Патент на изобретение №2184346

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ЛИНЕЙНЫХ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ И ДЕФОРМАЦИЙ ОБЪЕКТА

(57) Реферат:

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для измерения перемещений и деформаций объектов. Устройство содержит три датчика расстояния, подключенных к измерительным преобразователям. Первый и второй датчики установлены относительно контролируемого объекта и друг друга дифференциально. Третий датчик установлен дифференциально относительно первого и асимметрично относительно второго на величину размера контролируемого объекта в направлении прямой, совпадающей с осями чувствительности первого и второго датчиков. Устройство имеет блок обработки информации, который содержит два блока вычитания, один блок сложения, три блока умножения, два блока деления и блок памяти. Техническим результатом изобретения являются расширенные функциональные возможности, повышенная точность измерений и упрощение устройства. 1 ил.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения перемещений и деформаций объектов в результате, например, тепловых и упругих возмущений.

Известно множество измерительных устройств, реализующих алгоритмический метод измерения перемещений объектов, подверженных тепловым и упругим деформациям. Например, устройство [1], где в результате использования трех измерительных каналов получают величину радиального перемещения вала с одновременной компенсацией возмущающих воздействий со стороны контролируемого объекта. Их недостатком является недостаточная информативность из-за отсутствия контроля величины линейной деформации объекта в процессе измерения.

Известно также устройство [2, 3], где использование тех же измерительных каналов, что и в устройстве [1] с некоторым усложнением блока обработки информации, позволяет дополнительно получить величину линейной деформации объекта.

Действительно, если в соответствии с [3] выходные сигналы трех измерительных каналов аппроксимируются системой уравнений

где k – чувствительность измерительных каналов;
x_о – начальное расстояние от 1-го и 2-го датчиков до контролируемого объекта, установленных дифференциально;
x_{t –} образцовое смещение третьего датчика относительно второго, известное с высокой степенью точности;
x_{1 –} компонента, характеризующая линейное перемещение точки контролируемого объекта, принятой за полюс (в данном случае принят центр объекта);
x_{2 –} компонента, характеризующая линейную деформацию объекта между его крайними точками,
то на выходе блока обработки получаем сигналы, характеризующие названные компоненты и инвариантные относительно возмущений со стороны контролируемого объекта:


К недостаткам известного устройства можно отнести ограничения функциональных возможностей из-за специфики установки третьего и второго датчиков, взаимное смещение которых x_t должно быть точно задано, так как входит в измерительно-вычислительные алгоритмы [2] и [3], и в то же время оба названные датчика должны идентично воспринимать искомые компоненты x₁ и x₂, а также определенная сложность устройства, в том числе из-за наличия трех блоков деления.

Последнее не всегда возможно из-за ограничений формы и размеров контролируемых объектов. В случае несоблюдения указанных требований методическая погрешность измерения увеличивается. Кроме того, имеет место определенная сложность электрического блока обработки информации, упростить который также представляется необходимым.

Сущность изобретения заключается в том, что в известном устройстве для измерения линейных перемещений и деформаций объекта, содержащем три датчика расстояния, подключенных к соответствующим измерительным преобразователям, два из которых, первый и второй, установлены относительно контролируемого объекта и друг друга дифференциально, и блок обработки информации, включающий в себя два блока вычитания, блок сложения, два блока умножения, два блока деления и блок памяти, третий датчик установлен дифференциально относительно первого и асимметрично относительно второго на величину размера контролируемого объекта в направлении прямой, совпадающей с осями чувствительности первого и второго датчиков, в блок обработки информации введен третий блок умножения, причем выход первого измерительного преобразователя, соединенного с выходом первого датчика, подключен к прямому входу первого блока вычитания, одному из входов блока сложения и одному из входов третьего блока умножения, выход второго измерительного преобразователя, соединенного с выходом второго датчика, подключен к инверсному входу первого блока вычитания, прямому входу второго блока вычитания и одному из входов первого блока умножения, выход третьего измерительного преобразователя, соединенного с выходом третьего датчика, подключен ко второму входу блока сложения, инверсному входу второго блока вычитания и одному из входов второго блока умножения, выход блока сложения подключен ко второму входу первого блока умножения, выход которого соединен с соответствующими входами первого и второго блоков деления, выход первого блока вычитания подключен ко второму входу второго блока умножения, к третьему входу которого подключен соответствующий выход блока памяти, а его выход соединен с соответствующим входом первого блока деления, выход которого является первым выходом устройства, выход второго блока вычитания подключен ко второму входу третьего блока умножения, к третьему входу которого подключен соответствующий выход блока памяти, а его выход соединен с соответствующим входом второго блока деления, выход которого является вторым выходом устройства.

В результате расширяются функциональные возможности, повышается в определенном случае точность измерения и упрощается устройство.

На чертеже приведена блок-схема устройства для измерения линейных перемещений и деформаций объекта.

