Устройство для контроля перемещения движущегося объекта

 

Изобретение относится к устройствам контроля местоположения движущихся объектов и может быть использовано в машиностроении , на транспорте, в частности в горнодобывающей промышленности. Целью изобретения является повышение надежности контроля положения, Устройство содержит колебательный контур 1, закрепленный на движущемся объекте, и неоднородную линию 2, проложенную вдоль пути движения объекта, выполненную в виде колебательных контуров 3 и отрезков экранированного кабеля 4. Линия подключена к измерительному генератору 5, второй выход которого подключен к блоку 6 контроля перемещения. При движении объекта вдоль неоднородной линии 2 колебательный контур вызывает отсос высокочастотной энергии в моменты прохождения движущегося объекта мимо колебательных контуров 3 неоднородной линии 2, что приводит к изменению амплитуды на выходе измерительного генератора 5. Это изменение фиксируется блоком 6 контроля перемещения . 3 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 G 01 $11/06

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

6 м

3а

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4849157/22 (22) 10.07.90 (46) 30.07.92. Бюл. М 28 (71) Свердловский горный институт им, В.В.Вахрушева (72) В,Л,Лядский, П.И.Пахомов и А.E,Òðîï (56) Патент США ЬЬ 3646507, кл. 340-3 R;

1972, Заявка Японии М 52-34802, кл, B 66 В 3/02, 1977. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ ПЕРЕ"

МЕЩЕНИЯ ДВИЖУЩЕГОСЯ ОБЪЕКТА (57) Изобретение относится к устройствам контроля местоположения движущихся объектов и может быть использовано в машиностроении, на транспорте, в частности в горнодобывающей промышленности.

Целью изобретения является повышение

„„5U „„ l 751707 А1

2 надежности контроля положения, Устройство содержит колебательный контур 1, закрепленный на движущемся объекте, и неоднородную линию 2, проложенную вдоль пути движения объекта, выполненную в виде колебательных контуров 3 и отрезков экранированного кабеля 4. Линия подключена к измерительному генератору 5, второй выход которого подключен к блоку 6 контроля перемещения. При движении объекта вдоль неоднородной линии 2 колебательный контур 1 вызывает отсос высокочастотной энергии в моменты прохождения движущегося объекта мимо колебательных контуров 3 неоднородной линии 2, что приводит к изменению амплитуды на выходе измерительного генератора 5. Это изменение фиксируется блоком 6 контроля перемещения. 3 ил.

1751707

Изобретение относится к устройствам контроля местоположения движущихся объектов и может быть использовано в машиностроении, на транспорте, в частности в горнодобывающей промышленности на 5 рудничных подъемных установках для контроля движения сосудов в стволе.

Известны устройства для контроля движения подъемного сосуда. В этих устройст- вах источником информации о движении 10 подъемного сосуда служат магнитные метки, нанесенные с определенным шагом на маркерный канат, подвешенный на изоляторах в стволе шахты. Считывайие магнитных меток производится при помощи 15 магнитно-модуляционного датчика, включенного в цепь передающего устройства, установленного на сосуде. Последний передает считанную информацию по тому же маркерному канату как по линии связи на 20 поверхность к приемному устройству, на выходе. которого возникают импульсы пути движения сосуда, соответствующие шагу магнитных меток, Известные устройства контролируют 25 движение подьемного сосуда установленными на них активными элементами (пере. датчиками), требующими для своей работы индивидуального источника питания, что является существенным недостатком, так 30 как необходимы частая замена батареи и соответствующий контроль напряжения питания в процессе работы..Кроме того, требуется перезапись магнитных меток на маркерном канате с течением времени иэ- 35 за их размагничивания, что дополнительно усложняет устройство необходимостью иметь специальную аппаратуру для их записи.

