Устройство для измерения параметров деформации вращающегося вала
Похожие патенты | МПК / Метки | Текст | Заявка | Код ссылки
Номер патента: 1093924
Авторы: Гораздовский, Коган
Текст
) Оф 01 Ь 3 12 ОПИСАН К АВТОРСКОМ ОБРЕТЕ ЕЛЬСТВУ таЭ Уна- ащаф(46) (72) (71) тут и (53) идетельство СССР 3/10, 11.02.77, етельство СССР 3/12, 10.03.71 3 Р 47 (про ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР пО делАм изОБРетений и ОтнРыти 3571385/18-1029.03,8323,05.84. Бюл. Р 19Т,Я, Гораздовский и М.А.КоганНаучно-исследовательский инстинтроскопии531.781(088.8)1. Авторское св127, кл. 6 01 ЬАвторское свид970, кл. 0 01 Ьотип).(54)(57) 1, УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯПАРАМЕТРОВ ДЕФОРМАПИИ ВРАШАЮЩЕГОСЯВАЛА, содержащее расположенные на валу и последовательно связанные чувствительный элемент и усилитель,фотоэлектрический узел передачи информации с вала, состоящий из установленного на валу источника света, связан-.:ного с выходом усилителя и неподвижным фотоприемником, и источник пиния, о т л и ч а ю щ е е с я темчто, с целью повышения точности идежности передачи информации с врющегося вала, в него введены фото-электрический узел подачи питания навал, причем фотоэлектрические узлывыполнены в виде оптронных матриц,источник света и фотоприемник каждойиз которых состоит не менее чем издвух идентичных светоизлучающих ифотоприемных элементов, расположенных диаметрально противоположно относительнооси вала, при этом источник света фотоэлектрическогоузла .подачи питания на вал неподвижен асвязан с источником питания, а фотоприемник расположен на валу и соединен со входом питания усилителя и чуствительного элемента.1093924 1 2Изобретение относится к силоиэме- кРутящего момента, изгибающего моменрительной технике и может быть ис- та и осевой нагрузки. пользовано для измерения и бескон- Указанная цель достигается тем, тактной передачи информации с враща- что в устройстве для измерения парающегося вала о действующих на него 5 метров деформации вращающегося вала, крутящем моменте, изгибающем моменте содержащем расположенные на валу и и осевой нагрузке. последовательно связанные чувствиИзвестно устройство для измерения тельный элемент и усилитель, фото еформации на вращающихся деталях, электрический узел передачи информасодержащее измерительный мост, уста 0 ции с вала, состоящий из установленновленный на вращающейся детали, кон-, ;, ного на валу источника света, связнайтактный токосъемник, источник питания, ного с выходом усилителя, и неподвиж и измерительную схему 1. ного фотоприемника, и источник питаОднако это устройство не обеспечи" ния, введены фотоэлектрический узелвает требуемой. точности измерения.35подачи питания на вал причем фотоНаиболее близким к изобретению по электРические узлы выполнены в видеР технической сущности и достигаемому , оптронных матриц, источник света и результату является устройство для фотоприемник каждой иэ которых состоизмерения параметров деформации вра- . ит не менее чем из двух идентичных щающегося вала, содержащее располо- светоизлучающих и фотоприемных элеженные на валу и последовательно свя ментов, расположенных диаметрально ванные чувствительный элемент и уси- пРотивоположно относительно оси вала6 итель, фотоэлектрический узел пере- при этом источник света фотоэлектрк- цачи информации с вала, состоящий из ческого узла подачи питания на вал установленного на валу источника све- ,неподвижен и связан с источником та, связанного с выходом усилителя, 25 питания, а фотоприемник расположен и неподвижного фотоприемника, и ис- на валу и соединен со входами питочник питания 2. тания усилителя и чувствительногоНедостатками известного устройства элемента.