Устройство содержит три датчика 1-3 расстояния, подключенных соответственно к измерительным преобразователям 4, 5 и 6. Датчики 1, 2 и 3 установлены относительно соответствующих поверхностей контролируемого объекта с известным начальным расстоянием x_о. Устройство имеет блок обработки информации, который содержит два блока 7 и 8 вычитания, один блок 9 сложения, три блока 10-12 умножения, два блока 13 и 14 деления и блок 15 памяти. Причем выход первого измерительного преобразователя 4, соединенного с выходом первого датчика 1, подключен к прямому входу первого блока 7 вычитания, одному из входов блока 9 сложения и одному из входов третьего блока 12 умножения, выход второго измерительного преобразователя 5, соединенного с выходом второго датчика 2, подключен к инверсному входу первого блока 7 вычитания, прямому входу второго блока 8 вычитания и одному из входов первого блока 10 умножения, выход третьего измерительного преобразователя 6, соединенного с выходом третьего датчика 3, подключен ко второму входу блока 9 сложения, инверсному входу второго блока 8 вычитания и одному из входов второго блока 11 умножения, выход блока сложения 9 подключен ко второму входу первого блока 10 умножения, выход которого соединен с соответствующими входами первого и второго блоков 13 и 14 деления, выход первого блока 7 вычитания подключен ко второму входу второго блока 11 умножения, к третьему входу которого подключен соответствующий выход блока 15 памяти, а его выход соединен с соответствующим входом первого блока 13 деления, выход которого является первым выходом устройства, выход второго блока 8 вычитания подключен ко второму входу третьего блока 12 умножения, к третьему входу которого подключен соответствующий выход блока 15 памяти, а его выход соединен с соответствующим входом второго блока 14 деления, выход которого является вторым выходом устройства. Направления измеряемых компонентов x₁ и x₂ перемещения и деформации, принятые за положительные, показаны на чертеже стрелками. Точкой “О” обозначен полюс объекта, совпадающий в данном случае с его геометрическим центром, поступательное перемещение которого идентифицируется компонентой x₁.

Устройство работает следующим образом
При перемещении и деформации контролируемого объекта в направлениях, показанных на чертеже стрелками, на выходах измерительных преобразователей 4-6 получают сигналы



где k – чувствительность измерительных каналов, зависящая от внешних возмущений;
х_о – начальное расстояние от 1-го, 2-го и 3-го датчиков до соответствующих поверхностей контролируемого объекта;
х₁ – компонента, характеризующая линейное перемещение контролируемого объекта;
х₂ – компонента, характеризующая линейную деформацию контролируемого объекта.

Сигналы (4) и (5) с выходов первого 4 и второго 5 измерительных преобразователей поступают на входы первого блока 7 вычитания, на выходе которого получают сигнал

Сигналы (5) и (6) с выходов второго 5 и третьего 6 измерительных преобразователей поступают на входы второго блока 8 вычитания, на выходе которого получают сигнал

Сигналы (4) и (6) с выходов первого 4 и третьего 6 измерительных преобразователей поступают на входы блока 9 сложения, на выходе которого получают

Сигнал (5) с выхода второго измерительного преобразователя 5 и сигнал (9) с выхода блока 9 сложения поступают на входы первого блока 10 умножения, на выходе которого получают

Сигнал (6) с выхода третьего измерительного преобразователя 6, сигнал (7) с выхода первого блока 7 вычитания и сигнал х_о с выхода блока 15 памяти поступают на входы второго блока 11 умножения, на выходе которого получают

Сигнал (4) с выхода первого измерительного преобразователя 4, сигнал (8) с выхода второго блока 8 вычитания и сигнал 2х_о с выхода блока 15 памяти поступают на входы третьего блока 12 умножения, на выходе которого получают

Сигналы (10) и (11) с выходов первого и второго блоков 10 и 11 умножения поступают на входы первого блока 13 деления, на выходе которого получают

Этот сигнал характеризует линейное перемещение полюса (центра) “О” объекта вдоль направления, показанного на чертеже стрелкой.

Сигналы (10) и (12) с выходов первого и третьего блоков 10 и 12 умножения поступают на входы второго блока 14 деления, на выходе которого получают

Этот сигнал характеризует линейную деформацию контролируемого объекта вдоль прямой, соединяющей дифференциально установленные датчики 1 и 2.

Применение данного изобретения упрощает устройство за счет уменьшения количества необходимых блоков и расширяет функциональные возможности его использования (третий датчик может быть установлен в любом месте).

Источники информации
1. А.с. CCCP N1562674, кл. G 01 В 7/00, 1990 г, бюл. 17.

2. А.с. CCCP N1663396, кл G 01 В 7/00, 1991 г, бюл. 26.

3. Измерительная техника, 1992, 5, с. 17-18.

Формула изобретения

Устройство для измерения линейных перемещений и деформаций объекта, содержащее три датчика расстояния, подключенных к соответствующим измерительным преобразователям, два из которых, первый и второй, установлены относительно контролируемого объекта и друг друга дифференциально, и блок обработки информации, включающий в себя два блока вычитания, блок сложения, два блока умножения, два блока деления и блок памяти, отличающееся тем, что третий датчик установлен дифференциально относительно первого и асимметрично относительно второго на величину размера контролируемого объекта в направлении прямой, совпадающей с осями чувствительности первого и второго датчиков, в блок обработки информации введен третий блок умножения, причем выход первого измерительного преобразователя, соединенного с выходом первого датчика, подключен к прямому входу первого блока вычитания, одному из входов блока сложения и одному из входов третьего блока умножения, выход второго измерительного преобразователя, соединенного с выходом второго датчика, подключен к инверсному входу первого блока вычитания, прямому входу второго блока вычитания и одному из входов первого блока умножения, выход третьего измерительного преобразователя, соединенного с выходом третьего датчика, подключен ко второму входу блока сложения, инверсному входу второго блока вычитания и одному из входов второго блока умножения, выход блока сложения подключен ко второму входу первого блока умножения, выход которого соединен с соответствующими входами первого и второго блоков деления, выход первого блока вычитания подключен ко второму входу второго блока умножения, к третьему входу которого подключен соответствующий выход блока памяти, а его выход соединен с соответствующим входом первого блока деления, выход которого является первым выходом устройства, выход второго блока вычитания подключен ко второму входу третьего блока умножения, к третьему входу которого подключен соответствующий выход блока памяти, а его выход соединен с соответствующим входом второго блока деления, выход которого является вторым выходом устройства.

РИСУНКИ