Высокочастотный датчик положения и скорости изменения положения объекта Советский патент 1981 года по МПК G01B7/00 G01B7/14 

I

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для измерения положения и скорости изменения положения объектов, например деталей работающих машин.

Известны индуктивные или емкостные с сосредоточенными параметрами датчики для измерения положения объекта l .

Основной недостаток индуктивных датчиков - низкое быстродействие, а емкостных - невысокая точность из-за сильной зависимости их сигналов от изменения свойств окружающей среды (влажности, загрязнений, температуры) .

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является высокочастотный (ВЧ) датчик положения и скорости изменения положения объекта, содержащий отрезок длинной линии, выполненный в виде корпуса с проводящим покрытием, потенциального проводника и диэлектрического основания, в котором закреплен потенциальный проводник.

Принцип действия такого датчика основан на измерении параметров (частоты или амплитуды) высокочастотного электромагнитного поля, возбужденного в измерительном пространстве датчика и зависящего от положения (скорости изменения положения)

10 объекта в нем. Объект может быть диэлектриком или проводником. Преимущественный диапазон рабочих частот 50-250 мГц. Быстродействие датчикаоколо одной микросекунды, что позISволяет использовать его для контроля быстропротекаю1цих процессов 2.

Однако недостатком известного датчика являются значительные габариты и невысокая точность из-за влияния

Ж собственных механических резонансов на электромагнитные параметры, а Тежже из-за машости коэффициента использования отрезка длинной линии нл излучение высокочастотной энергии, что ограничиваетчувствительностьдатчи Цель изобретения - повьпиение точности измерения путем уменьшения влия ния собственных механических резонансов датчика на его электромагнитные п раметры и увеличение его чувствительности. Для достижения поставленной цели потенциальныйпроводник выполнен в виде группы коротких проводящих стерж ней, электрически короткозамкнутых между собой на одном из концов. На фиг о 1 изображено конструктивное исполнение датчика; на фиг.2 - его поперечное сечение А-А на фиг.1; на фиг.З - вариант схемы включения датчика при измерении положения объекта j на фиг.4 - вариант схемы-его включения при измерении скорости вращения объекта, на фиг.5 - представлены резонансные характеристики датчика, представляющие собой зависимость амплитуды А возбужденного ВЧ поля от его частоты f при различных положениях ((f и (f , где 7 (2) объекта. Датчик содержит отрезок длинной линии, состоящий из корпуса 1 с проводящим покрытием 2 и потенциального проводника, выполненного в виде группы коротких проводящих стержней 3, жестко закрепленных на общем диэлектрическом основании 4 и короткозамкнутых между собой, например провод ником. Как показывает сечение ((|мг.2 возможно соединение стержней по спир ли. Среди группы стержней 3 предусмо рены свободньте стержни (с целью исклю ения сосредоточенных разделительных емкостей), один - для возбуждени ВЧ колебаний в датчике, второй - для съема ВЧ сигнала. Стержни могут быть короткозамкнуты параллельно между собой, либо (для уменьшения диапазон рабочих частот) они могут быть соеди нены последовательно. Внутри корпуса 1 может быть размещена электронная схема в модульном исполнении, предназначенная для возбуждения и обработки ВЧ сигналов. Датчик (1-4) может быть включен в частотно-задающую цепь автогенератора 5, к выходу которого подключен частотометр 6 (фиг.З). По измеренно частоте ВЧколебаний судят в этом случае о положении объекта (расстоянии его до датчика ).Б другом варианте включения датчика электронная схема 4 содержит генератор 7 фиксированной высокой частоты УКВ диапазона, детектор 8 ВЧ сигнала и индикатор 9, например осциллограф. При измерении положения объекта датчик 1-4 возбуждают с помощью генератора 7 электромагнитные колебания на фиксированной частоте f , наоппример, соответствующей середине падающего линейного участка его резонансной характеристики (фиг.З). После детектирования в блоке 8 колебания высокой частоты преобразуются, например, в напряжение постоянного тока, поступающее на индикатор 9. Изменения напряжения линейно связаны с изменением положения (dlj 7 сС() объ- , акта. При измерении скорости изменения положения объекта, например, скорости вращения детали (фиг.4) можно использовать неоднородность ее формы (отверстие, выступJ. В данном случае о скорости судят по длительности видеоимпульса, либо по частоте повторения его. При циклическом движении объектов с однородной формой поверхности цилиндрической, конусной, плоской (например деталей мащин) о скорости можно судить по частоте осевых или поперечных колебаний положения детали. Повьш1ение точности высокочастотного датчика для измерения положения и скорости изменения положения объектов в сочетании со значительным уменьшением габаритов и высоким быстродействием позволяет расширить область его применения и использовать, например, для бесконтактного точного контроля характеристик высокоскоростных механических процессов, протекающих с частотами до нескольких сот килогерц. Формула изобретенидг Высокочастотньгй (ВЧ) датчик положения и скорости изменения положения объекта, содержащий отрезок длинной линии, вьтолненный в виде корпуса с проводящим покрытием, потенциального проводника и диэлектрического основания, в котором закреплен потенциальный проводник, отличающийся тем, что, с целью повьшгения точности измерения путем уменьшения влияния собственных механических резонансов на его электромагнитные параметры и увеличения его чувствительности, потенциальный проводник

выполнен в виде группы коротких проводящих стержней, электрически короткозамкнутых между собой на одном из концов, а диэлектрическое основание выполнено для них общим.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Логинов В.Н. Электрические измерения механических величин. М., Энергия, 1976, с.34-36.

2.Викторов В.А. и др. Высокочастотный метод измерения неэлектрических величин. М., Наука, 1978,

с.240-244. фиг.81 (прототип).

Раг.1 put.i

ut.S