RU2601266C1

RU2601266C1 - Eddy current motion simulator

Info

Publication number: RU2601266C1
Application number: RU2015134626/28A
Authority: RU
Inventors: Анатолий Николаевич Филиппов; Виктор Павлович Дунаевский; Вадим Евгеньевич Багдатьев
Original assignee: Акционерное общество "Научно-производственное объединение измерительной техники"
Priority date: 2015-08-17
Filing date: 2015-08-17
Publication date: 2016-10-27

Abstract

FIELD: test and measurement equipment.

SUBSTANCE: invention relates to instrumentation and can be used for checking and adjusting of eddy-current differential motion sensors. Essence: eddy-current motion simulator comprises the main inductance winding, magnetically connected with excitation winding of eddy-current sensor, and the main variable resistor, additional inductance coil magnetically connected with excitation winding and first measurement winding of eddy-current sensor, and an additional variable resistor. Main simulator winding is magnetically connected with the second measuring winding of the sensor. Both windings of the simulator are identical to the measuring windings of the sensor, are consequently connected and shunted with main alternating resistor and additional variable resistor. Central output of additional variable resistor is connected to common point of connection of simulator windings.

EFFECT: technical result is expansion of functional capabilities by enabling simulation of mechanical displacement of the controlled object as across the plane of the sensitive element of eddy current motion sensor (gap), and along the plane of its sensitive element.

1 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для проверки и настройки вихретоковых датчиков перемещения.The invention relates to instrumentation and can be used to test and configure eddy current displacement sensors.

Известен механический имитатор зазора между чувствительным элементом вихретокового датчика и контролируемым объектом, содержащий скобу с двумя соосными отверстиями, в одном из которых установлен узел задания эталонного перемещения с подвижным стержнем и механизм юстировки с микрометрическим устройством, в другом - узел крепления калибруемого датчика (см., например, а.с. СССР, №1580152, G01B 7/14, 1988 г.).A mechanical simulator of the gap between the sensing element of the eddy current sensor and the controlled object is known, containing a bracket with two coaxial holes, in one of which there is a reference movement reference unit with a movable rod and an adjustment mechanism with a micrometric device, in the other, the calibration sensor mounting unit (see, for example, A.S. USSR, No. 1580152, G01B 7/14, 1988).

Недостатком аналога является ограниченные функциональные возможности имитатора: имитация только зазора (перемещения перпендикулярно плоскости чувствительного элемента датчика) и статичность механических измерений.The disadvantage of the analogue is the limited functionality of the simulator: simulation of only the gap (moving perpendicular to the plane of the sensor element of the sensor) and the static nature of mechanical measurements.

Вместе с тем известно, что чувствительный элемент вихретокового датчика в виде измерительной обмотки, расположенной вблизи проводящего экрана, представляет собой эквивалентную систему связанных контуров. Благодаря вихретоковым токам, текущим в проводящем экране, в измерительную обмотку датчика вносится эквивалентное сопротивление, величина которого является функцией зазора между датчиком и экраном. Изменяя эквивалентное сопротивление, вносимое в измерительную обмотку датчика, имитируют изменение величины зазора.However, it is known that the sensing element of the eddy current sensor in the form of a measuring winding located near the conductive screen is an equivalent system of coupled circuits. Due to the eddy currents flowing in the conductive screen, an equivalent resistance is introduced into the measuring coil of the sensor, the value of which is a function of the gap between the sensor and the screen. By changing the equivalent resistance introduced into the measuring coil of the sensor, they simulate a change in the gap.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому техническому решению является вихретоковый имитатор вибрации, содержащий обмотку индуктивности, магнитосвязанную с обмоткой возбуждения вихретокового датчика, работающего в резонансном режиме и возбуждаемого от внешнего генератора, и резистор переменного сопротивления, которым осуществляют шунтирование индуктивности имитатора по закону вибрации объекта (см. «Эквивалентный электрический метод определения амплитудно-частотной характеристики вихретоковых датчиков виброперемещения», А.Е. Манохин, Н.Б. Герасимов, журнал «Измерительная техника», №6, 2000, стр. 43-45).The closest in technical essence to the claimed technical solution is an eddy current vibration simulator containing an inductance winding magnetically coupled to an excitation winding of an eddy current sensor operating in resonant mode and excited from an external generator, and a variable resistance resistor that imitates the inductance of the simulator according to the law of vibration of the object ( see. "Equivalent electrical method for determining the amplitude-frequency characteristics of eddy current sensors scheniya "AE Manohin, NB Gerasimov, the magazine" Measuring equipment ", №6, 2000, p. 43-45).

