, выход антенного датчика вихревых токов через согласующий блок соединен с другим входом сумматора, выход генератора синусоидального напряжения - с другим входом фазометра.

ОдЫ «

Редактор О.Стенина

............. .W...V

Составитель А.Акимов Техред М.Моргентал

и х ft; ий(Г

ЛЮ

« °3 VvWaw

03

.Фог.3

Корректор А.Обручар

Изобретение относится к автоматике и контрольно-измерительной технике и может быть использовано для измерения перемещения объектов. С целью повышения точности преобразователя, содержащего генератор 1 синусоидального напряжения, антенный датчик 2 вихревых токов, фазосд- вигающий блок 3, масштабирующий блок 4, сумматор, фазометр 7, в него введен согласующий блок 5, а датчик 2 выполнен содержащим конденсатор 8, катушку 3 индуктивности, резистор 10, якорь 11, дополнительную катушку 12 индуктивности. За счет введения дополнительной катушки 12 выходные напряжения датчика меняются в разные стороны, что влечет увеличение точности измерения. 3 ил.