Измерительное устройство
MEASURING APPARATUS

Изобретение относится к измерительной технике и может быть применима, например, для измерения скорости движения относительно металлического объекта.
Известна система определения скорости, включающая группу датчиков внешнего магнитного поля. Работа системы основана на том, что по регистрации неоднородности магнитного поля разными датчиками и расстоянию между ними вычисляют вектор скорости движения объекта. Использование системы также позволяет фиксировать какие-либо отклонения от нормы магнитного поля среды (FR 2271578 A1). Данная система позволяет определить скорость движения, но при этом допускается заметная погрешность измерений. Кроме того, данная система не универсальна, не может быть применима в качестве одометра, не может быть применима при проведении измерений в трубопроводах.
Известна система определения скорости, включающая датчики магнитного поля, по меньшей мере один из которых прикреплён к ротору (EP 0484716 A1). Данная система не универсальна, применима только в качестве одометра, обладает погрешностью при измерениях скорости, не представляется возможным проводить измерения на больших расстояниях.
Известно устройство для измерения скорости объекта, содержащее измерительный проводник, расположенный на объекте в горизонтальном направлении, перпендикулярном направлению движения объекта, с возможностью воздействия на этот проводник магнитного поля Земли, бортовой вычислитель, выполненный с возможностью определения скорости движения объекта в зависимости от разности электрического потенциала между различными точками измерительного проводника, обратный проводник, размещенный в магнитном экране, соединенный последовательно с измерительным проводником и расположенный параллельно измерительному проводнику (RU 2307356 C1). Данное устройство не универсально, точность измерений недостаточна.
Технической проблемой является погрешность при измерениях.
В качестве ближайшего аналога может быть принято устройство по RU 2307356 C1.
Предлагается измерительное устройство, включающее датчики внешнего магнитного поля, причём не менее двух датчиков внешнего магнитного поля фиксированно установлены на платформе, с известным расположением друг относительно друга, по оси движения устройства.
Обязательным условием является наличие по меньшей мере двух датчиков и их установка на отрезке не лежащем поперек предполагаемого движения, при этом общее количество датчиков может быть и большим, дополнительные датчики могут устанавливаться разнообразно. Например, в виде окружности, или матрицы.
Техническим результатом является точность измерений, а также универсальность устройства, возможность его применения, как одометра,  например, для проведения измерений протяженности конструкций в трубопроводах и самих трубопроводов.
Скорость движения объекта относительно не однородной магнитной поверхности вычисляется по разности времени регистрации одного и того же рисунка магнитного поля разными датчиками, и расстоянию между датчиками.
Изобретение поясняется иллюстрациями.
На иллюстрациях обозначены:
А и В – датчики внешнего магнитного поля,
S – известное расстояние между ними,
C – платформа, на которой размещены датчики внешнего магнитного поля,
D – рисунок магнитного поля,
F - напряженность магнитного поля или индукция (зависит от типа датчика),
t - момент времени,
Т - разность фаз.
На фиг.1 показана общая схема устройства.
На фиг.2 показаны графики, построенные на основе полученных данных с датчиков внешнего магнитного поля, где график 1 – данные, полученные с ведущего датчика А, график 2 – данные, полученные с ведомого датчика B.
.
Принцип работы построен на фиксации изменений в рисунке магнитного поля, считываемое двумя или более датчиками внешнего магнитного поля
Благодаря изменениям в рисунке магнитного поля и первоначально известному расстоянию между датчиками, достигается технический результат, а именно, скорость движения и расстояние, пройденное бесконтактным одометром, относительно металлического объекта.
Информация, полученная с датчиков, может быть обработана с помощью ЭВМ.
Расчёт вычисления скорости может быть построен путём нахождения смещения по времени, обеспечивающего наиболее близкие значения данных полученных с ведущего датчика А (t) и данных ведомого датчика B(t+T), смещенных по времени.
∑|HA[i]-HB[i+j]|= min где i- номер отсчета по времени, j – сдвиг числа отсчетов по времени, HA - значение производной функции датчика A на i отсчете по времени, HB - значение производной функции ведомого датчика B на i+j отсчете по времени.
Достижимая точность измерений скорости определяется частотой измерений в секунду и базой (расстоянием)  между датчиками.
dV=S/t-S/(t+dt) где S - база, t-сдвиг по фазе, dt – приращение времени.
Возможная сфера применения.
Бесконтактный измеритель скорости может быть использован, например, во внутритрубном снаряде. Анализируя скорость, полученную благодаря устройству, и время начала и конца движения по трубе, используя математические формулы, вычисляется пройденное снарядом расстояние и соответственно дистанция трубы. Также анализ данных позволяет выявить магнитные всплески при прохождении бесконтактным одометром сварных швов, что в свою очередь, позволяет вычислить  длину секций, используемых в трубе.
Еще одной сферой применения бесконтактного одометра может быть расчёт длины и площади металлических листов.
При использовании не менее 4-х датчиков, размещённых в форме креста или квадрата, появляется возможность анализа не только скорости движения, но и вращения по оси, и скорости вращения.
Также устройство позволяет выявить дефекты металлического объекта, например трубы, при дальнейшей обработке полученных данных, за счёт несвойственному данному объекту магнитному рисунку на определённых участках.
Пример выполнения устройства и его использования.
Измерительное устройство представляет собой капсулу, изготовленную из нержавеющей стали с электронным запоминающим устройством внутри и двумя платами с датчиками магнитного поля сгруппированными в виде треугольников на каждой плате соответственно. Длина капсулы 0.24 м, диаметр 0.08 м ,толщина стенки 0,005 м. Всего установлены 6 датчиков в виде двух треугольников со стороной 0.005 м и разнесенных на 0.12 м.
Устройство установлено на внутритрубном снаряде, используется для измерения длины труб, внутритрубной дефектоскопии.