ДАТЧИК ПЕРЕМЕЩЕНИЙ
MOTION SENSOR

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для измерения перемещений элементов конструкции.
Известен «Датчик линейных перемещений» (а.с СССР №№847011, МПК3 G01B 7/30, опубл. 15.07.81, Бюл. №26), содержащий подвижный контакт и контактную плату, на контактной поверхности которой участки из токопроводящего материала чередуются с участками из электроизолирующего материала. Контактная плата выполнена в виде рейки из токопроводящего материала с поперечными пазами, заполненными электроизолирующим материалом, а ширина подвижного контакта меньше ширины поперечного паза.
Главным недостатком данного датчика является его сложность и, как следствие, его низкая эффективность.
В качестве прототипа для заявляемого датчика выбран «Датчик линейного перемещения» (а.с. СССР №1054671, МПК3 G01B 7/00 опубл. 15.11.83, Бюл. №42), содержащий два относительно подвижных электроконтактных элемента. Один электроконтактный элемент выполнен в виде набора фиксированных на заданных расстояниях и электрически соединенных между собой параллельно установленных пластин. Другой электроконтактный элемент размещен перпендикулярно плоскости этих пластин и выполнен в виде иглы, электроизолированной по боковой поверхности за исключением острия, длина которого не превышает заданных расстояний между пластинами первого электроконтактного элемента.
К недостаткам данного датчика можно отнести неопределенность и малую точность регистрации перемещений.
Техническая задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, - создание конструктивно простого датчика для измерения перемещений подвижных относительно друг друга поверхностей.
Технический результат заключается повышение точности измерения перемещений и упрощении конструкции датчика.
Указанный технический результат достигается за счет того, что заявляемый датчик перемещений, содержащий два подвижных относительно друг друга контактных элемента, предназначенных для закрепления напротив друг друга между контролируемыми объектами, в отличие от прототипа снабжен двумя диэлектрическим основаниями, подвижно соединенными между собой двумя упругими элементами, между которыми вдоль продольных осей оснований на поверхности первого основания расположен первый контактный элемент, выполненный в виде зигзагообразного печатного проводника из материала с высоким удельным сопротивлением, и второй контактный элемент, выполненный в виде токопроводящей упругой пластины, один конец которой жестко закреплен на изоляционной поверхности первого основания со стороны первого конца печатного проводника, а другой конец закреплен на поверхности второго основания над вторым концом печатного проводника.
В заявляемом датчике перемещений упругие элементы могут быть выполнены в виде пластин, первые концы которых закреплены на первом диэлектрическом основании со стороны второго конца печатного проводника, а их вторые коны закреплены на втором диэлектрическом основании со стороны первого конца печатного проводника.
Внешняя боковая поверхность диэлектрических оснований может быть выполнена в форме полуцилиндра или полусферы.
Снабжение датчика перемещений двумя диэлектрическим основаниями, подвижно соединенными между собой двумя упругими элементами, между которыми вдоль продольных осей оснований на поверхности первого основания расположен первый контактный элемент, выполненный в виде зигзагообразного печатного проводника из материала с высоким удельным сопротивлением, и второй контактный элемент, выполненный в виде токопроводящей упругой пластины, один конец которой жестко закреплен на поверхности первого основания со стороны первого конца печатного проводника, а другой конец токопроводящей упругой пластины закреплен на поверхности второго основания над вторым концом печатного проводника, обеспечивает контакт контактных элементов в соответствии с перемещением элементов конструкции и повышает точность измерения перемещений упрощают конструкцию датчика.
Выполнение двух упругих элементов в виде пластин, первые концы которых закреплены на первом диэлектрическом основании со стороны второго конца печатного проводника, а их вторые коны закреплены на втором диэлектрическом основании со стороны первого конца печатного проводника упрощают конструкцию датчика.
При выполнении внешней боковой поверхности диэлектрических оснований в форме полуцилиндра или полусферы перемещения контролируемых объектов будут определятся соответственно по линии или в точке.
Заявляемое изобретение поясняется чертежами.
