Устройство для контроля пространственных перемещений

САНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ МУ СВИДЕТЕЛЬСТ ВТО ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР(71) Самарский авиационный институт им,акад. С,П,Королева72) А.И,Меркулов, В,И.Католиков, А.Б,Евстигнеев и В.С.Вопилин(54) УСТРОИСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ ПРОСТРАНСТВЕННЫХ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ57) Изобретение относится к автоматике,Его использование для контроля взаимныхперемещений двух объектов по трем ортого(я)5 6 01 В 7/00, Н 03 М 1/00 нальным осям координат позволяет повысить достоверность контроля в труднодоступных зонах изделий за счет повышения помехозащищенности. устройство содержит рабочие катушки 1 - 3 индуктивности, преобразователь перемещений с корпусом 5 в виде куба из высокопроводящего материала, ключевые элементы 10 - 13, высокочастотный генератор 15 и блок 16 обработки и регистрации сигналов, Благодаря введению элемента ИЛИ 14 и компенсационной катушки 4 индуктивности и размещению ключевых элементов 10 - 13 и элемента ИЛИ 14 вместе с компенсационной катушкой 4 индуктивности внутри корпуса 5 снижаются размеры преобразователя перемещений и повышается его помехозащищенность. 4 з.п, флы, 2 ил,5 10 15 20 25 30 35 40 50 Изобретение относится к автоматике и может использоваться для электромагнитного контроля неэлектрических величин по сигналам, полученным от взаимодействия изделий сложной формы с электромагнитными полями, например для контроля в труднодоступных зонах взаимных перемещений двух объектов по трем ортогональным осям. координат.Известен электромагнитный преобразователь. содержащий проводящую немагнитную цилиндрическую оправку и установленную в ее полости катушку индуктивности, намотанную на пластинчатом магнитопроводе. так, что ее ось перпендикулярна оси оправки 1). Для поставленной задачи необходима жесткая ортогональная ориентация трех таких преобразователей в малой зоне контроля. а для повышения точности контроля и реализации дифференциальной схемы измерения необходим еще и четвертый компенсационный преобразователь, что делает невозмокным контроль и растра нствен ных перемещений в труднодоступных зонах.Известен преобразователь перемещений, у которого три обмоточных узла выполнены в виде катушек, намотанных на Н-образных магнитопроводах, Токовая катушка размещена на перемычке магнитопровода, а три измерительные - на боковых стержнях. Измерительные катушки соединены одноименными концами, а их противополо 1 кные концы являются выходом преобразователя. Параллельное включение трех токовых катушек определяет погрешность от взаимного влияния компонент перемещений 2. Реализация на Н-образном магнитопроводе диффеоенциального преобразователя требует повышенных глубин трех пазов и большихгабаритов корпуса для получения равенства параметров рабочих и компенсационнойизмерительных катушек. Наиболее близким к предлагаемому является устройство для электромагнитного контроля многокомпонентных перемещений, содержащее высокочастотный генератор, блок обработки и регистрации сигналов, преобразователь перемещений, корпус которого выполнен в виде куба из высокопроводящего материала, первый- четвертый ключевые элементы и первую- третью рабочие катушки индуктивности,размещенные взаимно ортогонально в пазах на смежных поверхностях корпуса преобразователя перемещений 3), Недостатками этого устройства являются увеличение габаритов корпуса преобразователя для размещения полупроводниковых элементов и использование в соединительнойлинии большого количества экранированных проводников. по которым передаютсясигналы о компонентах перемещений. Масса преобразователя влияет на динамикуконтролируемых взаимных перемещенийобъектов.Целью изобретения является повышение достоверности контроля в труднодоступных зонах изделий за счет повышенияпомехозащищен ности,На фиг, 1 изображена функциональнаясхема устройства; на фиг, 2 представленовыполнение преобразователя перемещений.