УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЛИНЕЙНЫХ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ

Полезная модель относится к области измерительной техники и может быть использовано в системах управления технологическими процессами.
Известен реостатный датчик линейных перемещений (см.А.Г.Гарганеев. «Технические средства автоматизации и управления», Томск, ТУСУР, 2007, с.216) в котором при перемещении скользящего контакта по поверхности плоского реостата, представляющего собой обмотку, намотанную на диэлектрический каркас, информацию о величине линейного перемещения изделия получают напряжением (током), снимаемым с одного из плеч реостата и скользящего контакта.
Недостатком этого известного датчика является ненадежность, связанную с износом скользящего контакта.
Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является принятый автором за прототипом SU 1354030 А1, 23.11.1987. Это известное устройство содержит генератор СВЧ - волн, волноводный аттенюатор, преобразователь линейных перемещений, выполненный в виде волноводной СВЧ-линии с короткозамыкающим поршнем и двумя резонаторными зондами, снабженными штырями и расположенными на расстоянии один от другого, равном четверти длины СВЧ-волны, фазосдвигающую цепь, производящую задержку СВЧ-волны, сумматор и измеритель разности фаз. В данном устройстве на штырях зондов возбуждают СВЧ-волны, фаза которых зависит от расстояния от поршня до штырей зондов. Так как штыри зондов сдвинуты на расстояние, равное четверти волны, то разность фаз, наводимых на штырях зондов, будет составлять π/2, а фазосдвигающая цепь создает задержку СВЧ- волны, принимаемой удаленным от аттенюатора зондом, на величину π/2. В силу этого на сумматор приходят две волны от зондов в фазе и складываются. Падающая СВЧ-волна от генератора к поршню наводит на штырях зондов СВЧ- волны с разностью фаз π/2, и на сумматор приходят волны с разностью фаз π, т.е. в противофазе, и сложение не происходит. Таким образом, на выходе сумматора образуется СВЧ-волна с меняющейся фазой от перемещения поршня, т.е. объекта. Далее сравнение этого сигнала в измерителе разности фаз с сигналом, снимаемым с выхода генератора СВЧ-волн, дает возможность получить информацию о величине перемещения объекта по разности фаз. Недостатком этого устройства следует считать сложность конструкции преобразователя линейных перемещений и процедуры формирования информационного о контролируемом параметре сигнала.
Техническим результатом заявляемого решения является упрощение процедуры преобразования линейных перемещений и формирования информационного сигнала о контролируемом параметре.
Технический результат достигается тем, что в устройство для определения
линейных перемещений, содержащее источник излучения, приемник и цифровой измеритель, введены усилитель и волноводный тройник с поршнем, причем выход источника излучения соединен со входом волноводного тройника с поршнем, выход волноводного тройника с поршнем подключен ко входу приемника, выход приемника через усилитель соединен с цифровым измерителем.
Сущность заявляемой полезной модели, характеризуемой совокупностью указанных выше признаков, состоит в том, что возникновение режима стоячей волны в полости волноводного тройника, благодаря поступательному движению по волноводу поршня, связанного с объектом перемещения, дает возможность определить величину перемещения контролируемого изделия.
Наличие в заявляемом устройстве совокупности перечисленных существующих признаков, позволяет решить поставленную задачу определения линейных перемещений на основе использования волноводного тройника с поршнем и измерения амплитуды напряженности магнитного поля стоячей волны, возникающей в результате взаимодействия электромагнитной волны с поршнем волноводного тройника при его поступательном движении по полости тройника с желаемым техническим результатом, т.е. упрощением преобразования линейных перемещений и формирования информационного сигнала о контролируемом параметре сигнала.
На чертеже приведена структурная схема устройства.
Устройство содержит источник излучения 1, соединенный выходом со входом волноводного тройника с поршнем 2, приемник 3, усилитель 4 и цифровой измеритель 5.
Устройство работает следующим образом. Известно, что волноводный тройник, обладающий волноводным разветвлением, имеет одно боковое плечо и два основных.
