RU2456541C1 - Linear displacement and vibration sensor - Google Patents
Linear displacement and vibration sensor Download PDFInfo
- Publication number
- RU2456541C1 RU2456541C1 RU2011113547/28A RU2011113547A RU2456541C1 RU 2456541 C1 RU2456541 C1 RU 2456541C1 RU 2011113547/28 A RU2011113547/28 A RU 2011113547/28A RU 2011113547 A RU2011113547 A RU 2011113547A RU 2456541 C1 RU2456541 C1 RU 2456541C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- sensor
- linear
- stepper motor
- housing
- linear stepper
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Length Measuring Devices With Unspecified Measuring Means (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для контроля линейных перемещений и вибраций различных узлов и оборудования, например, на атомных электростанциях, а также на объектах с вредными условиями труда.The invention relates to measuring equipment and can be used to control linear movements and vibrations of various components and equipment, for example, in nuclear power plants, as well as in facilities with harmful working conditions.
Вибрация - это упругое механическое колебание с частотой более 1 Гц и малой амплитудой. Вредная вибрация возникает при рабочем движении, работе двигателей, насосов и других машин и иногда приводит к нарушению режима работы и даже разрушению устройств. Когда нет средств подавления вибраций, то используют технические средства постоянного контроля для возможного минимизирования последствий.Vibration is an elastic mechanical vibration with a frequency of more than 1 Hz and a small amplitude. Harmful vibration occurs during the working movement, the operation of engines, pumps and other machines and sometimes leads to a violation of the operating mode and even destruction of devices. When there is no means of suppressing vibration, then technical means of constant monitoring are used to minimize the consequences.
Из уровня техники известен взятый в качестве прототипа датчик линейных перемещений, содержащий корпус, размещенные в нем шаговый электродвигатель, подпружиненный относительно корпуса выдвижной шток, размещенный соосно с ним контактный наконечник, немагнитную втулку, на которой закреплена измерительная обмотка, и внутренний стержень, который закреплен в корпусе штока (патент РФ 2375674 С2, МПК G01B 7/00; опубл. 10.12.2009).The prior art uses a linear displacement sensor, taken as a prototype, comprising a housing, a stepping motor housed therein, a retractable rod spring-loaded relative to the housing, a contact tip placed coaxially with it, a non-magnetic sleeve to which the measuring winding is fixed, and an inner shaft that is fixed in stem housing (RF patent 2375674 C2, IPC G01B 7/00; publ. 10.12.2009).
Недостатками прототипа являются сложная конструкция датчика и невозможность регистрации вибраций контролируемого объекта.The disadvantages of the prototype are the complex design of the sensor and the inability to register vibrations of the controlled object.
В ЗАО «НТЦ «ДИАПРОМ» разработана более простая конструкция датчика с возможностью регистрации помимо линейных перемещений, также и вибраций объекта. Техническим результатом данного изобретения является повышение точности, надежности, безопасности и оперативности работы одним датчиком, как в режиме регистрации линейного перемещения, так и в режиме регистрации вибраций контролируемого объекта.CJSC STC DIAPROM has developed a simpler sensor design with the ability to detect, in addition to linear movements, also object vibrations. The technical result of this invention is to improve the accuracy, reliability, safety and operational efficiency of a single sensor, both in the mode of recording linear displacement and in the mode of recording vibrations of a controlled object.
Сущность изобретения заключается в датчике линейных перемещений, содержащем корпус, размещенные в нем линейный шаговый электродвигатель, подпружиненный относительно корпуса выдвижной шток с риской, размещенный соосно с ним контактный наконечник, немагнитную втулку, соединенную с корпусом датчика шпоночным соединением, на которой закреплена измерительная обмотка и к свободному концу которой присоединена гайка, образующая винтовую пару со стальным валом линейного шагового электродвигателя, и внутренний стержень, закрепленный в корпусе выдвижного штока гайкой. Одновременно с этим соосно с контактным наконечником размещен ферромагнитный наконечник с возможностью перемещения относительно немагнитной втулки. Измерительная обмотка датчика имеет при этом длину намотки 10 мм и толщину провода не более 0,1 мм для регистрации 30 мм линейных перемещений и 600 мкм вибраций. Линейные перемещения при этом определяются по числу шагов регулирования линейного шагового электродвигателя.The essence of the invention lies in a linear displacement sensor, comprising a housing, a linear stepping motor housed therein, a retractable rod with a risk spring mounted relative to the housing, a contact tip placed coaxially with it, a non-magnetic sleeve connected to the sensor housing by a key connection on which the measuring winding is fixed and to the free end of which is attached a nut that forms a helical pair with a steel shaft of a linear stepper motor, and an inner shaft fixed to the body All retractable stem nut. At the same time, a ferromagnetic tip is placed coaxially with the contact tip with the ability to move relative to the non-magnetic sleeve. In this case, the measuring coil of the sensor has a winding length of 10 mm and a wire thickness of not more than 0.1 mm for recording 30 mm of linear movements and 600 μm of vibration. In this case, linear displacements are determined by the number of steps for regulating a linear stepper motor.
Линейный шаговый электродвигатель может быть типа AM2224-R3, иметь диаметр двигателя в 22 мм, собственный вал диаметром 3 мм и длину вала в 30,7 мм с коническим видом резьбы. Толщина провода обмотки может быть от 0,06 мм, но не более 0,1 мм, в три-четыре слоя. Такие конструктивные изменения в датчике позволили уменьшить его общую длину и его внешний диаметр и создать датчик нового типа, позволяющий совмещать регистрацию 30 мм линейных перемещений и 600 мкм вибраций контролируемого объекта и обладающий при этом чувствительностью не хуже 2 мкм на частотах до 40 Гц.A linear stepper motor can be of the type AM2224-R3, have a motor diameter of 22 mm, its own shaft with a diameter of 3 mm and a shaft length of 30.7 mm with a tapered thread. The thickness of the winding wire can be from 0.06 mm, but not more than 0.1 mm, in three to four layers. Such structural changes in the sensor made it possible to reduce its total length and its outer diameter and create a new type of sensor that allows the registration of 30 mm linear displacements and 600 μm of vibration of the controlled object to be combined and which has a sensitivity of no worse than 2 μm at frequencies up to 40 Hz.
