Индуктивный датчик перемещений

Авторы патента:

Бузмакова Светлана Владимировна (RU)

Шакиров Нагим Вагизович (RU)

Судаков Андрей Иванович (RU)

Шардаков Игорь Николаевич (RU)

Денисов Денис Рамирович (RU)

G01B7/14 - для измерения расстояния или зазора между разнесенными предметами или отверстиями (G01B 7/30 имеет преимущество)

Владельцы патента RU 2474786:

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт механики сплошных сред Уральского отделения Российской академии наук (ИМСС УрО РАН) (RU)

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для определения взаимных перемещений различных объектов, в том числе отдельных участков деформируемых тел. Сущность: индуктивный датчик содержит индукционную катушку, ферромагнитный сердечник, генератор прямоугольных импульсов, генератор стабильного тока, амплитудный детектор, устройство индикации. Генератор прямоугольных импульсов является задающим элементом амплитуды и рабочей частоты датчика. Он обеспечивает работу генератора стабильного тока, необходимого для поддержания неизменного (фиксированного) ударного тока, поступающего на индукционную катушку. Стабильный ударный ток обеспечивает накачку энергией индукционную катушку во время активной фазы генератора тока. ЭДС индукции в виде импульсов поступает на амплитудный детектор, который их интегрирует и обеспечивает получение на выходе однополярного напряжения с амплитудой, пропорциональной величине ЭДС в текущий момент времени. Величина ЭДС прямо пропорциональна индуктивности катушки, которая определяется относительным положением ферромагнитного сердечника и катушки. Технический результат: улучшение чувствительности, помехозащищенности, термостабильности, увеличение базы измерения, возможность подключения выхода датчика к широкому классу регистрирующих приборов, расширение функциональных возможностей. 1 ил.

изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для определения взаимных перемещений различных объектов, в том числе отдельных участков деформируемых тел.

Известен индуктивный датчик положения, содержащий два диода, ферромагнитный сердечник с двумя катушками, образующими два плеча моста переменного тока (авт. свид. СССР 357473, МПК G01D 5/20, 1972). При перемещении сердечника относительно катушек их индуктивности изменяются, и на выходе устройства появляется сигнал, пропорциональный перемещению сердечника. Недостатком известного устройства является сложность конструкции (две взаимосвязанные катушки и сердечник), малый уровень выходного напряжения, требующий дополнительного усиления, низкая помехозащищенность и низкая температурная стабильность.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является индуктивный датчик перемещений, содержащий катушку индуктивности и сердечник, устанавливаемые на взаимно перемещающиеся объекты, генератор переменного напряжения, два диода и конденсатор (патент на изобретение RU 2221988, МПК G01В 7/14, 2004 - прототип). При перемещении сердечника относительно катушки индуктивность последней изменяется, и на выходе устройства появляется сигнал, пропорциональный перемещению сердечника.

Недостатком известного устройства является низкий уровень выходного напряжения, обусловленный тем, что измерительная система индуктивного датчика построена на методе измерения индуктивного сопротивления катушки. Это требует дополнительного усиления выходного сигнала, что приводит к низкой помехозащищенности и температурной нестабильности.

Предлагаемое изобретение направлено на улучшение чувствительности датчика, увеличение базы измерения (расстояния между взаимно перемещаемыми объектами), улучшение помехозащищенности и термостабильности датчика, на расширение возможности подключения выхода датчика к широкому классу регистрирующих приборов, в том числе и к компьютеру через АЦП, на расширение функциональных возможностей, заключающихся в том, что датчик может быть использован не только для статических и медленно протекающих процессов, но и динамических до частоты не более 30 Герц.

Данный результат достигается тем, что индуктивный датчик перемещений, содержащий индукционную катушку и ферромагнитный сердечник, устанавливаемые на взаимно перемещающиеся объекты, снабжен генератором прямоугольных импульсов, подключенным на вход генератора стабильного тока, который соединен с индукционной катушкой, подключенной на вход амплитудного детектора, связанного с устройством индикации.

Отличительной особенностью предлагаемого устройства от наиболее близкого технического решения является то, что оно снабжено генератором прямоугольных импульсов, подключенным на вход генератора стабильного тока, который соединен с индукционной катушкой, подключенной на вход амплитудного детектора, связанного с устройством индикации.

Наличие генератора стабильного тока, управляемого генератором прямоугольных импульсов позволяет увеличить уровень ЭДС, поступающий с катушки и тем самым улучшить метрологические характеристики датчика (чувствительность, диапазон измерения, термостабильность) и помехозащищенность.

