Датчик перемещения

Авторы патента:

G01L1/106 - Измерение силы или механического напряжения вообще (измерение силы удара G01L 5/00; измерение давления жидкостей и газов G01L 7/00-G01L 27/00; измерение деформации твердых тел в результате напряжения с использованием измерительных приборов G01B)

G01L1/10 - путем измерения изменений частоты колебания напряженных элементов, например натянутых струн (с помощью резисторных тензометров G01L 1/22)

Владельцы патента RU 2685803:

Кучеренко Александр Олегович (RU)
Гусев Николай Николаевич (RU)

Изобретение относится к области электрических измерений неэлектрических величин, в частности перемещений, и может использоваться в системах мониторинга технического состояния зданий и сооружений. Датчик перемещения содержит корпус с измерительным элементом в виде струны с постоянным натяжением, подвижный элемент, воспринимающий перемещение и с помощью тяг, связанный с первым наконечником, выполненным в виде полого цилиндра с отверстиями в торцах цилиндр, в которых установлена струна с возможностью перемещения по скользящей посадке, выделяющих внутри цилиндра участок струны постоянной длины, на образующей цилиндра в средней его части расположен первый преобразователь натяжения струны в электрический сигнал, под первым и вторым рабочими участками струны, расположенными за пределами цилиндра первого наконечника, размещены второй и третий преобразователи измеряемой величины в электрический сигнал, причем второй преобразователь закреплен на корпусе датчика перемещения, герметизация корпуса датчика осуществлена за счет сильфона. Датчик перемещения снабжен вторым подвижным наконечником в виде полого цилиндра с закрепленным на нем храповиком реечного типа, собачка и прижимная пружина которого закреплены на корпусе датчика перемещения, при этом третий преобразователь закреплен в полости второго подвижного наконечника, который имеет соосные с основным подвижным наконечником отверстия, в одном из которых имеется скользящая посадка, выделяющая второй рабочий участок струны. Технический результат - обеспечение возможности одновременного контролирования как текущих значений перемещений, так и их максимальных значений за все время контроля с момента установки датчика перемещения на объекте даже в том случае, когда вторичная аппаратура выключена или повреждена, и проведение оценки срока безопасной и надежной эксплуатации строительных конструкций, в соответствии с замеренными максимальным значениями параметров напряженно-деформированного состояния конструкций (перемещений). 6 ил.

Изобретение относится к области электрических измерений неэлектрических, в частности перемещений, величин и может использоваться в системах мониторинга технического состояния зданий и сооружений.

Известен датчик для измерения больших, медленно меняющихся перемещений, содержащий корпус, измерительный инструмент, расположенный в корпусе и выполненный в виде струны, подвижный элемент, выполненный в виде охватывающего корпус цилиндра, наконечник, связанный с подвижным элементом и выделяющей на струне два рабочих участка и два преобразователя измеряемых величин в электрический сигнал (авт. св. №372464).

Основным недостатком данного изобретения является низкая точность измерения, из-за невозможности контроля за натяжением струны, которая во времени изменяется как от релаксации материала струны, так и от некачественного закрепления струны в ниппелях.

По авт. св. на изобретение №583371 известен датчик перемещения, корпус которого содержит измерительный элемент в виде струны с постоянным натяжением, подвижный элемент, воспринимающий перемещение и с помощью тяг, связанный с наконечником, выполненным в виде полого цилиндра с отверстиями в торцах цилиндра, в которых установлена струна с возможностью перемещения по скользящей посадке, выделяющих внутри цилиндра участок струны постоянной длины. На образующей цилиндра в средней его части расположен преобразователь натяжения струны в электрический сигнал. Под рабочими участками и струной, расположенными за; пределами цилиндра, размещены два преобразователя измеряемой величины в электрический сигнал, при этом герметизация корпуса осуществлена за счет сильфона.