Пусть на одно из основных плеч волноводного тройника поступает электромагнитная волна. Обозначим это плечо входом тройника, а его выходом -боковое плечо, с помощью которого снимается распространяющейся по волноводному тройнику электромагнитная волна. При этом принимаем, что со стороны второго основного плеча тройника вдоль щели в тройнике передвигается поршень (металлический), который жестко связан (механически) с перемещаемым изделием.
Согласно предлагаемому устройству при поступлении электромагнитного сигнала от источника излучения 1 на вход волноводного тройника 2 (первое основное плечо тройника), возбужденная в тройнике электромагнитная волна благодаря основному свойству волноводного тройника может распространяться как в сторону бокового плеча (выход), так и в сторону второго основного плеча, т.е. в сторону поршня.
В рассматриваемом случае взаимодействие распространяющейся в сторону
второго плеча тройника электромагнитной волны с поршнем используется для получения информации о перемещении изделия. Эта падающая на поверхность передвигающегося поршня по полости волноводного тройника волна может отразиться от поверхности поршня. В результате наложения этих двух волн (падающая на поверхность поршня и отраженная от поверхности поршня) в полости волноводного тройника возникнет режим стоячих волн. Съем образованной в этом случае стоячей волны, по принципу действия волноводного тройника, может быть осуществлен с помощью бокового плеча тройника , т.е. его выходом. В силу этого электромагнитный сигнал, связанный со стоячей волной, с выхода волноводного тройника далее поступает на вход приемника 3. В предлагаемом устройстве в качестве приемника используется амплитудный детектор, который дает возможность продетектировать входной сигнал приемника.
Данный процесс возникновения стоячей волны в волноводном тройнике аналогичен случаю нормального падения плоской волны на поверхность идеального проводника. В соответствии с этим для характера изменения напряженности, например, магнитного поля указанной стоячей волны можно записать
0
H=Hcos βy,
0
где Н- амплитуда напряженности магнитного поля стоячей волны, Н - мгновенное значение, β-фазовый множитель, y-расстояние от поверхности отражения. Из приведенной формулы видно, что изменение параметра y приведет к изменению амплитуды напряженности магнитного поля стоячей волны. Учитывая, что в рассматриваемом случае изменение расстояния от поверхности отражения может быть осуществлено посредством передвижения металлического поршня, то можно констатировать факт наличия зависимости амплитуды напряженности магнитного поля Н от передвижения поршня в полости волноводного тройника. При этом однозначная зависимость амплитуды напряженности магнитного поля Н от перемещения поршня может быть получена при его передвижении на расстояние, равное λ/4, где λ- длина волны распространяющейся по волноводному тройнику. Это вытекает из того факта, что в точках    y=nλ/2, n=0, 1, 2 и т.д. амплитуда Н имеет максимальное значение, а в токах у=nλ/4, n=1, 3, 5 и т.д. - минимальное значение. Амплитуда напряженности электрического поля рассматриваемой волны наоборот в точках, указанных выше, будет иметь соответственно минимальное и максимальное значения. Так как металлический поршень жестко связан с перемещаемым изделием, измерением амплитуды выходного продетектированного сигнала приемника (амплитудного детектора) можно обеспечить определение величины перемещения. При этом следует отметить, что при нулевом линейном перемещении изделия, значения Н будет максимальным, а максимальном линейном перемещении, равном λ/4, - минимальным. Согласно данному техническому решению продектированный сигнал с выхода приемника далее
поступает на усилитель 4.
После этого усиленный сигнал направляется на вход цифрового измерителя 5, где отражается информация в цифровом виде о величине линейного перемещения контролируемого изделия.
Предлагаемое устройство успешно может быть использовано для определения поступательного движения силового цилиндра гидродвигателя.
Таким образом, в предлагаемом техническом решении использование в качестве преобразователя линейных перемещений волноводного тройника с поршнем и измерение амплитуды напряженности магнитного поля стоячей волны, возникающей в результате взаимодействия электромагнитной волны с поршнем волноводного тройника, даст возможность обеспечить упрощение процедуры преобразования линейных перемещений и формирования информационного сигнала о контролируемом параметре.