RU2260772C1 - Device for measurement of distance to various points of object surface - Google Patents
Device for measurement of distance to various points of object surface Download PDFInfo
- Publication number
- RU2260772C1 RU2260772C1 RU2004107023/28A RU2004107023A RU2260772C1 RU 2260772 C1 RU2260772 C1 RU 2260772C1 RU 2004107023/28 A RU2004107023/28 A RU 2004107023/28A RU 2004107023 A RU2004107023 A RU 2004107023A RU 2260772 C1 RU2260772 C1 RU 2260772C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- acoustic
- rod
- distance
- tip
- acoustic radiation
- Prior art date
Links
Landscapes
- Length Measuring Devices Characterised By Use Of Acoustic Means (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области метрологии, в частности к средствам измерения расстояний и формы объектов.The invention relates to the field of metrology, in particular to means for measuring distances and shape of objects.
Известно устройство измерения расстояния до поверхности объекта, содержащее лазер, приемник акустического излучения, выполненный на 3-х микрофонах, закрепленных в вершинах треугольника, стороны которого образованы жесткими стержнями, последовательно соединенные приемник оптического излучения и формирователь переднего фронта импульса, а также трехканальный электронный блок, каждый канал которого включает последовательно соединенные полосовой усилитель, компаратор, счетчик измерителя временных интервалов и подключен к общим интерфейсу и ЭВМ (см. патент РФ №2139497, кл. G 01 B 17/00, G 01 S 15/00, 1999 г., прототип).A device for measuring the distance to the surface of an object containing a laser, an acoustic radiation receiver, made on 3 microphones mounted at the vertices of a triangle, the sides of which are formed by rigid rods, a series of optical radiation receiver and a front edge pulse shaper, as well as a three-channel electronic unit, each channel of which includes a series-connected strip amplifier, a comparator, a counter for measuring the time intervals and is connected to a common interface ysu and computers (see. RF patent №2139497, cl. the G 01 B 17/00, G 01 S 15/00, 1999, a prototype).
Известно также аналогичное устройство, в котором вместо лазера в качестве возбудителя акустического излучения использован электроискровой щуп, а в электронный блок введена дополнительная линия регулируемой задержки переднего фронта импульса (см. заявку №2002128081/28(029669) от 18.10.2002 года).A similar device is also known in which instead of a laser an electrospark is used as an exciter of acoustic radiation, and an additional line for adjustable delay of the leading edge of the pulse is introduced into the electronic unit (see application No. 2002128081/28 (029669) of 10/18/2002).
К общему недостатку указанных устройств можно отнести то, что оба примененных в них типа возбудителей акустического излучения - и лазер и электроискровой щуп - генерируют при работе сильную электромагнитную помеху. При этом можно отметить, что хотя источник электромагнитной помехи в указанных устройствах различен - в лазере им является высоковольтный импульс поджига газоразрядных ламп накачки оптического стержня, а в щупе - высоковольтный электроискровой зазор, оба они при работе иногда вызывают сбой работы счетчиков временных интервалов. Это обстоятельство было выявлено при лабораторных и производственных испытаниях экспериментальных образцов измерительных устройств, выполненных по схемам прототипа и аналога. Из-за этого снижается надежность функционирования электронных регистрирующих блоков указанных измерительных устройств.A common drawback of these devices is the fact that both types of acoustic radiation pathogens used in them — both the laser and the electrospark probe — generate strong electromagnetic interference during operation. It can be noted that although the source of electromagnetic interference in these devices is different - in the laser it is a high-voltage pulse for igniting gas-discharge pump tubes of the optical rod, and in the probe it is a high-voltage electric spark gap, both of them sometimes cause malfunction of the time interval counters during operation. This fact was revealed during laboratory and industrial tests of experimental samples of measuring devices made according to the schemes of the prototype and analogue. Because of this, the reliability of the electronic recording units of these measuring devices is reduced.
Задачей заявленного устройства является повышение надежности рассматриваемой измерительной аппаратуры, достигаемой за счет отсутствия сигнала собственной помехи, а также ее упрощение и удешевление.The objective of the claimed device is to increase the reliability of the considered measuring equipment, achieved due to the lack of a signal of self-interference, as well as its simplification and cheapening.