Недостатками данного устройства являются ограниченные функциональные возможности имитатора, а именно имитация изменения только зазора между датчиком и экраном и невозможность имитации перемещения вдоль плоскости чувствительного элемента вихретокового датчика перемещений.The disadvantages of this device are the limited functionality of the simulator, namely the simulation of only the gap between the sensor and the screen and the inability to simulate movement along the plane of the sensing element of the eddy current displacement sensor.

Задача, решаемая изобретением, заключается в расширении функциональных возможностей устройства, а именно имитации механического смещения контролируемого объекта как поперек плоскости чувствительного элемента вихретокового датчика перемещения (зазора), так и дополнительной имитации перемещения вдоль плоскости его чувствительного элемента.The problem solved by the invention is to expand the functionality of the device, namely simulating the mechanical displacement of the controlled object both across the plane of the sensing element of the eddy current displacement sensor (gap), and additional simulating displacement along the plane of its sensing element.

Ожидаемый технический эффект достигается тем, что в вихретоковый имитатор перемещений, содержащий основную обмотку индуктивности, магнитосвязанную с обмоткой возбуждения вихретокового датчика, и основной резистор переменного сопротивления, введена дополнительная обмотка индуктивности, магнитосвязанная с обмоткой возбуждения и первой измерительной обмоткой вихретокового датчика, и дополнительный резистор переменного сопротивления, кроме того, основная обмотка имитатора магнитосвязана со второй измерительной обмоткой датчика, обе обмотки имитатора выполнены идентично измерительным обмоткам датчика, соединены последовательно и шунтированы основным резистором переменного сопротивления и дополнительным резистором переменного сопротивления, причем средний вывод дополнительного резистора переменного сопротивления соединен с общей точкой соединения обмоток имитатора.The expected technical effect is achieved in that an eddy current displacement simulator containing a main inductance winding magnetically connected to the field winding of the eddy current sensor and a main variable resistance resistor introduces an additional inductance magnetically coupled to the field winding and the first measuring winding of the eddy current sensor, and an additional variable resistor resistance, in addition, the main winding of the simulator is magnetically connected to the second measuring winding of the sensor, Simulator windings are identical measuring sensor windings are connected in series and are shunted by the main variable resistance resistor and an additional resistor of variable resistance, with an average output of the additional resistor variable resistance connected to the common connection point of the windings of the simulator.

На фиг. 1 приведена функциональная схема предлагаемого устройства, на фиг. 2 показана конструкция вихретокового датчика перемещений, взаимодействующая с контролируемым объектом, а на фиг. 3 показано взаимное расположение вихретокового имитатора и вихретокового датчика перемещений при испытаниях.In FIG. 1 shows a functional diagram of the proposed device, FIG. 2 shows the design of an eddy current displacement transducer interacting with a controlled object, and in FIG. 3 shows the relative position of the eddy current simulator and the eddy current displacement transducer during testing.

