Устройство для контроля многокомпонентных перемещений Советский патент 1982 года по МПК G01B7/00 G01B7/14 

1

Изобретение относится к системам контроля перемещений посредством вихретоковых преобразователей перемещений в электрический сигнал, а именно к устройствам для контроля многокомпонентных перемещений.

Известно устройство для измерения продольных и угловых деформаций образца, содержащее корпус, установленные в нем преобразователи линейных деформаций, каждый из которых имеет катушку индуктивности и якорь, две тяги, концы которых закрепляются на базе измерения образца П.

Указанное устройство имеет значительные габариты, вес, что ухудшает динамические качества системы контроля продольных и угловых деформаций.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство для преобразования перемещений, содержащее цилиндрический магнитопровод и размещенный внутри него крестообразньш сердечник с измерительными обмотками, снабженный двумя расположенными нормально к плоскости сердечника дополнительными стержнями, с установленными на них обмотками возбуждения 2.

Недостаток известного устройства состоит в том, что оно контролирует линейные перемещения только в двух взаимно ортогональных плоскостях и не позволяет измерить угловые перемещения .

Цель изобретения - одновременное измерение линейных и угловых переме- щений двух объектов сложной формы относительно друг друга по трем взаимно ортогональным осям, т.е. расширение диапазона работы устройства.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для контроля многокомпонентных перемещений, содержащем дифференциальный вихретоко- вый преобразователь с обмоткой возбуждения высокой частоты и с измерительными обмотками, подключенными к

усилителям с регулируемым коэффициентом усиления, дифференциальный вк ретоковый преобразователь вьпюлнен в виде двух параллельно расположенных крестообразных сердечников, соединенных между собой магнитной перемычкой, на которой расположена обмотка возбуждения, каждый из кресто- образных сердечников снабжен дополнительным стержневым сердечником, расположенным соосно с магнитной перемычкой, на стержнях крестообраз- ных сердечников размещены две группы ПОтри встречно включенных измерительных обмоток, на дополнительных стержневых сердечниках размещены две встречно включенные измерительные обмотки.

На фиг. 1 схематично изображено предлагаемое устройство; на фиг. 2 расположение вихретокового преобразователя относительно рабочих плоскостей.

Устройство для контроля многоком-г понентных перемещений содержит дифференциальньш вихретоковый преобразователь 1 ( фиг. и , вьптолненный в виде магнитопровода из двух крестообразных сердечников со стержнями 2-5 и 6-9; па магнитной перемычке 10, соединяющей центры крестообразных сердечников, расположена обмотка 11 возбуждения, подключенная к генератору 12 напряжения высокой частоты. Соосно перемычке 10 расположены дополнительные стержневые сердечники 13 и 14 с размещенными на них встречно включенными измерительными обмотками 15 и 16, разностное напряжение

и 17.

У с которых поступает на усилитель

Измерительная обмотка 18 на стержне 8 включена встречно как с обмоткой 19 на стержне 6, разностное напряжение и г при этом постуйает на усилитель 20, так и с обмоткой 21 на стержне 4, разностное напряжение при этом поступает на усилитель 22 с регулируемым напряжением U, ко эффициентом усиления.

Аналогично обмотка 23 на стержне 9 включена встречно как с обмоткой 24 на стержне 7, разностное напряжение Ux при этом поступает на усилитель 25, так и с обмоткой 26 на стержне 5, разностное напряжение Up при этом поступает на усилитель 27 с регулируемым напряжением Uy коэффициентом усиления. Магнитопровод

преобразователя 1 закреплен в диэлектрической оправке 28, которая жестко соединена, с одним из объектов 29, а на соседнем объекте 30 установлен прямоугольньй уголок 31 , выполненньй из материала с высокой уделы ной электрической проводностью и охватывающий магните/провод.

Сечение стержня магнитопровода имеет квадратную форму,, стороны которого равны О . Основные характеристики определяются базовым размерои DO - расстоянием между внешними гранями стержней 8 и 4 двух крестообразных сердечников. Направление измерит тельных осей, по которьм определяют линейные перемещения: Y совпадает с осью перемычки lOj г х - параллель- . ны осям стержней сердечников и расположены на расстоянии Vg от внещних граней стержней 8 и 9 с опорными измерительными обмотками.

Для устранения взаимного влияния каналов X, Y, Z друг на друга до величины допустимой погрешности используются конструктивные меры.

Измерительные обмотки 15,16,18, 19,21,23,24 и 26 расположены наконцах стержней 4-9, 13 и 14 и их длина не превышает половины стержня, что обеспечивает их высокий коэффициент связи с полем вихревых токов рядом лежащего участка проводящего прямоугольного уголка. Длина стержня составляет половину от длины магнит-t ной перемычки. Поэтому наличие шунтирующей магнитной проводимости между внутреннш и .боковыми гранями стержней магнитопровода для магнитного потока обмотки 11 возбуждения позво-t ляет снизить до допустимой величины взаимное влияние ортогональных компонентов перемещения на перераспределение возбуждающего потока по коор динатам X, Y, Z. Это позволяет получить достаточное соотношение между чувствительностью к контролируемой компоненте перемещения и чувствительностью к мешающим факторам.