Указанный технический результат достигается, когда в устройстве для измерения расстояний до различных точек поверхности объекта, содержащем возбудитель акустического излучения, контактирующей с точками поверхности объекта, приемник акустического излучения, выполненный на трех микрофонах, закрепленных в вершинах треугольника, стороны которого образованы жесткими стержнями, формирователь переднего фронта импульса, а также трехканальный электронный блок, каждый канал которого включает последовательно соединенные полосовой усилитель, компаратор, счетчик измерителя временных интервалов и подключен к общим интерфейсу и ЭВМ, а упомянутый возбудитель акустического излучения выполнен в виде электродинамического жезла, имеющего заостренный наконечник и рукоятку с пусковой кнопкой, и на нем закреплены два разнесенных по длине акустических излучателя, представляющие собой полые сферы из пьезокерамики с металлизированными электродами на внутренних и внешних поверхностях. При этом геометрические центры упомянутых полых сфер и вершина наконечника лежат на одной прямой, а расстояние между наконечником жезла и ближайшим излучателем должно быть меньше расстояния между излучателями, которое много меньше расстояния от жезла до микрофонов. Кроме того, пусковая кнопка соединена с входом формирователя переднего фронта импульса, формирующего импульсы длительностью порядка 20 миллисекунд с частотой порядка 1 Гц, выход которого соединен параллельно с входами счетчиков измерителя временных интервалов, а также с управляющими входами двухканального коммутатора и генератора переменного напряжения с амплитудой около 300 В и частотой 25-45 кГц, выход которого через коммутатор соединен с акустическими излучателями с возможностью поочередного подключения к каждому из них.The specified technical result is achieved when in the device for measuring distances to various points on the surface of the object containing the pathogen of acoustic radiation in contact with the points on the surface of the object, the acoustic radiation receiver is made on three microphones mounted at the vertices of a triangle, the sides of which are formed by rigid rods, the front shaper pulse front, as well as a three-channel electronic unit, each channel of which includes a series-connected strip amplifier b, a comparator, a counter for measuring time intervals and is connected to a common interface and a computer, and the aforementioned acoustic exciter is made in the form of an electrodynamic rod having a pointed tip and a handle with a start button, and two acoustic emitters spaced along the length are fixed, which are hollow Spheres made of piezoceramics with metallized electrodes on internal and external surfaces. In this case, the geometric centers of the mentioned hollow spheres and the tip tip lie on one straight line, and the distance between the rod tip and the nearest emitter should be less than the distance between the emitters, which is much less than the distance from the rod to the microphones. In addition, the start button is connected to the input of the leading edge of the pulse generator, forming pulses of the order of 20 milliseconds with a frequency of the order of 1 Hz, the output of which is connected in parallel with the inputs of the meters of the time intervals, as well as with the control inputs of the two-channel switch and an alternating voltage generator with an amplitude of about 300 V and a frequency of 25-45 kHz, the output of which through the switch is connected to acoustic emitters with the possibility of alternating connection to each of them.
На чертеже представлена функциональная схема предложенного устройства.The drawing shows a functional diagram of the proposed device.
