Устройство для измерения и регистрации параметров движения

(51)5 6 01 Р 3 САНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ 21) 4631962/1022) 03.01,8946) 23,06,92, Бюл,М ий институтов, М,З.КраССР О, ССР984,ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ .ПРИ ГКНТ СССР АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(53) 531,767 (088,8)56) Авторское свидетельствоМ 966596, кл. 6 01 Р 3/42, 19Авторское свидетельствоМ 1228018, кл. О 01 Р 3/36,54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ И Р ИСТРАЦИИ ПАРАМЕТРОВ ДВИЖЕНИЯ 57) Использование: для измерения скорости и перемещения элементов и механизмов машин, Сущность изобретения; устройство содержит источник магнитного поля, магнитопровод 2, и измерительных катушек 3 - 5, подвижный немагнитный стержень 6 с ферромагнитными вставками, и усилителей-выпрямителей 7 - 9, амплитудный детектор-сумматор 10, фильтр низкой частоты 11, инвертор 12, формирователи импульсов 13 и 14, блок определения направления движения 15, реверсивный счетчик импульсов 16, цифроаналоговый преобра зователь 17 и регистратор 18. 3-7-13-16-17- 18, 7-10-11-12-18, 4-8-14-15-16, 15-12, 8-10, 5-9-10. 2 ил.Изобретение относится к измерительной технике и автоматике и может быть использовано для измерения скорости движения и перемещения элементов и узлов механизмов и машин,Известно устройство для измерения линейной скорости, содержащее постоянный магнит, между полюсами которого расположен стержень с навитой на него рамкой. При движении стержня в рамке возникает ЭДС, пропорциональная скорости движения, а число импульсов этой ЭДС пропорционально перемещению.Недостаток устройства связан с отсутствием информации о направлении движения стержня, что ограничивает область применения устройства и его функциональные возможности,Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому устройству является измерительный преобразователь величины и скорости линейного перемещения объекта, содержащий датчик в виде дорожки с чередующимися светоотражающими и не- отражающими участками в виде прямоугольных треугольников. излучатель, фотоприемник, дифференцирующее устройство и электронный блок. состоящий из реверсивного счетчика импульсов, цифроаналогового преобразователя и сумматора,Недостатки известного преобразователя связаны с невозможностью применения оптического датчика в дымо- и пылесодержащих средах, что ограничивает область его применения, Кроме того, технически сложно поддерживать постоянство зазора между отражающей дорожкой и излучателем с фотоприемником, При изменении этого зазора произвольно изменяется освещенность фотоприемника. что приводит к погрешности измерения.Целью изобретения является повышение точности и расширение области применения устройства.Поставленная цель достигается тем, что устройство, содержащее датчик. регистратор и последовательно соединенные формирователь импульсов, реверсивный счетчик импульсов и цифроаналоговый преобразователь, дополнительно содержит и усилителей-выпрямителей. амплитудный детектор-сумматор, фильтр низкой частоты, инвертор, второй формирователь импульсов и блок определения направления движения, причем датчик выполнен в виде охватывающего источник магнитного поля магнитопровода, на внутренней поверхности которого размещены и измерительных катушек с сердечниками, и немагнитного стержня с ферромагнитными вставками, ко 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 торый размещен в зазоре магнитопровода с возможностью перемещения, причем расстояние между ферромагнитными вставками не равно расстоянию между сердечниками измерительных катушек.На фиг,1 представлена конструкция электромагнитного датчика устройства для измерения и регистрации параметров движения; на фиг,2 - структурная схема устройства.Датчик устройства содержит источник 1 магнитного поля, в качестве которого можно использовать магнит или электромагнит, магнитопровод 2, и измерительных катушек 3 - 5 с ферромагнитными сердечниками и подвижный немагнитный стержень 6 с ферромагнитными вставками.В состав устройства также входят и усилителей-выпрямителей 7 - 9, амплитудный детектор-сумматор 10, фильтр 11 низкой частоты, инвертор 12, первый 13 и второй 14 формирователи импульсов, блок 15 определения направления движения, реверсивный счетчик 16 импульсов, цифроаналоговый преобразователь 17 и двухканальный (двухкоординатный) регистратор 18,Источник 1 постоянного магнитного поля,магнитопровод 2 и сердечники измерительных катушек 3 - 5 образуют магнитную цепь с воздушным зазором, В воздушном зазоре магнитной цепи размещен немагнитный стержень 6 с ферромагнитными вставками, который соединяется с обьектом измерения и може- перемещаться в зазоре магнита провода,Выходы и измерительных катушек 3 - 5 через и усилителей-выпрямителей 7- 9 соединены с соответсгвующими входами амплитудного детектора-сумматора 10, выход которого через фильтр 11 низкой частоты и инвертор 12 связан с первым входом регистратора 18 (вход по скорости).Выходы первого и второго усилителей- выпрямителей соответственно через первый 13 и второи 14 формирователи импульсов соединены с первым и вторым входами блока 15 определения направления движения, а выход первого формирователя 13 импульсов через реверсивный счетчик 16 импульсов и цифроаналоговый преобразователь 17 связан с вторым входом регистратора 18 (вход по перемещению),Выход блока 15 определения направления движения соединен с управляющими входами реверсивного счетчика 16 импульсов и инвертора 12. Устройство работает следующим образом.