Существенным недостатком известного датчика перемещения является то, что регистрация измеряемых перемещений возможна только при включенной вторичной аппаратуре. В интервалах времени, при выключенной или поврежденной вторичной аппаратуре, получение информации от датчика перемещения прекращается. Однако в этих интервалах времени как раз и возможны превышения максимальных значений перемещений строительных конструкций от их предельно допустимых значений, что может привести к разрушениям и не предсказуемым последствиям.

Определяющим параметром при оценке срока безопасной и надежной эксплуатации строительных конструкций являются максимальные значения параметров их напряженно-деформированного состояния, в том числе перемещений.

Задачей заявляемого технического решения является создание датчика перемещения, в котором отсутствуют приведенные выше недостатки.

Поставленная задача достигается тем, что датчик перемещения снабжен дополнительным подвижным наконечником в виде полого цилиндра с закрепленным на нем храповиком реечного типа, собачка и прижимная пружина которого закреплены на корпусе датчика перемещения, а третий преобразователь закреплен в полости дополнительного подвижного наконечника, который имеет соосные с основным подвижным наконечником отверстия, в одном из которых имеется скользящая посадка, выделяющая дополнительный участок струны.

На фиг. 1 представлено положение элементов датчика перемещения в момент установки его на объект (момент времени t₀), на фиг. 2 представлено положение элементов датчика перемещения при достижении максимально возможного перемещения, на фиг. 3 представлено положение элементов датчика перемещения, при текущем значении перемещения, величина которого ниже максимального значения за весь предыдущий период измерения.

Корпус датчика перемещения (1) содержит измерительный элемент (2) в виде струны с постоянным натяжением, подвижный элемент (3), воспринимающий перемещение с помощью тяг (4), связанный с первым подвижным наконечником (5), выполненным в виде полого цилиндра с отверстиями (6) в торцах цилиндра, в которых установлена струна с возможностью перемещения по скользящей посадке, выделяющих внутри цилиндра участок (7) струны постоянной длины (l₃). На образующей цилиндра первого наконечника в- средней его части расположен первый преобразователь (8) натяжения струны в электрический сигнал. Под первым рабочим участком (l₁) струны (9), расположенным за пределом первого наконечника, размещен второй преобразователь (10) измеряемой величины (перемещения) в электрический сигнал, закрепленный на корпусе датчика перемещения. Под вторым рабочим участком (l₂) струны (11), расположенным за пределом первого наконечника, размещен третий преобразователь (12) измеряемой величины (перемещения) в электрический сигнал. Герметизация корпуса осуществлена за счет сильфона (13). Второй подвижный наконечник (14) выполнен в виде полого цилиндра с закрепленным на нем храповиком реечного типа (15), собачка (16) и прижимная пружина (17) которого закреплены на корпусе датчика перемещения, а третий преобразователь (12) измеряемой величины (перемещения) в электрический сигнал закреплен в полости цилиндра второго подвижного наконечника, (14), который имеет соосные с первым подвижным наконечником (5) отверстия (18, 19, 20, 21, 22, 23, 25), при этом в отверстии (21) имеется скользящая посадка (24), выделяющая второй рабочий участок (l₂) струны. Для проводки кабелей от преобразователей (8, 10, 12) измеряемой величины (перемещения) в электрический сигнал используются отверстия (26, 27, 28, 29).

Принцип работы датчика перемещеня.

Выделенный участок струны (7) внутри первого наконечника (5) с помощью соосных отверстий (6) всегда остается постоянной длины, а частота его колебаний может изменяться только при изменении натяжения струны, которое должно быть стабильным, при этом этот участок струны совместно с преобразователем (8) используется для контроля стабильности струны.

Положение конструктивных элементов датчика перемещения в начальный момент времени t₀ (в момент установки на объекте, когда перемещение Δl=0) представлено на фиг. 1-3.