Устройство для измерения расстояний до различных точек поверхности контролируемого изделия 1 содержит жезл 2, имеющий заостренный наконечник 3 и рукоятку 4 с пусковой кнопкой 5, и акустические излучатели 6 и 7, представляющие собой полые сферы из пьезокерамики, геометрические центры которых лежат на одной прямой с вершиной наконечника, причем излучатели снабжены металлизированными электродами 8, 9, 10 и 11, расположенными на внутренних и внешних поверхностях их полых сфер, приемник акустического излучения 12, содержащий микрофоны 13, 14 и 15, закрепленные в вершинах треугольника, стороны которого образованы жесткими стержнями, формирователь переднего фронта импульса 16, генератор переменного напряжения 17, двухканальный коммутатор 18, усилительный блок 19, содержащий три полосовых усилителя 20, 21, 22, пороговый блок 23, выполненный на трех компараторах 24, 25, 26, измеритель временных интервалов 27, выполненный на трех счетчиках 28, 29, 30, интерфейс 31 и ЭВМ 32.A device for measuring distances to various points on the surface of the controlled product 1 comprises a rod 2 having a pointed tip 3 and a handle 4 with a start button 5, and acoustic emitters 6 and 7, which are hollow spheres made of piezoceramics, the geometric centers of which lie on a straight line with the apex tip, and the emitters are equipped with metallized electrodes 8, 9, 10 and 11 located on the inner and outer surfaces of their hollow spheres, the acoustic radiation receiver 12 containing microphones 13, 14 and 15, closed are located at the vertices of the triangle, the sides of which are formed by rigid rods, a pulse front edge shaper 16, an alternating voltage generator 17, a two-channel switch 18, an amplifier block 19 containing three strip amplifiers 20, 21, 22, a threshold block 23 made on three comparators 24, 25, 26, a time interval meter 27, made on three counters 28, 29, 30, an interface 31 and a computer 32.
Устройство работает следующим образом:The device operates as follows:
Вершина заостренного наконечника 3 жезла 2 прижимается к измеряемой точке поверхности объекта 1, а на рукоятке 4 нажимается пусковая кнопка 5, запускающая работу формирователя переднего фронта импульса 16, на выходе которого формируются импульсы длительностью порядка 20 миллисекунд и частотой порядка 1 Гц. Эти импульсы поступают на управляющие входы генератора переменного напряжения 17 и двухканального коммутатора 18. Генератор 17 включается в работу на время длительности каждого импульса, а на его выходе формируется переменное напряжение с амплитудой порядка 300 В и частотой заполнения 25-45 кГц. Коммутатор 18 синхронно с приходом импульсов формирователя 17 поочередно подключает выход генератора к парам металлизированных электродов 8, 9 и 10, 11 акустических излучателей 6 и 7. Под влиянием напряжения генератора в двух полых сферах, выполненных из пьезокерамики, поочередно возбуждаются механические микроколебания, вызывающие сферическую звуковую волну, которая начинает распространяться в окружающем воздушном пространстве. Синхронно с инициированием звуковой волны каждым излучателем жезла с выхода формирователя 16 подается пусковой импульс на соответствующие входы «Start» измерителя временных интервалов 27.The top of the pointed tip 3 of the rod 2 is pressed against the measured point on the surface of the object 1, and on the handle 4, the start button 5 is pressed, which starts the work of the leading edge of the pulse 16, at the output of which pulses are generated of a duration of the order of 20 milliseconds and a frequency of the order of 1 Hz. These pulses are fed to the control inputs of the alternating voltage generator 17 and two-channel switch 18. The generator 17 is turned on for the duration of each pulse, and an alternating voltage with an amplitude of about 300 V and a filling frequency of 25-45 kHz is generated at its output. The switch 18 synchronously with the arrival of pulses of the shaper 17 alternately connects the generator output to pairs of metallized electrodes 8, 9 and 10, 11 of acoustic emitters 6 and 7. Under the influence of the voltage of the generator in two hollow spheres made of piezoceramics, mechanical microoscillations are excited, which cause a spherical sound a wave that begins to propagate in the surrounding airspace. Synchronously with the initiation of a sound wave by each emitter of the rod from the output of the shaper 16, a trigger pulse is supplied to the corresponding inputs of the “Start” of the time interval meter 27.
Акустические сигналы от каждого излучателя 6 и 7 жезла поочередно приходят на микрофоны 13, 14, 15 приемника акустического излучения 12. Эти сигналы преобразуются в микрофонах в электрические и через соответствующие полосовые усилители 20, 21, 22, настроенные на частоту генератора 17, передаются на входы компараторов 24, 25, 26 порогового блока 23. С выходов компараторов сигналы поступают на входы «Stop» соответствующих счетчиков 28, 29, 30.The acoustic signals from each emitter 6 and 7 of the rod alternately arrive at the microphones 13, 14, 15 of the acoustic radiation receiver 12. These signals are converted into microphones in the microphones and through the corresponding strip amplifiers 20, 21, 22 tuned to the frequency of the generator 17, are transmitted to the inputs comparators 24, 25, 26 of the threshold block 23. From the outputs of the comparators, the signals are fed to the “Stop” inputs of the respective counters 28, 29, 30.
