устройство для измерения линейных перемещений и деформаций объекта

Формула изобретения

Устройство для измерения линейных перемещений и деформаций объекта, содержащее три идентичных датчика, два из которых установлены относительно контролируемого объекта дифференциально, а третий жестко закреплен на постоянном известном расстоянии от поверхности контролируемого объекта, которые подключены к соответствующим измерительным преобразователям, и блок обработки информации, включающий в себя блок сложения, два блока вычитания, три блока умножения, блок деления и блок памяти, причем выходы измерительных преобразователей дифференциально установленных датчиков расстояния подключены к соответствующим входам блока сложения и первого блока умножения, выходы измерительного преобразователя третьего датчика, жестко закрепленного на постоянном известном расстоянии от поверхности контролируемого объекта, и первого блока умножения подключены ко входам блока деления, выход которого, а также выходы блока сложения и блока памяти подключены ко входам второго блока умножения, выход которого соединен с инверсным входом первого блока вычитания, с прямым входом которого соединен второй выход блока памяти, а выход первого блока вычитания служит одним из выходов устройства, отличающееся тем, что в блок обработки информации введен дополнительный блок деления, к одному из входов которого подключен выход измерительного преобразователя первого датчика, а к другому - выход второго блока вычитания, к прямому входу которого подключен выход измерительного преобразователя первого датчика, а к инверсному - выход измерительного преобразователя третьего датчика, выход второго блока деления и первый выход блока памяти подключен ко входам третьего блока умножения, выход которого служит вторым выходом устройства.

Описание изобретения к патенту

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

Известно множество измерительных устройств, реализующих алгоритмический метод измерения перемещений объектов, подверженных тепловым, упругим и иным перемещениям. 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 возможности измерения величины линейной деформации объекта.

Известно также устройство, 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. Данное устройство позволяет измерять линейную деформацию объекта и его линейное перемещение, связываемое в этом случае с точкой, принятой за полюс и располагаемой в центре контролируемого объекта.

К недостаткам известного устройства относятся определенные ограничения функциональных возможностей из-за специфики установки третьего и второго датчиков, взаимное смещение которых должно быть точно задано, и недостаточная точность измерения из-за влияния на результат неравномерности деформации по длине контролируемого объекта.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является техническое решение, опубликованное в “Описании изобретения к заявке” № 94037846/28, кл. G 01 В 7/00, 1996, бюл. № 23, содержащее три идентичных датчика расстояния с соответствующими измерительными преобразователями, где два датчика установлены относительно контролируемого объекта дифференциально, а третий - жестко закреплен на постоянном известном расстоянии от поверхности контролируемого объекта, и блок обработки информации, включающий блок сложения, два блока вычитания, три блока умножения, блок деления и блок памяти, выходные сигналы измерительных каналов аппроксимируются системой уравнений:

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

x₀ - начальное расстояние от 1-го и 2-го датчиков и постоянное расстояние от 3-го датчика до поверхностей контролируемого объекта;

х₁ - компонента, характеризующая линейное перемещение точки “О” контролируемого объекта, принятой за полюс (в данном случае принят центр объекта);

Х₂ - компонента, характеризующая линейную деформацию объекта между его крайними точками.

Соответственно, на выходах блока обработки информации 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 контролируемого объекта от полюса “О”, располагаемого в центре, до соответствующих сторон объекта. Значение во всех выражениях системы (1) совпадает, если выполняется условие симметрии деформации в одну и другую сторону от полюса “О”. Последнее не всегда имеет место.

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

Сущность изобретения заключается в том, что в устройство для измерения линейных перемещений и деформаций объекта, содержащее три идентичных датчика расстояния, два из которых установлены относительно контролируемого объекта дифференциально, а третий - жестко закреплен на постоянном известном расстоянии от поверхности контролируемого объекта, которые подключены к соответствующим измерительным преобразователям, и блок обработки информации, включающий в себя блок сложения, два блока вычитания, три блока умножения, блок деления и блок памяти, причем выходы первого и второго измерительных преобразователей дифференциально установленных датчиков расстояния подключены к соответствующим входам блока сложения и первого блока умножения, выходы измерительного преобразователя третьего датчика, жестко закрепленного на постоянном известном расстоянии от поверхности контролируемого объекта, и первого блока умножения подключены ко входам блока деления, выход которого, а также выходы блока сложения и блока памяти подключены ко входам второго блока умножения, выход которого соединен с инверсным входом первого блока вычитания, с прямым входом которого соединен второй выход блока памяти, а выход первого блока вычитания служит одним из выходов устройства, в блок обработки информации введен дополнительный блок деления, к одному из входов которого подключен выход измерительного преобразователя первого датчика, а к другому - выход второго блока вычитания, к прямому входу которого подключен выход измерительного преобразователя первого датчика, а к инверсному - выход измерительного преобразователя третьего датчика, выход второго блока деления и первый выход блока памяти подключены ко входам третьего блока умножения, выход которого 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 точками, складывающуюся из отдельных деформаций частей объекта, по-разному меняющихся в зависимости от изменения причин деформации.

