CZ2017484A3 - Způsob snímání a měření mechanických posuvů a mechanických vibrací - Google Patents
Způsob snímání a měření mechanických posuvů a mechanických vibrací Download PDFInfo
- Publication number
- CZ2017484A3 CZ2017484A3 CZ2017-484A CZ2017484A CZ2017484A3 CZ 2017484 A3 CZ2017484 A3 CZ 2017484A3 CZ 2017484 A CZ2017484 A CZ 2017484A CZ 2017484 A3 CZ2017484 A3 CZ 2017484A3
- Authority
- CZ
- Czechia
- Prior art keywords
- loop
- magnetic field
- measuring
- mechanical
- coil
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 12
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 title description 3
- 230000005291 magnetic effect Effects 0.000 claims abstract description 26
- 230000005294 ferromagnetic effect Effects 0.000 claims abstract description 19
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 claims abstract description 3
- 229910000859 α-Fe Inorganic materials 0.000 claims abstract description 3
- 238000000691 measurement method Methods 0.000 abstract 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 11
- 230000001939 inductive effect Effects 0.000 description 6
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 5
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 3
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 description 3
- 239000004753 textile Substances 0.000 description 3
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 2
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 2
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 2
- 230000005693 optoelectronics Effects 0.000 description 2
- 239000005060 rubber Substances 0.000 description 2
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 2
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005352 clarification Methods 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- 230000005672 electromagnetic field Effects 0.000 description 1
- 230000006698 induction Effects 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
- G01B7/00—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques
- G01B7/003—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques for measuring position, not involving coordinate determination
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
- G01B7/00—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques
- G01B7/02—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques for measuring length, width or thickness
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
- G01B7/00—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques
- G01B7/14—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques for measuring distance or clearance between spaced objects or spaced apertures
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)
- Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)
Abstract
Předkládané řešení poskytuje způsob snímání a měření mechanických veličin, zejména změny polohy těles a vibrací, při němž se měřené těleso (1) mechanicky spojí s uzavřenou elektricky vodivou smyčkou (2) umístěnou v nehomogenním a nestacionárním magnetickém poli, při čemž se snímá impedance zdroje (3) vytvářejícího nehomogenní a nestacionární magnetické pole, z ní se pak určí požadovaný mechanický parametr. Dále je popsáno zařízení pro provádění způsobu snímání a měření, které k vytváření nehomogenního a nestacionárního magnetického pole využívá cívku s vysunutým feromagnetickým jádrem (4), vyrobený z feritu či feromagnetické keramiky.
Description
Vynález se týká snímače a zařízení pro určování změny polohy těles a vibrací s malým ovlivňováním měřeného objektu, použitelný zejména pro měření biologických struktur, plastů, gum či textilu.
Dosavadní stav techniky
Předkládané řešení se týká problematiky měření mechanických posuvů a mechanických vibrací zejména v situacích, kdy je nutné minimalizovat ovlivňování měřeného objektu snímačem. S takovou situací se setkáváme při měření mechanického chování malých objektů, jako jsou například vzorky biologických struktur, plastů či textilu. Zvlášť významná je minimalizace vlivu snímače při měření dynamiky mechanického chování měřeného objektu, například při měření vibrací. V případě dynamických měření hmotnost snímače ovlivňuje dynamické chování systému objekt - snímač, což může vést k velkým chybám měření.
V současné době již existuje velké množství druhů snímačů používaných pro převod lineárních mechanických posuvů a mechanických vibrací na elektrické veličiny. Hlavními kategoriemi jsou snímače induktivní, kapacitní, odporové, indukční, piezoelektrické, Hálovy a optoelektronické. Z hlediska praktické aplikovatelnosti je ve všech případech nutno brát v úvahu přesnost, citlivost a jednoduchost měření. V úvahu je třeba brát i ovlivňování měřeného objektu snímačem. Z tohoto hlediska je výhodné, pokud je snímání prováděno bezkontaktně. Typická bezkontaktní měření umožňují snímače optoelektronické. Tyto snímače však vyžadují poměrně složitou metodiku měření.