являются низкая точность и надежностЬпередачи информации с вращающегося30Кроме того) чувствительный элевала, деформации при сложном нагру- лмент выполнен в виде попа но асположенных в диаметрально противоположных точках поверхности вала электроБелью изобретения является повы- магнитных преобразователей с возшение точности и надежности передачи буждающими и измерительными обмотка- информации с вращающегося вала, а 35 ми, выполненными в виде размещенных также повышение точности измерения одна над другой и разделенных ди 2. Устройство по и. 1, о т л и - ч а ю щ е е с я тем, что чувствитель ный элемент выполнен в виде попарно расположенных в диаметрально противойоложйых точках поверхности вала элек. трбмагнитных преобразователей с воз-буждающими и измерительными обмотками, выполненными в виде размещенных одна над другой и разделенных диэлектрической пленкой идентичных печатных структур, каждая из которых представляет собой пару одинаковых спиральных катушек индуктивности, вытянутых в длину и ориентированных под углом 90 ф одна к другой и под углом 45 ф к оси вращения вала.3. Устройства по пц. 1 и 2, о т - л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерения крутящего момента, в каждом электромагнитном преобразователе катушки возбуждающей обмотки соединены между собой последовательно согласно,катушки измерительной обмотки - последовательно встречно, а сами преобразователи - последовательно4. Устройство по пп.1 и 2, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерения изгибающего момента, в каждом электромагнитном преобразователе катушки возбуждающей и измерительной обмоток соединены между собой последовательно согласно, а сами преобразователи- дифференциально.5. Устройство по пп. 1 и 2, о т - л и ч а ю щ е е с я тем, что, с це,. лью повышения точности измерения осевой нагрузки в каждом электромагнитном преобразователе катушки возбуждающей и измерительной обмоток соединены между собой последовательно согласно. а сами преобразователи последовательно.электрической пленкой идентичных печатных структур, каждая из которых представляет собой пару одинаковых спиральных катушек индуктивности, вытянутых в длину и ориентированных под углом, 90 ф одна к другой и под углом 45 к оси вращения вала.При этом, в каждом электромагнитном преобразователе катушки возбуждающей обмотки соединены между собой последовательно согласно, катушки 10 измерительной обмотки - последовательно встречно, а сами преобразова тели - последовательно.В каждом электромагнитном преобразователе катушки возбуждающей и измерительной обмоток соединены между собой последовательно согласно, а сами преобразователи - дифференциально.В каждом электромагнитном преобразователе катушки возбуждающей и измерительной обмоток соединены между собой последовательно согласно, а сами преобразователи - последовательно.На фиг. 1 изображена конструктивная схема предлагаемого устройства; на фиг.2 - электрическая схема уст- ройства для случая измерения крутящего момента,Устройство для измерения параметров деформации вращающегося вала 1 (фиг. 1) содержит неподвижный источник 2 питания (фиг. 1 и 2), представляющий собой генератор переменногонапряжения, фотоэлектрический узел подачи питания на нал и Фотоэлектрический узел передачи информации с вала, выполненные в виде оптронных .матриц, состоящих соответственно из источников 3 и 4 света и фотоприемников 5 и б, расположенные на валу и 40 последовательно связанные чувствительный элемент 7 и усилитель 8.Источник света и фотоприемник каждой из оптронных матриц состоит не менее чем из двух идентичных све тоизлучающих и фотоприемных элемен-. тов,Источник 3 света Фотоэлектрического узла подачи питания на вал установлен неподвижно и связан с источником 2 питания, а фотоприемник 5 этого узла установлен на валу и соединен со входами питания усилителя 8 и чувствительного элемента 7.Источник 4 света Фотоэлектрическоузла передачи информации с вала 55 установлен на валу и связан с выходом усилителя 8, а фотоприемник б этого узла неподвижен.Источник света 3 может быть выполнен в виде лазера 9 и пучка 10 светодиодов, выходные торцы которых охватывают вал 1 в виде кольца.Источник света 3 может быть выполнен также из светодиодов или полупроводниковых лазеров, охватываю щих вращающийся вал и расположенных над фотоприемником 5. Такая конструкция источника света позволяет обесгечить непрерывную подачу энергии на каждый Фотоприемник элемент 11 Фотоприейника 5.Фотоприемные элементы 11 представляют собой лавинные Фотодио- ды, характеризующиеся высоким коэффициентом Фотоэлектрического преобразования и приемлемой величиной отношения сигнал/шум. Фотодиоды 11 соединены последовательно-параллельно для получения Фототока, достаточного для нормального питания чувствительного элемента 7 и усилителя 8Источник 4 света образован электролюминисцентными диодами (светодиодами) 12 и 13 с линейной характеристикой преобразования ток-яркость.