К достоинствам предлагаемого датчика относится то, что из конструкции датчика удалена термопара и концевые выключатели, что упрощает схему регистрации сигнала датчика и управления линейным шаговым электродвигателем. Также в схеме регистрации сигнала датчика оставлен лишь один инструментальный усилитель с коэффициентом усиления 500 для регистрации сигнала вибраций. Помимо этого, в результате изменения конструкции измерительной обмотки, процедура калибровки датчика для последующей регистрации линейных перемещений с применением специального набора мер толщин отпадает.The advantages of the proposed sensor include the fact that the thermocouple and limit switches are removed from the sensor design, which simplifies the sensor signal registration and control of a linear stepper motor. Also, only one instrumental amplifier with a gain of 500 for recording the vibration signal is left in the sensor signal registration circuit. In addition, as a result of a change in the design of the measuring winding, the sensor calibration procedure for the subsequent registration of linear displacements using a special set of thickness measures is no longer necessary.
Также безопасность, точность, надежность и оперативность работы датчика повышены и вследствие того, что калибровку и настройку датчика могут проводить дистанционно при любом положении штока с контактным наконечником относительно закрепленного корпуса датчика. Измерительная обмотка датчика может быть перемещена с любой установленной скоростью в обоих направлениях по отношению к выдвижному штоку с ферромагнитным наконечником. Ферромагнитный наконечник выдвижного штока при любом положении совмещается с измерительной обмоткой посредством включения линейного шагового электродвигателя таким образом, чтобы сигнал с датчика был равен нулю. Данное состояние датчика говорит о его готовности к работе в любом заданном режиме, как для измерений линейных перемещений, так и вибраций контролируемого объекта. Как следствие, положение ферромагнитного наконечника вместе с совмещенной измерительной обмоткой при нулевом сигнале может быть произвольным, интерес в данном случае представляет величина смещения обмотки относительно принятой нулевой отметки, т.е. нулевого сигнала. Также именно использование коммутатора управления (для линейного шагового электродвигателя) датчика обеспечивает быструю и надежную настройку датчика в режим контроля перемещений и вибраций контролируемого объекта.Also, the safety, accuracy, reliability and operational efficiency of the sensor are enhanced due to the fact that the calibration and adjustment of the sensor can be carried out remotely at any position of the rod with a contact tip relative to the mounted sensor housing. The measuring coil of the sensor can be moved at any set speed in both directions with respect to the extension rod with a ferromagnetic tip. The ferromagnetic tip of the extension rod at any position is combined with the measuring winding by turning on a linear stepper motor so that the signal from the sensor is zero. This state of the sensor indicates its readiness for work in any given mode, both for measuring linear displacements and vibrations of the controlled object. As a result, the position of the ferromagnetic tip together with the combined measuring winding at a zero signal can be arbitrary, of interest in this case is the magnitude of the displacement of the winding relative to the accepted zero mark, i.e. zero signal. Also, it is the use of a control switch (for a linear stepper motor) of the sensor that provides fast and reliable adjustment of the sensor to the mode of monitoring the movements and vibrations of the controlled object.
Датчик содержит (фиг.1) корпус (1), выдвижной шток (2) с нанесенной на него риской (15), внутренний стержень (3), ферромагнитный наконечник (4), возвратную пружину (5), немагнитную втулку (6) с измерительной обмоткой (7), гайку (8), стальной вал (9) линейного шагового электродвигателя (10), шпонку (11), гайку (12), контактный наконечник (13) и втулку (14) из немагнитного материала (например, полистирола). Выдвижной шток (2) имеет цилиндрический вид, с одной стороны у него приварена стенка с отверстием по центру для установки внутреннего стержня (3) с запрессованной на ней втулкой из полистирола (14), имеющей диаметр, равный внутреннему диаметру штока, а на противоположном конце выдвижного штока имеется бурт для удержания возвратной пружины (5). Внутренний стержень (3) с втулкой из полистирола (14) и ферромагнитным наконечником (4) закрепляется гайкой (12) в корпусе выдвижного штока (2). Втулка из полистирола (14) используется для улучшения центрирования и увеличения жесткости этой сборки выдвижного штока (2). К свободному концу немагнитной втулки (6) присоединена гайка (8), а на другом конце втулки размещается измерительная обмотка (7). В гайку (8) ввернут стальной вал линейного шагового электродвигателя (10). Линейный шаговый электродвигатель (10) закреплен в хвостовой части корпуса (1). Внутренний стержень (3), втулка (6), гайка (8) изготавливаются из немагнитного материала. Ферромагнитный наконечник (4) изготавливается путем нанесения на его поверхность ферромагнитной пасты. Контактный наконечник (13) имеет полусферическую поверхность и соединяется с корпусом выдвижного штока (2) посредством любого соединения, например резьбового. Резьбовое соединение гайки (8) с валом линейного шагового электродвигателя (10) образует винтовую пару, которая при включении линейного шагового электродвигателя (10) может перемещать втулку (6) с измерительной обмоткой (7) в обоих направлениях относительно любого положения выдвижного штока (2) с ферромагнитным наконечником (4), даже при полном втягивании выдвижного штока (2) в корпус датчика (1). Длина стального вала (9) линейного шагового электродвигателя (10), на который наворачивается либо сворачивается гайка (8), а вместе с нею и перемещается измерительная обмотка (7) на немагнитной втулке (6), должна быть немного больше длины рабочего хода выдвижного штока (2). Поступательное движение немагнитной втулки (6) обеспечивается шпоночным соединением, для этого во втулке (6) делается продольный паз, в который входит шпонка (11), которая в свою очередь вворачивается по резьбе в корпус датчика (1). Для того чтобы при больших перемещениях гайка (8) не сошла с вала (9) линейного шагового электродвигателя (10) микропрограмма управления электродвигателем использует коэффициенты, пропорциональные числу оборотов линейного шагового электродвигателя, при выходе из границ значений которых электродвигатель выключается. При вращении стального вала (9) линейного шагового электродвигателя (10) против часовой стрелки гайка (8) наворачивается на вал (9) линейного шагового электродвигателя (10) и перемещается к линейному шаговому электродвигателю (10) вместе с втулкой (6) и измерительной обмоткой (7). В случае вращения вала (9) линейного шагового электродвигателя (10) в направлении по часовой стрелке винтовая пара перемещает втулку (6) с измерительной обмоткой (7) в противоположную сторону от электродвигателя (10), т.