Низкое выходное сопротивление амплитудного детектора обеспечивает подключение практически любого измерительного прибора постоянного напряжения: авометр, тестер, цифровой мультиметр, АЦП компьютера в качестве устройства индикации.

Высокий уровень полезного сигнала обеспечивает высокую помехозащищенность датчика и температурную стабильность.

Достаточно высокая частота генератора прямоугольных импульсов (частота 3-6 кГц) и оптимальная настройка амплитудного детектора (время интегрирования 0.01-0.03 сек.) позволяют регистрировать изменения относительного перемещения в 50-100 мм с частотой до 30 Гц.

Изобретение поясняется чертежом, где показана схема расположения индукционной катушки и ферромагнитного сердечника на взаимно перемещающихся объектах и структурная схема устройства.

Индуктивный датчик перемещений содержит генератор прямоугольных импульсов 1, подключенный на вход генератора стабильного тока 2, выход которого соединен с индукционной катушкой 3, установленной на одном из взаимно перемещающихся объектов 5 и ферромагнитный сердечник 4, установленный на другом объекте 6. Датчик содержит амплитудный детектор 7, подключенный на выход индукционной катушки и устройство индикации 8, связанное по входу с амплитудным детектором.

Устройство работает следующим образом. После установки индукционной катушки 3 на один из взаимно перемещающихся объектов 5 и ферромагнитного сердечника 4 на другой объект 6 включается генератор прямоугольных импульсов 1. Устанавливается частота и амплитуда генератора прямоугольных импульсов. Эти параметры определяют режим работы генератора стабильного тока 2. Генератор стабильного тока 2 во время его активной фазы закачивает необходимую энергию в индукционную катушку 3 датчика. Во время его неактивной фазы ЭДС катушки 3 поступает на вход амплитудного детектора 7, импульсы ЭДС интегрируются и в виде однополярного напряжения поступают на вход устройства индикации 8. При перемещении ферромагнитного стержня 4 внутри катушки 3 изменяется индуктивность катушки, что приводит к пропорциональному изменению ЭДС и выходного напряжения амплитудного детектора 7. Таким образом, выходное напряжение амплитудного детектора 7 и информация на устройстве индикации 8 будут пропорционально изменяться при относительном перемещении катушки 3 и сердечника 4.

Генератор прямоугольных импульсов является задающим элементом амплитуды и рабочей частоты датчика. Он обеспечивает работу генератора стабильного тока, необходимого для поддержания неизменного (фиксированного) ударного тока, поступающего на индукционную катушку во время его активной фазы работы. Стабильный ударный ток обеспечивает накачку энергией индукционную катушку во время активной фазы генератора тока. Поскольку ударный ток стабилизирован, то ЭДС индукции, возникающая в катушке во время неактивной фазы генератора тока, достигает амплитуды в 2-3 раза большей, чем максимальное напряжение, поступающее с генератора тока в активной фазе его работы. Индукционная катушка имеет хорошую добротность при малом активном сопротивлении. ЭДС индукции в виде импульсов обратной полярности по отношению к импульсам генератора стабильного тока поступает на амплитудный детектор, который интегрирует импульсы ЭДС и обеспечивает получение на выходе однополярного напряжения с амплитудой, пропорциональной величине ЭДС в текущий момент времени. При неизменных параметрах задающего генератора прямоугольных импульсов и генератора стабильного тока величина ЭДС прямо пропорциональна индуктивности катушки, которая определяется относительным положением ферромагнитного сердечника и катушки. Таким образом, выходное напряжение с амплитудного детектора пропорционально перемещению ферромагнитного сердечника. Выходное напряжение имеет максимальное значение, примерно равное половине питающего напряжения генератора тока, не требует дополнительного усиления и может быть измерено любым стрелочным или цифровым прибором, используемым в качестве устройства индикации, а также через АЦП передано в компьютер для обработки.

Индуктивный датчик перемещений, содержащий индукционную катушку и ферромагнитный сердечник, устанавливаемые на взаимно перемещающиеся объекты, отличающийся тем, что он снабжен генератором прямоугольных импульсов, подключенным на вход генератора стабильного тока, который соединен с индукционной катушкой, подключенной на вход амплитудного детектора, связанного с устройством индикации.

Изобретение относится к области прецизионных измерений перемещений посредством измерения емкости и может быть использовано для определения линейных перемещений сканирующих устройств в сканирующих зондовых микроскопах (СЗМ).