Jako bezkontaktní se často označují i snímače induktivní, které spojují jednoduchost měřicí metodiky s dobrou přesností i citlivosti. Základní princip induktivních snímačů spočívá v ovlivnění impedance cívky změnou magnetického obvodu cívky. Obvykle se změny magnetického obvodu cívky provádějí zasouváním feromagnetického jádra do vzduchové mezery v magnetickém obvodu cívky. Vzhledem k tomu, že pohyblivé feromagnetické jádro musí být spojeno s měřeným objektem, není tento způsob měření v pravém smyslu slova bezkontaktní, protože hmotnost pohyblivého jádra cívky ovlivňuje měřený objekt. Vliv hmotnosti pohyblivého jádra se uplatňuje zejména u dynamických měření malých objektů. Tento problém nenastává pouze u induktivních snímačů založených na vyvolání vířivých proudů v měřeném objektu (Abbeho snímače). Použití Abbeho snímačů je však možné jen při měření vodivých objektů, a má ještě další významná omezení.
Podstata vynálezu
Předmětem předkládaného vynálezu je snímač a zařízení pro snímání polohy objektu a souvisejících veličin (lineární posun, vibrace, kmity, rychlost a podobně), jehož podstata spočívá v tom, že se ve zdroji nestacionárního magnetického pole vyvolají disipativní ztráty energie pomocí uzavřené vodivé smyčky. Smyčka je umístěna v místě, kde je magnetické pole generovaným tímto zdrojem nehomogenní. Zdrojem nestacionárního magnetického poleje zpravidla cívka připojená na zdroj střídavého proudu. Tato cívka může být opatřena feromagnetickým jádrem nebo může být bez feromagnetického jádra. Ve vodivé smyčce se indukuje elektrické napětí a následně ve smyčce vzniká elektrický proud. Elektrická energie indukovaná ve vodivé smyčce je daná elektrickým napětím a elektrický proudem ve vodivé smyčce. Tato energie vede k produkci tepla. Jedná se o disipativní energii, kterou do smyčky dodává zdroj nestacionárního magnetického pole. Disipativní ztráty energie zvyšuje reálnou část
- 1 CZ 2017 - 484 A3 impedance zdroje. Konstrukce zdroje je provedena tak, že magnetické pole v okolí zdroje je nehomogenní, následně disipativní energie ve vodivé smyčce a také reálná část impedance zdroje závisejí na poloze vodivé smyčky. Na základě měření reálné části impedance zdroje lze určit polohu vodivé smyčky. Pokud je vodivá smyčka mechanicky spojena s měřeným objektem, lze pomocí měření reálné části impedance zdroje magnetického pole určovat polohu objektu.
Podstatné znaky řešení spočívají ve vyvolání změn reálné části impedance zdroje nestacionárního magnetického pole pomocí uzavřené vodivé smyčky umístěné v časově se měnícím a prostorově nehomogenním magnetickém poli generovaným zdrojem nestacionárního magnetického pole. Z reálné části impedance zdroje se určuje poloha měřeného objektu.
Na základě reálné části impedance zdroje nestacionárního magnetického pole lze určovat polohu objektu, kmity objektu, vibrace objektu a odvozené parametry, jako rychlost a zrychlení.
Ve výhodném provedení je stacionární cívka opatřena feromagnetickým jádrem.
Ve výhodném provedení je feromagnetické jádro z feritu.
Ve výhodném provedení je feromagnetické jádro z keramiky.
Ve výhodném provedení feromagnetické jádro vyčnívá ze stacionární cívky.
Ve výhodném provedení smyčka obepíná vysunutou část feromagnetického jádra.
Snímač a zařízení, které jsou předmětem tohoto vynálezu, umožňují měření polohy objektu, kmity objektu, vibrace objektu a odvozené parametry, jako rychlost a zrychlení. Snímač a zařízení jsou založeny na principu souvislosti mezi reálnou částí impedance zdroje magnetického pole a polohy vodivé smyčky, přičemž smyčka je mechanicky spojená s měřeným objektem.
Teorie principu činnosti zařízení
V zařízení podle předkládaného vynálezu je vodivá smyčka umístěna v magnetickém poli zdroje nestacionárního magnetického pole (například cívky). Ve vodivé smyčce se indukuje elektrické napětí m podle Faradayova zákona _ άΦ dť kde Φ je magnetický tok procházející vodivou smyčkou, t je čas.
Smyčka je zapojena nakrátko“. Smyčkou protéká elektrický proud i u
kde R je odpor smyčky.