е. к торцевому краю корпуса датчика (1). Пружина (5) соединена со штоком (2) и работает на сжатие, прижимая контактный наконечник (13) к контролируемому объекту. При освобождении штока (2) пружина (5) всегда возвращает выдвижной шток в первоначальное положение. Когда ферромагнитный наконечник (4) штока (2) располагается напротив (или, иначе говоря, становится симметричен) измерительной обмотки (7) и выравнивает индуктивные сопротивления ее обеих половин, то при включенной запитке измерительной обмотки датчика выходной сигнал будет равен нулю. Такое положение для любого индуктивного датчика является стартовым, с которого он начинает регистрировать линейные перемещения или вибрации контролируемого объекта. Таким образом, конструкция выдвижного штока (2) с одной стороны и втулка (6) с измерительной обмоткой (7) вместе с линейным шаговым электродвигателем (10) с другой стороны представляют собой две независимые, но совмещаемые конструкции.The sensor contains (Fig. 1) a housing (1), a retractable rod (2) with a mark applied to it (15), an inner rod (3), a ferromagnetic tip (4), a return spring (5), a non-magnetic sleeve (6) with measuring coil (7), nut (8), steel shaft (9) of a linear stepper motor (10), key (11), nut (12), contact tip (13) and sleeve (14) made of non-magnetic material (e.g. polystyrene ) The retractable rod (2) has a cylindrical appearance, on one side it has a wall welded with a hole in the center for mounting the inner rod (3) with a polystyrene sleeve (14) pressed into it, having a diameter equal to the inner diameter of the rod, and at the opposite end the retractable rod has a shoulder to hold the return spring (5). The inner rod (3) with a polystyrene sleeve (14) and a ferromagnetic tip (4) is fixed with a nut (12) in the draw rod housing (2). A polystyrene sleeve (14) is used to improve centering and increase the rigidity of this extension rod assembly (2). A nut (8) is attached to the free end of the non-magnetic sleeve (6), and a measuring winding (7) is placed on the other end of the sleeve. A steel shaft of a linear stepper motor (10) is screwed into the nut (8). A linear stepper motor (10) is fixed in the rear of the housing (1). The inner shaft (3), sleeve (6), nut (8) are made of non-magnetic material. The ferromagnetic tip (4) is made by applying a ferromagnetic paste to its surface. The contact tip (13) has a hemispherical surface and is connected to the housing of the sliding rod (2) through any connection, for example threaded. The threaded connection of the nut (8) with the linear stepper motor shaft (10) forms a screw pair, which, when the linear stepper motor (10) is turned on, can move the sleeve (6) with the measuring winding (7) in both directions relative to any position of the extension rod (2) with ferromagnetic tip (4), even when the retractable stem (2) is fully retracted into the sensor housing (1). The length of the steel shaft (9) of the linear stepper motor (10), onto which the nut (8) is screwed up or folded, and with it the measuring winding (7) on the non-magnetic sleeve (6), is moved, should be slightly larger than the stroke length of the sliding rod (2). The translational movement of the non-magnetic sleeve (6) is provided by a key connection, for this a longitudinal groove is made in the sleeve (6), into which a key (11) enters, which in turn is screwed into the sensor housing (1). In order for the nut (8) to not come off the shaft (9) of the linear stepper motor (10) during large movements, the microprogram for controlling the electric motor uses coefficients proportional to the number of revolutions of the linear stepper motor, when the motor goes out of bounds. When the steel shaft (9) of the linear stepper motor (10) rotates counterclockwise, the nut (8) turns onto the shaft (9) of the linear stepper motor (10) and moves to the linear stepper motor (10) together with the sleeve (6) and the measuring winding (7). In the case of rotation of the shaft (9) of the linear stepper motor (10) in a clockwise direction, a screw pair moves the sleeve (6) with the measuring winding (7) in the opposite direction from the electric motor (10), i.e. to the end edge of the sensor housing (1). The spring (5) is connected to the rod (2) and works on compression, pressing the contact tip (13) to the controlled object. When the stem (2) is released, the spring (5) always returns the retractable stem to its original position. When the ferromagnetic tip (4) of the rod (2) is located opposite (or, in other words, becomes symmetrical) of the measuring winding (7) and aligns the inductive resistances of both of its halves, then when the measuring coil of the sensor is energized, the output signal will be zero. This position for any inductive sensor is the starting one, from which it begins to register linear movements or vibrations of the controlled object. Thus, the design of the extension rod (2) on the one hand and the sleeve (6) with the measuring winding (7) together with the linear stepper motor (10) on the other hand are two independent but compatible structures.
Датчик традиционно содержит также блок управления, в который входят (фиг.2): генератор синусоидального сигнала (16) для запитки измерительной обмотки датчика частотой 5 - 20 кГц и амплитудой в размахе 5 - 8 В, инструментальный усилитель (17) с коэффициентом усиления 500, многофункциональный контроллер (18), последовательный интерфейс RS-485 (19) для связи с ПК, коммутатор управления (20) линейным шаговым электродвигателем (10), жидкокристаллический индикатор (21) (при автономном управлении без участия ПК), управляющая клавиатура (22) (при автономном управлении без участия ПК) и блок питания (23) (при автономном управлении без участия ПК).The sensor traditionally also contains a control unit, which includes (Fig. 2): a sinusoidal signal generator (16) for powering the measuring coil of the sensor with a frequency of 5 - 20 kHz and amplitude in the range of 5 - 8 V, an instrument amplifier (17) with a gain of 500 , multi-function controller (18), RS-485 serial interface (19) for communication with a PC, control switch (20) with a linear stepper motor (10), liquid crystal display (21) (for autonomous control without a PC), control keyboard (22 ) (with autonomous control es PCs participation) and power supply (23) (under autonomous control without PC involvement).
