Датчик разности скоростей вращения соосных валов
Владельцы патента RU 2317556:
Федеральное Государственное Унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт физико-технических и радиотехнических измерений" (ФГУП "ВНИИФТРИ") (RU)
Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для измерения скоростных характеристик движителей подводных и надводных плавсредств. Датчик разности скоростей вращения соосных валов содержит роторы, закрепленные на контролируемых валах, и статоры, при этом на два соосных контролируемых вала устанавливают два ротора в виде постоянных магнитов, которые вращаются вокруг статоров, выполненных в виде неподвижных электромагнитов, которые закреплены на двух консольно установленных балках. Балки вставлены в сердцевины волоконных катушек волоконно-оптического интерферометра (ВОИ). При вращении роторов постоянные магниты периодически взаимодействуют с электромагнитами статоров. Консольно закрепленные балки механически воздействуют на волоконные катушки ВОИ и на выходе последнего появляются последовательности импульсов, несущих информацию о скоростных характеристиках валов. 3 ил.
Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для измерения скоростных характеристик движений подводных и надводных плавсредств.
Известен датчик того же назначения, содержащий роторы, закрепленные на соосных валах, в виде барабанов, на которые нанесены отражающие свет метки, и статор в виде оптически согласованных через метки ротора источников света и фотоприемника [Патент Японии №46-23668, кл. 111А22 (G06M 1/10), 1971].
Недостатком известного датчика является сложность его работы в морской воде.
Известен датчик разности скоростей вращения (ДРСВ) соосных валов, содержащий роторы, закрепленные на контролируемых валах, и статоры, включающие в себя оптические волокна, оптически связанные с источником света и фотоприемником, подключенным выходом к усилителю фототока, а также частотомер, счетно-решающее устройство с регистратором и генератор тока [Авторское свидетельство №609093, кл. G01P 3/40, 1978].
Данный датчик принят за прототип. В прототипе роторы выполнены в виде растров, через прорези которых и оптические волокна оптически согласованы источник света и фотоприемник.
Недостатком прототипа является амплитудный или частотный характер съема информации о скоростных характеристиках контролируемых валов.
Техническим результатом, появляющемся при внедрении изобретения, является устранение недостатка прототипа за счет перехода с амплитудно-частотного на фазовый характер съема информации о скоростных характеристиках вращающихся валов.
Данный технический результат достигают за счет того, что известный датчик разности скоростей вращения соосных валов, содержащий роторы, закрепленные на контролируемых валах, и статоры, включающие в себя оптические волокна, оптически согласованные с источником света и фотоприемником, подключенным выходом к усилителю фототока, а также частотомер, счетно-решающее устройство с регистратором и генератор тока, дополнительно содержит амплитудный дискриминатор импульсов и переключатель, при этом генератор тока выполнен двухуровневым, роторы - в виде постоянных магнитов, количество которых равно нечетному числу, равномерно закрепленных по окружности, соосных валам, на диэлектрических державках, параллельным осям вращения валов, а статоры - в виде двух соосных консольно закрепленных в основаниях балок, на свободных концах которых установлены электромагниты, выполненные с возможностью периодического взаимодействия с постоянными магнитами соответствующих роторов, причем оптические волокна свернуты в волоконные катушки, оптически согласованные с источником света, выполненным когерентным, и фотоприемником в интерферометр, в одной из волоконных катушек которого установлено фазосдвигающее устройство, при этом консольно закрепленные в основаниях концы балок установлены в сердцевинах волоконных катушек интерферометра, а выход усилителя фототока подключен через последовательно соединенные амплитудный дискриминатор импульсов и частотомер к первому входу счетно-решающего устройства, второй вход которого соединен с синхронизирующим выходом переключателя, два основных выхода генератора тока через переключатель подключены к электромагнитам статора.
Изобретение поясняется чертежами. На фиг.1 представлена конструктивная схема ДРСВ; на фиг.2 - оптико-электронная схема датчика; а на фиг.3 - временные диаграммы, поясняющие принцип работы датчика.
ДРСВ содержит роторы, установленные на соосных валах 1, 2. Роторы выполнены в виде постоянных магнитов 3, 4, установленных на диэлектрических державках 5, 6 равномерно по окружностям, центры которых лежат на оси вращения валов 1, 2. Количество державок и магнитов у каждого ротора равно нечетному числу.
Датчик также содержит статоры, выполненные, например, в виде единого основания 7 с отверстиями (не оцифрованы), соосными валам 1, 2.
В отверстия основания 7 статоров вставлены с натягом две волоконные катушки 8, 9 волоконно-оптического интерферометра (ВОИ). А в сердцевинах волоконных катушек 8, 9 установлены вплотную державки 10, 11 из диэлектрического материала, на свободных концах которых размещены электромагниты 12, 13.