На фиг. 4 представлена диаграмма изменения значения измеряемого параметра (перемещения) по значениям выходного сигнала второго преобразователя (10) при постоянно включенной вторичной аппаратуре системы мониторинга, на фиг. 5 представлена диаграмма изменения максимального значения измеряемого параметра (перемещения) по значениям выходного сигнала третьего преобразователя (12), на фиг. 6 представлена диаграмма изменения значения измеряемого параметра (перемещения) по значениям выходного сигнала второго преобразователя (10) в случае отключения вторичной аппаратуры системы мониторинга на интервале времени t₁-t₃.

При измерении перемещения (перемещении на некоторую величину Δl₁) подвижный элемент (3), жестко скрепленный с помощью тяг (4) с первым подвижным наконечником (5), перемещается относительно корпуса (1) на величину перемещений Δl₁, изменяя (увеличивая) рабочую длину (l₁) первого рабочего участка струны (9) на величину перемещений Δl₁. На такую же величину сместится второй подвижный наконечник (14), уменьшив длину второго рабочего участка струны (l₂) на такую же величину Δl₁.

Величину текущего значения перемещения определяют по частоте колебаний первого рабочего участка струны (9), а величину максимального значения перемещения - по частоте колебаний второго рабочего участка струны (11).

При этом второй подвижный наконечник (14) свободно перемещается относительно корпуса (1) датчика перемещения вместе с первым подвижным наконечником (5) до достижения максимального значения на момент проведения измерения Δl₁. Как только текущее значение перемещения начнет уменьшаться (в момент времени t₁), сработает «собачка» храповика, зафиксировав максимальное значение перемещения Δl₁ за все время измерения, а первый подвижный наконечник (5) продолжит свое движение в сторону меньших значений перемещения. Если за все время последующих измерений значение перемещений не превысит величины Δl₁, положение второго подвижного наконечника (14) не изменится, а частота колебаний второго рабочего участка струны (11) будет оставаться постоянной, соответствующей значению перемещения в момент времени t₁. При превышении значения перемещения на величину Δl₁, т.е. начнет увеличиваться относительно своего значения в момент времени t₁, первый подвижный наконечник (5) начнет перемещать второй подвижный наконечник (14) в сторону больших значений перемещений, а при уменьшении значения перемещения (в момент времени t₂), снова сработает «собачка» храповика, зафиксировав максимальное значение перемещения за все время измерения (Δl₁), а первый подвижный наконечник (5) продолжит свое движение в сторону меньших значений перемещения. Данный процесс будет повторяться каждый раз, когда измеряемая величина (перемещение) превысит значение предыдущего максимума.

Таким образом, при включенном питании вторичной аппаратуры датчик перемещения позволяет получать следующую информацию:

- с выхода первого преобразователя (8) натяжения струны в электрический сигнал - информацию (частоту или период колебания участка (7) струны постоянной длины (l₃)), которая используется для контроля постоянства силы натяжения струны (2);

- с выхода второго преобразователя (10) измеряемой величины (перемещения) в электрический сигнал - информацию (частоту или период колебания первого рабочего участка (l₁) струны (9)), которая используется для контроля текущего значения измеряемой величины Δl;

- с выхода третьего преобразователя (12) измеряемой величины (перемещения) в электрический сигнал - информацию (частоту или период колебания второго рабочего участка (l₂) струны участка (11)), которая используется для контроля максимального значения измеряемого параметра (перемещения) за весь период эксплуатации датчика.

При отключенном питании вторичной аппаратуры (интервал времени от t₁ до t₃, например, в случае аварии, см. фиг. 6) информация с выходов преобразователей (8, 10, 12) измеряемой величины (перемещения) в электрический сигнал не поступает, также как у известного датчика по авт.св. на изобретение 583371.