Фотоприемник б образован из мало- шумящих фоторезисторон или Фотодиодов 14 и 15Все излучатели и фотоприемные элементы расположены попарно симметрично относительно оси вращения вала. Это обеспечивает неизменность суммарного светового потока, падающего на Фотоприемники 5 и б. Йапример, при увеличении расстояния между излучателем 12 и фотоприемным элементом 14, расстояние между излучателем 13 и Фотоприемным элементом 15 уменьшается. Вследствие этого увеличение рассеяния и потерь света в первом случае скомпенсируется умень-,,шением их во втором.Кроме того, все излучающие элементы (10, 12 и 13) имеют размеры, отличающиеся (больше или меньше) от линейных размерон нходной апертурысоответствующих фотоприемных элементов (11, 14 и 15) на величинуА = 2 Ь И(о+,где Ь - расстояние между излучающими фотоприемным элементом,угловая величина биения вала;угловая расходимость пучкалучей излучательного элемента(не показана) ю: Это необходимо для того, чтобы освещенность фотоприемных элементов не зависела от изгибон и биений вала. Например, при биении нала и отклоне" нии его мгновенной оси вращения а-а от основной оси 0-0 (Фиг. 1) на угол К, максимальное смещение излуча- теля 12 относительно фотоприемного элемента 14 составляет величину А = 2 Ь с(Ю, а при учете расходимости пучка лучей излучателя - 2 Ъ д(к+р)Усилитель 8 представляет собой стандартную монолитную или гибридную микросхему, предназначенную для усиления переменного или импульсного напряжения малой величины (десятки- сотни мВ) .Чувствительный элемент 7 для не- металлического вала выполнен в ниде тензомоста, а для металлического- в виде набора электромагнитных преобразователей 16, каждый иэ которых состоит из четырех спиральных вытянутых н длину индуктивных катушек 17 - двух возбуждающих и двух соосных им измерительных. Каждый преобразователь выполнен в виде двухслойной тонкопленочной интегральной 1 О схемы (на фиг, 1 сплошной линией показаны возбуждающие катушки, пунктирной - измерительные) .Преобразователи 16 ныполняют в едином технологическом цикле на гиб кой диэлектрической подложке 18 вместе с печатньич монтажом, служащим для соединения элементов устройства, расположенных на микросборку. Микро- сборка может быть как в бескорпус" 20 ном, так и в корпусном исполнении.Интегральная технология изготовления катушек позволяет добиться высокой их чувствительности к изменениям электропроводности или магнит ной проницаемости материала вала. Катушки имеют высокий коэффициент связи с металлической поверхностью вала (0,9-0,95) и одновременно большую плотность намотки(до 50 витков на 1 мм) . Кроме того, интегральная технология обеспечивает высокую повторяемость электрических параметров катушек (до 0,001), что крайне необходимо при их дифференциальномсоединении.Вытянутые в длину катушки чувствительны к составляющей тенэора напряжений, действующей параллельно их длинной оси, вследствие проявления электроупругого эффекта в неферро магнитном и магнитоупругого эффекта в ферромагнитном материале вала.В каждом преобразователе пары соосных катушек (воэбужданицая и изме рительная) расположены под углом, 45 90 одна к другой и под углом 45 ф к оси вращения вала.При измерении крутящего момента в каждом преобразователе катушки возбуждающей обмотки соединены между 50 собой последовательно согласно, катушки измерительной обмотки - последовательно встречно, а сами преобразователи - последовательно.При измерении изгибающего момента 55 в каждом преобразователе катушки возбуждающей и измерительной обмоток соединены между собой последовательно согласно, а сами преобраэователи - дифФеренциально. 60 При измерении осевой нагрузки на,вал в каждом преобразователе катушки,возбуждающей и измерительной обмотоксоединены между собой последовательно 65 согласно, а сами преобразонателипоследовательно.Устройство работает следующим об-,разом,Модулированное источником 2 питания . излучение лазера 9 через световоды 10 попадает на каждый из фотоприемных элементов 11, После фотоэлектрического преобразования полученным Фототоком записывается цепьпитания усилителя 8 (через выпрямитель) и возбуждающие катушки преобразователей 16. Катушки каждого преобразователя 16 расположены вдоль линийдействия главных напряжений (растяжения и сжатия) при кручении вала.