Вихретоковый имитатор перемещений 1 (фиг. 1) содержит основную обмотку индуктивности 2, магнитосвязанную с обмоткой возбуждения 3 вихретокового датчика 4, работающего в резонансном режиме и возбуждаемого от внешнего генератора 5, основной резистор переменного сопротивления 6 и дополнительную обмотку индуктивности 7, магнитосвязанную с обмоткой возбуждения 3 и первой измерительной обмоткой 8 вихретокового датчика 4, и дополнительный резистор переменного сопротивления 9. Кроме того, основная обмотка имитатора 2 магнитосвязана со второй измерительной обмоткой 10 датчика 4, обе обмотки 2 и 7 имитатора 1 выполнены идентично измерительным обмоткам 8 и 10 датчика 4, соединены последовательно и шунтированы основным резистором переменного сопротивления 6 и дополнительным резистором переменного сопротивления 9, причем средний вывод дополнительного резистора переменного сопротивления 9 соединен с общей точкой соединения обмоток 2 и 7 имитатора 1. Противоположные концы измерительных обмоток 8 и 10 датчика 4 подключены к входам дифференциального усилителя 11.The eddy current displacement simulator 1 (Fig. 1) contains the main inductance winding 2 magnetically connected to the field winding 3 of the eddy current sensor 4 operating in resonance mode and excited from an external generator 5, the main resistor of variable resistance 6 and the additional inductor 7, magnetically connected to the field winding 3 and the first measuring winding 8 of the eddy current sensor 4, and an additional resistor of variable resistance 9. In addition, the main winding of the simulator 2 is magnetically connected to the second with a total winding 10 of the sensor 4, both windings 2 and 7 of the simulator 1 are identical to the measuring windings 8 and 10 of the sensor 4, connected in series and shunted by the main resistor of variable resistance 6 and an additional resistor of variable resistance 9, and the middle terminal of an additional resistor of 9 resistance is connected to a common the connection point of the windings 2 and 7 of the simulator 1. The opposite ends of the measuring windings 8 and 10 of the sensor 4 are connected to the inputs of the differential amplifier 11.

Вихретоковый датчик перемещения 4 (см. фиг. 2) содержит установленные в открытой части корпуса прямоугольную обмотку возбуждения 3 и две прямоугольные одинаково выполненные измерительные обмотки 8, 10, включенные навстречу друг другу. Они расположены симметрично по краям обмотки возбуждения 3 в параллельных плоскостях с ней, причем ширина обмоток 8, 10 не превышает ширины обмотки возбуждения 3 (см., например, патент RU №2163350, 1999 г.). Металлический контролируемый объект 12 установлен с возможностью перемещения вдоль открытой части корпуса датчика 4 и на некотором расстоянии h относительно него.The eddy current displacement transducer 4 (see Fig. 2) contains a rectangular field winding 3 installed in the open part of the housing and two rectangular, equally made measuring windings 8, 10, connected towards each other. They are located symmetrically along the edges of the field winding 3 in parallel planes with it, and the width of the windings 8, 10 does not exceed the width of the field winding 3 (see, for example, patent RU No. 2163350, 1999). The metal controlled object 12 is mounted to move along the open part of the sensor housing 4 and at a certain distance h relative to it.

Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.

При подаче питания на измеритель перемещения высокочастотный генератор 5 возбуждается на резонансной частоте колебательного контура, образованного индуктивностью обмотки возбуждения 3 вихретокового датчика 4 и выходной емкостью генератора 5. В результате на обмотке 3 датчика 4 возникает переменное напряжение Uh, амплитуда которого зависит от расстояния h до контролируемого объекта 12. Металлический объект 12, перемещаясь параллельно плоскости обмотки возбуждения 3, «возмущает» электромагнитное поле в пределах, охватываемых витками обмотки возбуждения 3, что приводит к появлению разностного сигнала, вырабатываемого встречно включенными измерительными обмотками 8 и 10. Величина этого разностного сигнала тем больше, чем больше смещение L контролируемого объекта 12 от середины к ее краям. Максимальное перемещение ±L_max объекта 12, контролируемое датчиком 4, определяется разностью между длиной обмотки возбуждения 3 и шириной контролируемого объекта 12. Разностный сигнал Uл после усиления дифференциальным усилителем 11 поступает на индикатор (не показан).When power is supplied to the displacement meter, the high-frequency generator 5 is excited at the resonant frequency of the oscillating circuit formed by the inductance of the field winding 3 of the eddy current sensor 4 and the output capacity of the generator 5. As a result, an alternating voltage Uh arises on the winding 3 of the sensor 4, the amplitude of which depends on the distance h to the object 12. The metal object 12, moving parallel to the plane of the field winding 3, "perturbes" the electromagnetic field within the range covered by the turns of the windings and excitation 3, which leads to the appearance of a difference signal generated by counter-connected measuring windings 8 and 10. The magnitude of this difference signal is greater, the greater the displacement L of the controlled object 12 from the middle to its edges. The maximum displacement ± L _{max of the} object 12, controlled by the sensor 4, is determined by the difference between the length of the field winding 3 and the width of the controlled object 12. The difference signal Ul after amplification by the differential amplifier 11 is fed to an indicator (not shown).