Способ измерения радиальных зазоров и осевых смещений торцов лопаток рабочего колеса турбины // 2457432

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения радиальных зазоров и осевых смещений торцов турбинных лопаток с большим углом изгиба профиля пера.

Способ ускоренного измерения координатных составляющих смещений торцов лопаток ротора турбомашины // 2454626

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для измерения координатных составляющих смещений торцов лопаток ротора относительно статора турбомашины.

Способ измерения координатных составляющих смещений торцов лопаток ротора турбомашины // 2431114

Датчик индуктивный // 2392582

Изобретение относится к датчикам перемещения, в частности к перемещениям двух каких-либо объектов относительно друг друга. .

Способ измерения координатных составляющих смещений торцов лопаток ротора турбомашины // 2390723

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для измерения координатных составляющих смещений торцов лопаток колеса ротора относительно статора турбомашины.

Способ оценки деформации статора и параметров биения ротора газотурбинного двигателя // 2379626

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для оценки деформации статора газотурбинного двигателя. .

Система и способ измерения зазора // 2358238

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения зазора между стационарной и вращающейся компонентами машины (турбины, генератора и т.п.).

Способ оценки деформации статорной оболочки винтовентилятора авиационного газотурбинного двигателя // 2344368

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для оценки деформации статорной оболочки (ДСО) винтовентиляторной силовой установки (ВВСУ) авиационного газотурбинного двигателя (ГТД) в местах установки кластерных одновитковых вихретоковых датчиков (КОВТД) и смещений геометрического центра оболочки относительно центра вращения винта.

Способ измерения зазора между электродами и подвижной массой микромеханического устройства и устройство для его реализации // 2338997

Изобретение относится к контролю качества микромеханических устройств, используемых в акселерометрах, гироскопах, датчиках давления. .

Индукционный датчик линейных перемещений // 2480709

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использован, в частности, в гидравлических системах летательных аппаратов, где требуется информация о перемещениях исполнительных гидроцилиндров

Встраиваемый индуктивный сенсор сближения и способ его изготовления // 2500982

Изобретение относится к индуктивному сенсору сближения, выполненному с возможностью встраивания в монтажную плату (2), выполненную из мягкой стали. Сенсор включает корпус (16) с лицевой стенкой, выполненной из синтетического материала и образующей чувствительную поверхность (4), осциллятор (10), включающий воспринимающую обмотку (7) с сердечником (9), расположенный внутри корпуса за лицевой стенкой (16) таким образом, чтобы незамкнутая часть сердечника (9) была направлена к чувствительной поверхности (4), пустотелый цилиндрический металлический элемент (3), расположенный перпендикулярно чувствительной поверхности (4) и окружающий сердечник (9), а также измерительный контур (11), приспособленный для измерения затухания колебаний осциллятора (10), возникающего из-за наличия вихревых токов. Сердечник (9) радиально окружен слоем металла, имеющим низкое удельное электрическое сопротивление менее 15 мкОм·см и толщину менее 40 мкм. В альтернативном варианте выполнения этот тонкий металлический слой может быть исключен, если удельное электрическое сопротивление металлического элемента (3) находится в диапазоне от 15 мкОм·см до 50 мкОм·см. Технический результат: улучшение встраиваемости сенсора без ущерба для дальности действия. 4 н. и 11 з.п. ф-лы, 7 ил.

Способ уменьшения температурной погрешности измерения многокоординатных смещений торцов лопаток одновитковым вихретоковым преобразователем // 2519844

Использование: для уменьшения температурной погрешности при измерении перемещений электропроводящих объектов в условиях воздействия высоких температур. Сущность: в одновитковом вихретоковом преобразователе во внутреннем проводнике его коаксиального токовода, соединяющего чувствительный элемент с объемным витком согласующего трансформатора, располагают первую термопару. Горячий спай термопары находится внутри токовода у его торца, обращенного к чувствительному элементу. Вторую термопару располагают так, что ее горячий спай оказывается в месте контакта токовода с объемным витком согласующего трансформатора. Температура, учитываемая для термокоррекции при вычислении координатных составляющих, определяется как Θ Ч Э = Θ Т П 1 + ( Θ Т П 2 − Θ Т П 1 ) ⋅ l 1 l 2 , где ΘТП1 - температура в области расположения горячего спая первой термопары, размещенной во внутреннем проводнике коаксиального токовода; ΘТП2 - температура в области расположения горячего спая второй термопары, размещенной в месте контакта токовода с объемным витком согласующего трансформатора; l1, l2 - расстояния от чувствительного элемента до горячего спая первой и второй термопары соответственно. Технический результат: уменьшение погрешности измерения координатных составляющих. 2 ил.