Многофункциональный контроллер (18), содержащий 6 АЦП, 2 ЦАП, 5 цифровых регистров и свою внутреннюю память для промежуточного хранения данных, обеспечивает регистрацию сигнала датчика (управление линейным шаговым электродвигателем (10), измерительной обмоткой (7)) и передачу информации на ПК или ЖК индикатор вместе с устройством ввода (клавиатурой).A multifunction controller (18), containing 6 ADCs, 2 DACs, 5 digital registers and its internal memory for intermediate data storage, provides registration of the sensor signal (control of a linear stepper motor (10), measuring winding (7)) and information transfer to a PC or LCD indicator with input device (keyboard).
Коммутатор управления (20) линейным шаговым электродвигателем (10) связывает обмотки линейного шагового электродвигателя сигналами широтно-импульсной модуляции и работает под управлением многофункционального контроллера (18). Предлагаемый датчик может работать как автономно для разового использования по предварительно заданной (прошитой) в контроллере (18) микропрограмме, так и для длительной регистрации под управлением внешнего ПК специально разработанными программами посредством соединения с помощью последовательного интерфейса RS-485. В случае автономной работы без участия ПК для управления используют ЖК индикатор и клавиатуру.The control switch (20) of the linear stepper motor (10) connects the windings of the linear stepper motor with pulse-width modulation signals and operates under the control of a multifunction controller (18). The proposed sensor can operate both autonomously for a single use according to a previously set (flashed) firmware in the controller (18), and for long-term registration under the control of an external PC with specially developed programs by connecting using the RS-485 serial interface. In the case of battery life without the participation of a PC, an LCD indicator and a keyboard are used for control.
Схема управления и регистрации датчика может быть свободно встроена в многоканальную диагностическую систему контроля перемещений и вибраций либо в любую другую контролирующую систему.The control and registration circuit of the sensor can be freely integrated into a multichannel diagnostic system for monitoring movements and vibrations, or in any other monitoring system.
Перед самым первым использованием любые датчики проходят выходной контроль на соответствие заданным техническим характеристикам. Предлагаемый датчик также проходит контроль на соответствие техническим характеристикам и получение калибровочных характеристик, учитывающих механические и электрические характеристики работы линейного шагового электродвигателя. Поскольку датчик выполняет две функции - определение линейных перемещений и определение вибраций контролируемого объекта, то для его настройки используются две калибровочные прикладные программы для ПК: для калибровки регистрации линейных перемещений и для калибровки регистрации вибраций контролируемого объекта соответственно. Процедуру калибровки датчиков проводят на лабораторном столе с использованием штатива (для установки датчика в необходимое положение). К датчику подключают вышеуказанный блок управления и регистрации, управляющий работой датчика, который в свою очередь подключается к рядом расположенному ПК. Нужно отметить, что калибровке с помощью программ датчики подвергаются всего лишь один раз. В рабочих условиях необходимость использования датчиков программы для калибровки отпадает.Before the very first use, any sensors pass the output control for compliance with the specified technical specifications. The proposed sensor also passes control for compliance with technical specifications and obtaining calibration characteristics that take into account the mechanical and electrical characteristics of the linear stepper motor. Since the sensor performs two functions — determining linear displacements and determining vibrations of a controlled object, two calibration application programs for a PC are used to configure it: for calibrating registration of linear movements and for calibrating registration of vibrations of a controlled object, respectively. The calibration procedure for the sensors is carried out on a laboratory bench using a tripod (to install the sensor in the required position). The above control and registration unit is connected to the sensor, which controls the operation of the sensor, which in turn is connected to a nearby PC. It should be noted that sensors are calibrated using programs only once. Under operating conditions, there is no need to use program sensors for calibration.
Для определения линейных перемещений в предлагаемом изобретении используется величина шагов регулирования на один оборот линейного шагового электродвигателя (10). Для используемого линейного шагового двигателя типа АМ2224 - R3 линейное перемещение за один полный оборот вала соответствует 37 мкм при 24 шагах регулирования, т.е. на один шаг регулирования линейного шагового электродвигателя приходится 1,55 мкм линейного перемещения. Тогда на всю рабочую длину вала линейного шагового электродвигателя в 30 мм приходится (30000 мкм/37 мкм)·24=19460 шага регулирования. Середине же рабочей длины вала линейного шагового электродвигателя соответствует 9730 шагов регулирования.To determine linear displacements in the present invention, the magnitude of the control steps per revolution of a linear stepper motor (10) is used. For the linear AM2224 - R3 linear stepper motor used, linear displacement for one full revolution of the shaft corresponds to 37 μm with 24 control steps, i.e. 1.55 microns of linear displacement per one step of regulation of a linear stepper motor. Then, the entire working length of the linear stepper motor shaft of 30 mm accounts for (30,000 μm / 37 μm) · 24 = 19,460 control steps. In the middle of the working length of the linear stepper motor shaft, there correspond 9730 regulation steps.
Рассмотрим процедуру калибровки датчика на регистрацию линейных перемещений с помощью прикладной программы «Калибровка линейных перемещений», которая предназначена для установки калибровочной шкалы-зависимости выходного напряжения измерительной обмотки датчика от величины перемещения. Необходимо напомнить, что для индуктивных датчиков принято иметь присутствие сигнала датчика (а конкретно - измерительной обмотки) положительной полярности для выдвигаемого штока и отрицательной полярности - для втягиваемого в корпус датчика выдвижного штока. Для калибровки датчика при регистрации линейных перемещений в предлагаемом датчике не требуется использование специального набора точных мер толщин.Consider the sensor calibration procedure for recording linear displacements using the application program “Calibration of linear displacements”, which is designed to set the calibration scale, the dependence of the output voltage of the measuring coil of the sensor on the displacement value. It must be recalled that for inductive sensors it is customary to have the presence of a sensor signal (and specifically a measuring winding) of positive polarity for the retractable rod and negative polarity for the retractable rod pulled into the sensor housing. To calibrate the sensor when registering linear movements in the proposed sensor does not require the use of a special set of accurate thickness measures.
