RU2794285C1

RU2794285C1 - String displacement transducer

Info

Publication number: RU2794285C1
Application number: RU2022119522A
Authority: RU
Inventors: Владимир Олегович Маслов; Александр Олегович Кучеренко; Евгений Олегович Добрышкин; Ян Александрович Куницын; Сергей Леонидович Осмоловский
Original assignee: Владимир Олегович Маслов; Александр Олегович Кучеренко; Евгений Олегович Добрышкин; Ян Александрович Куницын; Сергей Леонидович Осмоловский
Filing date: 2022-07-15
Publication date: 2023-04-14

Abstract

FIELD: electrical measurements of non-electrical values (displacements).

SUBSTANCE: invention can be used in systems for monitoring the technical condition of buildings and structures. A string displacement transducer contains a housing, a measuring element in the form of a string with constant tension, the first movable element, which perceives movement with the help of rods, connected to the first movable tip, made in the form of a hollow cylinder with holes in the ends of the cylinder, in which the string is installed with the possibility of moving along sliding fits, highlighting a section of a string of constant length inside the cylinder (third section). On the generatrix of the cylinder of the first tip in its middle part there is the first converter of the string tension into an electrical signal; the second movable tip is made in the form of a hollow cylinder with a rack-type ratchet mounted on it, the pawl and the clamping spring of which are attached on the sensor body. Inside the second movable tip there is a second movable element, which has the ability to move along the second section of the string of variable length. There is a second converter of string tension into an electrical signal, and the second movable element on the generatrix of the second movable element, located exactly in the middle of the second section of the string of variable length, has a vertical groove that provides free movement in a plane perpendicular to the axis of the string, the first hinge axis of the first pair of movable links equal to length, the second hinge axes of which are respectively located on the body and the second movable tip, forming the first slider. Between the end face of the body and the first movable tip, there is a third movable element that can move along the first section of the string of variable length. There is a third converter of the string tension into an electrical signal on the generatrix of the third movable element. The third movable element, located exactly in the middle of the third section of the string of variable length, has a vertical groove that provides free movement in a plane perpendicular to the axis of the string, the second hinge axis of the second pair of movable links of equal length, the second hinge axes of which are respectively located on the first movable tip and the body, forming a second slider. The second movable tip has holes coaxial with the first movable tip, one of which has a sliding fit that highlights the second working section of the string. The casing is sealed by means of a bellows.

EFFECT: improved accuracy and noise immunity of displacement measurement.

1 cl, 6 dwg

Description

Изобретение относится к области электрических измерений неэлектрических, в частности перемещений, величин и может использоваться в системах мониторинга технического состояния зданий и сооружений.The invention relates to the field of electrical measurements of non-electrical, in particular displacements, quantities and can be used in systems for monitoring the technical condition of buildings and structures.

Известен датчик для измерения больших, медленно меняющихся перемещений, содержащий корпус, измерительный элемент, расположенный в корпусе и выполненный в виде струны, подвижный элемент, выполненный в виде охватывающего корпус цилиндра, наконечник, связанный с подвижным элементом и выделяющей на струне два рабочих участка и два преобразователя измеряемых величин в электрический сигнал (RU №372464, G01L 1/10, G01b 17/04, 12.03.1971).A known sensor for measuring large, slowly changing displacements, containing a housing, a measuring element located in the housing and made in the form of a string, a movable element made in the form of a cylinder covering the body, a tip associated with the movable element and highlighting two working areas and two converter of measured values into an electrical signal (RU No. 372464, G01L 1/10, G01b 17/04, 12.03.1971).

Основным недостатком данного изобретения является низкая точность измерения, из-за невозможности контроля за натяжением струны, которая во времени изменяется как от релаксации материала струны, так и от некачественного закрепления струны в ниппелях.The main disadvantage of this invention is the low measurement accuracy, due to the impossibility of controlling the string tension, which changes over time both from the relaxation of the string material and from poor-quality fastening of the string in the nipples.