Измеритель временных интервалов 27 определяет интервалы времени t1, t2, t3 между моментом генерации фронта звуковой волны каждым излучателем жезла и моментами воздействия этого фронта на микрофоны 13, 14, 15.The time interval meter 27 determines the time intervals t 1 , t 2 , t 3 between the moment of generation of the front of the sound wave by each emitter of the rod and the moments of exposure of this front to the microphones 13, 14, 15.
Затем ЭВМ 32 по специальной программе вычисляет сначала расстояния l1, L2, L3 между геометрическими центрами излучателей жезла и каждым из микрофонов 13, 14, 15 по формулам:Then the computer 32 according to a special program first calculates the distances l 1 , L 2 , L 3 between the geometric centers of the emitters of the rod and each of the microphones 13, 14, 15 according to the formulas:
L1=(t1.xC)+R; L2=(t2xC)+R; L3=(t3xC)+R,L 1 = (t 1 .xC) + R; L 2 = (t 2 xC) + R; L 3 = (t 3 xC) + R,
где поверхности излучателя, а затем и координаты X, Y, Z геометрических центров излучателей в системе координат приемника акустического излучения. Далее по программе происходит построение прямой, проходящей через эти центры, на которой откладывается известное расстояние между вершиной наконечника жезла и центром ближайшего к нему излучателя, что позволяет определить координаты точки поверхности измеряемого объекта, с которой контактирует наконечник жезла.where the surface of the emitter, and then the coordinates X, Y, Z of the geometric centers of the emitters in the coordinate system of the receiver of acoustic radiation. Then, according to the program, a straight line passes through these centers, on which the known distance between the tip tip of the wand and the center of the emitter nearest to it is laid, which allows you to determine the coordinates of the surface point of the measured object with which the tip of the wand contacts.
Таким образом, использование в качестве возбудителя акустических сигналов вместо лазера или высоковольтного электроискрового щупа - жезла с двумя пьезоэлектрическими излучателями, позволяет решать кроме основной и другие задачи, а именно:Thus, the use of acoustic signals as an exciter instead of a laser or a high-voltage electric spark probe - a rod with two piezoelectric emitters, allows us to solve other problems besides the main one, namely:
- пьезоэлектрические излучатели жезла позволяют генерировать акустический сигнал в более высокочастотной области спектра (до 75 -100 кГЦ) по сравнению с моноимпульсным лазером и электроискровым щупом, что облегчает отстройку от низкочастотного спектра акустических помех, создаваемых работающим промышленным оборудованием;- the piezoelectric emitters of the rod allow you to generate an acoustic signal in the higher frequency region of the spectrum (up to 75-100 kHz) compared to a single-pulse laser and an electric spark probe, which facilitates the detuning of the acoustic noise generated by industrial equipment from the low-frequency spectrum;
- акустический жезл не создает акустических и электромагнитных помех, снижающих надежность функционирования измерительной аппаратуры;- the acoustic wand does not create acoustic and electromagnetic interference, reducing the reliability of the measuring equipment;
- с помощью акустического жезла с двумя излучателями, разнесенными от его наконечника, можно производить измерения координат точек поверхности объектов, не имеющих прямой видимости по отношению к микрофонам акустического приемника (антенны);- using an acoustic wand with two emitters spaced from its tip, it is possible to measure the coordinates of points on the surface of objects that do not have direct visibility with respect to the microphones of the acoustic receiver (antenna);
- при высокой стоимости переносного моноимпульсного лазера (~ $10,0 тыс.) и отсутствии его серийной сертифицированной поставки акустический жезл является более простым, надежным и дешевым (стоимость изготовления ~ $500,0) компонентом комплекта измерительной аппаратуры:- with the high cost of a portable monopulse laser (~ $ 10.0 thousand) and the absence of its serial certified supply, an acoustic wand is a simpler, more reliable and cheaper (manufacturing cost ~ $ 500.0) component of a set of measuring equipment:
- акустический жезл может быть изготовлен собственными силами потенциального производителя предлагаемого устройства.- acoustic rod can be made in-house by a potential manufacturer of the proposed device.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2004107023/28A RU2260772C1 (en) | 2004-03-09 | 2004-03-09 | Device for measurement of distance to various points of object surface |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2004107023/28A RU2260772C1 (en) | 2004-03-09 | 2004-03-09 | Device for measurement of distance to various points of object surface |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2260772C1 true RU2260772C1 (en) | 2005-09-20 |
Family
ID=35849071
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2004107023/28A RU2260772C1 (en) | 2004-03-09 | 2004-03-09 | Device for measurement of distance to various points of object surface |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2260772C1 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2554307C1 (en) * | 2014-03-04 | 2015-06-27 | Российская Федерация,от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли РФ (МИНПРОМТОРГ РОССИИ) | Acoustic profiler |
RU2685793C1 (en) * | 2018-05-24 | 2019-04-23 | Акционерное общество "Центр технологии судостроения и судоремонта" (АО "ЦТСС") | Method of measuring the shape of parts bent from sheet metal and device for its implementation |
-
2004
- 2004-03-09 RU RU2004107023/28A patent/RU2260772C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2554307C1 (en) * | 2014-03-04 | 2015-06-27 | Российская Федерация,от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли РФ (МИНПРОМТОРГ РОССИИ) | Acoustic profiler |
RU2685793C1 (en) * | 2018-05-24 | 2019-04-23 | Акционерное общество "Центр технологии судостроения и судоремонта" (АО "ЦТСС") | Method of measuring the shape of parts bent from sheet metal and device for its implementation |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US9579045B2 (en) | Length measuring device | |
WO2017149526A3 (en) | A method and apparatus for cooperative usage of multiple distance meters | |
CN103471998A (en) | Ultrasonic material reflection and transmission coefficient laser measurement system | |
RU2383858C2 (en) | Contactless device for measurement of distance to various points of object surface | |
RU2260772C1 (en) | Device for measurement of distance to various points of object surface | |
RU2419816C2 (en) | Method of measuring distance to different points on object surface | |
JPS62148862A (en) | Method and device for measuring speed, direction, etc. of fluid | |
JPS592859B2 (en) | Clock circuit for pulse reflection ultrasonic flaw detection | |
Bujnowski et al. | Comparison of active proximity radars for the wearable devices | |
JPH06186328A (en) | Ultrasonic range-finding device | |
RU2703836C1 (en) | Ultrasonic locator measurement error compensation device | |
RU2548735C2 (en) | Food products quality express evaluation device | |
RU2225591C1 (en) | Device measuring distance to various points on surface of object | |
JP4329008B2 (en) | Concrete pole crack evaluation system | |
RU2723058C1 (en) | Method and device for compensation of heterogeneity of connection at ultrasonic test | |
JP2000171232A (en) | Ultrasonic wave measuring instrument | |
Piper et al. | Sensing sound pressure in an anechoic chamber using backscattered laser light | |
JP6544687B2 (en) | Droplet detection device and droplet detection method | |
Ono et al. | NEW CHARACTERIZATION METHODS OF AE SENSORS. | |
RU2139497C1 (en) | Device measuring distance to various points on surface of objects | |
Xing et al. | High intensity focused ultrasound power measurement based on cross-spectral density technique | |
JP2005062093A (en) | Object sound detection method and its device | |
TW201736843A (en) | Detection apparatus and method for structure | |
Igarashi et al. | Experimental evaluation of high intensity ultrasound source system using acoustic waveguide and concave transducer with 100 mm diameter for calibration of hydrophone | |
RU85664U1 (en) | DEVICE FOR DETERMINING THE SPEED OF ULTRASONIC WAVES |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PC43 | Official registration of the transfer of the exclusive right without contract for inventions |
Effective date: 20100617 |
|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20140310 |