Устройство работает следующим образом.

Есливихретоковый преобразователь находится в воздухе, то при подаче напряжения высокой частоты на обмотку 11 возбуждения магнитный поток перемычки 10 равномерно распределяется по всем стержням магнитопровода и проводит равные ЭДС в измерительных обмотках 15,16,18,19,21,23,24 и 26. При этом ввиду встречного включв ния измерительных обмоток выходные разностные напряжения равны нулю. Стержни 2,4,6,8 , и 3,5,7,9 крест тообразных сердечников совместно с перемычкой 10 представляют собой две ортогональные Н-образные магнит ные цепи с обмоткой возбуждения, расположенной на общей перемычке 10 Использование трех встречно включенных измерительных обмоток, симметрич но размещенных на стержнях Н-образной магнитной цепи, позволяет однов ременно определять величины зазора и перекоса контролируемой поверхнос ти преобразователя. Для указанного на фиг. 1 случая расположения измерительных осей X, Y, Z первая группа трех обмоток 18, 19 и 21 на стержнях 8,6 и 4 Н-образной магнитной г.епи, расположенной в полости V, О, Z, позволяет получить напряжения U и Upy, соответствукщне величине изменений зазора Д Z и угла P взаимного поворота объектов 29 и 30 вокруг оси X. При нулевом значении Р( сближение преобразователя с контролируемым объектом по оси Z .приводит к одновременному и равному уменьшению наведенных ЭДС в обмотках 18 и 21 на стержнях 8 и 4,тогда как наведенная ЭДС в обмотке 19 на стерж не 6 остается практически неизменной В результате увеличивается Uj , а Up остается равным нулю. Увеличение угла Pj; при постоянстве Д Z вызывает соответствующее уве личение Upn При этом U2. остается неизменным в случае совпадения оси X вращения объекта 30 с измерительной осью Z преобразователя 1 (фиг.2) Для 1(5 Dg(0,15 + 0,4 и) увеличение Р вызывает увеличение зазора между обмоткой I1 возбуждения и объектом 30 - уголком 31, что приводит к ослаблению плотности вихревых токов в объекте-уголке 31, Одновременно уменьшается зазор.между рабочим торцом стержня 8 с опорной обмоткой, поэтому наведенная ЭДС в этой обмотке остается постоянной. В этом случае выходные напряжения Uj и Uznсоответствуют зазорам iZ и iZ li (фиг. 2} , а Up и Upjcij - углам Рхд и Рх( Для устранения влияния U Z на сигналы о величине углов . Ру используется усилитель 22 с регулируемым напряжением U2 коэффициенто усиления. Аналогично вторая группа измерит тельных обмоток 26,24 и 23 на стерж нях 5,7,9 и П Н-образной магнитной цепи, параллельной плоскости XOV , позволяет получить выходные напряжет ния U) и Up , соответствующие величинам изменения зазора ДХ и угла Pj взаимного поворота объектов 29 и 30 вокруг оси Z, При уменьшении зазора ДЧ увеличивается напряжение W , так как уменьщается наведенная ЭДС в обмотке 16 на стержне 14, относительно постоянной ЭДС обмотки 15 на стержне 13. . Устройство может быть использовано для контроля линейных и угловых деформаций. Простота изготовления предлагаемого преобразователя, а также устранение перекрестных наводок между измерительными катушками за счет указанного размещения на общем магнитопроводе определяют целесообразность одновременного многокомпонентного контроля угловых и линейных перемещений двух объектов относительно друг друга по трем взаимно ортогональньм осям. Эконом1-гческий эффект оу использования предлагаемого технического решения обусловлен отмеченными вьпие его техническими преимуществами. Формула изобретения Устройство для контроля многокомпонентных перемещений, содержащее дифференциальный.вихретоковый преооразователь с обмоткой возбуждения, подключенной к генератору напряжения: высокой частоты и с измерительными обмотками, подключенньми к усилителям с регулируемым коэффициентом уса-ления, отличающееся тем, что, с целью расширения диапазона работы устройства, в нем диффер«нциальный викретоковый преобразователь выполнен в виде двух параллельно расположенных крестообразных сер- дечников, соединенных между собоймагнитной перемычкой, на которой расположена обмотка возбуждения, кал(дый из крестообразных сердечников снабжен дополнительным стержневым сердечником, расположенным соосно с магнитной перемычкой, на стерзхнях крестообразных сердечников размещенц две группы по три встречно включенных измерительных обмоток, на допол78966578

пительных стержневых сердечниках1 , Авторское свидетельство СССР

размещены две встречно включенные № А82616, кл, G 01 В 7/16, 1973. и:1мерительиые .2, Авторское свидетельство СССР

Источники информации,К 522405, кл. G 01 В 7/00, 1974

принятые во внимание при экспертизе прототип).