датчик углового положения вала

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.

Описание изобретения к патенту

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 вала 1.

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 поворота вала 1. Чем больше угол , тем больше траверзное расстояние между ИУИ4 и предметной катушкой 5, закрепленной на насадке 3, и тем больше время распространения ультразвукового импульса в воде.

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.