Устройство для непрерывного измерения угловых перемещений

.80109910 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ еского мате провод из пьезоэлектриала, расположенный наподложке концентричноконтролируемого объектповерхностных акустичетко соединенный с объе иэлектрическойси вращенияприемникких волн, жестом, и т ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЬПИЙ(56) 1. Авторское свидетельство СССРУ 697814, кл. С 01 В 17/00, 1979.2. Авторское свидетельство СССРУ 847031, кл. С 01 В 17/00, 1981(54) (57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ НЕПРЕРЫВНОГОИЗМЕРЕНИЯ УГЛОВЪХ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ, содержащее генератор колебаний, ультразвуковой преобразователь, дуговой звуко(59 С 01 В 17/00; С 01 В 21/221 Н 03 Н 9/25 съемник, о т л и ч а ю щ е е с ятем, что, с целью расширения диапазона измерения, приемник выполнен в виде замкнутой кольцевой металлическойвстречно-штыревой решетки, размещенной на диэлектрической подложке концентрично оси вращения контролируемого объекта образующей со звукопроводом зазор, величина которого соизмерима с длиной поверхностной акустической волны.Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в системах измерения параметр в движения, например для непрерывного измерения углов поворота, угловых скоростей и ускорений вращающихся объектов,Известно устройство для непрерывного измерения угловых величин, содер-жащее генератор электрических колебаний, ультразвуковой преобразователь,кольцевой звукопровод, установленныйконцентрично с осью вращения контролируемого объекта, приемник ультразвуковых колебаний, жестко соединенныйс контролируемым объектом, и измерительное устройство1 1.едостатками такого устройстваявляются узкий диапазон измеренияуглов, низкая точность измерения,обусловленная дестабилизирующими факторами (например, температурой, давлением, нестабильностью частоты генератора и пр.), неоднородностью звукопровода и технологическими неточ 25ностями изготовления устройства.Наиболее близким к изобретениюпо технической сущности и достигаемому эффекту является устройстводля непрерывного измерения угловыхперемещений, содержащее генераторколебаний, ультразвуковой прАбразователь, дуговой звукопровод из пьезоэлектрического материала, расположенный на диэлектрической подложке 35концентрично оси вращения контролируемого объекта, приемник поверхност.ных акустических волн, жестко соединенный с объектом, и токосъемник 2.Недостатками этого устройства является то, что измеряемый угол поворота меньше 360 , так как кольцевойзвукопровод разомкнут, а основнойприемник является незамкнутым сосредоточенным элементом, вследствие чего приемник не выдает информациюпри повороте контролируемого объектана 360 и более,Кроме того, ограниченна точностьизмерения, обусловленная неоднород Оностью звукопровода, технологическими неточностями изготовленияустройства влияние которых неможет быть скомпенсировано и устранено, так как приемник ультразвуковых колебаний является незамкнутымсосредоточенным элементом.Целью изобретения является расширение диапазона измерения. оставленная цель достигаетсятем, что в устройстве для непрерывного измерения угловых перемещений,содержащем генератор колебаний, ультразвуковой преобразователь, дуговойзвукопровод из пьезоэлектрическогоматериала, расположенный на диэлектрической подложке концентрично осивращения контролируемого объекта,приемник поверхностных акустическихволн, жестко соединяемый с объектом,и токосъемник, приемник выполнен ввиде замкнутой кольцевой металлической встречно-штыревой решетки, размещенной на диэлектрической подложкеконцентрично оси вращения контролируемого объекта, образующей с звукопроводом зазор, величина которогосоизмерима с длиной поверхностнойакустической волны,На фиг.1 приведена схема устройства; на фиг,2 - сечение А-А на фиг.1,на фиг,3 - сечение Б-Б на фиг.1.Устройство содержит генератор 1колебаний, соединенный с его выходомультразвуковой преобразователь 2,выход которого контактирует с дуговымзвукопроводом 3, взаимодействующим спреобразователем ч поверхностной акустической волны. Преобразователь 4 сое,динен с фазовым детектором 5, второйвход которого подключен к выходу генератора 1, а выход детектора 5 включенна второй выход генератора 1 колебаний. Над дуговым звукопроводом 3 расположен приемник 6 поверхностныхакустических волн, состоящий издиэлектрического диска 7, жестко соединяемого с валом контролируемогообъекта 8, и металлических токосъемных колец 9 и 10 между которыми расположена жестко соединенная с нимидиэлектрическая шайба 11. На поверхности шайбы 11, обращенной к звукопроводу 3, расположена концентричнос осью вращения контролируемого объекта замкнутая кольцевая металлическая встречно-штыревая решетка с внутренними штырями 12 и с внешними штырями 13, шины которых соединены скольцами 9 и 10 соответственно, аповерхность решетки образует с поверхностью звукопровода зазор о",величина которого соизмерима с длинойповерхностной акустической волны Период встречно-штыревой решетки равен длине дуги 7 , определяемой из соотношенияьг а /К где Р р - средний радиус встречноштыревой решетки, равныйсреднему радиусу звукопровода Вв , т,е. Рр: Р 5М - чис 1 о периодов (пар,электродов) в решетке.