Электромагнитный способ измерения перемещений объекта Советский патент 1979 года по МПК G01B7/00 

Изобретение относится к контроль но-измерительной технике и может быть использовано, в частности, для бесконтактного измерения переме щений металлических объектов или расстояний до них, например для измерения зазоров между вращающимися частями и корпусом тепловых или электрических машин. Известны бесконтактные способы измерения перемещений металлических объектов, основанные на индуктирова нии вихревых токов в объекте измерения, под действием которых изменя ся в зависимости от расстояния влия -Ние объекта на источник возбуждения т .е. изменяются так называемые внос мые параметры: полное вносимое сопротивление и вносимая ЭДС 1, Однако этим способам присуща нелинейная зависимость между выходным параметром (вносимыми сопротивлением или ЭДС) и измеряемым перемещением. Наиболее близким по технической сущности к изобретению является эле ромагнитный способ измерения перемещений объекта, заключающийся в том, i4TO возбуждают вихревые токи в .объекте, выделяют вносимое синусоидальное напряжение и выпрямляют его 2 , Далее преобразуют по определен ному алгоритму среднее значение выпрямленного вносимого напряжения синусоидальной формы для получения линейной зависимости этого напряжения в функции измеряемого перемещения. Недостатками этого способа является ограниченная точность и кол:-:-нейность, обусловленные необходимостью использования большого числа участков аппроксимации заданной функциональной зависимости в процессе преобразования среднего значения выпрямленного вносимого напря-женин, а также нестабильностью аппрс сиг.-ированной зависимости из-за нестабильности используемых в процессе преобразования нелинейных элементов, которая увеличивается при увеличении числа участков аппроксимации. Цель изобретения - повышение точности и линейности. Это достигается тем, что фор ми с-;, г- линейно изменяющееся напряжение треугапьной формы с частотой, щающей вдвое частоту напряжени.1 оз буж,цения, и с амплитуд ей, равной

оловине максимального вносимого инусоидального напряжения, совмеают во времени моменты достижениямаксимуьюв треугольного напряжения и моменуы прохождения через нуль выпрямленного вносимого синусоидального напряжения и формируют фронты прямоугольных импульсов в моменты равенства мгновенны с значений треугольного и выпрямленного вносимого напряжений, по длительности которых судят о величине перемещений.

Кроме того, с целью исключения зависимости результата измерений от колебаний напряжения возбуждения, амплитуду треугольного напря- ения изменяют пропорционально амплитуде напряжения возбуждения.

На чертеже приведены временные диаграммы напряжениявозбулщения (а.) , линейно изменяющегося напряжения Uypтреугольной формы (б), выпрямленное вносимое напряжение UB {в и в ), импульсное прямоугольное апряжение (гиг ).

Сущность описываемого способа , аключается в,следующем.

С помощью токовихревого преобраователя, питаемого напряжением Ug озбуждения основной частоты созают магнитное поле, под действием которого в объекте измерения возбужают вихревые токи. Возникающее на выходе преобразователя вносимое напряжение U выпрямляют и совмещают во времени моменты прохождения этого напряжения через нуль с моментами достижения максимумов треугольного напряжения UTJX, которое формируют; таким образом, чтобы его частота превышала вдвое частоту напряжения возбуждения, а амплитуда равнялась половине максимального вносимого напряжения. Сравнивая оба напряжения, формируют фронты прямоугольных импульсов в моменты равенства этих напряжений. Как показали экспериментальные исследования длительность сформированных указанным образом импульсов напряжения Up, линейно зависит от расстояния между вихретоковым преобразователем и контролчруемым объектом. Как видно из временных диаграмм (кривые гиг ), увеличение измеряемого расстояния приводит к соответствующему увеличению длительности прямоугольных импульсов.

Так как при изменении амплитуды напряжения возбуждения вихретокового преобразователя изменяется и амплитуда вносимого напряжения, т.е. выходного напряжения преобразователя, это изменение приводит к появлению соответствующей погрешности измерения. Для устранения этой погрешности формируют треугольное напряжение 5 таким образом, чтобы его амплитуда изменялась пропорционально амплитуде напряжения возбуждения вихретоково- го преобразователя.

Основная методическая погрешность измерения (отклонение от линейной зависимости) по предлагаемому способу не превыщает значения ± 2,5% от щирины диапазона измерения.

Операции предлагаемого способа

могут быть достаточно просто реализованы с помощью стандартных элект.ронных блоков.

.Фэрмула изобретения

1, Электромагнитный способ измерения перемещений объекта, заключающийся в том, что возбуаддают вихревые токи в объекте,выделяют вносимое синусоидальное напряжение и выпрямляют его, отличающийся тем, „что, с целью повышения точности и линей-р ности, формируют линейно изменяющееся напряжение треугольной формыс частотой, превышающей вдвое частрту напряжения возбуждения, и с амплитудой, равной половине максимального вносимого синусоидального напряжения, совмещают во времени моменты достижения максимумов треугольного напряжения и моменты прохождения через нуль выпрямленного вносимого синусоидального напряжения, формируют, фронты прямоугольных импульсов, в моменты равенства мгновенных значе0 НИИ треугольного и выпря «шенного

вносимого синусоидального%апряжений

и по длительности импульсов судят о величине перемещений.

2. Способ non.l, отличаю5 щ и и с я тем, что, с целью исключения зависимости результата измерений от колебаний напряжения возбуждения, амплитуду треугольного напряжения изменяют пропорционально амплитуде напряжения возбуждения.

Источники информации, принятые во внимание при ..экспертизе

1.Соболев В.С4 и Шкарлет Ю.М. Накладные и экранные датчики, Новог сибирск, Наука, 1965, с.30-55.

2.Техническое описание и инструкция по эксплуатации к серийному прибору ВВ-ЮН. Научно-производственное объединение Спектр, Запорожский опытный завод (прототип;.

гх a)t