Известен датчик перемещения, корпус которого содержит измерительный элемент в виде струны с постоянным натяжением, подвижный элемент, воспринимающий перемещение и с помощью тяг, связанный с наконечником, выполненным в виде полого цилиндра с отверстиями в торцах цилиндра, в которых установлена струна с возможностью перемещения по скользящим посадкам, выделяющих внутри цилиндра участок струны постоянной длины. На образующей цилиндра в средней его части расположен преобразователь натяжения струны в электрический сигнал. Под рабочими участками струны, расположенными за пределами цилиндра, размещены два преобразователя измеряемой величины в электрический сигнал, при этом герметизация корпуса осуществлена за счет сильфона (SU №583371 А2, G01B 17/04, G01L 1/10, 15.12.1975).A displacement sensor is known, the body of which contains a measuring element in the form of a string with constant tension, a movable element that perceives movement and, with the help of rods, connected to a tip made in the form of a hollow cylinder with holes in the ends of the cylinder, in which the string is installed with the ability to move along sliding landings that allocate a section of a string of constant length inside the cylinder. On the generatrix of the cylinder in its middle part there is a string tension converter into an electrical signal. Under the working sections of the string, located outside the cylinder, there are two converters of the measured value into an electrical signal, while the housing is sealed by a bellows (SU No. 583371 A2, G01B 17/04, G01L 1/10, 12/15/1975).

Основным недостатком данного изобретения является то, что регистрация измеряемых перемещений возможна только при включенной вторичной аппаратуре, а также низкая точность измерения за счет того, что в процессе измерения меняется точка приложения возбуждающего колебания рабочих участков струны импульса силы, а, следовательно, состав гармоник и амплитуда колебаний струны, являющиеся причинами основной (амплитудной) погрешности струнных преобразователей.The main disadvantage of this invention is that the registration of the measured displacements is possible only when the secondary equipment is turned on, as well as the low measurement accuracy due to the fact that during the measurement process the point of application of the force impulse that excites vibrations of the working sections of the string changes, and, consequently, the composition of the harmonics and the amplitude string vibrations, which are the causes of the main (amplitude) error of string transducers.

По авт.св. на изобретение (RU №2685803 C1, G01L 1/10, 15.12.2017) известен датчик перемещения, содержащий корпус с измерительным элементом в виде струны с постоянным натяжением, подвижный элемент, воспринимающий перемещение и с помощью тяг, связанный с первым наконечником, выполненным в виде полого цилиндра с отверстиями в торцах цилиндр, в которых установлена струна с возможностью перемещения по скользящим посадкам, выделяющим внутри цилиндра участок струны постоянной длины, на образующей цилиндра в средней его части расположен первый преобразователь натяжения струны в электрический сигнал, под первым и вторым рабочими участками струны, расположенными за пределами цилиндра первого наконечника, размещены второй и третий преобразователи измеряемой величины в электрический сигнал, причем второй преобразователь закреплен на корпусе датчика перемещения, герметизация корпуса датчика перемещения осуществлена за счет сильфона, отличающийся тем, что с целью обеспечения регистрации не только текущего значении перемещения, но максимального за весь предыдущий период измерения, датчик перемещения снабжен второй подвижный наконечник в виде полого цилиндра с закрепленный на нем храповиком реечного типа, собачку и прижимную пружину, которые закреплены на корпусе датчика перемещения, а третий преобразователь закреплен в полости второго подвижного наконечника, который имеет соосные с первым подвижным наконечником отверстия, в одном из которых имеется скользящая посадка, выделяющая второй рабочий участок струны.According to the author of St. According to the invention (RU No. 2685803 C1, G01L 1/10, 12/15/2017), a displacement sensor is known, containing a housing with a measuring element in the form of a string with constant tension, a movable element that perceives movement and with the help of rods connected to the first tip, made in in the form of a hollow cylinder with holes in the ends of the cylinder, in which the string is installed with the ability to move along sliding landings, which allocate a section of the string of constant length inside the cylinder, on the generatrix of the cylinder in its middle part there is the first converter of the string tension into an electrical signal, under the first and second working sections strings located outside the cylinder of the first tip, the second and third converters of the measured value into an electrical signal are placed, and the second converter is fixed on the displacement sensor housing, the displacement sensor housing is sealed by a bellows, characterized in that, in order to ensure registration of not only the current value displacement, but maximum for the entire previous measurement period, the displacement sensor is equipped with a second movable tip in the form of a hollow cylinder with a rack-type ratchet fixed on it, a pawl and a clamping spring, which are fixed on the displacement sensor body, and the third transducer is fixed in the cavity of the second movable tip, which has holes coaxial with the first movable tip, one of which has a sliding fit that highlights the second working section of the string.

