Патент на изобретение №2296948
|
||||||||||||||||||||||||||
(54) ДАТЧИК УГЛОВОГО ПОЛОЖЕНИЯ ВАЛА
(57) Реферат:
Использование: для измерения углового положения вала. Сущность заключается в том, что на контролируемом валу закрепляют насадку, боковая поверхность которой выполнена по спирали Архимеда. Напротив насадки устанавливают излучатель ультразвуковых импульсов с лучевой характеристикой направленности. На боковую поверхность насадки закрепляют предметную катушку волоконно-оптического интерферометра, таким образом, чтобы на нее попадало ультразвуковое излучение излучателя. Опорную катушку интерферометра располагают вне действия излучения излучателя. Выход интерферометра подключают через усилитель к периодимеру. Ультразвуковой импульс излучателя запускает работу периодимера, а выходной импульс интерферометра останавливает работу периодимера. Для работы в воздушной среде датчик располагают в кювете с водой. Технический результат: повышение надежности работы датчика углового положения вала под водой в морских условиях. 5 з.п. ф-лы, 2 ил.
Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для измерения углового положения вала под водой. Известен датчик углового положения вала, содержащий насадку в виде диска с криволинейной прорезью в виде спирали Архимеда, закрепленного на валу, а также линейный источник света и фотоприемники, оптически согласованные через прорезь диска друг с другом [Патент США №4692613, кл. 250-231 SE (G01D 5/34), 1987]. Недостатком аналога является трудность его эксплуатации в морских условиях под водой. Известен датчик углового положения вала, содержащий закрепленную на контролируемом валу насадку с криволинейной боковой поверхностью, излучатель ультразвуковых импульсов, установленный напротив криволинейной поверхности насадки, и приемник ультразвуковых импульсов, подключенный выходом через усилитель к периодимеру [Авторское свидетельство СССР №391389, кл. G01B 17/00, 1970]. Последний датчик принят за прототип. В прототипе криволинейная поверхность насадки выложена в виде эвольвенты. Недостатком прототипа является использование криволинейной поверхности насадки в качестве ультразвукового отражателя, что неизбежно усложняет датчик и снижает надежность его работы особенно под водой в морских условиях. Техническим результатом, появляющимся от внедрения изобретения, является повышение надежности работы датчика углового положения вала под водой в морских условиях. Данный технический результат достигают за счет того, что в известном датчике углового положения вала (ДУПВ), содержащем закрепленную на контролируемом валу насадку с криволинейной боковой поверхностью, излучатель ультразвуковых импульсов (ИУИ), установленный напротив криволинейной поверхности насадки, и приемник ультразвуковых импульсов (ПУИ), подключенный выходом через усилитель к периодимеру, криволинейная поверхность насадки выполнена в виде спирали Архимеда, а ПУИ – в виде предметной катушки волоконно-оптического интерферометра (ВОИ), расположенной на криволинейной поверхности насадки, при этом опорная катушка интерферометра расположена вне зоны облучения ИУИ. Если ДУПВ работает в воздухе, он дополнительно снабжается кюветой с водой, в которой располагают излучатель и приемник ультразвуковых импульсов. Датчик может быть снабжен преобразователем скорости звука в среде, в которой он работает. Если датчик работает в воздухе, то преобразователь скорости звука располагают в кювете с водой. ИУИ выполняют с лучевой характеристикой направленности. ВОИ может быть снабжен фазосдвигающим устройством, расположенным в одной из катушек. Изобретение поясняется чертежами. На фиг.1 представлена схема выполнения датчика (вид с торца контролируемого вала); на фиг.2 – его оптико-электронная схема. ДУПВ содержит (фиг.1) закрепленную на контролируемом валу 1 насадку 2 с криволинейной боковой поверхностью 3, выполненной по спирали Архимеда, излучатель 4 ультразвуковых импульсов, установленный напротив боковой поверхности 3 насадки 2 и ПУИ. Последний выложен в виде предметной катушки 5 ВОИ (фиг.2), расположенной на криволинейной поверхности 3 насадки 2 (Предметная катушка 5 на фиг.1 не изображена). Опорная катушка 6 ВОИ располагается вне зоны 7 облучения ИУИ4 (на фиг.1 не показана). ВОИ включает в себя также источник 8 когерентного света, фотоприемник 9 и фазосдвигающее устройство 10, расположенное в одной из катушек. Выход фотоприемника 9 ВОИ подключен через усилитель 11 фототока ко второму входу периодимера 12, отградуированному в единицах угла поворота Первый вход периодимера подключают к синхронизирующему выходу ИУИ4 (Данная связь на чертеже не отражена). ДУПВ при работе в воздушной среде может включать в себя кювету 13 с водой 14. Для увеличения точности измерений ДУПВ может также включать в себя преобразователь скорости звука (на чертеже не показан), установленный в частности в кювете 13 с водой 14. Характеристику направленности ИУИ4 целесообразно сделать лучевой и ориентированной по траверзному расстоянию на предметную волоконную катушку 5, расположенную на подложке 3. ДУПВ работает следующим образом. ИУИ4 направляет к предметной катушке 5, выполняющей роль гидрофона, ультразвуковой импульс. При этом запускается работа периодимера 12, отсчитывающего с этого момента тактовые импульсы. Ультразвуковой импульс, распространяясь в воде, достигает предметной катушки 3 ВОИ. При этом на выходе фотоприемника 9 появится импульс, останавливающий работу периодимера 13. На табло последнего высветится время распространения ультразвукового импульса в воде от ИУИ4 до предметной катушки 5, расположенной на подложке 3. Свойства спирали Архимеда обеспечивают линейную зависимость выходного сигнала ДУПВ от угла Время от времени для уточнения тарировочного коэффициента преобразователь скорости звука выдает поправку на изменение скорости звука в воде. С помощью фазосдвигающего устройства 10 начальную разность фаз интерферирующих лучей ВОЙ целесообразно установить равной 90° для получения более крутых фронтов останавливающего периодимер 12 импульса. Таким образом, ДУПВ позволяет надежно отслеживать угловое положение вала в морских условиях.
Формула изобретения
1. Датчик углового положения вала, содержащий закрепленную на контролируемом валу насадку с криволинейной боковой поверхностью, излучатель ультразвуковых импульсов, установленный напротив криволинейной поверхности насадки, и приемник ультразвуковых импульсов, подключенный выходом через усилитель ко второму входу периодимера, первый вход которого соединяют с синхронизирующим выходом излучателя ультразвуковых импульсов, отличающийся тем, что криволинейная поверхность насадки выполнена в виде спирали Архимеда, а приемник ультразвуковых импульсов – в виде предметной катушки волоконно-оптического интерферометра, расположенной на криволинейной поверхности насадки, при этом опорная катушка интерферометра расположена вне зоны облучения излучателя ультразвуковых импульсов. 2. Датчик по п.1, отличающийся тем, что дополнительно снабжен кюветой с водой, в которой располагают излучатель и приемник ультразвуковых импульсов. 3. Датчик по п.1, отличающийся тем, что дополнительно снабжен преобразователем скорости звука. 4. Датчик по п.2 или 3, отличающийся тем, что преобразователь скорости звука расположен в кювете с водой. 5. Датчик по п.1, отличающийся тем, что излучатель ультразвуковых импульсов выполнен с лучевой характеристикой направленности. 6. Датчик по п.1, отличающийся тем, что волоконно-оптический интерферометр снабжен фазосдвигающим устройством, расположенным в одной из катушек.
РИСУНКИ
|
||||||||||||||||||||||||||
вала 1.