Energie p, která se ve vodivé smyčce přemění v teplo za jednotku času, tedy činný (disipativní) výkonje
Energie je do obvodu smyčky dodávaná ze zdroje nestacionárního magnetického pole, což ovlivňuje jeho impedanci. Celková impedance zdroje je součet imaginární části impedance a
-2CZ 2017 - 484 A3 reálné části impedance. Reálná část impedance je ovlivňována disipativním výkonem ztraceným ve smyčce. Protože zdroj nestacionárního magnetického poleje zpravidla cívka s velkým počtem závitů, imaginární část její impedance je polohou smyčky (cívku tvoří jeden závit, případně malý počet závitů) ovlivňována zanedbatelně.
Pokud je elektromagnetické pole v okolí zdroje nehomogenní, disipativní ztráty energie ve vodivé smyčce, a následně i reálná část impedance zdroje, závisejí na poloze vodivé smyčky. Reálná část impedance tedy nese informaci o poloze smyčky. Na základě měření reálné části impedance zdroje lze určit polohu vodivé smyčky. Pokud je vodivá smyčka spojena s měřeným objektem, lze na základě měření reálné části impedance stacionární cívky určit polohu měřeného objektu. Prakticky ve většině situací postačí pro určování polohy objektu kalibrovat závislost mezi polohou objektu a celkovou impedanci zdroje, přičemž celkovou impedanci zdroje lze měřit některou z obvyklých metod.
V uspořádání podle obr. 1, obr. 2 a obr. 3 magnetický tok Φ závisí na poloze smyčky v axiálním směru a je málo závislý na radiální poloze smyčky.
Objasnění výkresů
Obr. 1 ukazuje snímač a zařízení pro měření polohy a vibrací objektu.
Obr. 2 ukazuje snímač a zařízení pro měření deformace tyče v ohybu.
Obr. 3 ukazuje snímač a zařízení pro měření torzních kmitů tyče.
Uskutečnění vynálezu
V uspořádání podle obr. 1, obr. 2 a obr. 3 je poloměr smyčky 5 mm, hmotnost smyčky 160 mg, materiál smyčky je elektrovodná měď. Indukčnost cívky je 0,1 H.
Příklad 1
Tento příklad ukazuje snímač a zařízení pro měření polohy a vibrací objektu (obr. 1).
Zařízení obsahuje měřený objekt 11, stacionární cívku 13, feromagnetické jádro 14, elektricky vodivou uzavřenou smyčku 12 a mechanické napojení smyčky 15
Příklad 2
Tento příklad ukazuje snímač a zařízení pro měření deformace tyče v ohybu (obr. 2).
Zařízení obsahuje měřenou tyč v tříbodovém upevnění 21, stacionární cívku 23, feromagnetické jádro 24, elektricky vodivou uzavřenou smyčku 22 a mechanické napojení smyčky 25.
Příklad 3
Tento příklad ukazuje snímač a zařízení pro měření torzních kmitů tyče (obr. 3).
Zařízení obsahuje měřenou tyč 31, stacionární cívku 33, feromagnetické jádro 34, elektricky vodivou uzavřenou smyčku 32 mechanické napojení smyčky 35 a setrvačník 36 spojený s měřenou tyčí.
Průmyslová využitelnost
-3 CZ 2017 - 484 A3
Předkládaný vynález je průmyslově využitelný v situacích, kdy je třeba snímat a měřit polohu objektu, mechanický posuv a mechanické vibrace objektu. Například ve strojírenství, stavebnictví, gumárenském průmyslu a průmyslu plastů, v textilním průmyslu, potravinářství, v průmyslu výrobků pro biomedicínské a biomechanické laboratoře. Ve srovnání s klasickými snímači má výhodu v malém ovlivňování měřeného objektu snímačem, zejména při dynamických měřeních.
PATENTOVÉ NÁROKY
Claims (6)
1. Způsob snímání a měření mechanických posuvů a mechanických vibrací, vyznačený tím, že se měřené těleso spojí s uzavřenou elektricky vodivou smyčkou, přičemž vodivá smyčka je umístěna v nehomogenním a nestacionárním magnetickém poli, snímá se impedance zdroje vytvářejícího nehomogenní a nestacionárním magnetické pole, z ní se pak určí požadovaný mechanický parametr.