Датчик перемещений по авт.св. на изобретение (RU №2685803 С1, G01L 1/10, 15.12.2017) обеспечивает при выключенной или поврежденной вторичной аппаратуре получение информации о максимальных значениях перемещений за весь период эксплуатации.Displacement sensor on avt.sv. for the invention (RU No. 2685803 C1, G01L 1/10, 12/15/2017) provides, with the secondary equipment turned off or damaged, obtaining information on the maximum displacement values for the entire period of operation.

Существенным недостатком известного датчика перемещения является то, что преобразователи натяжения струны в электрический сигнал, под первым и вторым рабочими участками струны, расположены на корпусе датчика и корпусе второго подвижного наконечника неподвижно. В процессе измерения меняются точки приложения возбуждающего колебания струны импульса силы относительно центров рабочих участков струны, что влечет за собой изменение состава гармоник и амплитуды колебаний струны, которая в свою очередь влияет на основную (амплитудную) погрешности струнных преобразователей. Амплитуда колебания струны зависит от точки приложения силы (x_o). При расположении точки (х_o) в центре струны (х_о=l/2) наиболее эффектно возбуждаются 1, 3, 5 … и другие нечетные гармоники, а четные гармоники 2, 4, 6, … оказываются подавленными. Так как в струнных преобразователях информативным параметром является собственная частота (или период) первой гармоники, то в целях снижения амплитудной погрешности и повышения помехоустойчивости целесообразно, чтобы расположение точки (x_o) поддерживалось в центре рабочих участков струны (x_oi=l_i/2) на всем интервале измерения, что обеспечивается в датчике перемещений по авт.св. на изобретение №2685803 только для третьего участка струны (x_o3=l₃/2).A significant disadvantage of the known movement sensor is that the string tension converters into an electrical signal, under the first and second working sections of the string, are fixedly located on the sensor body and the body of the second movable tip. In the process of measurement, the points of application of the force impulse that excites the vibrations of the string relative to the centers of the working sections of the string change, which entails a change in the composition of the harmonics and the amplitude of the vibrations of the string, which in turn affects the main (amplitude) error of the string transducers. The amplitude of the string vibration depends on the point of force application (x _o ). When the point (x _o ) is located in the center of the string (x _o \u003d l / 2), 1, 3, 5 ... and other odd harmonics are most effectively excited, and even harmonics 2, 4, 6, ... are suppressed. Since in string transducers an informative parameter is the natural frequency (or period) of the first harmonic, in order to reduce the amplitude error and increase noise immunity, it is advisable that the location of the point (x _o ) be maintained in the center of the working sections of the string (x _oi =l _i /2) over the entire measurement interval, which is provided in the displacement sensor by avt. for invention No. 2685803 only for the third section of the string (x _o3 =l ₃ /2).

Задачей заявляемого технического решения является создание струнного преобразователя перемещения, в котором точки приложения силы возбуждения колебаний рабочих участков струны (x_oi) поддерживаются в центре соответствующих рабочих участков струны (x_oi=l_i/2) на всем интервале измерения, что снижает амплитудную погрешность и повышает помехоустойчивость.The objective of the proposed technical solution is to create a string displacement transducer, in which the points of application of the force of excitation of oscillations of the working sections of the string (x _oi ) are supported in the center of the corresponding working sections of the string (x _oi =l _i /2) over the entire measurement interval, which reduces the amplitude error and improves noise immunity.

