АКУСТИЧЕСКИЙ ДАТЧИК ЛИНЕЙНЫХ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ

АКУСТИЧЕСКИЙ ДАТЧИК ЛИИЕЙНЫХ ПЕРЕМЕЩЕНИЯ
Полезная модель относится к измерительной технике, а именно, к средствам измерению перемещения объекта контроля.
Известен датчик линейных перемещений ( Боднер В.А., Алферов А.В. Измерительный приборы М.: Издательство стандартов , 1986, с 100), содержащий источник и приемник акустических колебаний, аппаратуру для возбуждения колебаний, усилитель сигнала приемника и аппаратуру для измерений интервалов времени. Измерение линейных перемещений объекта контроля с помощью этого датчика осуществляется по интервалу времени распространения акустических колебаний между источником и приемником, один из которых жестко соединен с объекта контроля.
Недостатком такого датчика является необходимость закрепления источником или приемником на объекте контроля.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемой полезной модели является акустический датчик линейных перемещений (Агейкин Д.И и другие. Датчики контроля и регулирования М.: Машиностроение 1965 с. 248), содержащий источник акустических колебаний, подключенный к генератору электрических колебаний, приёмник акустических колебаний и устройство преобразования сигнала приёмника. Измерение линейных перемещений объекта контроля с помощью такого датчика осуществляется по интервалу времени, за который акустические колебания, распространяются от источника акустических колебаний к объекту контроля, достигают плоскости этого объекта, отражающего от нее, а затем поступают в приемник акустических колебаний.
G01C22/02
Недостатком такого датчика является частотный выходной сигнал, для ввода которого в систему унравления необходимо дополнительный преобразователь.
Задачей предлагаемой модели является упрощение ввода сигнала измерительной информации в системы автоматического управления.
Технический результат - создание простого акустического датчика линейных перемещений с аналоговым выходным сигналом.
Технический результат достигается тем что, акустический датчик линейных перемещений, содержащий источник акустических колебаний, подключенный к генератору электрических колебаний, приемник акустических колебаний и устройство преобразования сигнала приемника, дополнительно содержит волновод в виде трубки и герметичную камеру, во внутренней полости которой, заполненной воздухом, размещен корректирующий терморезистор, причем источник акустических колебаний размещен в одном торце трубке, второй торец этой трубки обращен в сторону объекта контроля, а ось трубки перпендикулярна плоскости этого объекта, при этом приемник акустических колебаний выполнен в виде терморезистора и размещен на оси трубки между её торцами, а устройство преобразования выполнено в виде неуравновещенного электрического моста, в смежные плечи которого включены терморезистор и корректирующий резистор.
Такая конструкция акустического датчика обеспечивает возможность измерений линейных перемещений полученной измерительной информации в аналоговой форме за счёт возникновения на участке между перемещающейся плоскости объекта контроля и источником акустических колебаний стоячей акустической волны и изменения теплового режима терморезистора, размещенного в стоячей волне, происходящего при перемещении объекта контроля относительно торца трубки, обращеншуРо в сторону этого объекта.
i iV/lV/
По сравнению с прототипом заявляемая конструкции имеет отличительную особенность в количестве входящих элементов, а также их конструктивном исполнении и взаимном расположении.
Акустический датчик линейных перемещений поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлена схема датчика линейных перемещений; на фиг.2 статические характеристики акустического датчика линейных перемещений.
Акустический датчик линейных перемещений, содержит источник акустических колебаний 1, подключенный к генератору электрических колебаний 2. Приемник акустических колебаний 3 связан с устройством преобразования сигнала приемника 4 и расположен внутри волновода 5, выполненного в виде трубки. Приемник 4 связан с герметичной камерой 6, внутренняя полость которой заполнена воздухом и внутри ее размещен корректирующий терморезистор 7. Источник акустических колебаний 1 размещен в торце 8 волновода 5, а второй торец 9 - обращен в сторону объекта контроля 10. Ось 11 волновода 5 перпендикулярна плоскости этого объекта 10. Приемник акустических колебаний 3 выполнен в виде терморезистора и размещен на оси волновода 5 между её торцами 8 и 9, а устройство преобразования 4 выполнено в виде неуравновешенного электрического моста, в смежные плечи которого включены терморезистор 3 и корректирующий резистор 7. В неуравновешенный мост вьсиючены постоянные резисторы RI, R2 и переменный резистор RQ. К питающим диагоналям b-d неуравновешенного моста подключен источник стабилизаторного напряжения 12, а к измерительным диагоналям а-с подключен автоматического потенциометра 13.
Работа акустического датчика линейных перемещений осуществляется следующим образом. При измерении трубку 5 размещают перпендикулярно плоскости объекта 10 так, что его торец 9 обращен к этой плоскости. Источник акустических колебаний 1 под действием выходного сигнала генератора электрических колебаний 2 создает в волноводе 5 акустические гармонические колебания, которые отражаются от плоскости объекта 10,
возвращаются в волновод 5, где складываются с колебаниями, исходящими от источника 1. В результате в волноводе 5 возникает стоячая акустическая волна. При некотором начальном расстоянии 5 (фиг. 1) между торцом 9 волновода 5 устанавливается постоянный тепловой режим работы терморезистора 3, а с помощью резистора RO установленный нулевой сигнал на измерительной диагонали а-с неуравновешенного моста 4. Когда объект контроля 10 перемещается вдоль оси 11, изменяется расстояние между торцом 9 и объектом 10. При этом положение стоячей акустической волны в волноводе 5 изменяется, а это изменяет тепловой режим работы терморезистора 3, что связано со сложными процессам изменения скорости молекул газа и поглощение им энергии (Бергман Л. Ультразвук и его применение в науке и технике М.: Иностр. Лит., 1956, c.). В результате изменяется температура терморезистора 3 и его электрическое сопротивление, что вызывает разбаланс неуравновешенного электрического моста 4, который измеряется потенциометром 13 и служат мерой линейного перемещения.
Корректирующий терморезистор 7, включенный в смежное плечо моста 4, позволяет исключить влияние изменения окружающий температуры на результат измерений линейных перемещений.
В испытанном макете датчика линейных перемещения с его помощью измерялись перемещения в диапазоне 0-ь15 мм.
Как видно из фиг.2 статическая характеристика акустического датчика линейных перемещений в диапазоне от 5 мм до 15-мм является практической линейной.
Преимуществом данного технического решения является:
-простота реализации;
-аналоговый выходной сигнал;
Ijs.