При восстановлении питания вторичной аппаратуры (момент времени t₃ фиг. 4-6) с выходов датчика перемещения по авт. св. на изобретение 583371 появляется возможность получить информацию (частоту или период колебания участка струны постоянной длины), которая используется для контроля постоянства силы натяжения струны, и информацию (частоту или период колебания рабочих участков), которая используется только для контроля текущего значения измеряемого параметра (перемещения). При этом получить информацию о максимальном значении измеряемого параметра (перемещения) на интервале времени от t₁ до t₃, например, в случае аварии, см. фиг. 6 не представляется возможным. Такая возможность появляется у предлагаемого датчика перемещения, у которого при включении питании вторичной аппаратуры (в момент времени t₃) датчик перемещения позволяет получать следующую информацию:

Сопоставительный анализ изобретения позволяет сделать вывод, что новым является, то что для обеспечения регистрации не только текущего значения перемещения, но и максимального за весь предыдущий период измерения, датчик перемещения снабжен вторым подвижным наконечником в виде полого цилиндра с закрепленным на нем храповиком реечного типа, «собачка» и прижимная пружина которого, закреплены на корпусе датчика, а третий преобразователь закреплен в полости второго подвижного наконечника, который имеет соосные с основным подвижным наконечником, отверстие в одном из которых имеется скользящая насадка, выделяющая второй рабочий участок струны.

В датчике перемещения заявлены не известные технические решения, идентичные совокупности признаков заявленного датчика перемещения, что определяет по мнению заявителей, соответствие критерию «новизна». Сравнение предлагаемого решения с другими техническими решениями в данной области техники позволяют сделать вывод о соответствии критерию изобретению «изобретательский уровень».

Изобретение позволяет одновременно контролировать как текущие значения перемещений, так и их максимальные значения за все время контроля с момента установки датчика перемещения на объекте даже в том случае, когда вторичная аппаратура выключена или повреждена, и провести оценку срока безопасной и надежной эксплуатации строительных конструкций, в соответствии с замеренными максимальным значениями параметров напряженно-деформированного состояния (перемещениями).

Датчик перемещения, содержащий корпус с измерительным элементом в виде струны с постоянным натяжением, подвижный элемент, воспринимающий перемещение и с помощью тяг, связанный с первым наконечником, выполненным в виде полого цилиндра с отверстиями в торцах цилиндр, в которых установлена струна с возможностью перемещения по скользящим посадкам, выделяющим внутри цилиндра участок струны постоянной длины, на образующей цилиндра в средней его части расположен первый преобразователь натяжения струны в электрический сигнал, под первым и вторым рабочими участками струны, расположенными за пределами цилиндра первого наконечника, размещены второй и третий преобразователи измеряемой величины в электрический сигнал, причем второй преобразователь закреплен на корпусе датчика перемещения, герметизация корпуса датчика перемещения осуществлена за счет сильфона, отличающийся тем, что с целью обеспечения регистрации не только текущего значении перемещения, но максимального за весь предыдущий период измерения, датчик перемещения снабжен вторым подвижным наконечником в виде полого цилиндра с закрепленным на нем храповиком реечного типа, собачка и прижимная пружина которого закреплены на корпусе датчика перемещения, а третий преобразователь закреплен в полости второго подвижного наконечника, который имеет соосные с основным подвижным наконечником отверстия, в одном из которых имеется скользящая посадка, выделяющая второй рабочий участок струны.

Группа изобретений относится к измерительной технике. Система для измерения механического напряжения содержит оптическое волокно, центральная часть которого закреплена между двумя фиксированными местами.

Система диагностики цепи и способ диагностики скребковых конвейеров // 2682952

Данное изобретение представляет собой систему диагностики неисправностей цепных скребковых конвейеров, содержащую розетку тензодатчиков, прикрепленных к верхней торцевой поверхности зубцов звездочки скребкового конвейера.