Благодаря этому одни катушки находятся в плоскости растяжения, другиев плоскости сжатия. Иапряжения, измеряемые взаимоперпендикулярными катушками, равны по величине, но противоположны по знаку. Выходной сигнал(ток) измерительных катушек пропорционален этим напряжениям с учетом знака. При согласном соединении возбуждающих катушек и втречном соединенииизмерительных катушек, чувствитель.ность преобразователя к крутящему моменту, удваивается, и осущестнляетсяполная температурная компенсация приодновременном исключении влияния осевой нагрузки, дейстние которой вызывает одинаковые как по величине, так ипо знаку приращения тока н обеих изме-рительных катушках. Вызванные изгибающим моментом напряжения не будут одина)овы для обеих пар взаимно лерпендикулярных катушек ни по величине, ни по знаку. Поэтому для компенсации влияния изгибающего момента и необходим второй, расположенный в диаметрально противоположной точке поверхности вала преобразователь. Он чувствует противоположные по знаку и одинаковые по ве" личине напряжения от изгиба, т.е., если один из преобразователей регистрирует напряжения сжатия (вогнутая поверхность вала), то другой - напряжения растяжения (выгнутая поверхность вала). При измерении крутящего момента преобразователи надо включить между собой последовательно (фиг.2) и таким образом, получить полную ком" пенсацию влияния изгибающего момента.Для измерения изгибающего момента при компенсации влияния крутящего мо" мента пригодна эта же конструкция чунстнительного элемента.Соединяя возбуждающие катушки в каждом преобразователе согласйо, измерительные - также согласно, можно получить полную компенсацию влияния крутящего момента. Действительно, диаметрально противоположно расположенные на поверхности вала преобразователи чувствуют только напряжения отеда аказ 3413/ 23нногний5, Р Тираж ВНИИПИ Государст по делам изобре 13035, Москва, 7 ГодписноССРд.4/5 комитета открытий ушская на филиал ППП Патент, г.ужгород, ул.Проектн изгиба, одинаковые по величине, но противоположные по знаку, поэтому при их дифференциальном включении выходной сигнал пропорционален величине изгибающего момента вращающегося вала.При последовательно-согласном соединении всех катушек обоих преобразователей выходной сигнал пропорционален величине осевой нагрузки.Переключение типа межсоединений катушек и преобраэоватеЛей осуществляется механически или при помощи электронного ключа (не показан).. Выходной сигнал чувствительного элемента 7 усиливается в усилителе 8 и подается на источник 4 света. Луч света, промодулированный по амплитуде пропорционально выходному сигналу чувствительного элемента 7, попадает на фотоприемник б. Луч света попадает на каждый Фотоприемный элемент 14 и 15 и раз эа оборот вала, где и - число излучателей 12 и 13. Вследствие этого он оказывается модулированным по частоте с частотой модуляции, крат-,ной числу оборотов вала 1. Регистрация амплитуды и частоты 5 выходного сигнала устройства осуществляется вольтметром переменного на".пряжения и частотомером (не показаны)Использование в устройстве фотоэлектрических узлов йодачи питания 10 на вал и передачи инФормации с вала,выполненных в вице оптронных матриц,позволяет повысить точность и надежность передачи информации с вращающегося вала, а выполнение чувствительного элемента в виде попарно расположенных в диаметрально противоположных точках поверхности вала электромагнитных преобразователей и различное соединение их обмоток позволяетповысить точность за счет обеспечения раздельного измерения параметровдеформации вала в условиях сложногонагружения и при наличии биений последнего.
СмотретьЗаявка
3571385, 29.03.1983
НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ИНТРОСКОПИИ
ГОРАЗДОВСКИЙ ТАДЕУШ ЯНУШЕВИЧ, КОГАН МАРК АРОНОВИЧ
МПК / Метки
МПК: G01L 3/12
Метки: вала, вращающегося, деформации, параметров
Опубликовано: 23.05.1984
Код ссылки
<a href="https://patents.su/5-1093924-ustrojjstvo-dlya-izmereniya-parametrov-deformacii-vrashhayushhegosya-vala.html" target="_blank" rel="follow" title="База патентов СССР">Устройство для измерения параметров деформации вращающегося вала</a>
Предыдущий патент: Датчик крутящего момента
Следующий патент: Измеритель мощности
Случайный патент: Способ монтажа газоотводящего ствола дымовой трубы