информационно-измерительная система перемещений и деформаций объекта

Формула изобретения

Информационно-измерительная система перемещений и деформаций объекта, содержащая четыре датчика линейных перемещений, подключенных к соответствующим измерительным преобразователям и установленных попарно-дифференциально коллинеарно одной из выбранных координатных осей, и блок обработки информации, включающий в себя два блока сложения, четыре блока вычитания, три блока умножения, три блока деления и блок памяти, причем выход первого измерительного преобразователя, соединенного с выходом первого датчика, подключен к одному из входов первого блока сложения и прямому входу первого блока вычитания, выход второго измерительного преобразователя, соединенного с выходом второго датчика, подключен ко второму входу первого блока сложения и инверсному входу первого блока вычитания, выход третьего измерительного преобразователя, соединенного с выходом третьего датчика, подключен к одному из входов второго блока сложения и прямому входу второго блока вычитания, выход четвертого измерительного преобразователя, соединенного с выходом четвертого датчика, подключен ко второму входу второго блока сложения и инверсному входу второго блока вычитания, отличающееся тем, что в блок обработки информации введены четвертый и пятый блоки умножения, а выход первого измерительного преобразователя дополнительно подключен к одному из входов первого блока умножения и одному из входов второго блока умножения, выход второго измерительного преобразователя подключен ко второму входу первого блока умножения и второму входу второго блока умножения, выход третьего измерительного преобразователя подключен к одному из входов третьего блока умножения и одному из входов четвертого блока умножения, выход четвертого измерительного преобразователя подключен ко второму входу третьего блока умножения и второму входу четвертого блока умножения, выход первого блока сложения подключен к третьему входу третьего блока умножения, выход второго блока сложения подключен к третьему входу второго блока умножения, к четвертому входу которого подключен соответствующий выход блока памяти, выход первого блока вычитания подключен к третьему входу четвертого блока умножения, к четвертому входу которого подключен соответствующий выход блока памяти, выход второго блока вычитания подключен к третьему входу первого блока умножения, к четвертому входу которого подключен соответствующий выход блока памяти, выход первого блока умножения подключен к прямому входу четвертого блока вычитания и первому входу первого блока деления, выход второго блока умножения подключен к инверсному входу третьего блока вычитания, выход третьего блока умножения подключен ко второму входу первого блока деления, второму входу второго блока деления, второму входу третьего блока деления и одному из входов пятого блока умножения, ко второму входу которого подключен соответствующий выход блока памяти, выход четвертого блока умножения подключен к инверсному входу четвертого блока вычитания, выход которого является первым входом третьего блока деления, выход пятого блока умножения подключен к прямому входу третьего блока вычитания, выход которого подключен к первому входу второго блока деления, выход первого блока деления является первым выходом системы, выход второго блока деления является вторым выходом системы, а выход третьего блока деления является третьим выходом системы.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения линейных перемещений, деформаций и поворотов 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.

Устройство [4] позволяет получить информацию о линейном перемещении, линейной деформации и повороте контролируемого объекта.

Действительно, если в соответствии с [4] выходные сигналы шести 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;

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;

x₃ - компонента, характеризующая поворот вокруг центра контролируемого объекта,

то на выходе блока обработки получаем сигналы, характеризующие названные компоненты и инвариантные относительно возмущений со стороны контролируемого объекта:







К недостаткам известного устройства можно отнести сложность устройства из-за большого количества датчиков и элементов блока вычисления и погрешности измерения из-за большого количества измерительных каналов.