Технический результат достигается тем, что струнный преобразователь перемещения, содержащий корпус с измерительным элементом в виде струны с постоянным натяжением, подвижный элемент, воспринимающий перемещение и с помощью тяг, связанный с первым наконечником, выполненным в виде полого цилиндра с отверстиями в торцах цилиндр, в которых установлена струна с возможностью перемещения по скользящим посадкам, выделяющим внутри цилиндра участок струны постоянной длины (третий участок), на образующей цилиндра в средней его части расположен первый преобразователь натяжения струны в электрический сигнал, под первым и вторым рабочими участками струны, расположенными за пределами цилиндра первого наконечника, размещены второй и третий преобразователи измеряемой величины в электрический сигнал, второй подвижный наконечник в виде полого цилиндра с закрепленным на нем храповиком реечного типа, собачку и прижимную пружину, которые закреплены на корпусе датчика перемещения, а второй преобразователь закреплен в полости второго подвижного наконечника, который имеет соосные с основным подвижным наконечником отверстия, в одном из которых имеется скользящая посадка, выделяющая второй рабочий участок струны, а герметизация корпуса датчика перемещения осуществлена за счет сильфона, снабжен двумя ползунами, при этом первый ползун состоит из второго подвижного элемента, который расположен точно посредине второго участка струны переменной длины, имеет вертикальную проточку, обеспечивающую свободное перемещение в плоскости, перпендикулярной оси струны, первой шарнирной оси первой пары подвижных звеньев равной длины, вторые шарнирные оси которых соответственно расположены на корпусе и втором подвижном наконечнике, а второй преобразователь натяжения струны в электрический сигнал расположен посредине образующей второго подвижного элемента; второй ползун состоит из третьего подвижного элемента, который расположен точно посредине первого участка струны переменной длины, имеет вертикальную проточку, обеспечивающую свободное перемещение в плоскости, перпендикулярной оси струны, второй шарнирной оси второй пары подвижных звеньев равной длины, вторые шарнирные оси которых соответственно расположены на корпусе и первом подвижном наконечнике, а третий преобразователь натяжения струны в электрический сигнал расположен посредине образующей третьего подвижного элемента.The technical result is achieved by the fact that the string displacement transducer, containing a body with a measuring element in the form of a string with constant tension, a movable element that perceives the movement and with the help of rods, is connected to the first tip, made in the form of a hollow cylinder with holes in the ends of the cylinder, in which a string is installed with the ability to move along sliding landings, which allocate a section of a string of constant length (third section) inside the cylinder, on the generatrix of the cylinder in its middle part there is the first converter of the string tension into an electrical signal, under the first and second working sections of the string located outside the cylinder of the first tip, the second and third converters of the measured value into an electrical signal are placed, the second movable tip is in the form of a hollow cylinder with a rack-type ratchet fixed on it, a pawl and a clamping spring, which are fixed on the displacement sensor body, and the second converter is fixed in the cavity of the second movable tip, which has holes coaxial with the main movable tip, one of which has a sliding fit that highlights the second working section of the string, and the displacement sensor housing is sealed by a bellows, is equipped with two sliders, while the first slider consists of a second movable element, which is located exactly in the middle of the second section of the string of variable length, has a vertical groove that provides free movement in a plane perpendicular to the axis of the string, the first hinge axis of the first pair of movable links of equal length, the second hinge axes of which are respectively located on the body and the second movable tip, and the second string tension transducer in the electrical signal is located in the middle of the generatrix of the second movable element; the second slider consists of a third movable element, which is located exactly in the middle of the first section of the string of variable length, has a vertical groove that provides free movement in a plane perpendicular to the axis of the string, the second hinge axis of the second pair of movable links of equal length, the second hinge axes of which are respectively located on the body and the first movable tip, and the third converter of the string tension into an electrical signal is located in the middle of the generatrix of the third movable element.

