Pierwszenstwo: Zgloszenie ogloszono: 31.05.1974 Opis patentowy opublikowano: 15.06.1976 83279 MKP G01p 3/36 Int. Cl.2 G01P 3/36 CZYTELNIA Urzedu ± Twórcywynalazku: Pawel Osiennik, Adam Dubik Uprawniony z patentu tymczasowego: Wojskowa Akademia Techniczna im. Jaroslawa Dabrowskiego Warszawa (Polska) Sposób pomiaru polozenia katowego i predkosci katowej walów oraz uklad do stosowania tego sposobu Przedmiotem wynalazku jest sposób pomiaru polozenia katowego i predkosci katowej walów oraz uklad do stosowania tego sposobu.Znany jest sposób pomiaru polozenia katowego walów polegajacy na wyznaczeniu charakterystyk sygnalów wyjsciowych urzadzenia pomiarowego, które sa funkcja polozenia katowego walu. Urzadzenie pozwalajace wyznaczyc takie charakterystyki, stanowi na przyklad transformator obrotu zwany takze transfor¬ matorem polozenia katowego.Wirnik takiego transformatora posiada dwa uzwojenia przesuniete wzgledem siebie o kat 90° i jest sprzegniety z badanym walem.Na uzwojenie stojana podaje sie napiecie przemienne U(t) = Umsin co t, które wytwarza przemienne pole magnetyczne, indukujace SEM w uzwojeniach wirnika.Zmiana polozenia wirnika powoduje zmiane, odbieranych z uzwojen wirnika, sygnalów wyjsciowych okreslonych funkcjami: Ui = Um sin cot • sina U2 = Um sin art • cosa gdzie a — jest katem polozenia badanego walu.Urzadzenie to ma jednak szereg wad. Wymaga mechanicznego polaczenia jego czesci obrotowej z badanym walem co powoduje takze dodatkowe obciazenie badanego walu zwiekszajac jego moment bezwladnosci i tarcia.Posiada ograniczony zakres pomiaru przy duzych predkosciach obrotowych walu ze wzgledu na ograniczona przez material magnetyczny, wartosc czestotliwosci nosnej. Urzadzenie to posiada duzy stopien zuzywalnosci a technologia jego wykonania jest skomplikowana i trudna, gdyz od prawidlowego rozmieszczenia uzwojen wirnika i stojana zalezy w duzym stopniu dokladnosc wskazan. Ponadto transformator taki daje bezposredni pomiar jedynie polozenia katowego walu i chcac mierzyc jednoczesnie predkosc obrotowa walu, trzeba stosowac dodatkowe urzadzenie w postaci pradnicy tachometrycznej, stroboskopu lub podobnego urzadzenia.2 83 279 Celem wynalazku jest opracowanie sposobu pomiaru polozenia katowego walu, pozwalajacego mierzyc równoczesnie jego predkosc obrotowa i liczbe obrotów, oraz uklad do stosowania tego sposobu nie posiadajace- go wad znanych urzadzen sluzacych dotychczas do tego typu pomiarów. Cel ten osiagnieto przez wykorzystanie spolaryzowanego strumienia swiatla jako nosnika informacji o polozeniu katowym badanego walu.Istota wynalazku polega na tym, ze co najmniej jedna wiazke swiatla spolaryzowanego liniowo, o stalym natezeniu, skierowana pod dowolnym katem róznym od zera w stosunku do plaszczyzny czolowej walu przepuszcza sie przez analizator polaryzacyjny, którego plaszczyzna czynna jest prostopadla do osi obrotu walu i który jest polaczony sztywno zwalem, a nastepnie wiazke podaje sie na fotodetektor, bezposrednio lub jako wiazke odbita od zwierciadla. Fotodetektor przetwarza wiazke swiatla na sygnal elektryczny, który podaje sie na urzadzenie pomiarowe.Uklad do stosowania tego sposobu zawiera zródlo swiatla spolaryzowanego liniowo i o stalym natezeniu, analizator polaryzacyjny polaczony sztywno z badanym walem tak, aby plaszczyzna czynna analizatora byla prostopadla do osi walu. Bfok swiatlodzielacy swiatlo spolaryzowane wysylane przez zródlo na n wiazek i przesuwajacy o kat * plaszczyzny polaryzacji tych wiazek, umieszczony miedzy zródlem swiatla i analizatorem polaryzacyjnym. Blok fotodetektorów umieszczony tak, aby wiazki, o zmodulowanym natezeniu swiatla przez polozenie katowe walu, poprzez nieruchome analizatory polaryzujace i elementy skupiajace podawane byly na fotodetektor bezposrednio lub po odbiciu od zwierciadla, przy czym plaszczyzny polaryzacji nieruchomych analizatorów przesuniete sa o kat J w stosunku do plaszczyzn polaryzacji odpowiednio kazdej z wiazek padajacych na analizator polaryzacyjny polaczony zwalem. Ponadto uklad zawiera urzadzenia pomiarowe, na