Устройство содержит преобразовательперемещений, включающий четыре одинаковых катушки 1, 2, 3, 4, намотанные нанабор изолированных тонких пластинокмагнитопровода. Рабочие катушки 1. 2, 3(чувствительные элементы) уложены в пазына рабочих гранях проводящего корпуса 5,а компенсационная катушка 4 (элемент компенсации) размещена с зазором б междуширокой ее стороной и соседней стенкойпервой полости 7 корпуса 5, например, спомощью диэлектрических пластин 6. Вовторой полости 8 корпуса 5 размещен блок9 полупроводниковых элементов: ключевыеэлементы 10, 11, 12, связанные соответственно с рабочими катушками 1, 2, 3, и ключевой элемент 13 - с компенсационнойкатушкой 4. Управляющие входы первого -третьего ключевых элементов 10, 11, 12 объединены с соответствующими входами элемента ИЛИ 14 и являются соответственно,первым-третьим управляющими входамиустройства, например, подключенными краспределителю импульсов тактового генератора 15.Питание катушек 1.4 осуществляетсяот симметричного выхода высокочастотного генератора 15, а выходное напряжениес общей точки соединения катушек 14подается на блок 16 обработки и регистрации сигналов о контролируемых компонентах перемещений объекта (на фиг. 2 непоказан).На фиг. 1 обозначены управляющие входы 17,Величина зазора б== -- " В 0,51+е).6где 1 - длина магнитопровода, Ь - диапазон контролируемых перемещений,Устройство работает следующим образом.Внутри трехгранного ортогональногоуголка (на фиг. 1 и 2 не показан), закрепленного на контролируемом объекте, распола 17726005 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 гают корпус 5, связанный с опорой, относительно которой отсчитываются компоненты перемещений по осям Х, У,2. Минимальный размер кор корпуса 5 ограничен длиной м магнитопровода кор = (1 1,1)м, Толщина рабочих катушек 1-3, равная глубине установочных пазов, не превышает 0,04 м, что позволяет реализовать суммарный объем внутренней полости корпуса 5 равным м,з Высокая теплопроводность материала корпуса 5 позволяет использовать. одну общую компенсационную катушку 4 для реализации дифференциальной схемы измерения компонент перемещений.Тактовый генератор 15 на своих выходах последовательно вырабатывает импульсы напряжения, переводящие ключи 10, 11, . 12 в открытое состояние, При этом через элемент ИЛИ 14 поддерживается открытым состояние ключевого элемента 13. На первом такте открыты ключевые элементы 10 и 13, на втором - элементы 11 и 13, на третьем - элементы 12 и 13 и т.д, При этом пары катушек 1 и 4, 2 и 4, 3 и 4 поочередно подключаются к симметричному выходу генератора 15, а напряжение, пропорциональное разности параметров пар катушек 1 и 4, 2 и 4, 3 и 4, поступает на блок 16 обработки и регистрации сигналов, неся информацию о значении компонентов контролируемых пространственных перемещений объектов, соответственно Ьх, Ьу, Ь.Размещение ключевых элементов 1013 во второй полости 8 корпуса 5 преобразователя перемещений позволяет исключить погрешность Л вз от взаимного влияния компонент перемещений при больших длинах соединительных линий между корпусом 5 и электронными узлами 15, 16, Если перенести ключи 1013 и схему 14 ИЛИ из корпуса 5 в корпус электронных узлов 15, 16, то при большом выходном напряжении, например на первом такте измерения Ьх от катушек 1 и 4, появляются токи в катушках 2 и 3 из-за их последовательного включения с большой по величине распределенной емкостью соединительных линий относительно их экрана. При этом вариации Ьу и Ь изменяют сопротивления катушек 2 и 3, что приводит к переменному шунтированию выхода дифференциальной измерительной схемы и появлению Ь вз,Коммутация рабочих катушек 13 в цепи их питания от генератора 15 позволяет исключить использование ключевых элементов в цепи выходных сигналов преобразОвателя перемещений, что увеличивает его помехоустойчивость. Использование глубины пазов на поверхности корпуса 5 преобразователя перемещений, равной толщине катушки индуктивности, обеспечивает направление возбуждающего электромагнитного поля в только в зону контроля, что повышает чувствительность к контролируемым перемещевиям объекта. Зависимость