Для калибровки в режиме линейных перемещений датчик закрепляют на штативе таким образом, чтобы риска (15) выдвижного штока (2) была совмещена с краем корпуса (1) датчика. Включают блок управления и регистрации датчика, включают ПК, запускают на нем программу «Калибровка линейных перемещений» для управления линейным шаговым электродвигателем, которая с помощью вала (9) линейного шагового электродвигателя посредством вращения гайки (8) перемещает измерительную обмотку (7) из крайнего противоположного наконечнику штока положения до середины рабочей длины вала для проверки соответствия диапазона перекрытия половины штока датчика измерительной обмоткой. Одновременно ведут контроль посредством ПК над изменением сигнала с измерительной обмотки. При совмещении измерительной обмотки (7) с ферромагнитным наконечником (4) величина сигнала падает до нулевого значения, что дает сигнал к останову линейного шагового электродвигателя (10). При таком положении выдвижного штока (13) программа калибровки датчика отмечает в памяти блока управления соответствие нулевому значению сигнала датчика числу шагов регулирования линейного шагового электродвигателя, которое близко к 9730, и принимает это положение датчика как сбалансированное, т.е. нулевое. Показания оцифровываются АЦП многофункционального контроллера (18) и заносятся в память блока регистрации и управления для последующего использования в режиме измерений. На этом калибровка датчика для процедуры регистрации линейных перемещений закончена.For calibration in linear displacement mode, the sensor is mounted on a tripod so that the risk (15) of the extension rod (2) is aligned with the edge of the sensor housing (1). Turn on the control unit and register the sensor, turn on the PC, run the program “Calibrate linear displacements” on it to control the linear stepper motor, which, using the shaft (9) of the linear stepper motor, moves the measuring winding (7) from the extreme opposite by rotating the nut (8) the tip of the position rod to the middle of the working shaft length to verify that the range of overlap of the half of the sensor rod is measured by the measuring winding. At the same time, they control by means of a PC over a change in the signal from the measuring winding. When combining the measuring winding (7) with the ferromagnetic tip (4), the signal value drops to zero, which gives a signal to stop the linear stepping motor (10). With this position of the extension rod (13), the sensor calibration program in the control unit memory matches the zero value of the sensor signal with the number of linear stepping motor regulation steps, which is close to 9730, and accepts this sensor position as balanced, i.e. zero. The readings are digitized by the ADC of the multifunction controller (18) and stored in the memory of the registration and control unit for subsequent use in the measurement mode. This completes the calibration of the sensor for the linear motion detection procedure.
Калибровка датчика в режиме регистрации вибраций осуществляется с помощью прикладной программы «Калибровка вибраций». Для этого устанавливают и закрепляют датчик на штативе на лабораторном столе. Затем выдвижной шток датчика устанавливают в любое положение кроме самых крайних для упреждения невозможности свободного хода штока (2) вместе с ферромагнитным наконечником (4), при этом линейный шаговый электродвигатель (10) выключен, и, как следствие, измерительная обмотка (7) также неподвижна. Включают блок управления и регистрации датчика и запускают прикладную программу «Калибровка вибраций» на ПК. Напряжение с измерительной обмотки (7) при таком положении выдвижного штока (2) принимается за нулевой отсчет. Далее под выдвижной шток (2) поочередно подкладывают меры 0,1 мм, 0,2 мм, 0,3 мм и т.д. до 1 мм меры. Поскольку измерительная обмотка (7) неподвижна, то при подкладывании мер под выдвижной шток (2) регистрируются изменения напряжения на измерительной обмотке вследствие движения ферромагнитного наконечника (4) относительно неподвижной измерительной обмотки (7). При этом на последнем измерении при мере в 1 мм, когда сигнал датчика принимает наибольшее значение для всех этих измерений, многофункциональный контроллер (18) включает линейный шаговый электродвигатель, который подводит измерительную обмотку (7) датчика к ферромагнитному наконечнику (4) для установки нового нулевого значения. По показаниям измерения значений мер толщины программа «Калибровка вибраций» осуществляет построение калибровочной характеристики - величины линейного перемещения (мкм) выдвижного штока (2) от величины напряжения на измерительной обмотке (7) датчика, из которой делается вывод о соответствии величины перемещения значениям напряжения. С помощью программы просчитывают количество шагов регулирования линейным шаговым электродвигателем от первой нулевой отметки до последней при подкладывании заключительной меры в 1 мм, а также устанавливают соотношение между величиной сигнала датчика и числом шагов регулирования электродвигателя. Полученные характеристики оцифровываются АЦП многофункционального контроллера (18) и заносятся в память блока управления и регистрации для последующего использования при регистрации вибраций. На этом калибровка датчика для процедуры регистрации вибраций закончена.Calibration of the sensor in vibration registration mode is carried out using the application program “Calibration of vibrations”. To do this, install and fix the sensor on a tripod on the laboratory bench. Then the retractable rod of the sensor is installed in any position except for the most extreme to prevent the impossibility of free movement of the rod (2) together with the ferromagnetic tip (4), while the linear stepper motor (10) is turned off, and, as a result, the measuring winding (7) is also stationary . Turn on the control unit and register the sensor and run the application program “Calibration of vibrations” on the PC. The voltage from the measuring winding (7) at this position of the extension rod (2) is taken as a zero reference. Then, under the retractable stem (2), measures of 0.1 mm, 0.2 mm, 0.3 mm, etc. are alternately laid. up to 1 mm measures. Since the measuring winding (7) is stationary, when measures are placed under the retractable rod (2), voltage changes are recorded on the measuring winding due to the movement of the ferromagnetic tip (4) relative to the stationary measuring winding (7). At the same time, in the last measurement, with a measure of 1 mm, when the sensor signal takes on the highest value for all these measurements, the multifunction controller (18) includes a linear stepper motor that leads the sensor measuring winding (7) to the ferromagnetic tip (4) to set a new zero values. According to the testimony of measuring the values of thickness measures, the Vibration Calibration program builds a calibration characteristic — the linear displacement (μm) of the retractable rod (2) versus the voltage value at the sensor measuring winding (7), from which it is concluded that the displacement value corresponds to voltage values. Using the program, the number of control steps by a linear stepper motor is calculated from the first zero mark to the last when placing a final measure of 1 mm, and also the ratio between the value of the sensor signal and the number of control steps of the motor is established. The obtained characteristics are digitized by the ADC of the multifunction controller (18) and are recorded in the memory of the control and registration unit for subsequent use when registering vibrations. This completes the calibration of the sensor for the vibration registration procedure.