На фиг. 1 представлено положение элементов струнного преобразователя перемещения в момент установки его на объект (момент времени t₀), на фиг. 2 представлено положение элементов струнного преобразователя перемещения при достижении максимально возможного перемещения, на фиг. 3 представлено положение элементов струнного преобразователя перемещения при текущем значении перемещения, величина которого ниже максимального значения за весь предыдущий период измерения.In FIG. 1 shows the position of the elements of the string displacement transducer at the time of its installation on the object (time t ₀ ), in Fig. 2 shows the position of the elements of the string displacement transducer when the maximum possible displacement is reached, in FIG. 3 shows the position of the elements of the string displacement transducer at the current displacement value, the value of which is lower than the maximum value for the entire previous measurement period.

Корпус струнного преобразователя перемещения (1) содержит измерительный элемент (2) в виде струны с постоянным натяжением, первый подвижный элемент (3), воспринимающий перемещение с помощью тяг (4), связанный с первым подвижным наконечником (5), выполненным в виде полого цилиндра с отверстиями (6) в торцах цилиндра, в которых установлена струна с возможностью перемещения по скользящим посадкам, выделяющим внутри цилиндра участок (7) струны постоянной длины (l₃). На образующей цилиндра первого наконечника в средней его части расположен первый преобразователь (8) натяжения струны в электрический сигнал. Второй подвижный наконечник (9) выполнен в виде полого цилиндра с закрепленным на нем храповиком реечного типа (10), собачка (11) и прижимная пружина (12) которого закреплены на корпусе датчика. Внутри второго подвижного наконечника расположен второй подвижный элемент (13), имеющий возможность перемещаться вдоль второго участка (14) струны переменной длины (l₂). На образующей второго подвижного элемента расположен второй преобразователь (15) натяжения струны в электрический сигнал. Второй подвижный элемент (13), расположенный точно посредине второго участка (14) струны переменной длины (6), имеет вертикальную проточку (16), обеспечивающую свободное перемещение в плоскости, перпендикулярной оси струны, первой шарнирной оси (17) первой пары подвижных звеньев (18) и (19) равной длины, вторая и третья шарнирные оси которых соответственно (20) и (21) расположены на корпусе и втором подвижном наконечнике, образуя первый ползун. Между торцом корпуса и первым подвижным наконечником расположен третий подвижный элемент (22), имеющий возможность перемещения вдоль первого участка (23) струны переменной длины (l₁). На образующей третьего подвижного элемента расположен третий преобразователь (24) натяжения струны в электрический сигнал. Третий подвижный элемент (22), расположенный точно посредине первого участка (23) струны переменной длины (l₁), имеет вертикальную проточку (25), обеспечивающую свободное перемещение в плоскости, перпендикулярной оси струны, второй шарнирной оси (26) второй пары подвижных звеньев (27) и (28) равной длины, четвертая и пятая шарнирные оси которых соответственно (29) и (30) расположены на первом подвижном наконечнике и корпусе датчика перемещения, образуя второй ползун. Герметизация корпуса осуществлена за счет сильфона (31). Второй подвижный наконечник (9) имеет соосные с первым подвижным наконечником (5) отверстия (32, 33, 34, 35, 36), при этом в отверстии (36) имеется скользящая посадка, выделяющая второй рабочий участок (l₂) струны. Для пропуска кабелей от первого, второго и третьего преобразователей (8, 15, 25) измеряемой величины в электрический сигнал используются отверстия (37, 38, 39, 40), отверстия (41, 42, 43, 44) используются для крепления шарнирных осей (20, 21, 29, 30).The body of the string displacement transducer (1) contains a measuring element (2) in the form of a string with constant tension, the first movable element (3), which perceives the movement with the help of rods (4), connected to the first movable tip (5), made in the form of a hollow cylinder with holes (6) in the ends of the cylinder, in which the string is installed with the ability to move along sliding landings, highlighting the section (7) of the string of constant length (l ₃ ) inside the cylinder. On the generatrix of the cylinder of the first tip in its middle part there is the first converter (8) of the string tension into an electrical signal. The second movable tip (9) is made in the form of a hollow cylinder with a rack-type ratchet (10) fixed on it, the pawl (11) and the clamping spring (12) of which are fixed on the sensor body. Inside the second movable tip is the second movable element (13), which is able to move along the second section (14) of the string of variable length (l ₂ ). On the generatrix of the second movable element there is a second converter (15) of the string tension into an electrical signal. The second movable element (13), located exactly in the middle of the second section (14) of the variable length string (6), has a vertical groove (16), which ensures free movement in the plane perpendicular to the string axis, the first hinge axis (17) of the first pair of movable links ( 18) and (19) of equal length, the second and third hinge axes of which, respectively (20) and (21), are located on the body and the second movable tip, forming the first slider. Between the end of the housing and the first movable tip is the third movable element (22), which can move along the first section (23) of the string of variable length (l ₁ ). On the generatrix of the third movable element there is a third converter (24) of the string tension into an electrical signal. The third movable element (22), located exactly in the middle of the first section (23) of the variable length string (l ₁ ), has a vertical groove (25) that provides free movement in a plane perpendicular to the string axis, the second hinge axis (26) of the second pair of movable links (27) and (28) of equal length, the fourth and fifth hinge axes of which, respectively (29) and (30), are located on the first movable tip and the displacement sensor housing, forming the second slider. The housing is sealed with a bellows (31). The second movable tip (9) has holes (32, 33, 34, 35, 36) coaxial with the first movable tip (5), while the hole (36) has a sliding fit that highlights the second working section (l ₂ ) of the string. Holes (37, 38, 39, 40) are used to pass cables from the first, second and third transducers (8, 15, 25) of the measured value into the electrical signal, holes (41, 42, 43, 44) are used to fasten the hinge axles ( 20, 21, 29, 30).