Емкостный измеритель искривления трубчатого канала // 2543678

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для контроля изгиба удлиненных изделий, в частности каналов активной зоны ядерного реактора. Сущность: измеритель искривления содержит емкостные датчики зазора, закрепленные на контролируемом изделии и подключенные к измерителям емкости. Конденсаторные пластины (5), образующие емкостные датчики зазора, установлены на отдельных держателях (3), закрепленных на контролируемом изделии. Расстояние между точками крепления держателей (3) в осевом направлении больше зазора между конденсаторными пластинами (5). На каждом держателе (3) установлено по несколько конденсаторных пластин (5) с угловым смещением относительно друг друга в поперечном сечении держателя (3). Измерители емкости выполнены в виде усилителей заряда. Предложены частные случаи исполнения устройства. В первом частном случае держатели (3) выполнены в виде соосных обечаек разного диаметра, а на цилиндрических поверхностях обечаек, обращенных навстречу друг другу, закреплены пары цилиндрических конденсаторных пластин (5), образующих радиальный зазор. Во втором частном случае держатели (3) выполнены в виде пары одинаковых обечаек с фланцами на торцах, обращенных навстречу друг другу, а на фланцах закреплены пары плоских конденсаторных пластин (5), образующих осевой зазор. Технический результат: расширение функциональных возможностей измерителя. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

Индуктивный измеритель искривления трубчатого канала // 2556275

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения искривлений трубчатых каналов, преимущественно в атомной энергетике. Сущность: индуктивный измеритель искривления трубчатого канала содержит индуктивные датчики зазора, соединенные с измерительной системой. Индуктивные датчики зазора выполнены в виде магнитопроводов (5) с возбуждающей (7) и измерительной (6) обмотками, закрепленных на держателях, установленных на корпусе измерителя, и замыкающих магнитных элементов (8), закрепленных на корпусе измерителя напротив разомкнутых магнитопроводов. Возбуждающие (7) и измерительные (6) обмотки установлены на магнитопроводах (5) соосно. Обмоточные провода этих обмоток и их выводы (10) выполнены из кабеля с минеральной изоляцией в металлической герметичной оболочке. Возбуждающие обмотки (7) подключены к генератору стабильного тока постоянной частоты. Измерительные обмотки (6) через усилители подключены к входам синхронных детекторов, управляемых от генератора стабильного тока. Технический результат: расширение функциональных возможностей измерителя. 4 ил.

Способ измерения радиальных зазоров и осевых смещений торцов рабочих лопаток турбины // 2556297

Использование: для измерения зазоров и осевых смещений торцов рабочих лопаток турбины. Сущность изобретения заключается в том, что во взаимодействие с торцом контролируемой лопатки вводят распределенный кластер из двух высокотемпературных одновитковых вихретоковых преобразователей (ОВТП) с чувствительными элементами (ЧЭ) в виде линейного отрезка проводника, устанавливаемых на статорной оболочке с нормированным смещением друг относительно друга в направлении, параллельном оси рабочего колеса (ось X), на расстояние равное ожидаемому смещению торца лопатки Δх0, причем кластер преобразователей устанавливают по оси Х левее выходной кромки лопатки на половину длины ЧЭ (λЧЭ/2), а также ЧЭ преобразователей ориентируют параллельно касательной к средней линии профиля торца лопатки в точке пересечения ее с плоскостью вращения, проходящей через геометрический центр кластера преобразователей (середина линии, соединяющей центры ЧЭ преобразователей); из совокупности результатов преобразования параметров первого ЧЭ с торцевыми кромками спинки и корыта каждой контролируемой лопатки выбирают наименьшее из экстремальных значений кодов, а из совокупности результатов преобразования параметров второго ЧЭ с торцевыми кромками спинки и корыта каждой контролируемой лопатки выбирают наибольшее из экстремальных значений кодов. Технический результат: повышение чувствительности ОВТП с ЧЭ в виде линейного отрезка проводника при измерении радиальных зазоров и осевых смещений торцов турбинных лопаток с большим углом изгиба профиля и U-образном продольном сечении ее пера. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Датчик воздушного зазора // 2558641