Оптическое устройство для контроля заполнения пути // 2682523

Изобретение относится к железнодорожной автоматике на сортировочных станциях для контроля заполнения пути. Устройство содержит две волоконно-оптические линии, на контролируемом участке вдоль рельсовой линии на ее противоположных сторонах, одна из линий подключена к источнику монохроматического излучения и состоит из последовательно соединенных оптических Y-разветвителей, при этом выход каждого из них соединен с последующим через оптический усилитель, другая линия подключена к фотоприемнику и состоит из последовательно соединенных оптических Y-объединителей, каждый из которых расположен напротив соответствующего Y-разветвителя, при этом второй выход Y-разветвителя, вход которого подключен к источнику монохроматического излучения, соединен со вторым входом Y-объединителя, подключенного выходом к фотоприемнику, второй выход каждого последующего Y-разветвителя соединен посредством установленного под рельсовой линией датчика на основе брэгговской решетки со вторым входом расположенного напротив него Y-объединителя, а первый выход последнего в линии Y-разветвителя соединен посредством установленного под рельсовой линией датчика на основе брэгговской решетки с первым входом расположенного напротив него Y-объединителя.

Способ и устройство для определения локального механического напряжения в пленке на подложке // 2679760

Изобретение относится к способам измерения механических свойств материалов, в том числе механических напряжений, с использованием оптических приборов для анализа напряжений.

Устройство для определения объёмов замкнутых полостей // 2679476

Устройство относится к измерительной технике, в частности к измерениям вместимостей замкнутых герметизированных объемов в различных сложных системах и установках, имеющих отношение к вакуумной технике, с возможностью размещения внутри их объемов пористых материалов и/или элементов конструкций из них.

Способ определения напряженно-деформированного состояния различных упругих объектов // 2670723

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике, в частности к области диагностики напряженно-деформированного состояния упругих объектов, в частности рельсовых плетей бесстыкового пути.

Датчик измерения механических деформаций // 2654827

Изобретение относится к измерительной технике и представляет собой датчик механических деформаций на основе аморфных ферромагнитных микропроводов. Датчик измерения механических деформаций содержит прямоугольную пластину, выполненную с поперечными разрезами, обеспечивающими возможность ее растяжения в продольном направлении, в посадочном месте прямоугольной пластины размещен дополнительно введенный миниатюрный соленоид, подключенный к третьей паре контактных площадок, внутри которого размещен магниточувствительный элемент, при этом миниатюрный соленоид соединен через третью пару контактных площадок с источником постоянного тока, источник переменного тока соединен через первую пару контактных площадок с аморфным ферромагнитным микропроводом и выполнен в виде генератора переменного тока частоты f, усилитель сигналов дифференциальной измерительной катушки усиливает сигналы частоты 2f.

Способ и система измерения давления и температуры тензомостом // 2654311

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к измерению температуры и давления. Способ измерения давления и температуры тензомостом включает подачу тока на диагональ питания тензомоста и измерение напряжения на измерительной диагонали U+.

Датчик измерения механических деформаций // 2653563

Изобретение относится к измерительной технике и представляет собой датчик механических деформаций на основе аморфных ферромагнитных микропроводов. Датчик конструктивно объединяет магниточувствительный элемент и электронное измерительное устройство.

Системы и способы для измерения наружного давления // 2651060

Группа изобретений относится к медицине. Хирургическая консоль содержит: нажимную пластину; и модуль датчика давления, содержащий датчик усилия; при этом нажимная пластина выполнена с возможностью перемещения относительно модуля датчика давления; и модуль датчика давления выполнен с возможностью измерения усилия, приложенного к модулю датчика давления эластичным контейнером, расположенным между модулем датчика давления и нажимной пластиной, причем указанное усилие используется для определения давления, связанного с эластичным контейнером.