В результате расширяются функциональные возможности устройства и повышается точность измерения.

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

Устройство содержит три датчика 1, 2 и 3 расстояния с гиперболическими функциями преобразования, 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 его поверхности, а третий датчик 3 - жестко закреплен относительно поверхности контролируемого объекта на постоянном расстоянии х₀. Устройство имеет блок обработки информации, который содержит один блок 7 сложения, два блока 8 и 9 вычитания, три блока 10, 11, 12 умножения, два блока 13 и 14 деления и блок 15 памяти. Причем выходы первого и второго измерительных преобразователей 4 и 5 дифференциально установленных датчиков 1 и 2 подключены, соответственно, к первому и второму входам блока 7 сложения, первому и второму входам первого блока 10 умножения. Выходы третьего измерительного преобразователя 6 третьего датчика 3 и первого блока 10 умножения подключены к соответствующим входам первого блока 13 деления, выход которого, а также выходы блока 7 сложения и блока 15 памяти подключены ко входам второго блока 11 умножения, выход которого соединен с инверсным входом первого блока 8 вычитания, с прямым входом которого соединен второй выход блока 15 памяти. Выход первого блока 8 вычитания служит первым выходом устройства. Кроме того, выход первого измерительного преобразователя 4 подключен к прямому входу второго блока 9 вычитания, к инверсному входу которого подключен выход третьего измерительного преобразователя 6. Выход второго блока 9 вычитания подключен к соответствующему входу второго блока 14 деления, к другому входу которого подключен выход первого измерительного преобразователя 4. Выход второго блока 14 деления и первый выход блока 15 памяти подключены ко входам третьего блока 12 умножения, выход которого 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;

x₀ - начальное расстояние от 1-го и 2-го датчиков и постоянное расстояние от 3-го датчика до поверхностей контролируемого объекта;

х₁ - компонента, характеризующая линейное перемещение точки “О” контролируемого объекта, принятой за полюс (в данном случае с полюсом “О”, расположенным на одной из граней контролируемого объекта, связывают его линейное перемещение);

X₂ - компонента, характеризующая линейную деформацию объекта между его крайними точками.

Сигналы (4) и (5) с выходов первого 4 и второго 5 измерительных преобразователей поступают на входы блока 7 сложения и первого блока 10 умножения, на выходе которых получают, соответственно, сигналы

Сигналы (6) с выхода третьего 6 измерительного преобразователя и (8) с выхода первого блока 10 умножения поступают на соответствующие входы первого блока 13 деления, на выходе которого получают

Сигналы (7) с выхода блока 7 сложения, (9) с выхода первого блока 13 деления и х₀ с выхода блока 15 памяти поступают на входы второго блока 11 умножения, на выходе которого получают сигнал

Сигнал (10) с выхода второго блока 11 умножения поступает на инверсный вход первого блока 8 вычитания, на прямой вход которого поступает сигнал 2х₀ со второго выхода блока 15 памяти. В результате на выходе первого блока 8 вычитания, являющегося одним из выходов устройства, получают сигнал

характеризующий интегральную деформацию контролируемого объекта между его противолежащими гранями.

Сигнал (4) с выхода первого измерительного преобразователя 4 поступает на прямой вход второго блока вычитания, на инверсный вход которого поступает сигнал с (6) с выхода третьего измерительного преобразователя 6. В результате на выходе второго блока 9 вычитания получают сигнал

Сигнал (12) с выхода второго блока 9 вычитания, а также сигнал (4) с выхода первого измерительного преобразователя 4 поступают на соответствующие входы второго блока 14 деления, на выходе которого получаем

Сигналы (13) с выхода второго блока 14 деления и сигнал х₀ с первого выхода блока 15 памяти поступают на входы третьего блока 12 умножения, на выходе которого, являющемся вторым выходом устройства, получают сигнал

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

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