Патент на изобретение №2184929

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ЛИНЕЙНЫХ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ И ДЕФОРМАЦИЙ ОБЪЕКТА

(57) Реферат:

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения перемещений и деформаций объектов в результате тепловых, упругих и других возмущающих воздействий. Устройство содержит три идентичных датчика расстояния, подключенных соответственно к измерительным преобразователям. Первые два датчика установлены относительно контролируемого объекта дифференциально от его поверхности, а третий датчик – с образцовым смещением относительно второго, параллельно его оси чувствительности. Устройство имеет блок обработки информации, который содержит один блок сложения, три блока вычитания, три блока деления, два блока умножения 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 тепловых, упругих и других возмущающих воздействий.

Известно множество измерительных устройств, реализующих алгоритмический метод измерения перемещений объектов, подверженных тепловым и упругим деформациям. Например, устройство по а.с. 1562674, кл. G 01 В 7/00, 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 по а. с. 1663396, кл. G 01 В 7/00, где использование тех же измерительных каналов, что и в первом аналоге, с некоторым усложнением блока обработки информации, позволяет дополнительно получить величину линейной деформации объекта.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является техническое решение, опубликованное в “Измерительной технике”, 1992, 5, стр. 17-18, содержащее три идентичных датчика расстояния с гиперболическими функциями преобразования, два из которых установлены относительно контролируемого объекта дифференциально, а третий – с образцовым смещением относительно второго параллельно его оси чувствительности, три соответствующих измерительных преобразователя, блок сложения, три блока вычитания, два блока умножения, три блока деления и блок памяти, выходные сигналы измерительных каналов аппроксимируются системой уравнений

где k – чувствительность измерительных каналов;
х₀ – 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;
x₁ – компонента, характеризующая линейное перемещение точки контролируемого объекта, принятой за полюс (в данном случае принят центр объекта);
x₂ – компонента, характеризующая линейную деформацию объекта между его крайними точками.

Соответственно, на выходе блока обработки получаем сигналы, характеризующие названные компоненты и нечувствительные к возмущающим воздействиям со стороны контролируемого объекта


Как видно из выражений, входящих в систему (1), это половинная деформация части объекта от точки О, принятой за полюс и расположенной в данном случае в центре контролируемого объекта, до соответствующих сторон объекта. Значение х₂/2 в всех выражениях системы (1) совпадает, если соблюдено условие симметрии деформации в одну и другую сторону от полюса О. Последнее не всегда возможно.

К недостаткам известного устройства можно отнести недостаточную точность измерения из-за влияния на результат неравномерности деформации по длине контролируемого объекта, приводящую также к ограничению функциональных возможностей устройства.

Сущность изобретения заключается в том, что в устройстве для измерения линейных перемещений и деформаций объекта, содержащем три идентичных датчика расстояния с гиперболическими функциями преобразования, два из которых установлены относительно контролируемого объекта дифференциально, а третий – с образцовым смещением относительно второго, параллельно его оси чувствительности, подключенных к соответствующим измерительным преобразователям, блок сложения, три блока вычитания, два блока умножения, три блока деления и блок памяти, причем выход первого измерительного преобразователя первого датчика подключен к первому входу блока сложения и первому входу первого блока деления, ко второму входу блока сложения и прямому входу первого блока вычитания подключен выход второго измерительного преобразователя второго датчика, выход третьего измерительного преобразователя третьего датчика подключен к инверсному входу первого блока вычитания и второму входу первого блока деления, выходы блока сложения и первого блока вычитания подключены к соответствующим входам второго блока деления, выход которого, а также выход первого блока деления и первый выход блока памяти подключены к соответствующим входам первого блока умножения, выход первого блока умножения подключен к инверсному входу второго блока вычитания, к прямому входу которого подключен второй выход блока памяти, а выход второго блока вычитания является первым выходом устройства, к соответствующим входам третьего блока деления подключены выходы второго измерительного преобразователя и первого блока вычитания, выход третьего блока деления подключен к одному из входов второго блока умножения, к двум другим входам которого подключены соответственно выход первого блока деления и первый выход блока памяти, выход второго блока умножения подключен к прямому входу третьего блока вычитания, к инверсному входу которого подключен третий выход блока памяти, а выход третьего блока вычитания служит вторым выходом устройства. В этом случае в качестве информативной величины, характеризующей перемещение объекта, принимается перемещение точки, расположенной на одной из граней контролируемого объекта, а величина деформации характеризует интегральную деформацию объекта между его крайними гранями, складывающуюся из отдельных деформаций частей объекта, по-разному меняющихся в зависимости от изменения причин деформации.

В результате расширяются функциональные возможности устройства и повышается в определенном случае точность измерения.