Реализацию работы датчика линейных перемещений и вибраций осуществляют в основном в составе многоканальной системе диагностики, которая проводит контроль линейных перемещений и вибраций в нескольких точках контролируемого объекта. Контроль такого рода, как правило, начинается с контроля линейных перемещений в режиме перехода от статичного спокойного состояния объекта к рабочему устойчивому, например при нагревании или деформации, и затем, после достижения рабочего устойчивого режима и при отсутствии дальнейших изменений в текущем равновесном рабочем состоянии контролируемого объекта, следует автоматический переход на режим контроля вибраций (поскольку время выхода контролируемого объекта в рабочий устойчивый режим может длиться от нескольких часов и более). На монитор ПК (в случае автономной работы - ЖК индикатор) при этом выводится как текущая информация, выраженная в единицах перемещений (мм) и вибраций (мкм), так и почасовая. Записанную на жесткий диск почасовую информацию используют в аналитических программах контроля за положением и вибрацией контролируемого объекта.The implementation of the linear displacement and vibration sensor is carried out mainly as part of a multi-channel diagnostic system that monitors linear displacements and vibrations at several points of the controlled object. This kind of control, as a rule, begins with the control of linear movements in the transition from a static calm state of an object to a working stable one, for example, during heating or deformation, and then, after reaching a working stable mode and in the absence of further changes in the current equilibrium working state of the controlled object , there should be an automatic transition to vibration control mode (since the time the controlled object exits into a stable operating mode can last from several hours or more). On the PC monitor (in case of battery life - LCD indicator), both current information expressed in units of displacements (mm) and vibrations (microns) and hourly are displayed. The hourly information recorded on the hard disk is used in analytical programs for monitoring the position and vibration of the controlled object.
Сама же работа датчика в режиме измерения линейных перемещений осуществляется следующим образом. Установку датчика осуществляют на остановленном (в выключенном или находящимся в состоянии покоя) контролируемом объекте. Корпус датчика (1) закрепляют на кронштейне либо штативе около контролируемого объекта таким образом, чтобы контактный наконечник (13) выдвижного штока (2) датчика упирался в контролируемую точку объекта, а риска (15) на выдвижном штоке (2) была совмещена как можно точнее с передним краем корпуса датчика (1), то есть достигнуто предварительно откалиброванное нулевое значение. Включают блок управления и регистрации вместе с программами регистрации на ПК. Включают в работу объект, подвергающийся контролю. Как только контролируемый объект приходит в движение, выдвижной шток датчика перемещается вместе с ним в сторону изменения положения объекта и многофункциональный контроллер (18) определяет направление (знак) движения штока (2) вместе с ферромагнитным наконечником (4), после чего автоматически включает линейный шаговый электродвигатель (10) для перемещения втулки (6) с измерительной обмоткой (7) в сторону изменения знака до положения совмещения с ферромагнитным наконечником (4) на штоке (2) и получения нулевого сигнала с измерительной обмотки (положения нового баланса), по достижении которого электродвигатель (10) останавливается. Многофункциональным контроллером (18) регистрируется количество шагов регулирования, пройденное выдвижным штоком (2) датчика из первоначального положения до полного его останова, т.е. до положения нового баланса. Таким образом, линейные перемещения объекта вычисляются посредством умножения количества шагов регулирования линейного шагового электродвигателя на величину шага регулирования, равную 1,55 мкм, и результат выдается на экран ПК как величина линейного перемещения вместе со знаком (направлением) перемещения. Вывод о направлении перемещения движения измерительной обмотки делается по движению ее внутрь или наружу относительно балансного значения. В данном случае в режиме измерения линейных перемещений линейное перемещение выдвижного штока датчика определяют не по величине сигнала датчика (напряжения U), как обычно бывает, а по величине шагов регулирования линейного шагового электродвигателя между двумя нулевыми (балансными) значениями, с точностью до одного шага регулирования электродвигателя в 1,55 мкм.The very operation of the sensor in the mode of measuring linear displacements is as follows. The installation of the sensor is carried out on a stopped (in off or at rest) controlled object. The sensor housing (1) is fixed on the bracket or tripod near the controlled object in such a way that the contact tip (13) of the retractable rod (2) of the sensor abuts against the controlled point of the object, and the risk (15) on the extendable rod (2) is combined as accurately as possible with the front edge of the sensor housing (1), i.e. a pre-calibrated zero value is reached. They include a control and registration unit along with registration programs on a PC. Include in the work of the object under control. As soon as the controlled object starts moving, the retractable rod of the sensor moves with it in the direction of changing the position of the object and the multifunction controller (18) determines the direction (sign) of the movement of the rod (2) together with the ferromagnetic tip (4), after which it automatically turns on the linear step an electric motor (10) for moving the sleeve (6) with the measuring winding (7) in the direction of changing the sign to the position of alignment with the ferromagnetic tip (4) on the rod (2) and receiving a zero signal from the measuring winding (p position of a new balance), after which the motor (10) stops. The multifunction controller (18) registers the number of control steps that the traverse of the retractable rod (2) of the sensor from its initial position to its complete stop, i.e. to the position of a new balance. Thus, the linear displacements of the object are calculated by multiplying the number of control steps of the linear stepper motor by the value of the control step equal to 1.55 μm, and the result is displayed on the PC screen as the value of the linear displacement along with the sign (direction) of displacement. The conclusion about the direction of movement of the measuring winding is made by moving it in or out relative to the balanced value. In this case, in the linear displacement measuring mode, the linear movement of the retractable rod of the sensor is determined not by the value of the sensor signal (voltage U), as is usually the case, but by the value of the steps of regulation of a linear stepper motor between two zero (balanced) values, with an accuracy of up to one control step an electric motor of 1.55 microns.
