ДАТЧИК ЛИНЕЙНЫХ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ МЕЖДУ ДВУМЯ ОБЪЕКТАМИ

Полезная модель относится к измерительной технике и предназначена для измерения перемещений между двумя объектами.
Известно устройство для измерения линейных перемещений, основанное на использовании муарового эффекта, содержащее две растровые решетки с одинаковым шагом, одна из которых неподвижна, а другая соединена с подвижным объектом, причем подвижная решетка установлена с возможностью вращения вокруг неподвижной оси, перпендикулярной неподвижной растровой решетке. Кроме того, ось вращения подвижной решетки укреплена на неподвижной решетке. Авторское свидетельство СССР №318809 с приоритетом от 15 июня 1970 г.
Недостатком этого устройства является отсутствие автоматического (машинного) считывания величины перемещения, визуальный контроль не точен.
Известен измеритель давления (датчик), содержащий упругий чувствительный элемент, металлический шток, преобразователь перемещений чувствительного элемента в электрический сигнал и индикатор. Причем в нем преобразователь перемещения чувствительного элемента выполнен в виде отрезка коаксиального высокочастотного кабеля с токосъемниками и глухим отверстием, внутрь которого введен шток, жестко связанный с чувствительным элементом через диэлектрическую прокладку и соединенным с индикатором электрического сигнала. Авторское свидетельство СССР №492768 с приоритетом от 18 февраля 1974 г.
Данный датчик выбран в качестве прототипа.
С помощью этого датчика производят измерения перемещений между двумя объектами следующим образом. Между объектами устанавливают эластичный газовый баллон (типа волейбольной камеры), заполненный газом и вне объектов устанавливают данный датчик. Оболочка газового баллона плотно прилегает к объектам. При этом баллон с помощью эластичной трубки соединен с датчиком. При смещении объектов относительно друг друга происходит сжатие баллона, и газ через трубку воздействует на чувствительный элемент датчика, который перемещает шток. В зависимости от величины погружения штока в кабель происходят изменения величины высокочастотного сигнала и по величине изменения сигнала судят о величинах перемещений (вибраций) объектов во время их работы. Изменения сигнала регистрирует или схема детектирования, соединенная со штоком или датчик коэффициента бегущей волны.
Недостатком прототипа является то, что он позволяет измерять только малые перемещения - вибрации, но возможность измерений в большом диапазоне: от вибраций до сотен миллиметров прибором прототипа не обеспечивается.
Задачей полезной модели является создание устройства, измеряющего амплитуду колебания объектов от вибраций до десятков миллиметров.
Поставленная задача решается тем, что предложен датчик линейных перемещений между двумя объектами, содержащий коаксиальный отрезок высокочастотной линии передачи с отверстием во внешнем проводнике и металлическим штоком, введенным в это отверстие, токосъемники и индикатор электрического сигнала, при этом диаметры штока и отверстия согласованы по волновому сопротивлению линии передачи, и шток гальванически связан с центральным проводником коаксиального отрезка, причем на шток установлена металлическая втулка, гальванически связанная с внешним проводником коаксиального отрезка, с внутренним диаметром согласованным по волновому сопротивлению с диаметром штока, образующая совместно со штоком второй коаксиальный отрезок высокочастотной линии передачи, при этом на шток дополнительно установлен поршень, контактирующий со штоком и втулкой, причем поршень связан с одним из объектов, а внешний проводник высокочастотной линии передачи с другим объектом, при этом к одному из токосъемников подключен генератор высокочастотных колебаний, а к другому индикатор электрического сигнала.
Сущность полезной модели поясняется чертежом, где схематично изображена полезная модель. На чертеже изображены: 1 - коаксиальный отрезок высокочастотной линии передачи с отверстием 2 во внешнем проводнике 3. 4 - металлический шток, введенный в отверстие 2, при этом диаметры штока и отверстия согласованы по волновому сопротивлению линии передачи. Шток 4 гальванически связан с центральным проводником 5 коаксиального отрезка 1. 6 и 7 - токосъемники, стандартные высокочастотные соединители. 8 - индикатор электрического сигнала, датчик коэффициента бегущей волны. 9 - металлическая втулка, гальванически связанная с внешним проводником 3 коаксиального отрезка 1. Внутренний диаметр втулки 9 согласован по волновому сопротивлению с диаметром штока 4. Втулка совместно со штоком образуют второй коаксиальный отрезок 10 высокочастотной линии передачи, конструктивно связанный с первым. 11 - поршень, контактирующий со штоком 4 и втулкой 9. 12 - один из объектов. 13 - другой объект. 14 - генератор высокочастотных сигналов.
При изменении расстояния между объектами 12 и 13 оказывается воздействие на поршень 11, в результате происходит его перемещение. Тем самым происходит изменение согласования в линии передачи и изменение уровня сигнала в датчике коэффициента бегущей волны. Опытные проверки показали высокую чувствительность датчика линейных перемещений в большом диапазоне: от вибраций до десятков миллиметров. В зависимости от выбранной частоты генератора возможно создание датчика, реагирующего на перемещения от миллиметра до нескольких десятков миллиметров. Изготавливать данный датчик проще как цельную конструкцию из одной металлической заготовки, располагая коаксиальные отрезки линий передачи перпендикулярно между собой.
Техническим результатом полезной модели является обеспечение возможности измерения перемещений заданных объектов с амплитудой их колебаний между собой от миллиметра (вибраций) до нескольких десятков миллиметров.