Расстояния между постоянными магнитами 3, 4 роторов и электромагнитами 12, 13 выбираются из условия наличия магнитного взаимодействия между соответствующими магнитами и электромагнитами, когда они при вращении роторов устанавливаются напротив друг друга.
Нечетное количество постоянных магнитов задается для того, чтобы исключить случай, когда напротив электромагнита устанавливается два постоянных магнита с различных сторон.
Волоконные катушки 8, 9 (фиг.2) оптически связаны в ВОИ с источником 14 когерентного света и фотоприемником 15. В одной из волоконных катушек ВОИ установлено фазосдвигающее устройство 16.
Выход фотоприемника 15 через усилитель 17 фототока подключен к входу амплитудного дискриминатора 18 импульсов (АДИ), соединенного выходом со входом частотомера 19, подключенного к первому входу счетно-решающего устройства 20.
Датчик также включает в себя двухуровневый генератор 21 тока, подключенный двумя выходами через переключатель 22 к электромагнитам 12, 13 статора.
Синхронизирующий выход переключателя 22 соединен со вторым входом счетно-решающего устройства 20, подключенного выходом к регистратору 21, которое может входить в состав счетно-решающего устройства 20.
ДРСВ работает следующим образом. Перед началом работы начальную разность фаз в ВОИ устанавливают равной 90°.
С двухуровневого генератора 21 тока на электромагниты 12, 13 статора через переключатель 22 подают токи различной величины. В связи с чем получается различная степень импульсного воздействия постоянных магнитов 3, 4 роторов на электромагниты 12, 13 статоров при вращении контролируемых валов 1, 2.
Консольно закрепленные балки 10, 11 статоров будут испытывать различные механические напряжения, которые будут передаваться волоконным катушкам 8, 9 ВОИ. При этом на выходе последнего будут наблюдаться импульсные сигналы различной амплитуды (фиг.3а).
После усиления в усилителе 17 фототока импульсы подвергаются дискриминации в АДИ 18 по амплитуде (фиг.3а). При этом на выходе АДИ 18 будет присутствовать последовательность импульсов (фиг.3б), несущих информацию о частоте вращения вала 1.
Частота следования импульсов измеряется частотомером 19, затем подается в счетно-решающее устройство 20 с регистратором 21.
С помощью переключателя 22 высокий и низкий уровни тока, подаваемые на электромагниты 12, 13 роторов с двухуровнего генератора 21 тока, меняются местами. При этом на выходе ВОИ появляются импульсы фототока высокой и низкой амплитуды, но в другой последовательности (фиг.3в). После усиления и амплитудной дискриминации импульсы, несущие информацию о частоте вращения вала 2 (фиг.3г), подаются на частотомер 22 и счетно-решающее устройство 20, в котором рассчитывается разностная частота вращения двух валов.
Частота вращения второго вала и разностная частота также отображается регистратором 21.
Таким образом, скоростные характеристики вращающихся валов в данном датчике измеряются с помощью ВОИ путем регистрации фазы световой волны, чем достигается поставленный технический результат.
Датчик разности скоростей вращения соосных валов, содержащий роторы, закрепленные на контролируемых валах, и статоры, включающие в себя оптические волокна, оптически согласованные с источником света и фотоприемником, подключенным выходом к усилителю фототока, а также частотомер, счетно-решающее устройство с регистратором и генератор тока, отличающийся тем, что дополнительно содержит амплитудный дискриминатор импульсов и переключатель, при этом генератор тока выполнен двухуровневым, роторы в виде постоянных магнитов, количество которых равно нечетному числу, равномерно закрепленных по окружностям, соосных валам, на диэлектрических державках, параллельных осям вращения, а статоры - в виде двух соосных консольно закрепленных в основаниях балок, на свободных концах которых установлены электромагниты, выполненные с возможностью периодического взаимодействия с постоянными магнитами соответствующих роторов, причем оптические волокна свернуты в волоконные катушки, оптически согласованные с источником света, выполненным когерентным, и фотоприемником в интерферометре, в одной из волоконных катушек которого установлено фазосдвигающее устройство, при этом консольно закрепленные в основаниях концы балок установлены в сердцевинах волоконных катушек интерферометра, а выход усилителя фототока подключен через последовательно соединенные амплитудный дискриминатор импульсов и частотомер к первому входу счетно-решающего устройства, второй вход которого соединен с синхронизирующим выходом переключателя, а два выхода двухуровнего генератора тока через переключатель подключены к электромагнитам статора.