На фиг. 1 изображен заявляемый датчик перемещений;
на фиг. 2 - первый контактный элемент, выполненный в виде зигзагообразного печатного проводника;
на фиг. 3 - контактные элементы с выводами А и Б.
Датчик перемещений содержит два диэлектрических основания 1 и 2, подвижно соединенных между собой двумя токонепроводящими упругими элементами 5 и 7, между которыми вдоль продольных осей оснований на поверхности первого основания 1, в данном примере выполнения на изоляционной пластине 3, расположен первый контактный элемент 4, выполненный в виде зигзагообразного печатного проводника из материала с высоким удельным сопротивлением, и второй контактный элемент 6, выполненный в виде токопроводящей упругой пластины, один конец которой жестко закреплен на изоляционной пластине 3 на поверхности первого основания 1 со стороны первого конца печатного проводника, а другой конец токопроводящей упругой пластины 6 закреплен на поверхности второго основания 2 над вторым концом печатного проводника 4.
Токонепроводящие упругие элементы 5 и 7 выполнены в виде пластин, первые концы которых закреплены на первом диэлектрическом основании 1 со стороны второго конца печатного проводника 4, а их вторые концы закреплены на втором диэлектрическом основании 2 со стороны первого конца печатного проводника 4.
Внешняя боковая поверхность диэлектрических оснований 1 и 2 может быть выполнена в форме полуцилиндра или полусферы (не показано).
Заявляемый датчик перемещений работает следующим образом.
Диэлектрические основания 1 и 2 датчика устанавливают в зазор между «соседними» поверхностями контролируемых объектов, причем уже в исходном положении диэлектрические основания 1 и 2 должны быть поджаты.
При статических и динамических воздействиях поверхности контролируемых объектов могут перемещаться относительно друг друга, тем самым сжимать или разжимать упругие элементы 5 и 7 датчика.
О величине перемещения судят по выходному сигналу, снимаемому с выводов А и Б, подключенных соответственно ко второму контактному элементу 6, выполненному в виде токопроводящей упругой пластины, и первому контактному элементу 4, выполненному в виде зигзагообразного печатного проводника из материала с высоким удельным сопротивлением.
Так как удельное сопротивление первого контактного элемента 4 больше сопротивления второго контактного элемента 6, выходной сигнал зависит только от «свободной» длины зигзагообразного печатного проводника 4 (от вывода Б до точки замыкания с первым контактным элементом 4, повышается точность измерения перемещений. При сжатии и разжатии упругих элементов 5 и 7 датчика точка замыкания первого и второго контактных элементов 4 и 6 будет смещаться, тем самым изменяя «свободную» длину зигзагообразного печатного проводника 4.
Таким образом, зная, что выходной сигнал с датчика будет изменяться по следующему закону:
где U - напряжение, подводимое к выводам А и Б;
ρ - удельное сопротивление материала первого контактного элемента 4;
l - «свободная» длинна первого контактного элемента 4;
S - поперечное сечение первого контактного элемента 4,
можно определить сопротивление первого контактного элемента 4 для нескольких положений второго контактного элемента 6, тем самым получив зависимость измеренного сопротивления второго контактного элемента 6 от перемещения двух диэлектрических оснований 1 и 2.
При использовании датчика одно из диэлектрических оснований может быть жестко зафиксировано на элементе контролируемого объекта, а второе просто подпружинено о другую - противоположную поверхность контролируемого объекта, тем самым компенсируя возможные параллельные смещения исследуемых элементов конструкции.
Кроме того, для более точного измерения перемещений возможны варианты разных форм внешних поверхностей диэлектрических оснований, например в форме полуцилиндра или полусферы, тогда перемещения объектов будут определяться соответственно по линии или в точке.
Заявляемый датчик перемещений также позволяет производить измерения перемещений в достаточно широком диапазоне температур.
Для предотвращения попаданий пыли и влаги на контактные поверхности датчика вся конструкция датчика может быть герметизирована специальной пленкой, гофрой или плотно прилегающими цилиндрическими поверхностями.