Принцип работы струнного преобразователя перемещения.The principle of operation of a string displacement transducer.

Выделенный участок струны (7) внутри первого наконечника (5) с помощью соосных отверстий (6) всегда остается постоянной длины, а частота его колебаний может изменяться только при изменении натяжения струны, которое должно быть стабильным, при этом этот участок струны совместно с преобразователем (8) используется для контроля стабильности струны.The selected section of the string (7) inside the first tip (5) with the help of coaxial holes (6) always remains of constant length, and the frequency of its oscillations can only change when the tension of the string changes, which must be stable, while this section of the string together with the transducer ( 8) is used to control string stability.

Положение конструктивных элементов струнного преобразователя перемещения в начальный момент времени t_o (в момент установки на объекте, когда перемещение Δl=0) представлено на фиг. 1The position of the structural elements of the string displacement transducer at the initial time t _o (at the time of installation on the object, when the displacement Δl=0) is shown in Fig. 1

На фиг. 4 представлена диаграмма изменения значения измеряемого параметра (перемещения) по значениям выходного сигнала третьего преобразователя (24) при постоянно включенной вторичной аппаратуре системы мониторинга, на фиг. 5 представлена диаграмма изменения максимального значения измеряемого параметра (перемещения) по значениям выходного сигнала второго преобразователя (15), на фиг.6 представлена диаграмма изменения значения измеряемого параметра (перемещения) по значениям выходного сигнала третьего преобразователя (24) в случае отключения вторичной аппаратуры системы мониторинга на интервале времени t₁-t₃.In FIG. 4 shows a diagram of the change in the value of the measured parameter (displacement) according to the values of the output signal of the third transducer (24) with the secondary equipment of the monitoring system constantly turned on, in Fig. 5 shows a diagram of the change in the maximum value of the measured parameter (displacement) according to the values of the output signal of the second converter (15), figure 6 shows a diagram of the change in the value of the measured parameter (displacement) according to the values of the output signal of the third converter (24) in case of turning off the secondary equipment of the monitoring system on the time interval t ₁ -t ₃ .