Источник 1 магнитного поля, в качестве которого используется постоянный магнит или электромагнит, создает магнитное поле, которое магнитопроводом 2 и сердечниками измерительных катушек 3 - 5 концентрируется в воздушном зазоре магнитной цепи. При перемещении в этом воздушном зазоре немагнитного стержня 6, имеющего ферромагн итн ы е вставки, магнитное сопротивление воздушного зазора периодически изменяется. Стержень 6 механически соединяется с обьектом, параметры движения которого измеряются. При перемещении стержня ферромагнитные вставки изменяют магнитный поток поочередно в сердечниках измерительных катушек 3 - 5, Изменение магнитного потока на основании явления электромагнитной индукции приводит к появлению на выходных клеммах измерительных катушек ЭДС, амплитудное значение которой определяется выражением б 1Е= Мкгде И - число витков измерительных катушек;ОФ/бт - скорость изменения магнитного потока в сердечниках измерительных катушек,Скорость изменения магнитного потоказависит от скорости движения стержня. т.е.ф-= ькс 3 тгде Ч - скорость движения стержня;1 - конструктивный коэффициент.Таким образом, амплитуда выходныхимпульсов датчика пропорциональна скорости движения стержняЕ = 1( ОкЧ,а число этих импульсов пропорциональноперемещению стержня и зависит от числаизмерительных катушек и расстояния между ферромагнитными вставками стержня,ЭДС измерительной катушки при перемещении около ее сердечника ферромагнитной вставки вначале принимаетположительное значение при возрастаниимагнитного потока, затем - отрицательноезначение при убывании магнитного потока.Причем ЭДС не зависит от поперечных колебаний стержня, так как суммарный воздушный зазор сохраняется постоянным.Указанное свойство датчика обеспечиваетвысокую точность измерения,Электрические импульсы с выходов измерительных катушек подаются на усилители-выпрямители, которые усиливают этиимпульсы и формируют сигналы только одной полярности Далее эти сигналы посту 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 пают на амплитудный детектор-сумматор, на выходе которого формируется огибающая суммарного сигнала, Фильтр 11 используется для сглаживания суммарного сигнала, т.е. для уменьшения пульсаций суммарного сигнала, вызванных дискретным характером измерения скорости движения. Сигнал на выходе фильтра 11 пропорционален скорости движения стержня, но этот сигнал не содержит информации о направлении движения.Выходные сигналы двух соседних усилителей-выпрямителей (например, 7 и 8) попадаются на входы формирователей 13 и 14 импульсов, на выходах которых формируются прямоугольные импульсы, соответствующие моменту прохождения феррома нитных вставок около измерительных катушек, Эти импульсы далее подаются на входы блока 15 определения направления движения.Определение направления движения основано на изменение очередности следования импульсов с выходов формирователей 13 и 14 при изменении направления движения стержня. При движении стержня 6 в одну сторону на выходе блока 15 формируется нулевой сигнал, при котором реверсивный счетчик 16 импульсов работает на суммирование импульсов, а инвертор 12 входной сигнал не инвертирует. При движении стержня в другую сторону на выходе блока 15 формируется единичный сигнал под действием которого реверсивный счетчик 16 работает в режиме вычитания, а инвертор 12 - в режиме инвертирования знака сигналаТаким образом, при движении стержня 6 в одну сторону импульсы перемещения с выхода формирователя 13 накапливаютсч в реверсивном счетчике 16, выходной код которога цифроаналоговым преобразова,елем 17 преобразуется в напряже;ие поступающее на вход по перемещению р=.- гистратора 18. Одновременно неин верти,";ованный сигнал. пропорциональньй скорое,.и движения. с выхода инвертора 12 постукает на вход по скорости двикечия регистратора 18,При изменении направления движения стержня 6 число импульсов в реверсивном счетчике 16. а следовательно, и выходное напрякение цифроаналогового преобразователя 17 начинают уменьшаться. а сигнал пропорциональный скорости движения на выходе инвертора 12 изменяет свою полярность, Воспроизводимые регистратором графики дают полную информацию о скорости и направлении движения в функции перемещения.Корректор Т и аз 2281 Тираж ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ ССС113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5 оизводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 1 Для определения направления движения стержня б необходимо не менее двух измерительных катушек датчика, Применение большого числа измерительных катушек в датчике обеспечивает снижение пульсации сигнала, пропорционального скорости движения особенно при малых скоростях, что повышает точность измерения,Формула изобретения Устройство для измерения и регистрации параметров движения, содержащее датчик, регистратор и последовательно соединенные формирователь импульсов, реверсивный счетчик и цифроаналоговый преобразователь, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности и расширения области применения, дополнительно содержит и усилителей-выпрямителей, амплитудный детектор-сумматор. фильтр низкой частоты, инвертор, второй формирователь импульсов и блок определения направления движения, причем датчик выполнен в виде охватывающего источник магнитного поля магнитопровода, на внутренней поверхности которого размещены и измерительных катушек с сердечниками, и немагнитного стержня с ферромагнитными вставками, который размещен в зазоре магнитопровода с возможностью перемещения, причем расстояние между ферромагнитными вставками не равно расстоянию между сердечниками измерительных катушек, при этом выходы каждой из и измерительных катушек через соответствующие усилители-выпрямители соединены с входами амплитудного детектора-сумматора, выход которого через фильтр низкой ча стоты и инвертор связан с первым входомрегистратора, входы блока определения направления движения через формирователи импульсов соединены с выходами первого и второго усилителей-выпрямителей, а выход соединен с управляющим входом реверсивного счетчика и с управляющим входом инвертора, выход цифроаналогового преобр;:,зователя связан с вторым входом