При калибровке вихретокового датчика перемещений 4 имитатор перемещений устанавливается перед датчиком 4 так, как показано на фиг. 3. Уменьшение величины сопротивления 6 приводит к одинаковому шунтированию обмоток 2 и 7 и увеличению активных потерь, вносимых в обмотку возбуждения 3, что, в свою очередь, приводит к уменьшению напряжения Uh на обмотке возбуждения 3. Это интерпретируется как уменьшение зазора h. В то же время, уменьшение сопротивления 6 приводит и к увеличению потерь в измерительных обмотках 8 и 10 датчика 4. Но эти потери одинаковы, поэтому разностного сигнала Uл не возникает.When calibrating the eddy current displacement sensor 4, a displacement simulator is installed in front of the sensor 4 as shown in FIG. 3. A decrease in the resistance value 6 leads to the same shunting of the windings 2 and 7 and an increase in the active losses introduced into the field winding 3, which, in turn, leads to a decrease in the voltage Uh on the field winding 3. This is interpreted as a decrease in the gap h. At the same time, a decrease in resistance 6 leads to an increase in losses in the measuring windings 8 and 10 of the sensor 4. But these losses are the same, therefore, the difference signal Uл does not occur.

Изменение величины сопротивления 9 приводит к неодинаковому шунтированию обмоток 2 и 7 (в то время как одна обмотка шунтируется сильнее, другая разгружается), поэтому появляется разностный сигнал Uл, величина и фаза которого зависит от положения среднего вывода переменного сопротивления 9.A change in the resistance value 9 leads to unequal shunting of the windings 2 and 7 (while one winding is shunting stronger, the other is unloaded), therefore, a difference signal Ul appears, the magnitude and phase of which depends on the position of the middle terminal of the variable resistance 9.

Введение и соответствующее подключение новых элементов в измеритель перемещений обеспечивает расширение его функциональных возможностей за счет имитации механического смещения контролируемого объекта как поперек плоскости чувствительного элемента вихретокового датчика перемещения (зазора), так и дополнительной имитации перемещения вдоль плоскости его чувствительного элемента.The introduction and appropriate connection of new elements to the displacement meter provides the expansion of its functionality by simulating the mechanical displacement of the controlled object both across the plane of the sensing element of the eddy current displacement sensor (gap), and by additional simulating displacement along the plane of its sensing element.

Claims

Eddy current displacement simulator containing the main inductance coil magnetically connected to the field winding of the eddy current displacement sensor, and a main variable resistance resistor, characterized in that an additional inductance magnetically connected to the field winding and the first measuring winding of the eddy current sensor, and an additional variable resistance resistor are introduced In addition, the main winding of the simulator is magnetically connected to the second measuring winding of the sensor, both windings of them the itator are identical with the measuring windings of the sensor, connected in series and shunted by the main resistor of variable resistance and an additional resistor of variable resistance, and the middle terminal of the additional resistor of variable resistance is connected to a common point of connection of the main and additional windings of the simulator.