które podawane sa sygnaly elektryczne z bloku fotodetektorów, pozwalajace mierzyc polozenie katowe walu i/lub jego predkosc obrotowa i/lub liczbe obrotów badanego walu.Sposób i uklad wedlug wynalazku umozliwiaja bezdotykowy pomiar zarówno polozenia katowego walu jak równiez jego predkosc katowa oraz liczbe obrotów; pomiar polozenia katowego walów moze byc dokonywany przy znacznie wiekszych predkosciach katowych niz to bylo mozliwe za pomoca dotychczas znanych urzadzen. Ponadto sposób ten pozwala wykonywac pomiary dla walów mikromechanizmów i walów znajdujacych sie w stanach nie ustalonych oraz pozwala ha wyeliminowanie czynników zewnetrznych na dokladnosc pomiaru, takich jak na przyklad temperatura, zewnetrzne pola magnetyczne. Urzadzenia pracujace wedlug tego sposobu posiadaja male gabaryty oraz dluzszy czas eksploatacji niz znane urzadzenia sluzace do tego typu pomiarów.Sposób wedlug wynalazku zostanie ponizej szczególowo objasniony na podstawie rysunku przedstawiaja¬ cego schematycznie przyklad ukladu do stosowania tego sposobu, w którym wykorzystano dwie wiazki swiatla.Uklad wedlug wynalazku zawiera analizator polaryzacyjny 5, sklejony ze zwierciadlem plaskim 6, które przyklejone jest do plaszczyzny czolowej badanego walu 7. Blok 2 swiatlodzielacy i przesuwajacy plaszczyzny polaryzacji wiazek 3 i 4 swiatla wysylanego przez zródlo 1, umieszczony miedzy zródlem 1 i analizatorem polaryzacyjnym 5. Ponadto urzadzenie zawiera blok fotodetektorów 10 zawierajacy dwa fotodetektory, na które padaja wiazki 3 i 4 po odbiciu od zwierciadla 6 i przejsciu przez nieruchome analizatory polaryzacyjne 8 i urzadzenie skupiajace stanowiace dwa obiektywy lub dwie soczewki 9.Urzadzenie pomiarowe do pomiaru polozenia katowego walu 7 stanowi oscylograf 11 z pamiecia,do pomiaru predkosci katowej stanowi na przyklad cyfrowy czestosciomierz 13, a do pomiaru liczby obrotów elektronowy licznik impulsów 14. Sygnaly z bloku 10 na przyrzady 13 i 14 podawane sa przez sumator 12.Analizatory polaryzacyjne 8 umieszczone sa tak, ze plaszczyzna polaryzacji kazdego analizatora przesunieta jest o kat\ w stosunku do plaszczyzny polaryzacji odpowiednio kazdej z wiazek padajacych na analizator 5.Sposób wedlug wynalazku polega na tym, ze strumien swiatla liniowo spolaryzowanego, o stalym natezeniu wysylany ze zródla 1, podawany jest na blok 2 dzielacy strumien na wiazki 3 i 4 i przesuwajacy ich plaszczyzny polaryzacji o kat \p = J. Nastepnie wiazki 3 i 4 podawane sa na analizator polaryzacyjny 5 i zwierciadlo 6. Wiazki 3 i 4 odbite od zwierciadla 6, posiadaja natezenie zmodulowane polozeniem katowym walu 7, i podawane sa poprzez analizatory 8 i soczewki 9 na blok fotodetektorów 10. Fotodetektory przetwarzaja otrzymywane impulsy swietlne o zmodulowanym natezeniu na sygnaly elektryczne, które podawa¬ ne sa na przyrzady pomiarowe.Sygnaly wyjsciowe z fotodetektorów \x i \2 w funkcji polozenia katowego badanego walu wyrazaja sie zaleznosciami: lj = l0 sinej t = l0 sin2 a la = J0 sin2 (co t + J ) = l0 cos2a83279 3 gdzie co- predkosc katowa badanego walu t — czas l0 — natezenie zródla swiatla Wybór kata^ = ^, gdzie n jest iloscia wiazek, jest uwarunkowany potrzeba eliminacji stref zmniejszonej czulosci analizatora polaryzacyjnego5. ^ . \ ¦ ....;/ ¦¦.¦<¦¦: ; c .Przez zastosowanie analizatorów 8, zwieksza sie dwukrotnie czestotliwosc sygnalu wyjsciowego z foto¬ detektorów przez co zwieksza si^ czulosc pomiarowa ukladu. Przesuniecie ich plaszczyzn polaryzacji wzgledem plaszczyzn polaryzacji odpowiednio wiazek 3 14 jest warunkiem otrzymania jednakowych sygnalów wyjscio¬ wych.Ilosc fotodetektorów zawartych w bloku 10 jest równa ilosci wiazek padajacych na analizator 5.Soczewki 9 pozwalaja na stosowanie fotodetektorów o niewielkiej powierzchni czynnej oraz eliminuja niedokladnosc montazu jaka moze wystapic przy spelnianiu warunku prostopadlosci osi badanego walu 7 do p(^zczyzny analizatora 5.Zastosowanie zwierciadla 6 pozwala na zmniejszenie gabarytów urzadzenia i pozwala stosowac zródla o mniejszym natezeniu swiatla. PL PL