Оптимальное взаимодействие приемника с поверхностной акустической 10 волной обеспечивается при равенстве периода 7 длине поверхностной акустической волны, 3 , т.е. Т = 1 . Длина поверхностной акустической волны определяется соотношением: 3Ч(1 , 15 где Ч - скорость поверхностной акустической волны, зависящая от свойств материала звукопровода;- рабочая частота электрических колебаний, поступающих от генератора. 20Степень связи приемника с поверхностной акустической волной пропорциональна Г --- , где К - коэффици. Я Хент, зависящий от геометрии встречно- штыревой решетки приемника, 25Над приемником 6 расположен (фиг.1) неподвижный емкостный токосъемник 14, состоящий из диэлектрической шайбы 15, жестко соединенной с металлическими кольцами 16 и 17, 30 которые соединены с входом усилителя 18.Устройство работает следующим об" разом.Генератор 1 электрических колеба- З 5 ний возбуждает посредством преобразователя 2 бегущую поверхностную акустическую волну в звукопроводе 3 из пьезоэлектрического материала. Электрическое поле бегущей поверхностной акустической волны индуцирует переменные электрические сигналы на тех штырях 12 и 13 кольцевой встречно- штыревой решетки приемника 6, которые находятся над звукопроводом.ф 5 Электрические сигналы, возбуждаемые в штырях встречно-штыревой решетки, суммируются на шинах решетки, при этом происходит увеличение амплитуды выходного сигнала и уменьшение погрешностей измерения, возникающих вследствие неоднородности звукопровода и технологических неточностей изготовления устройства, так как взаимодействие поверхностной акусти ческой волны с приемником 6 происходит на протяженном участке звукопровода 3 с участием большого числа штырей встречно-штыревой решетки. Съем выходного сигнала осуществляется емкостным тОкосъемником 14, металлические кольца 16 и. 17 которого образуют с металлическими кольцами 9 и 10 приемника 6 емкость. Выходной сигнал с колец 16 и 17 емкостного токосъемника 14 поступает в усилитель 8. Выходной сигнал приемника 6 можно представить в виде:12 6-Ч -- г 2 л 0 Л 3 вых агде А; - амплитуда выходного сигнала, зависящая от о 1 Л и о ,Уо - начальная фаза выходногосигнала;текущее время;2 - длина дуги относительногоперемещения встречно-штыревой решетки 11 приемника 6и звукопровода 3, определяемая соотношением 2 = Рз Ч,где Ч - относительное угловое йеремещение приемника 6,жестко соединенного с контролируемым объектом 8, иэвукопровода 3 в радианах.Сдвиг Ч фазы выходного сигнала приотносительном угловом перемещении приемника и звукопровода на угол Ч определяется соотношением: Откуда видно, что сдвиг Ч фазы выходного сигнала прямо пропорционален относительному угловому перемещению Ч, что позволяет свести измерение угловых перемещений к измерению фазового сдвига выходного сигнала приемника 6, а изменение радиуса звукопровода 3 Р и длины поверхностной акустической волны 3 позволяет регулировать чувствительность устройства. При вращении приемника 6 относительно звукопровода 3 фазовый сдвиг выходного сигнала непрерывно меняет"я, что поз- воляет непрерывно измерять угловые перемещения от 0 до 360 и более, ис 0пользуя соотношение32 Гй вОбработка снимаемого сигнала может осуществляться известными способами. Например, выходной сигнал с выхода усилителя 18 сравнивается в фазовомдетекторе 5 с сигналом генератора.Число фазовых циклов, соответствующих перемещению, равному целому числу поьерхносгных акустических полуволн (волн), регистрируется счетчиком, а 5 величина, лежащая внутри этого интервала, - стрелочным прибором.Поверхностные акустические волны, прошедшие звукопровод 3, поступают на10 вход выходного преобразователя 4, который преобразует их в электрический сигнал той же частоты. С выхода вы" ходного преобразователя 4 сигнал, несущий информацию о фазе (следовательно, о длине звукопровода между вход 11 ным и выходным преобразователями), поступает на вход детектора, на второй вход которого поступает сигнал от генератора 1 электрических колебаний. В детекторе 6 формируется сигнало коррекции, изменяющий частоту колебаний генератора таким образом, чтобы обеспечивалось постоянство разности фаз между опорными колебаниями генератора 1 и колебаниями, распространяющимися по эвукопроводу 3, благодаря чему уменьшаются погрешности измерения угловых перемещений, обусловленные действием дестабилизирующих факторов (температура, давление нестабильность частоты генератора и пр.), причем степень уменьшения погрешностей прямо пропорциональна длине звукопровода между входным и выходным преобразователями.Использование изобретения позволит расширить диапазон измеряемых угловых перемещений до 360 и уменьшитьОпогрешности измерения, возникающие вследствие неоднородности звукопровода и технологических неточностей изготовления устройства.1099101 Составитель Ю.БогданоРедактор С.Патрушева Техред Л.Коцюбняк ректор О.Тигор одписное 4/ пиал ППП дП ент", г.ужгород, ул.Проектная, 4 аказ 4340/29 Тираж 587 ВНИИПИ Государственног по делам изобретений 113035, Москва, Ж, Ра