Изобретение относится к измерительной технике и может найти применение при конструировании систем виброконтроля габаритных валов роторных машин в электрогенераторах, при эксплуатации турбонасосов, в нефтегазовой промышленности и других областях. Датчик воздушного зазора выполнен в виде двух конденсаторных пластин, рабочие поверхности которых расположены рядом в плоскости статора, совпадающей с нулем воздушного зазора между статором и ротором, изолированные от статора диэлектрической прокладкой, по торцам пластин выполнены металлические экраны замыкания краевых эффектов, пластины выполнены с перпендикулярными прорезями для уменьшения вихревых токов и стабилизации емкости конденсатора, образуемого пластинами, конденсатор является реактивной нагрузкой высокочастотного генератора, сигнал которого параметрически модулируется изменяемой емкостью воздушного зазора при прохождении полюса ротора над пластинами, промодулированный сигнал генератора детектируют пиковым детектором измерения минимального зазора и амплитудным детектором среднего профиля зазора, для увеличения чувствительности и интервала линейности выходной характеристики используют режим регенерации при соотношении частот генератора (fс) и модулятора 4:1. Технический результат - повышение чувствительности датчика и расширение линейного интервала измерений величины зазора. 4 ил.

Емкостная измерительная система с дифференциальными парами // 2559993

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к емкостному датчику для измерения расстояния, в частности, до мишени в литографическом устройстве. Сущность: емкостная измерительная система содержит два или более емкостных датчиков (30a, 30b), один или более источников (306a, 306b) питания переменного тока для подачи питания на емкостные датчики и схему обработки сигналов для обработки сигналов от датчиков. Датчики скомпонованы попарно. Один или более источников питания переменного тока выполнены с возможностью запитывать первый датчик из пары датчиков переменным током (307) или напряжением со сдвигом фаз 180 градусов относительно тока или напряжения для второго датчика из пары датчиков. Схема обработки сигналов выполнена с возможностью обработки принятых выходных сигналов для генерации единого измеренного значения расстояния, соответствующего среднему расстоянию между измерительным блоком и мишенью. Схема обработки сигналов выполнена с возможностью генерации результата дифференциального измерения путем суммирования выходных сигналов от измерительного блока в течение первого полупериода питающего сигнала и в течение второго полупериода питающего сигнала по отдельности и вычитания просуммированных значений. 14 з.п. ф-лы, 32 ил.

Измеритель расстояния между датчиком и объектом из электропроводящего материала // 2561244

Изобретение относится к области неразрушающего контроля и может быть использовано для измерения расстояний, в частности в качестве датчика в дефектоскопах, профилемерах, нефтяной и газовой промышленности, для измерения геометрии трубопровода и положения дефектоскопа в трубопроводе. Задача предлагаемого решения: увеличение быстродействия, уменьшение взаимного влияния датчиков друг на друга при применении в многоканальных измерительных системах. Это достигается тем, что в измерителе расстояния между датчиком и объектом из электропроводящего материала, содержащем источник питания переменного тока, присоединенный к нему измерительный канал, состоящий из индуктивного резонансного преобразователя зазора с двумя катушками, блок линеаризации выходного сигнала от перемещения, катушки выполнены с взаимно перпендикулярным расположением осей катушки генератора и катушки приемника, причем ось катушки приемника расположена перпендикулярно поверхности объекта, параллельно катушке приемника подсоединены конденсатор, резистор и соединены с генератором, усилителем, логарифмическим усилителем, детектором, аналого-цифровым преобразователем, блоком линеаризации и введен экран. Блок линеаризации выполнен в виде контроллера с алгоритмом аппроксимации нелинейной зависимости в виде полинома с коэффициентами, которые получены после калибровки в лабораторных условиях. Экран выполнен из проводящего парамагнетика, а со стороны, обращенной к объекту, со стенкой из диэлектрика. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Способ измерения нестационарных перемещений электропроводящих объектов // 2561792

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к области создания средств и методов бесконтактных измерений изменений зазоров между измерительным преобразователем и контролируемой поверхностью. Способ измерения нестационарных перемещений электропроводящих объектов заключается в том, что используют бесконтактное измерительное устройство с первичным измерительным преобразователем, чувствительные элементы которого, электрически независимые друг от друга, устанавливают на одной базе со смещением в направлении объекта контроля, по показаниям измерительного устройства рассчитывают значение перемещения объекта контроля относительно измерительного устройства, согласно изобретению смещение между чувствительными элементами заменяют на эквивалентное расстояние между ними, оптимальное значение которого рассчитывают при градуировке измерительного устройства. Вычисляют i-ые приращения перемещения, а полное перемещение объекта контроля относительно измерительного устройства определяют, суммируя все i-е приращения перемещений. Технический результат заключается в повышении точности измерения нестационарных перемещений электропроводящих объектов с различной проводимостью и конфигурацией в труднодоступных местах при переменных внешних климатических условиях. 5 ил.