ВИХРЕТОКОВЫЙ ИМИТАТОР ПЕРЕМЕЩЕНИЙ
EDDY CURRENT MOTION SIMULATOR

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для проверки и настройки вихретоковых датчиков перемещения.
Известен механический имитатор зазора между чувствительным элементом вихретокового датчика и контролируемым объектом, содержащий скобу с двумя соосными отверстиями, в одном из которых установлен узел задания эталонного перемещения с подвижным стержнем и механизм юстировки с микрометрическим устройством, в другом - узел крепления калибруемого датчика (см., например, а.с. СССР, №1580152, G01B 7/14, 1988 г.).
Недостатком аналога является ограниченные функциональные возможности имитатора: имитация только зазора (перемещения перпендикулярно плоскости чувствительного элемента датчика) и статичность механических измерений.
Вместе с тем известно, что чувствительный элемент вихретокового датчика в виде измерительной обмотки, расположенной вблизи проводящего экрана, представляет собой эквивалентную систему связанных контуров. Благодаря вихретоковым токам, текущим в проводящем экране, в измерительную обмотку датчика вносится эквивалентное сопротивление, величина которого является функцией зазора между датчиком и экраном. Изменяя эквивалентное сопротивление, вносимое в измерительную обмотку датчика, имитируют изменение величины зазора.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому техническому решению является вихретоковый имитатор вибрации, содержащий обмотку индуктивности, магнитосвязанную с обмоткой возбуждения вихретокового датчика, работающего в резонансном режиме и возбуждаемого от внешнего генератора, и резистор переменного сопротивления, которым осуществляют шунтирование индуктивности имитатора по закону вибрации объекта (см. «Эквивалентный электрический метод определения амплитудно-частотной характеристики вихретоковых датчиков виброперемещения», А.Е. Манохин, Н.Б. Герасимов, журнал «Измерительная техника», №6, 2000, стр. 43-45).
Недостатками данного устройства являются ограниченные функциональные возможности имитатора, а именно имитация изменения только зазора между датчиком и экраном и невозможность имитации перемещения вдоль плоскости чувствительного элемента вихретокового датчика перемещений.
Задача, решаемая изобретением, заключается в расширении функциональных возможностей устройства, а именно имитации механического смещения контролируемого объекта как поперек плоскости чувствительного элемента вихретокового датчика перемещения (зазора), так и дополнительной имитации перемещения вдоль плоскости его чувствительного элемента.
Ожидаемый технический эффект достигается тем, что в вихретоковый имитатор перемещений, содержащий основную обмотку индуктивности, магнитосвязанную с обмоткой возбуждения вихретокового датчика, и основной резистор переменного сопротивления, введена дополнительная обмотка индуктивности, магнитосвязанная с обмоткой возбуждения и первой измерительной обмоткой вихретокового датчика, и дополнительный резистор переменного сопротивления, кроме того, основная обмотка имитатора магнитосвязана со второй измерительной обмоткой датчика, обе обмотки имитатора выполнены идентично измерительным обмоткам датчика, соединены последовательно и шунтированы основным резистором переменного сопротивления и дополнительным резистором переменного сопротивления, причем средний вывод дополнительного резистора переменного сопротивления соединен с общей точкой соединения обмоток имитатора.
На фиг. 1 приведена функциональная схема предлагаемого устройства, на фиг. 2 показана конструкция вихретокового датчика перемещений, взаимодействующая с контролируемым объектом, а на фиг. 3 показано взаимное расположение вихретокового имитатора и вихретокового датчика перемещений при испытаниях.
Вихретоковый имитатор перемещений 1 (фиг. 1) содержит основную обмотку индуктивности 2, магнитосвязанную с обмоткой возбуждения 3 вихретокового датчика 4, работающего в резонансном режиме и возбуждаемого от внешнего генератора 5, основной резистор переменного сопротивления 6 и дополнительную обмотку индуктивности 7, магнитосвязанную с обмоткой возбуждения 3 и первой измерительной обмоткой 8 вихретокового датчика 4, и дополнительный резистор переменного сопротивления 9. Кроме того, основная обмотка имитатора 2 магнитосвязана со второй измерительной обмоткой 10 датчика 4, обе обмотки 2 и 7 имитатора 1 выполнены идентично измерительным обмоткам 8 и 10 датчика 4, соединены последовательно и шунтированы основным резистором переменного сопротивления 6 и дополнительным резистором переменного сопротивления 9, причем средний вывод дополнительного резистора переменного сопротивления 9 соединен с общей точкой соединения обмоток 2 и 7 имитатора 1. Противоположные концы измерительных обмоток 8 и 10 датчика 4 подключены к входам дифференциального усилителя 11.
Вихретоковый датчик перемещения 4 (см. фиг. 2) содержит установленные в открытой части корпуса прямоугольную обмотку возбуждения 3 и две прямоугольные одинаково выполненные измерительные обмотки 8, 10, включенные навстречу друг другу. Они расположены симметрично по краям обмотки возбуждения 3 в параллельных плоскостях с ней, причем ширина обмоток 8, 10 не превышает ширины обмотки возбуждения 3 (см., например, патент RU №2163350, 1999 г.). Металлический контролируемый объект 12 установлен с возможностью перемещения вдоль открытой части корпуса датчика 4 и на некотором расстоянии h относительно него.
Устройство работает следующим образом.
max
При подаче питания на измеритель перемещения высокочастотный генератор 5 возбуждается на резонансной частоте колебательного контура, образованного индуктивностью обмотки возбуждения 3 вихретокового датчика 4 и выходной емкостью генератора 5. В результате на обмотке 3 датчика 4 возникает переменное напряжение Uh, амплитуда которого зависит от расстояния h до контролируемого объекта 12. Металлический объект 12, перемещаясь параллельно плоскости обмотки возбуждения 3, «возмущает» электромагнитное поле в пределах, охватываемых витками обмотки возбуждения 3, что приводит к появлению разностного сигнала, вырабатываемого встречно включенными измерительными обмотками 8 и 10. Величина этого разностного сигнала тем больше, чем больше смещение L контролируемого объекта 12 от середины к ее краям. Максимальное перемещение ±L объекта 12, контролируемое датчиком 4, определяется разностью между длиной обмотки возбуждения 3 и шириной контролируемого объекта 12. Разностный сигнал Uл после усиления дифференциальным усилителем 11 поступает на индикатор (не показан).
При калибровке вихретокового датчика перемещений 4 имитатор перемещений устанавливается перед датчиком 4 так, как показано на фиг. 3. Уменьшение величины сопротивления 6 приводит к одинаковому шунтированию обмоток 2 и 7 и увеличению активных потерь, вносимых в обмотку возбуждения 3, что, в свою очередь, приводит к уменьшению напряжения Uh на обмотке возбуждения 3. Это интерпретируется как уменьшение зазора h. В то же время, уменьшение сопротивления 6 приводит и к увеличению потерь в измерительных обмотках 8 и 10 датчика 4. Но эти потери одинаковы, поэтому разностного сигнала Uл не возникает.
Изменение величины сопротивления 9 приводит к неодинаковому шунтированию обмоток 2 и 7 (в то время как одна обмотка шунтируется сильнее, другая разгружается), поэтому появляется разностный сигнал Uл, величина и фаза которого зависит от положения среднего вывода переменного сопротивления 9.
Введение и соответствующее подключение новых элементов в измеритель перемещений обеспечивает расширение его функциональных возможностей за счет имитации механического смещения контролируемого объекта как поперек плоскости чувствительного элемента вихретокового датчика перемещения (зазора), так и дополнительной имитации перемещения вдоль плоскости его чувствительного элемента.