изменений параметров у каждой иэ рабочих катушек 13 от вариации соответствующего зазора 1 х, 1 у, Ь близка к экспоненциальной, Для повышения температурной стабильности выходных сигналов преобразователя перемещений используются равные начальные параметры катушек 1.,4 как в свободном состоянии, так и при их установке в пазы корпуса 5. Для минимизации объема с электромагнитным полем компенсационной катушки 4 и получения равенства ее сопротивления сопротивлениям рабочих катушек 13 при максимальном зазоре, равном диапазону контролируемых перемещений, используется установка катушки 4 в полости 7 с помощью, например, диэлектрической пластины 6 толщиной66с = -- 1 и0,51 + е ф ) ,6 При этом результирующая высота полости 7 не превышает 0,25 , что позволяет использовать вторую полость 8 высотой более 0,7для установки блока 9 полупроводниковых элементов.Магнитопровод каждой катушки 14 индуктивности выполнен в виде набора пластин, параллельных широкой стороне магнитопровода. что позволяет не только. снизить потери на вихревые токи, но и. уменьшить уровень магнитных шумов. Формула изобретения 1, Устройство для контроля пространственных перемещений, содержащее высокочастотный генератор, блок обработки и регистрации сигналов, преобразователь перемещений, корпус которого выполнен в виде куба из высокопроводящего материала, первый-четвертый ключевые элементы и три чувствительных элемента в виде первой- третьей рабочих катушек индуктивности, размещенных взаимно ортогонально в пазах на смежных поверхностях корпуса преобразователя перемещений, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью повышения достоверности контроля в трудодоступных зонах иэделий за счет повышения помехозащищенности, в устройство введены элемент ИЛИ и элемент компенсации в виде компенсационной катушки индуктивности, каждая1772600 7из рабочих и компенсационная катушки индуктивности выполнены одинаковыми и намотанными на плоском магнитопроводе, толщина которого много меньше его ширины, внутри корпуса преобразователя перемещений выполнены две полости, в первой из которйх с зазорами до проводящих стенок размещена компенсационная катушка индуктивности, магнитопровод которой параллелен:магнитопроводу одной из рабочих катушек индуктивности, во второй полости корпуса преобразователя перемещений размещены элемент ИЛИ и ключевые элементы, первый выход высокочастотного генератора соединен с информационными входами первого-третьего ключевых элементов, выходы которых подключены к первым выводам одноименных рабочих катушек индуктивности, второй выход высокочастотного генератора соединен с информационным входом четвертого ключевого элемента, выход которого подключен к первому выводу компенсационной катушки индуктивности, второй вывод которой обьединен с вторыми выводами всех рабочих катушек индуктивности и соединен с входом блока обработки и регистрации сигналов, управляющие входы первого-третьего ключевых элементов обьединены с соответствующими входами элемента ИЛИ и являются соответственно первым-третьим управляющими входами устройства, выход элемента ИЛИ подключен к управляющему входу четвертого ключевого элемента.2, Устройство пои. 1, отл ича ющеес я тем, что, с целью миниатюризации пре образователя перемещений, размеры егокорпуса составляют 1 1,1)м, где 1 м - длина магнитопровода любой катушки индуктивности.3. Устройство поп, 1, о тл и ч а ю ще е с я тем, что, с целью повышения чувствительности устройства, глубина пазов на поверхности корпуса преобразователя перемещений равна толщине катушки индуктивности,15 4. Устройство по и. 1, отл ича ю щеес я тем, что, с целью повышения точности контроля, зазор между широкой стороной компенсационной катушки и соседней стенкой первой полости в корпусе преобразова теля перемещений йб = - п 051+е ")1,25 где Ь - максимальная величина контролируемых перемещений,5. Устройство по и. 1, отлича ю щеес я тем, что, с целью снижения внутреннихшумов, магнитопровод каждой катушки ин 30 дуктивности выполнен в виде набора пластин, параллельных широкой сторонемагнитопровода,