Наиболее близким к предлагаемому 40 является устройство, используемое для детектирования прохождения поезда или подвижного состава через точки скрещивания петлевых обмоток, содержащее передатчик с рамочной антенной, установ- 45 ленной на подвижном составе, неоднородную петлевую линию связи, проложенную вдоль движения поезда, проводники тока которой скрещиваются с определенным шаroM, приемник, установленный на земле, на 50 вход которого включена указанная линия связи. Детектирование прохождения подвижного состава через точки скрещивания петлевых обмоток линии связи осуществляется при опрокидывании фазы элект- 55 родвижущей силы, возникающей при индуктивной связи с излучающей рамочной антенной передатчика в момент прохождения подвижного состава через перекрещенные петлевые обмотки, Известное устройство также содержит активный элемент — передатчик, устанавливаемый на подвижном составе, причем необходимая информация о движении состава вдоль перекрещенных петлевых обмоток линии связи получается в результате многократного преобразования напряжения модулированной несущей частоты передатчика с выделением стандартного сигнала, подверженного разного рода элек: тромагнитным помехам, которые могут привести к сбоям в работе устройства, Целью изобретения является повышеí ле надежности контроля положения.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве, содержащем колебательный контур на движущемся объекте и установленные стационарно генератор, неоднородную линию связи и блок контроля перемещения, неоднородная линия выполнена в виде последовательной цепочки колебательных контуров, установленных с возмо>кнастью индуктивно-емкостной связи с колебательным контурам, закрепленным на подвижном обьекте; и соединенных отрезками экранированного кабеля, выход линии соединен с согласующим сопротивлением, равным волновому сопротивлению линии. вход неоднородной линии подключен к входу генератора, измерительный выход которого соединен с входом блока контроля перемещения, На фиг.1 схематично изображены предлагаемое устройство и диаграмма сигнала в зависимости от перемещения объекта петлевой неоднородной линии; на фиг.2 — принципиальная. схема измерительного генератора высокочастотных колебаний; на фиг.3 — схема неоднородной линии.

Вдоль пути движения объекта (не показан) с укрепленным на нем пассивным колебательным контуром 1, представляющим собой одновитковую или многовитковую рамку с собственной емкостью, проложена петлевая неоднородная линия 2, Неоднородная линия 2 размещается вдоль пути перемещения объекта и представляет собой проводник тока, который через определенный шаг чередуется колебательными контурами 3 in отрезками экранированного кабеля 4, при этом проводники неоднородной линии 2 индуктивно связаны с колебательным контуром 1, Колебательный контур

3 представляет собой рамку, изготовленную иэ жесткого провода в виде одного витка или многовитковой рамки, При этом проводники неоднороднор линии 2 индуктивно связаны с колебательным контуром 1, а концы их подключены на выход измерительного генератора 5 высокочастотных ко5

1751707 лебаний, выполненного, например, по принципу гетеродинного индикатора резонанса (ГИР), выход которого подключен к блоку 6 контроля перемещения, Для уменьшения потерь в линии 2, связанных с излучением электромагнитной

СВЧ энергии, на участках сближения линии ее необходимо экранировать, Для этого линию 2 на участках взаимного сближения проводников целесообразно выполнять отрезками экранированного высокочастотно. го кабеля 4. В зависимости от необходимой точности измерения положения движущегося объекта и длины измеряемого участка определяются расстояния между колебательными контурами 3, а также мощность, излучаемая генератором 5, Для увеличения длины измеряемого участка необходимо выбирать частоту генератора 5 и соответственно пассивного колебательного контура, так как при этом будут меньшими потери на излучение, чем при более высоких частотах.

Нижняя граница рабочей частоты устройства. ограничивается габаритами контуров и элементов устройства, а верхняя граница частоты — резким ростом величины затухания в линии с возрастанием частоты, а также возрастающей трудностью согласования линии на СВЧ, Рабочий диапазон устройства целесообразно выбирать в диапазоне 100 †10 кГц, В зависимости от решаемых с помощью предлагаемого устройства задач шаг M может быть либо равномерным, либо неравномерным.

Устройство работает следующим образом.

B исходном состоянии измерительный генератор 5, нагрузкой которого является неоднородная линия 2, питает последнюю током высокой частоты, при этом на его измерительном выходе, подключенном к бло ку 6 контроля перемещения объекта, отсутствует изменение информационного сигнала А.