В случае, когда направление изменения положения контролируемого объекта известно заранее (например изменения трубы в результате теплового расширения), процедура замеров аналогична с той только разницей, что измерение линейного перемещения могут проводить из любого крайнего положения вала (9) линейного шагового электродвигателя, используя всю рабочую длину вала электродвигателя, принимая при этом одно из крайних положений установки за абсолютный ноль, относительно которого будут учитываться новые перемещения штока со своими знаками, т.е. устанавливают датчик в балансное нулевое положение, установив измерительную обмотку (7) в любое крайнее положение, а выдвижной шток (13) отводят в противоположное крайнее положение до упора с объектом контроля. Т.е. обеспечивают максимальный диапазон измерений.In the case when the direction of the change in the position of the controlled object is known in advance (for example, changes in the pipe as a result of thermal expansion), the measurement procedure is similar with the only difference that linear movement can be measured from any extreme position of the linear stepper motor shaft (9) using the entire working the length of the motor shaft, while taking one of the extreme positions of the installation as an absolute zero, relative to which new stem movements with their signs will be taken into account, t .e. the sensor is installed in the balanced zero position by setting the measuring winding (7) to any extreme position, and the retractable rod (13) is taken to the opposite extreme position until it stops with the control object. Those. provide the maximum range of measurements.
После n-го количества таких циклов (коих может быть сколь угодно много) и, как следствие, достижения рабочего устойчивого режима и при отсутствии дальнейших изменений в текущем равновесном рабочем состоянии контролируемого объекта происходит автоматический переход на режим контроля вибраций.After the nth number of such cycles (of which there can be arbitrarily many) and, as a result, the achievement of a working stable mode and in the absence of further changes in the current equilibrium working state of the controlled object, an automatic transition to the vibration control mode occurs.
Режим контроля вибраций осуществляется следующим образом. После достижения рабочего устойчивого режима контролируемого объекта и при отсутствии дальнейших изменений в этом состоянии многофункциональный контроллер (18) отключает линейный шаговый электродвигатель (10) при любом положении штока (2) кроме крайнего. Величина напряжения с измерительной обмотки (7) в таком положении штока с ферромагнитным наконечником (4) принимается за точку отсчета (ноль). Поскольку измерительная обмотка (7) также неподвижна, то вибрации контролируемого объекта регистрируются вследствие движения ферромагнитного наконечника относительно неподвижной измерительной обмотки посредством изменения напряжения на измерительной обмотке. Показания напряжения с обмотки фиксируются АЦП многофункционального контроллера (18). По завершении процедуры измерения вибраций контролируемого объекта замеренные показания напряжения переводятся в величину перемещений в соответствии с калибровочной зависимостью.The vibration control mode is as follows. After reaching the stable operating mode of the controlled object and in the absence of further changes in this state, the multifunction controller (18) disables the linear stepper motor (10) at any position of the rod (2) except for the extreme one. The voltage value from the measuring winding (7) in this position of the rod with a ferromagnetic tip (4) is taken as the reference point (zero). Since the measuring winding (7) is also stationary, the vibrations of the controlled object are recorded due to the movement of the ferromagnetic tip relative to the stationary measuring winding by changing the voltage on the measuring winding. Indications of voltage from the winding are recorded by the ADC of the multifunction controller (18). Upon completion of the vibration measurement procedure of the controlled object, the measured voltage readings are converted to the displacements in accordance with the calibration dependence.
Сама запись показаний вибрации контролируемого объекта, имеющего несколько степеней свободы, имеет сложный вид и выглядит как сложная синусоидальная функция. По результату спектрального анализа судят о наличии определенных собственных (полезных), а также посторонних (вредных - например, нецентровка или биения) частот оборудования, т.е. о работе контролируемого объекта судят не по величине отклонений объекта, что тоже важно, но в большей степени по результату спектрального анализа сигнала датчика при вибрации контролируемого объекта.The recording of vibration readings of a controlled object having several degrees of freedom has a complex form and looks like a complex sinusoidal function. Based on the result of the spectral analysis, one judges the presence of certain natural (useful), as well as extraneous (harmful - for example, off-center or beating) frequencies of the equipment, i.e. the operation of the controlled object is judged not by the magnitude of the deviations of the object, which is also important, but to a greater extent by the result of spectral analysis of the sensor signal during vibration of the controlled object.
Поскольку процесс регистрации линейных перемещений с последующей регистрацией вибраций долгий процесс, то возможна работа датчика в многосуточном режиме.Since the process of registering linear movements with subsequent registration of vibrations is a long process, it is possible to operate the sensor in a multi-day mode.
Предлагаемый датчик не критичен к положению и месту крепления корпуса датчика по отношению к контролируемому объекту при проведении измерений, поскольку перемещающаяся измерительная обмотка датчика при любом положении выдвижного штока всегда позволяет проводить балансировку датчика при любом положении выдвижного штока. Предлагаемый датчик прошел лабораторные испытания, показав высокую точность определения линейных перемещений, используя величину шага регулирования линейного шагового электродвигателя, и вибраций.The proposed sensor is not critical to the position and mounting location of the sensor housing in relation to the controlled object during measurements, since the moving measuring coil of the sensor at any position of the retractable rod always allows the sensor to be balanced at any position of the retractable rod. The proposed sensor has passed laboratory tests, showing high accuracy in determining linear displacements, using the magnitude of the step of regulation of a linear stepper motor, and vibration.
Таким образом, изобретением достигается заявленный технический результат и высокая чувствительность датчика благодаря параметрам измерительной обмотки вкупе с оперативностью работы, как в режиме регистрации линейного перемещения, так и в режиме регистрации вибраций контролируемого объекта.Thus, the invention achieves the claimed technical result and high sensitivity of the sensor due to the parameters of the measuring winding, coupled with the efficiency of work, both in the mode of recording linear displacement and in the mode of recording vibrations of a controlled object.