Сущность изобретения заключается в том, что в известном устройстве для измерения линейных перемещений и деформаций объекта, содержащем четыре датчика линейных перемещений, подключенных к соответствующим измерительным преобразователям и установленных попарно-дифференциально коллинеарно одной из выбранных координатных осей, и блок обработки информации, включающий в себя два блока сложения, четыре блока вычитания, три блока умножения, три блока деления и блок памяти, причем выход первого измерительного преобразователя, соединенного с выходом первого датчика, подключен к одному из входов первого блока сложения и прямому входу первого блока вычитания, выход второго измерительного преобразователя, соединенного с выходом второго датчика, подключен ко второму входу первого блока сложения и инверсному входу первого блока вычитания, выход третьего измерительного преобразователя, соединенного с выходом третьего датчика, подключен к одному из входов второго блока сложения и прямому входу второго блока вычитания, выход четвертого измерительного преобразователя, соединенного с выходом четвертого датчика, подключен ко второму входу второго блока сложения и инверсному входу второго блока вычитания, в блок обработки информации введены четвертый и пятый блоки умножения, причем выход первого измерительного преобразователя дополнительно подключен к одному из входов первого блока умножения и одному из входов второго блока умножения, выход второго измерительного преобразователя подключен ко второму входу первого блока умножения и второму входу второго блока умножения, выход третьего измерительного преобразователя подключен к одному из входов третьего блока умножения и одному из входов четвертого блока умножения, выход четвертого измерительного преобразователя подключен ко второму входу третьего блока умножения и второму входу четвертого блока умножения, выход первого блока сложения подключен к третьему входу третьего блока умножения, выход второго блока сложения подключен к третьему входу второго блока умножения, к четвертому входу которого подключен соответствующий выход блока памяти, выход первого блока вычитания подключен к третьему входу четвертого блока умножения, к четвертому входу которого подключен соответствующий выход блока памяти, выход второго блока вычитания подключен к третьему входу первого блока умножения, к четвертому входу которого подключен соответствующий выход блока памяти, выход первого блока умножения подключен к прямому входу четвертого блока вычитания и первому входу первого блока деления, выход второго блока умножения подключен к инверсному входу третьего блока вычитания, выход третьего блока умножения подключен ко второму входу первого блока деления, второму входу второго блока деления, второму входу третьего блока деления и одному из входов пятого блока умножения, ко второму входу которого подключен соответствующий выход блока памяти, выход четвертого блока умножения подключен к инверсному входу четвертого блока вычитания, выход которого является первым входом третьего блока деления, выход пятого блока умножения подключен к прямому входу третьего блока вычитания, выход которого подключен к первому входу второго блока деления, выход первого блока деления является первым выходом системы, выход второго блока деления является вторым выходом системы, а выход третьего блока деления является третьим выходом системы.

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

На чертеже приведена блок-схема информационно-измерительной системы перемещений и деформаций объекта.

Информационно-измерительная система перемещений и деформаций объекта относится к измерительной технике и может быть использована для измерения перемещений, деформаций и поворотов объектов в результате, например, тепловых и упругих возмущений.

Информационно-измерительная система перемещений и деформаций объекта относится к измерительной технике и может быть использована для измерения перемещений, деформаций и поворотов многомерных объектов, подверженных сложным перемещениям и деформациям.

Устройство содержит четыре датчика 1-4 линейных перемещений, подключенных, соответственно, к измерительным преобразователям 5-8. Датчики линейных перемещений установлены попарно-дифференциально так, что их оси чувствительности параллельны координатным осям. Датчики 1 и 2 первой пары установлены дифференциально относительно плоского элемента, закрепленного на контролируемом объекте перпендикулярно осям чувствительности датчиков, датчики 3 и 4 установлены дифференциально относительно противоположных поверхностей контролируемого объекта и друг друга. Устройство имеет блок обработки информации, который содержит два блока 9 и 10 сложения, четыре блока 11-14 вычитания, пять блоков 15-19 умножения, три блока 20-22 деления и блок 23 памяти. Причем выход первого измерительного преобразователя 5, соединенного с выходом первого датчика 1, подключен к одному из входов первого блока 9 сложения, прямому входу первого блока 11 вычитания, одному из входов первого блока 15 умножения и одному из входов второго блока 16 умножения; выход второго измерительного преобразователя 6, соединенного с выходом второго датчика 2, подключен ко второму входу первого блока 9 сложения, инверсному входу первого блока 11 вычитания, второму входу первого блока 15 умножения и второму входу второго блока 16 умножения; выход третьего измерительного преобразователя 7, соединенного с выходом третьего датчика 3, подключен к одному из входов второго блока 10 сложения, прямому входу второго блока 12 вычитания, одному из входов третьего блока 17 умножения и одному из входов четвертого блока 18 умножения; выход четвертого измерительного преобразователя 8, соединенного с выходом четвертого датчика 4, подключен ко второму входу второго блока 10 сложения, инверсному входу второго блока 12 вычитания, второму входу третьего блока 17 умножения и второму входу четвертого блока 18 умножения; выход первого блока сложения 9 подключен к третьему входу третьего блока 17 умножения; выход второго блока 10 сложения подключен к третьему входу второго блока 16 умножения, к четвертому входу которого подключен соответствующий выход блока 23 памяти; выход первого блока 11 вычитания подключен к третьему входу четвертого блока 18 умножения, к четвертому входу которого подключен соответствующий выход блока 23 памяти; выход второго блока 12 вычитания подключен к третьему входу первого блока 15 умножения, к четвертому входу которого подключен соответствующий выход блока 23 памяти; выход первого блока 15 умножения подключен к прямому входу четвертого блока 14 вычитания и первому входу первого блока 20 деления; выход второго блока 16 умножения подключен к инверсному входу третьего блока 13 вычитания; выход третьего блока 17 умножения подключен ко второму входу первого блока 20 деления, второму входу второго блока 21 деления, второму входу третьего блока 22 деления и одному из входов пятого блока 19 умножения, ко второму входу которого подключен соответствующий выход блока 23 памяти; выход четвертого блока 18 умножения подключен к инверсному входу четвертого блока 14 вычитания, выход которого подключен к первому входу третьего блока 22 деления; выход пятого блока 19 умножения подключен к прямому входу третьего блока 13 вычитания, выход которого подключен к первому входу второго блока 21 деления; выход первого блока 20 деления является первым выходом системы; выход второго блока 21 деления является вторым выходом системы; выход третьего блока 22 деления является третьим выходом системы. Направления измеряемых компонентов x₁, x₂ и x₃ перемещения, деформации и поворота, 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, деформации и повороте контролируемого объекта в направлениях, показанных на чертеже стрелками, на выходах измерительных преобразователей 5-8 получают сигналы:









где k - чувствительность измерительных каналов, зависящая от внешних возмущений;

х₀ - начальное расстояние от 1-го, 2-го, 3-го и 4-го датчиков до соответствующих поверхностей контролируемого объекта;

x₁ - компонента, характеризующая линейное перемещение контролируемого объекта;

x₂ - компонента, характеризующая линейную деформацию контролируемого объекта;

x₃ - компонента, характеризующая поворот контролируемого объекта.

Сигналы (5) и (6) с выходов первого 5 и второго 6 измерительных преобразователей поступают на входы первого блока 9 сложения и на входы первого блока 11 вычитания, на выходе которых получают сигналы:





Сигналы (5) и (6) с выходов третьего 7 и четвертого 8 измерительных преобразователей поступают на входы второго блока 10 сложения и второго блока 12 вычитания, на выходе которых получают сигналы:





Сигнал (5) с выхода первого измерительного преобразователя 5, сигнал (6) с выхода второго измерительного преобразователя 6, сигнал (12) с выхода второго блока вычитания и сигнал х₀ с первого выхода блока 23 памяти поступают на входы первого блока 13 умножения, на выходе которого получаем:



Сигнал (5) с выхода первого измерительного преобразователя 5, сигнал (6) с выхода второго измерительного преобразователя 6, сигнал (10) с выхода второго блока сложения и сигнал 2х₀ со второго выхода блока 23 памяти поступают на входы второго блока 14 умножения, на выходе которого получаем:



Сигнал (7) с выхода третьего измерительного преобразователя 7, сигнал (8) с выхода четвертого измерительного преобразователя 8 и сигнал (9) с выхода первого блока 9 сложения поступают на входы третьего блока 15 умножения, на выходе которого получаем:



Сигнал (7) с выхода третьего измерительного преобразователя 7, сигнал (8) с выхода четвертого измерительного преобразователя 8, сигнал (11) с выхода первого блока 11 вычитания и сигнал х₀ с первого выхода блока 23 памяти поступают на входы четвертого блока 16 умножения, на выходе которого получаем:



Сигнал (15) с выхода третьего блока 15 умножения и сигнал 2х₀ со второго выхода блока 23 памяти поступают на входы пятого блока 17 умножения, на выходе которого получаем:



Сигналы (13) и (15) с выходов первого и третьего блоков 13 и 15 умножения поступают на входы первого блока 20 деления, на выходе которого получаем:



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

Сигналы (17) и (14) с выходов пятого и второго блоков 17 и 14 умножения поступают на соответствующие входы третьего блока 18 вычитания, на выходе которого получаем:



Сигнал (19) с выхода третьего блока 18 вычитания и (15) с выхода третьего блока 15 умножения поступают на входы второго блока 21 деления, на выходе которого получаем:



Сигналы (13) и (16) с выходов первого и четвертого блоков 13 и 16 умножения поступают на соответствующие входы четвертого блока 19 вычитания, на выходе которого получаем:



Сигнал (21) с выхода третьего блока 19 вычитания и (15) с выхода третьего блока 15 умножения поступают на входы третьего блока 22 деления, на выходе которого получаем:



Этот сигнал характеризует поворот контролируемого объекта вокруг полюса (центра) "О", угловое значение поворота может быть получено геометрическим пересчетом с использованием величины x₃ и соответствующего радиуса.

Величина х₀ начального расстояния от датчиков до контролируемых поверхностей считается известной. Величины x₁, x₂ и x₃ в соответствии с выражениями (18), (20) и (22) характеризуют линейное перемещение, линейную деформацию, поворот контролируемого объекта и не зависят от изменений под действием внешних возмущений параметра k.

Применение данного изобретения упрощает устройство за счет уменьшения количества необходимых датчиков.

Источники информации

1. Авторское свидетельство СССР 1562674, кл. G 01 В 7/00, 1990 г., бюл. 17.

2. Авторское свидетельство СССР 1663396, кл. G 01 В 7/00, 1991 г., бюл. 26.

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

4. Авторское свидетельство 1783283, кл. G 01 В 7/00, 1992 г., бюл. 47.