устройство для определения поступательного перемещения

Формула изобретения

Устройство для определения поступательного перемещения, характеризующееся тем, что содержит источник излучения и приемник, измеритель амплитудно-частотных характеристик, элементы ввода и вывода электромагнитных колебаний, при этом чувствительный элемент выполнен в виде открытого резонатора с вогнутой металлической пластиной и плоской металлической пластиной, снабженной металлической трубкой, причем выход источника излучения соединен с элементом ввода электромагнитных колебаний, а элемент вывода электромагнитных колебаний через приемник подключен к измерителю амплитудно-частотных характеристик.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано в системах управления технологическими процессами.

Известен реостатный датчик линейных перемещений (см. А.Г.Гарганеев. «Технические средства автоматизации и управления», Томск, ТУСУР, 2007, с.216), в котором при перемещении скользящего контакта по поверхности плоского реостата, представляющего собой обмотку, намотанную на диэлектрический каркас, информацию о величине линейного перемещения изделия получают напряжением (током), снимаемым с одного из плеч реостата и скользящего контакта.

Недостатком этого известного датчика является ненадежность, связанная с износом скользящего контакта.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является принятый автором за прототип лазерный преобразователь линейных перемещений (см. В.Г.Лукашкин, В.Г.Гарипов, А.Г.Полыванный и др. «Современные автоматизированные средства измерений, контроля и управления», Москва: МГУПИ, 2011, С.552). В этом бесконтактном преобразователе число полос интерференции двух пучков, отраженных от неподвижного и подвижного отражателей, является функцией линейного перемещения.

Недостатком этого преобразователя следует считать невысокую точность, связанную с нестабильностью интерференционной картины двух лазерных пучков.

Техническим результатом заявляемого решения является повышение точности измерения.

Технический результат достигается тем, что в устройство для определения поступательного перемещения, содержащее источник излучения и приемник, введены измеритель амплитудно-частотных характеристик, элементы ввода и вывода электромагнитных колебаний, чувствительный элемент выполнен в виде открытого резонатора с вогнутой металлической пластиной и плоской металлической пластиной, снабженной металлической трубкой, причем выход источника излучения соединен с элементом ввода электромагнитных колебаний, элемент вывода электромагнитных колебаний через приемник подключен к измерителю амплитудно-частотных характеристик.

На чертеже схематично представлено предложенное устройство.

Сущность заявляемого изобретения, характеризуемого совокупностью указанных выше признаков, состоит в том, что изменение резонансной частоты открытого резонатора, обусловленное деформацией его плоской металлической пластины, дает возможность измерить величину поступательного перемещения контролируемого объекта.

Наличие в заявляемом устройстве совокупности перечисленных существующих признаков позволяет решить поставленную задачу определения поступательного перемещения на основе использования деформации плоской металлической пластины с металлической трубкой открытого резонатора при воздействии на металлическую трубку объекта поступательного перемещения с желаемым техническим результатом, т.е. повышением точности измерения.

Устройство содержит источник излучения 1, элемент ввода электромагнитных колебаний 2 и элемент вывода электромагнитных колебаний 3, закрепленные снаружи на разных сечениях вогнутой металлической пластины 4 открытого резонатора, приемник 5, соединенный выходом с измерителем амплитудно-частотных характеристик 6, металлическую трубку 7, закрепленную снаружи на плоской металлической пластине 8 открытого резонатора.

Устройство работает следующим образом. Выходным сигналом источника излучения 1, прошедшим через элемент ввода электромагнитных колебаний 2, возбуждают электромагнитные колебания в открытом резонаторе, состоящем из вогнутой и плоской металлических пластин 4 и 8 соответственно. При отсутствии поступательного перемещения, т.е. состояние плоской металлической пластины с металлической трубкой 7 без деформации срединной поверхности плоской металлической пластины, определяют собственную резонансную частоту открытого резонатора. Для этого сигнал, свидетельствующий о факте резонанса в открытом резонаторе, с помощью элемента вывода электромагнитных колебаний 3, переносится на вход приемника 5 (детектора). После этого выходной продетектированный сигнал последнего поступает в измеритель амплитудно-частотных характеристик 6. Здесь по пику амплитудно-частотной характеристики резонансного сигнала открытого резонатора определяют собственную резонансную частоту открытого резонатора при отсутствии поступательного перемещения.

В данном техническом решении воздействие поступательного перемещения на плоскую металлическую пластину открытого резонатора осуществляется через свободный конец металлической трубки, закрепленной другим концом в центре плоской металлической пластины и направленной в сторону объекта перемещения. Под воздействием перемещения плоская металлическая пластина будет деформироваться и в результате этого изменится резонансная частота открытого резонатора. Изменение (сдвиг) резонансной частоты резонатора, как уже было отмечено выше, также можно наблюдать на экране измерителя амплитудно-частотных характеристик (изменение вершины тока амплитудно-частотной характеристики). Отсюда заключаем, что при наличии поступательного перемещения по измерению резонансной частоты открытого резонатора можно определить величину перемещения.

Пусть f_r частота открытого резонатора при отсутствии перемещения (плоская металлическая пластина без деформации). При деформации (поперечный изгиб) плоской металлической пластины (наличие поступательного перемещения) из-за того, что расстояние между вогнутой металлической и плоской металлической пластинами открытого резонатора увеличивается, частота резонатора должна уменьшаться и наоборот. Если обозначить f₂ частоту резонатора при наличии поступательного перемещения слева направо, то по разности f_r-f ₂ можно определить величину поступательного перемещения. При этом следует отметить, что максимальный изгиб плоской металлической пластины, направленный в сторону объекта перемещения, должен соответствовать максимальному перемещению объекта, например, слева направо, а нулевой изгиб (плоская форма пластины) - отсутствию перемещения (перемещение справа налево). В силу этого максимальная резонансная частота открытого резонатора будет соответствовать отсутствию перемещения, а минимальная частота резонатора - максимальной величине перемещения.

Согласно предлагаемому устройству источник излучения должен обладать возможностью перестройки частоты электромагнитных колебаний. Это связано с нахождением резонанса в открытом резонаторе как при отсутствии поступательного перемещения, так и при его наличии, т.е. со слежением перемещения.

При реализации данного технического решения свободный конец металлической трубки, закрепленной другим концом в центре плоской металлической пластины открытого резонатора, жестко связывается с объектом поступательного перемещения.

Предлагаемое устройство успешно может быть использовано для определения, например, поступательного перемещения цилиндра гидродвигателя.

Таким образом, в предлагаемом техническом решении измерение резонансной частоты открытого резонатора, выполненного на базе вогнутой металлической пластины и деформирующейся плоской металлической пластины, обеспечивает повышение точности измерения поступательного перемещения.