Устройство для определения поступательного перемещения

Классификация по МПК: G01B

Патентная информация
Патент на изобретение №: 
2515072
Дата публикации: 
Суббота, Май 10, 2014
Начало действия патента: 
Пятница, Декабрь 7, 2012

Изобретение относится к измерительной технике. Техническим результатом заявляемого изобретения является повышение точности измерения. Технический результат достигается тем, что в устройство для определения поступательного перемещения, содержащее источник излучения и приемник, введены измеритель амплитудно-частотных характеристик, элементы ввода и вывода электромагнитных колебаний, чувствительный элемент выполнен в виде открытого резонатора с вогнутой металлической пластиной и плоской металлической пластиной, снабженной металлической трубкой, причем выход источника излучения соединен с элементом ввода электромагнитных колебаний, элемент вывода электромагнитных колебаний через приемник подключен к измерителю амплитудно-частотных характеристик. 1 ил.

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано в системах управления технологическими процессами.

Известен реостатный датчик линейных перемещений (см. А.Г.Гарганеев. «Технические средства автоматизации и управления», Томск, ТУСУР, 2007, с.216), в котором при перемещении скользящего контакта по поверхности плоского реостата, представляющего собой обмотку, намотанную на диэлектрический каркас, информацию о величине линейного перемещения изделия получают напряжением (током), снимаемым с одного из плеч реостата и скользящего контакта.

Недостатком этого известного датчика является ненадежность, связанная с износом скользящего контакта.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является принятый автором за прототип лазерный преобразователь линейных перемещений (см. В.Г.Лукашкин, В.Г.Гарипов, А.Г.Полыванный и др. «Современные автоматизированные средства измерений, контроля и управления», Москва: МГУПИ, 2011, С.552). В этом бесконтактном преобразователе число полос интерференции двух пучков, отраженных от неподвижного и подвижного отражателей, является функцией линейного перемещения.

Недостатком этого преобразователя следует считать невысокую точность, связанную с нестабильностью интерференционной картины двух лазерных пучков.

Техническим результатом заявляемого решения является повышение точности измерения.

Технический результат достигается тем, что в устройство для определения поступательного перемещения, содержащее источник излучения и приемник, введены измеритель амплитудно-частотных характеристик, элементы ввода и вывода электромагнитных колебаний, чувствительный элемент выполнен в виде открытого резонатора с вогнутой металлической пластиной и плоской металлической пластиной, снабженной металлической трубкой, причем выход источника излучения соединен с элементом ввода электромагнитных колебаний, элемент вывода электромагнитных колебаний через приемник подключен к измерителю амплитудно-частотных характеристик.

На чертеже схематично представлено предложенное устройство.

Сущность заявляемого изобретения, характеризуемого совокупностью указанных выше признаков, состоит в том, что изменение резонансной частоты открытого резонатора, обусловленное деформацией его плоской металлической пластины, дает возможность измерить величину поступательного перемещения контролируемого объекта.

Наличие в заявляемом устройстве совокупности перечисленных существующих признаков позволяет решить поставленную задачу определения поступательного перемещения на основе использования деформации плоской металлической пластины с металлической трубкой открытого резонатора при воздействии на металлическую трубку объекта поступательного перемещения с желаемым техническим результатом, т.е. повышением точности измерения.

Устройство содержит источник излучения 1, элемент ввода электромагнитных колебаний 2 и элемент вывода электромагнитных колебаний 3, закрепленные снаружи на разных сечениях вогнутой металлической пластины 4 открытого резонатора, приемник 5, соединенный выходом с измерителем амплитудно-частотных характеристик 6, металлическую трубку 7, закрепленную снаружи на плоской металлической пластине 8 открытого резонатора.

Устройство работает следующим образом. Выходным сигналом источника излучения 1, прошедшим через элемент ввода электромагнитных колебаний 2, возбуждают электромагнитные колебания в открытом резонаторе, состоящем из вогнутой и плоской металлических пластин 4 и 8 соответственно. При отсутствии поступательного перемещения, т.е. состояние плоской металлической пластины с металлической трубкой 7 без деформации срединной поверхности плоской металлической пластины, определяют собственную резонансную частоту открытого резонатора. Для этого сигнал, свидетельствующий о факте резонанса в открытом резонаторе, с помощью элемента вывода электромагнитных колебаний 3, переносится на вход приемника 5 (детектора). После этого выходной продетектированный сигнал последнего поступает в измеритель амплитудно-частотных характеристик 6. Здесь по пику амплитудно-частотной характеристики резонансного сигнала открытого резонатора определяют собственную резонансную частоту открытого резонатора при отсутствии поступательного перемещения.

В данном техническом решении воздействие поступательного перемещения на плоскую металлическую пластину открытого резонатора осуществляется через свободный конец металлической трубки, закрепленной другим концом в центре плоской металлической пластины и направленной в сторону объекта перемещения. Под воздействием перемещения плоская металлическая пластина будет деформироваться и в результате этого изменится резонансная частота открытого резонатора. Изменение (сдвиг) резонансной частоты резонатора, как уже было отмечено выше, также можно наблюдать на экране измерителя амплитудно-частотных характеристик (изменение вершины тока амплитудно-частотной характеристики). Отсюда заключаем, что при наличии поступательного перемещения по измерению резонансной частоты открытого резонатора можно определить величину перемещения.

Пусть fr частота открытого резонатора при отсутствии перемещения (плоская металлическая пластина без деформации). При деформации (поперечный изгиб) плоской металлической пластины (наличие поступательного перемещения) из-за того, что расстояние между вогнутой металлической и плоской металлической пластинами открытого резонатора увеличивается, частота резонатора должна уменьшаться и наоборот. Если обозначить f2 частоту резонатора при наличии поступательного перемещения слева направо, то по разности fr-f 2 можно определить величину поступательного перемещения. При этом следует отметить, что максимальный изгиб плоской металлической пластины, направленный в сторону объекта перемещения, должен соответствовать максимальному перемещению объекта, например, слева направо, а нулевой изгиб (плоская форма пластины) - отсутствию перемещения (перемещение справа налево). В силу этого максимальная резонансная частота открытого резонатора будет соответствовать отсутствию перемещения, а минимальная частота резонатора - максимальной величине перемещения.

Согласно предлагаемому устройству источник излучения должен обладать возможностью перестройки частоты электромагнитных колебаний. Это связано с нахождением резонанса в открытом резонаторе как при отсутствии поступательного перемещения, так и при его наличии, т.е. со слежением перемещения.

При реализации данного технического решения свободный конец металлической трубки, закрепленной другим концом в центре плоской металлической пластины открытого резонатора, жестко связывается с объектом поступательного перемещения.

Предлагаемое устройство успешно может быть использовано для определения, например, поступательного перемещения цилиндра гидродвигателя.

Таким образом, в предлагаемом техническом решении измерение резонансной частоты открытого резонатора, выполненного на базе вогнутой металлической пластины и деформирующейся плоской металлической пластины, обеспечивает повышение точности измерения поступательного перемещения.

Формула изобретения

Устройство для определения поступательного перемещения, характеризующееся тем, что содержит источник излучения и приемник, измеритель амплитудно-частотных характеристик, элементы ввода и вывода электромагнитных колебаний, при этом чувствительный элемент выполнен в виде открытого резонатора с вогнутой металлической пластиной и плоской металлической пластиной, снабженной металлической трубкой, причем выход источника излучения соединен с элементом ввода электромагнитных колебаний, а элемент вывода электромагнитных колебаний через приемник подключен к измерителю амплитудно-частотных характеристик.