При измерении перемещения (перемещении на некоторую величину Δl₁) первый подвижный элемент (3), жестко скрепленный с помощью тяг (4) с первым подвижным наконечником (5), перемещается относительно корпуса (1) на величину перемещений Δl₁, изменяя (увеличивая) рабочую длину (l₁) первого рабочего участка струны (23) на величину перемещений Δl₁. На такую же величину сместится второй подвижный наконечник (9), уменьшив длину второго рабочего участка струны (/2) на такую же величину Δl₁.When measuring displacement (moving by a certain amount Δl ₁ ), the first movable element (3), rigidly fastened with the help of rods (4) to the first movable tip (5), moves relative to the body (1) by the amount of displacement Δl ₁ , changing (increasing) working length (l ₁ ) of the first working section of the string (23) by the amount of displacement Δl ₁ . The second movable tip (9) will shift by the same amount, reducing the length of the second working section of the string (/2) by the same amount Δl ₁ .

Наличие ползунов обеспечивает в процессе измерения постоянство нахождения второго (15) и третьего (24) преобразователей измеряемой величины (перемещения) в электрический сигнал точно посредине соответственно второго (l₂) и третьего (l₃) рабочего участка струны, что достигается равенством длин первой (18), (19) и второй (18), (19) пары подвижных звеньев соответственно.The presence of sliders ensures the constancy of finding the second (15) and third (24) converters of the measured value (displacement) into an electrical signal in the process of measurement exactly in the middle, respectively, of the second (l ₂ ) and third (l ₃ ) working section of the string, which is achieved by the equality of the lengths of the first ( 18), (19) and the second (18), (19) pair of moving links, respectively.

Величину текущего значения перемещения определяют по частоте колебаний первого рабочего участка струны (23), а величину максимального значения перемещения - по частоте колебаний второго рабочего участка струны (14).The magnitude of the current displacement value is determined by the oscillation frequency of the first working section of the string (23), and the maximum displacement value is determined by the oscillation frequency of the second working section of the string (14).

При этом второй подвижный наконечник (9) свободно перемещается относительно корпуса (1) струнного преобразователя перемещения вместе с первым подвижным наконечником (5) до достижения максимального значения на момент проведения измерения Δl₁. Как только текущее значение перемещения начнет уменьшаться (в момент времени t₁), сработает «собачка» (11) храповика (10), зафиксировав максимальное значение перемещения Δl₁ за все время измерения, а первый подвижный наконечник (5) продолжит свое движение в сторону меньших значений перемещения. Если за все время последующих измерений значение перемещений не превысит величины Δl₁, положение второго подвижного наконечника (9) не изменится, а частота колебаний второго рабочего участка струны (14) будет оставаться постоянной, соответствующей значению перемещения в момент времени t₁. При превышении значения перемещения величины Δl₁, т.е. значение перемещения начнет увеличиваться относительно своего значения в момент времени t₁, первый подвижный наконечник (5) начнет перемещать второй подвижный наконечник (9) в сторону больших значений перемещений, а при уменьшении значения перемещения (в момент времени t₂), снова сработает «собачка» храповика, зафиксировав максимальное значение перемещения за все время измерения (Δl₂), а первый подвижный наконечник (5) продолжит свое движение в сторону меньших значений перемещения. Данный процесс будет повторяться каждый раз, когда измеряемая величина (перемещение) превысит значение предыдущего максимума.In this case, the second movable tip (9) moves freely relative to the body (1) of the string displacement transducer together with the first movable tip (5) until the maximum value at the time of measurement Δl ₁ is reached. As soon as the current value of the displacement starts to decrease (at time t ₁ ), the “pawl” (11) of the ratchet (10) will work, fixing the maximum value of the displacement Δl ₁ for the entire measurement time, and the first movable tip (5) will continue its movement to the side smaller displacement values. If for all the time of subsequent measurements the displacement value does not exceed the value Δl ₁ , the position of the second movable tip (9) will not change, and the oscillation frequency of the second working section of the string (14) will remain constant, corresponding to the displacement value at time t ₁ . When the value of the displacement of the value Δl ₁ is exceeded, i.e. the displacement value will begin to increase relative to its value at time t ₁ , the first movable tip (5) will begin to move the second movable tip (9) towards larger displacement values, and when the displacement value decreases (at time t ₂ ), the “pawl” will work again » ratchet, fixing the maximum value of displacement for the entire measurement time (Δl ₂ ), and the first movable tip (5) will continue its movement in the direction of smaller displacement values. This process will be repeated every time the measured value (displacement) exceeds the value of the previous maximum.