При движении обьекта вдоль неоднородной линии 2 колебательный контур 1, настроенный s резонанс с частотой колебаний измерительного генератора 5, в силу индукционной связи вызывает отсос высокочастотной энергии из линии 2 и изменяет режим работы генератора 5, что способствует появлению на входе блока 6 измеряющего информационного сигнала А.

Максимальная величина последнего наблюдается в случаях, когда контур 1 расположен концентрично контурам 3, и равна нулю при преодолении экранированного участка линии с шагом М, т.е. против отрезка кабеля 4

25 обеспечивают режим генерации транзисто30

40

50

20 (на фиг.1 показано пунктиром). Таким образом, при движении обьекта вдоль неоднородной линии 2 на выходе измерительного генератора 5 существует сигнал А с чередующимися изменениями его амплитуд в соответствии с принятым шагом М между колебательными контурами 3, блок 6 контроля перемещения объекта может содержать транзисторный каскад, работающий в ключевом режиме, счетчик импульсов, собранный, например; на микросхемах серии К 147 ИЕ4, и блок светодиодных индикаторов.

Измерительный генератор высокочастотных колебаний (фиг,2) работает следующим образом, Измерительный генератор 7 собран на транзисторах VT1 и VT2. При этом каскад на транзисторе ЧТ1 представляет собой собственно источник высокочастотных колебаний, резонансный колебательный контур которого составляет неоднородная линия 2, подключенная к клеммам 8 и 9 (фиг.Z). и конденсатор С1. Элементы R1,R2,С1 и С2 ра V4, Возникшие в упомянутом контуре высокочастотные колебания проходят через разделительный конденсатор С4, детектируются диодами VD1 и VD2, поступают на

RC-звено (конденсатор С5 и сопротивление йз, а затем усиливаются; однокаскадным усилителем постоянного тока на транзисторе ЧТ2. В коллекторную цепь транзистора

VT2 включена нагрузка R4, с которой с выхода 10 снимается сигнал А определенной постоянной амплитуды. Сопротивление R5 определяет режим работы транзистора VT2, а конденсатор С6 предназначен для развязки цепи питания схемы. В качестве транзисторов VT2 и VT1 могут быть применены например, транзисторы серии КТ 503 и диоды серии 0 9. Такой режим работы измерительного генератора 5 характерен для случая, когда вблизи неоднородной линии 2 в точках подключения линии к генератору отсутствует индуктивно связанный с ней резонансный колебательный контур 1 контролируемого объекта, В случае, если резонансный контур 1, настроенный в реэонане с частотой высокочастотных колебаний измерительного генератора 5, индуктивно связан с колебательным контуром (фиг.1) неоднородной линии 2, происходит поглощение (отсос) высокочастотной энергии иэ неоднородной линии в силу свойств магнитосвязанных резонансных цепей. Следовательно, это обстоятельство изменяет (уменьшает) амплитуду высокочастотных колебаний каскада на транзисторе, в результате чего уменьшается и амплитуда

1751707 напряжения {тока}, выпрямленного диодами

VD1 и VD2, что, в свою очередь вызывает запирание транзистора VT2, а значит, и повышение уровня сигнала А на выходе измерительного генератора 5.

При перемещении колебательного контура-1 иа участок экранированного электрического кабеля 4 неоднородной линии 2 (фиг,1, показано пунктиром) поглощение (отсас} энергии колебательным контуром 1 из неоднородной линии 2 уменьшается; что влечет за собой в конечном итоге уменьшение по амплитуде информационного сигнала А на выходе измерительного генератора 5.