Claims (2)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2011113547/28A RU2456541C1 (en) | 2011-04-08 | 2011-04-08 | Linear displacement and vibration sensor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2011113547/28A RU2456541C1 (en) | 2011-04-08 | 2011-04-08 | Linear displacement and vibration sensor |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2456541C1 true RU2456541C1 (en) | 2012-07-20 |
Family
ID=46847490
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2011113547/28A RU2456541C1 (en) | 2011-04-08 | 2011-04-08 | Linear displacement and vibration sensor |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2456541C1 (en) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU169476U1 (en) * | 2016-10-06 | 2017-03-21 | Акционерное общество "Научно-технический центр "Диапром" | LINEAR MOVEMENT CONVERTER |
| RU2618625C1 (en) * | 2016-04-18 | 2017-05-10 | Александр Николаевич Фадеев | Sensor of linear displacements and vibrations |
| CN108127561A (en) * | 2017-12-19 | 2018-06-08 | 苏州锃道研磨技术有限公司 | It is a kind of to power off the retainable absolute position measure and control device of data and its investigating method |
| CN108151689A (en) * | 2017-11-20 | 2018-06-12 | 中国建筑股份有限公司 | High accuracy displacement sensor |
| RU192335U1 (en) * | 2019-04-24 | 2019-09-12 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Коммерческие Разработки Измерительной Техники" (Ооо "Крит") | Wireless Three-Channel Vibration Sensor |
| RU212562U1 (en) * | 2021-01-11 | 2022-07-28 | Федеральное Государственное Казенное Военное Образовательное Учреждение Высшего Образования "Военная Академия Материально-Технического Обеспечения Имени Генерала Армии А.В.Хрулева" Министерства Обороны Российской Федерации | Linear encoder, potentiometric type |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7432497B2 (en) * | 2005-09-29 | 2008-10-07 | Mitutoyo Corporation | Absolute linear encoder |
| RU2375674C2 (en) * | 2008-02-12 | 2009-12-10 | Закрытое акционерное общество "Диапром" | Linear displacement transducer |
-
2011
- 2011-04-08 RU RU2011113547/28A patent/RU2456541C1/en active IP Right Revival
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7432497B2 (en) * | 2005-09-29 | 2008-10-07 | Mitutoyo Corporation | Absolute linear encoder |
| RU2375674C2 (en) * | 2008-02-12 | 2009-12-10 | Закрытое акционерное общество "Диапром" | Linear displacement transducer |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2618625C1 (en) * | 2016-04-18 | 2017-05-10 | Александр Николаевич Фадеев | Sensor of linear displacements and vibrations |
| RU169476U1 (en) * | 2016-10-06 | 2017-03-21 | Акционерное общество "Научно-технический центр "Диапром" | LINEAR MOVEMENT CONVERTER |
| CN108151689A (en) * | 2017-11-20 | 2018-06-12 | 中国建筑股份有限公司 | High accuracy displacement sensor |
| CN108127561A (en) * | 2017-12-19 | 2018-06-08 | 苏州锃道研磨技术有限公司 | It is a kind of to power off the retainable absolute position measure and control device of data and its investigating method |
| RU192335U1 (en) * | 2019-04-24 | 2019-09-12 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Коммерческие Разработки Измерительной Техники" (Ооо "Крит") | Wireless Three-Channel Vibration Sensor |
| RU212562U1 (en) * | 2021-01-11 | 2022-07-28 | Федеральное Государственное Казенное Военное Образовательное Учреждение Высшего Образования "Военная Академия Материально-Технического Обеспечения Имени Генерала Армии А.В.Хрулева" Министерства Обороны Российской Федерации | Linear encoder, potentiometric type |
| RU221006U1 (en) * | 2023-09-01 | 2023-10-13 | Общество с ограниченной ответственность "Уральский инжиниринговый центр" | Linear displacement sensor |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2456541C1 (en) | Linear displacement and vibration sensor | |
| CN108344911A (en) | Spool test device | |
| CN203642896U (en) | Linear displacement sensor on-line calibration clamp | |
| GB2486865A (en) | Rotational viscometer | |
| CN1979184A (en) | Transverse piezoelectric strain constant measuring method by piezoelectric material quasistatic method and system thereof | |
| EP3913321B1 (en) | Equipment for the reset, calibration and measurement of measuring instruments | |
| JP7050671B2 (en) | Devices and methods for non-contact detection of torque, torsional natural vibration and / or torsional vibration | |
| KR101004117B1 (en) | A thermometer combined electric and mechanic thermometer for measuring temperature of cylinder exhaust gas of diesel engine for ship | |
| CN102359759B (en) | Measuring system for electrical runout amount of revolving body | |
| CN202133349U (en) | Calibrating device for non-contact displacement sensor | |
| US10185021B2 (en) | Non-contact magnetostrictive sensor alignment methods and systems | |
| RU172091U1 (en) | Eddy Current Transmitter | |
| RU2375674C2 (en) | Linear displacement transducer | |
| RU182826U1 (en) | Device for checking eddy current measuring transducer | |
| RU2596693C1 (en) | Rotary goniometric table | |
| CN101922907A (en) | Measuring method for form and position tolerance | |
| CN101852581A (en) | Continuous wall thickness measurer and measuring method | |
| CN103900512B (en) | Micrometric displacement marking apparatus and using method thereof | |
| CN105973548A (en) | Water vapor transmittance testing clamp based on active metal electrical method | |
| US6286227B1 (en) | Micrometer system and process of use therefor | |
| CN105091724A (en) | LVDT measuring head rapid calibration tool and calibration method | |
| CN202661097U (en) | Thermal stability calibration device of electric eddy current sensor | |
| RU2483277C1 (en) | Strain gauge | |
| CN206177788U (en) | Pendulum calibrating device | |
| JP2009250678A (en) | Materials testing machine |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20160409 |
|
| NF4A | Reinstatement of patent |
Effective date: 20170313 |
|
| PD4A | Correction of name of patent owner |