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

Устройство содержит три идентичных датчика 1-3 расстояния, подключенных, соответственно, к измерительным преобразователям 4, 5 и 6. Первые два датчика 1 и 2 установлены относительно контролируемого объекта дифференциально с известным начальным расстоянием х₀ от егo поверхности, а третий датчик 3 – с образцовым смещением x_t относительно второго, параллельно его оси чувствительности. Устройство имеет блок обработки информации, который содержит один блок 7 сложения, три блока 8, 9 и 10 вычитания, три блока 11-13 деления, два блока 14 и 15 умножения и блок 16 памяти. Причем, выход первого измерительного преобразователя 4 первого датчика 1 подключен к первому входу блока 7 сложения и первому входу первого блока 11 деления, ко второму входу блока 7 сложения, прямому входу первого блока 8 вычитания и первому входу третьего блока 12 деления подключен выход второго измерительного преобразователя 5 второго датчика 2, выход третьего измерительного преобразователя 6 третьего датчика 3 подключен к инверсному входу первого блока 8 вычитания и второму входу первого блока 11 деления, выходы блока 7 сложения и первого блока 8 вычитания подключены к соответствующим входам второго блока 13 деления, кроме того, выход первого блока 8 вычитания подключен ко второму входу третьего блока 12 деления, выходы первого и второго блоков 11 и 13 деления, а также первый выход блока 16 памяти подключены к соответствующим входам первого блока 15 умножения, выход которого подключен к инверсному входу второго блока 10 вычитания, к прямому входу которого подключен второй выход блока 16 памяти, причем выход второго блока 10 вычитания является первым выходом устройства, выход третьего блока 12 деления подключен к одному из входов второго блока 14 умножения, к двум другим входам которого подключены соответственно выход первого блока 11 деления и первый выход блока 16 памяти, выход второго блока 14 умножения подключен к прямому входу третьего блока 9 вычитания, к инверсному входу которого подключен третий выход блока 16 памяти, а выход третьего блока 9 вычитания служит вторым выходом устройства.

Устройство работает следующим образом.

При перемещении и деформации контролируемого объекта в направлениях, показанных на фигуре стрелками, на выходах измерительных преобразователей 4-6 получают сигналы



где k – чувствительность измерительных каналов, зависящая от внешних возмущений;
х₀ – начальное расстояние от 1-го и 2-го датчиков до поверхности контролируемого объекта и постоянное расстояние от третьего датчика до поверхности контролируемого объекта;
x_t – образцовое смещение третьего датчика относительно второго в направлении их осей чувствительности;
x₁ – компонента, характеризующая линейное перемещение контролируемого объекта по точке О, расположенной на одной из граней объекта;
x₂ – компонента, характеризующая интегральную деформацию контролируемого объекта между его противолежащими гранями.

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

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

Сигналы (4) и (6) с выходов первого 4 и третьего 6 измерительных преобразователей поступают на входы первого блока 11 деления, на выходе которого получают сигнал

Сигнал (5) с выхода второго измерительного преобразователя 5 и сигнал (8) с выхода первого блока 8 вычитания поступают на входы блока 12 деления, на выходе которого получаем

Сигналы (9) и (10) с блоков 11 и 12 деления, а также сигнал x₁ с первого выхода блока 16 памяти поступают на входы блока 14 умножения, на выходе которого получают сигнал

Сигнал (11) с выхода блока 14, а также сигнал х₀ с соответствующего выхода блока 16 памяти поступают на соответствующие входы блока 9 вычитания, на выходе которого, являющегося одним из выходов устройства, получают сигнал

характеризующий линейное перемещение контролируемого объекта по точке О, расположенной на одной из граней объекта.

Сигнал (7) с выхода блока 7 сложения и сигнал (8) с выхода первого блока 8 вычитания поступают на соответствующие входы блока 13 деления, на выходе которого получаем

Сигналы (9) и (13) с блоков 11 и 13 деления, а также сигнал х_t с первого выхода блока 16 памяти поступают на входы блока 15 умножения, на выходе которого получают сигнал

Сигнал (14) с выхода блока 14 умножения, а также сигнал 2x₀ с соответствующего выхода блока 16 памяти поступают на соответствующие входы блока 10 вычитания, на выходе которого, являющимся вторым выходом устройства, получают сигнал

характеризующий интегральную деформацию контролируемого объекта между его противолежащими гранями.

Применение данного изобретения расширяет функциональные возможности его использования за счет возможности измерения неравномерно деформирующийся объектов и повышает в этом случае точность измерения.

Формула изобретения

Устройство для измерения линейных перемещений и деформаций объекта, содержащее три идентичных датчика расстояния с гиперболическими функциями преобразования, два из которых установлены относительно контролируемого объекта дифференциально, а третий – с образцовым смещением относительно второго, параллельно его оси чувствительности, подключенных к соответствующим измерительным преобразователям, и блок обработки информации, включающий в себя блок сложения, три блока вычитания, два блока умножения, три блока деления и блок памяти, причем выход первого измерительного преобразователя первого датчика подключен к первому входу блока сложения и первому входу первого блока деления, ко второму входу блока сложения и прямому входу первого блока вычитания подключен выход второго измерительного преобразователя второго датчика, выход третьего измерительного преобразователя третьего датчика подключен к инверсному входу первого блока вычитания и второму входу первого блока деления, выходы блока сложения и первого блока вычитания подключены к соответствующим входам второго блока деления, выход которого, а также выход первого блока деления и первый выход блока памяти подключены к соответствующим входам первого блока умножения, выход первого блока умножения подключен к инверсному входу второго блока вычитания, к прямому входу которого подключен второй выход блока памяти, а выход второго блока вычитания является первым выходом устройства, отличающееся тем, что к соответствующим входам третьего блока деления подключены выходы второго измерительного преобразователя и первого блока вычитания, выход третьего блока деления подключен к одному из входов второго блока умножения, к двум другим входам которого подключены соответственно выход первого блока деления и первый выход блока памяти, выход второго блока умножения подключен к прямому входу третьего блока вычитания, к инверсному входу которого подключен третий выход блока памяти, а выход третьего блока вычитания служит вторым выходом устройства.

РИСУНКИ