Виброчастотный датчик абсолютного давления // 2660621

Изобретение относится к области измерительной техники, а именно к устройствам для измерения давления разрежения. Заявленный виброчастотный датчик абсолютного давления содержит крышку со штуцером, закрывающую корпус, внутри которого расположены воспринимающий элемент, виброчастотный элемент, содержащий опорное основание, резонатор прямоугольного сечения и силопередающий шток, передающий усилие от воспринимающего элемента, и электромагнитная система возбуждения и съема колебаний, состоящая из электромагнита-возбудителя и электромагнита-адаптера и взаимодействующая с контактной колодкой с установленными в ней токовыводами, внутренний объем корпуса герметизирован, при этом ось симметрии виброчастотного элемента совпадает с осью симметрии резонатора, в осевом направлении заключенного между двумя дополнительными массами, выполненного с ними за единое целое и сопряженного с опорным основанием через упругие балочные подвесы, отделенным через акустическую развязку от секторов, обеспечивающих совмещение виброчастотного элемента относительно корпуса и воспринимающего элемента, при этом воспринимающий элемент выполнен в виде диафрагмы, установленной в корпусе при помощи прижима так, что ось вращения диафрагмы совпадает с осью симметрии резонатора, причем внутренний объем корпуса вакуумирован.

Способ определения усилия натяжения вантового элемента моста // 2613484

Изобретение относится к метрологии, в частности к способам неразрушающего контроля мостовых сооружений. Способ предполагает возбуждение свободных колебаний вантового элемента путем приложения импульсного воздействия в месте его прикрепления к анкерному устройству.

Датчик резонаторный // 2545324

Изобретение относится к области измерений механических параметров. Датчик резонаторный содержит основание в виде пластины из монокристалла, в котором выполнены сквозные прорези с образованием стержневого резонатора, поверхности которого металлизированы для образования электродной системы, и маятникового подвеса в виде двух стержней, одни концы которых присоединены к чувствительному элементу, а другие концы соединены с основанием.

Способ комплексного контроля напряженно-деформированного состояния бетона плотин // 2530781

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для контроля напряженно-деформированного состояния (НДС) гидротехнических сооружений, например плотин гидроэлектростанций, а также контроля прочности бетона эксплуатируемых предварительно напряженных железобетонных конструкций.

Устройство и способ контроля текучих сред // 2365886

Высокочувствительные способ и устройство для измерения силы/массы с использованием системы фазовой автоподстройки частоты // 2334204

Изобретение относится к высокочувствительным способу и устройству измерения силы/массы с использованием системы фазовой автоподстройки частоты. .

Резонатор силочувствительный // 2329511

Изобретение относится к области измерений механической силы и производных от нее величин, момента силы, давления, массы, деформаций, линейных и угловых ускорений. .

Способ и устройство извлечения информации о напряженно-деформированном состоянии гидротехнических сооружений // 2280846

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для контроля напряженно-деформированного состояния (НДС) гидротехнических сооружений, например плотин гидроэлектростанций, а также контроля напряженно-деформированного состояния других сооружений, зданий и конструкций.

Способ возбуждения и измерения частоты колебаний колебательного звена резонансных датчиков // 2269385

Изобретение относится к техническим средствам автоматизации систем управления и предназначено для контроля физических величин. .

Способ определения оптимального месторасположения подкрепляющей опоры в стержне при потере устойчивости // 2175759

Изобретение относится к области испытания машиностроительных и строительных конструкций. .

Устройство для возбуждения непрерывных колебаний струны // 2689283

Изобретение относится к области метрологии, в частности к устройствам возбуждения струнного преобразователя. Устройство для возбуждения непрерывных колебаний струны состоит из генератора пусковых импульсов, струнного преобразователя, первого и второго перемножителей аналоговых сигналов, частотного детектора, блока выборки и хранения и управляемого напряжением ждущего одновибратора, коммутатора, генератора импульсов полуволны синусоиды с управляемой напряжением амплитудой, усилителя, усилителя-ограничителя, первого и второго ждущих мультивибраторов, схемы совпадения, амплитудного детектора, фильтра низких частот и компаратора. Технический результат – обеспечение высокой стабильности колебаний струны, уменьшение погрешности измерения. 2 ил.