Таким образом, при движении объекта с вмонтированным в него резобнанснь м контуром I вдоль чередующихся неоднородностей 3 и 4 линии 2 на выходе блока 6 контроля перемещения существует чередующийся информационный сигнал А(фиг.1) в соответствии с шагом М между неоднородностями линии, как указывалось выше. В моменты прохождения контура 1 мимо контуров 3 открывается транзистор транзисторного каскада и счетчик импульсов фиксирует одиночный импульс напряжения на выходе транзисторного каскада. По количеству импульсов, сосчитанных счетчикам импульсов, можно определить по показаниям светодиодного индикатора положение объекта. Блок 6 контроля перемещения фиксирует момент прохождения обьекта мимо контура 3 благодаря тому, что максимальная величина информационного сигнала А наблюдается в случае, когда контур 1 расположен концентрично контурам 3, и равна нулю при преодолении объектом экранированного участка линии, Отсутствие передающего элемента на подвижном объекте увеличивает надежность предлагаемого устройства и его долговечность, при этом облегчается обслуживание устройства, особенно в сложных условиях горных предприятий.

На эквивалентной схеме (фиг.3) основная индуктивность и емкость С сосредоточены в контурах 3. Создаваемое генератором 5 электромагнитное поле перемещается вдоль линии лишь в том случае, если в линии обеспечивается режим бегущей волны. Если в контурах, включенных в линию, осуществлен режим параллельного резонанса с большим импедансом, то ближний к генератору контур развязывает остальные контуры от генератора, и перемещение объекта обнаруженным быть ие может, Чтобы этого не происходило, необходимо при наладке устройства осуществить отстройку от резонансной частоты контуров 3, расположенных ближе к измерительному генератору 5 и тем самым уменьшить величину импеданса этих контуров, Чем ближе к генератору 5, тем отстрой5 ка должна быть большей, и наоборот, последний из контуров 3 должен быть наиболее точно настроен на частоту генератора 5, Отстройку контуров 3 можно осуществлять путем установки дополни10 тельных индуктивностей и (или) емкостей в соответствующих контурах..

Режим бегущей волны можно обеспечить, предотвратив отражение электромагнитной волны от конца линии, т.е. если

15 предотвратить режим стоячих волн.

В эквивалентной схеме линии имеются активные сопротивления, вызывающие уменьшение амплитуды напряжения на выходе каждого последующего контура;

-Ьх sin (И- m х) где Р— коэффициент затухания;

UME>< — амплитуда бегущей волны;

25 е- основание натуральных логарифмов.

Если длина линии I, то амплитуда на пряжения на ее конце равна: б

Umn = Umljxe

-А!

Так как мощность на конце линии меньше входной, то чистого режима стоячей волны не будет, т,е. коэффициент бегущей волны.не равен нулю.

35 Обеспечить чистый режим бегущей волны, т.е, равенство волновога сопротивления активному сопротивлению на конце линии, в полной мере трудно.

Таким образом, в реальной линии будет

40 смешаный режим (фиг.3) с определенным коэффициентом бегущей волны;

К

0макс

Для повышение коэффициента бегущей волны осуществляют при настройке линии ее согласование. При этом в блоке пороговое устройство настраивают так, чтобы оно

50 реагировало лишь на изменение напряжения, большие по уровню Омичи, При движении обьекта вдоль неоднородной линии пассивный колебательный контур взаимодействует с контурами 3, в

55 результате чего резко изменяется сопротивление и соответственно ЭДС на выходах линии.

Предлагаемое устройство может быть использовано для фиксации положения объ9

1751707

10 екта, направление движения которого определено (например, направление движения шахтной клети, вагонетки при движении ее с по ющью троса, наматываемого на барабан и т.д.).

Формула изобретения

Устройство для контроля перемещения движущегося объекта, содержащее колебательный контур на движущемся объекте и установленные стационарно генератор, неоднородную линию связи и блок контроля перемещения, отл ича ю щее ся тем, что, с целью повышения надежности контроля положения объекта, неоднородная линия связи выполнена в виде последовательной

5 цепочки колебательных контуров. установленных с возможностьЮ индуктивно-емкостной связи с колебательным контуром, установленным на подвижном объекте, и соединенных отрезками экранированного

10 кабеля, вход неоднородной линии связи подключен к входу генератора, измерительный выход которого соединен с входом бло. ка контроля перемещения.

1751707

Составитель А. Зарубин

Техред М.Моргентал Корректор О.,Кравцова

Редактор А. Лежнина

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 2690 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35. Раушская наб., 4/5