2. Způsob podle nároku 1, vyznačený tím, že magnetické je vytvářeno cívkou.
3. Způsob podle nároku 2, vyznačený tím, že cívka obsahuje feromagnetické jádro.
4. Způsob podle nároku 2, vyznačený tím, že feromagnetické jádro je vyrobeno z feritu.
5. Způsob podle nároku 2, vyznačený tím, že feromagnetické jádro je vyrobeno z feromagnetické keramiky.
6. Způsob podle nároku 2 nebo 3 nebo 5, vyznačený tím, že vodivá smyčka obepíná feromagnetické jádro vyčnívající z cívky.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CZ2017-484A CZ309900B6 (cs) | 2017-08-24 | 2017-08-24 | Způsob snímání a měření mechanických posuvů a mechanických vibrací |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CZ2017-484A CZ309900B6 (cs) | 2017-08-24 | 2017-08-24 | Způsob snímání a měření mechanických posuvů a mechanických vibrací |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CZ2017484A3 true CZ2017484A3 (cs) | 2019-03-06 |
| CZ309900B6 CZ309900B6 (cs) | 2024-01-17 |
Family
ID=65518821
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CZ2017-484A CZ309900B6 (cs) | 2017-08-24 | 2017-08-24 | Způsob snímání a měření mechanických posuvů a mechanických vibrací |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CZ (1) | CZ309900B6 (cs) |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6029881B2 (ja) * | 1981-06-01 | 1985-07-13 | 矢崎総業株式会社 | アクセルペダルセンサ |
| WO2002044647A2 (en) * | 2000-11-30 | 2002-06-06 | Asylum Research Corporation | Improved linear variable differential transformers for high precision position measurements |
| CN103062291B (zh) * | 2012-12-19 | 2015-03-25 | 哈尔滨工业大学 | 滚动关节轴承角度解耦的电磁阻尼零刚度隔振器 |
-
2017
- 2017-08-24 CZ CZ2017-484A patent/CZ309900B6/cs not_active IP Right Cessation
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CZ309900B6 (cs) | 2024-01-17 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US2912642A (en) | Method and device for indicating and measuring mechanical stresses within ferro-magnetic material | |
| CN102292620B (zh) | 用于感应产生电测量信号的方法和相关的传感器装置 | |
| KR20130038796A (ko) | 비접촉 자기 선형 위치 센서 | |
| Djuric | Performance analysis of a planar displacement sensor with inductive spiral coils | |
| CN104280571B (zh) | 电磁平衡式加速度传感器 | |
| Reininger et al. | Sensors in position control applications for industrial automation | |
| CN105806202A (zh) | 一种电涡流传感器的探头及电涡流传感器 | |
| Zhang et al. | A displacement sensing method based on alternating current magnetic flux measurement | |
| CN110161296A (zh) | 磁通门电流传感器的激磁闭环控制电路及其控制方法 | |
| Hlenschi et al. | Flexible force sensors based on permeability change in ultra-soft amorphous wires | |
| CZ2017484A3 (cs) | Způsob snímání a měření mechanických posuvů a mechanických vibrací | |
| Tsung et al. | Measurement of static performance of inductive proximity switch for a mobile robot | |
| CN108592776A (zh) | 利用霍尔效应测量铁基表面上非磁性涂层的探头 | |
| KR102501153B1 (ko) | 자기 증분 투자율을 이용한 금속 3d 프린팅 부재 항복강도 계측 방법 및 이를 위한 계측 시스템 | |
| KR20240169706A (ko) | 쌍안정 자기 와이어를 사용한 물리량 측정 및/또는 포지션 측정 시스템, 측정 방법 | |
| KR101017120B1 (ko) | 자기왜곡효과를 이용한 비접촉 절대변위 센서 | |
| EP3645984B1 (en) | A weighing device | |
| Hart'anský et al. | A new method of measuring the physical quantities | |
| US3011081A (en) | Feeler member for transforming a mechanical value into an electric value | |
| JPH04221768A (ja) | 多要素形加速度センサ | |
| EP3401648A1 (en) | A mechanical drum-type counter for a consumption meter | |
| CN117589208A (zh) | 一种基于压电截止反射波的磁致伸缩位移传感器 | |
| SK289073B6 (sk) | Spôsob a zariadenie na bezkontaktné snímanie mechanických veličín | |
| RU2487314C1 (ru) | Вихретоковый преобразователь перемещений | |
| Abu-Mahfouz | Motion Measurements |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | Patent lapsed due to non-payment of fee |
Effective date: 20170824 |