Таким образом, при включенном питании вторичной аппаратуры струнный преобразователь перемещения позволяет получать следующую информацию:Thus, when the secondary equipment is powered on, the string displacement transducer makes it possible to obtain the following information:

- с выхода первого преобразователя (8) натяжения струны в электрический сигнал - информацию (частоту или период колебания участка (7) струны постоянной длины (l₃)), которая используется для контроля постоянства силы натяжения струны (2);- from the output of the first converter (8) of the string tension into an electrical signal - information (frequency or oscillation period of the section (7) of a string of constant length (l ₃ )), which is used to control the constancy of the string tension force (2);

- с выхода второго преобразователя (15) измеряемой величины (перемещения) в электрический сигнал - информацию (частоту или период колебания второго рабочего участка (l₂) струны участка (14)), которая используется для контроля максимального значения измеряемого параметра (перемещения) за весь период эксплуатации датчика;- from the output of the second converter (15) of the measured value (displacement) into an electrical signal - information (frequency or period of oscillation of the second working section (l ₂ ) of the section string (14)), which is used to control the maximum value of the measured parameter (displacement) for the entire period of operation of the sensor;

- с выхода третьего преобразователя (24) измеряемой величины (перемещения) в электрический сигнал - информацию (частоту или период колебания первого рабочего участка (23) (l₁) струны (2), которая используется для контроля текущего значения измеряемой величины Δl.- from the output of the third converter (24) of the measured value (displacement) into an electrical signal - information (frequency or oscillation period of the first working section (23) (l ₁ ) of the string (2), which is used to control the current value of the measured value Δl.

При отключенном питании вторичной аппаратуры (интервал времени от t₁ до например, в случае аварии, см. фиг.6) информация с выходов преобразователей (8, 15, 24) измеряемой величины (перемещения) в электрический сигнал не поступает, также как у известного датчика по авт.св. на изобретение №2685803.When the secondary equipment is powered off (time interval from t ₁ to, for example, in the event of an accident, see Fig.6), information from the outputs of the transducers (8, 15, 24) of the measured value (displacement) does not enter the electrical signal, as well as with the known sensor by avt. for invention No. 2685803.

Сопоставительный анализ изобретения позволяет сделать вывод, что новым является то, что в целях повышения точности и помехоустойчивости (посредством обеспечения постоянства пространственного положения второго (15) и третьего (24) преобразователей натяжения струны в электрический сигнал точно посередине соответственно второго (14) и первого (23) участков струны), струнный преобразователь перемещения снабжен двумя ползунами, при этом первый ползун состоит из второго подвижного элемента (13), который расположен точно посредине второго участка (14) струны переменной длины (l₂), имеет вертикальную проточку (16), обеспечивающую свободное перемещение в плоскости, перпендикулярной оси струны, первой шарнирной оси (17) первой пары подвижных звеньев (18) и (19) равной длины, вторая и третья шарнирные оси которых соответственно (20) и (21) расположены на корпусе (1) и втором подвижном наконечнике (9), а второй преобразователь (15) натяжения струны в электрический сигнал расположен посредине образующей второго подвижного элемента (13); второй ползун состоит из третьего подвижного элемента (22), который расположен точно посредине первого участка (23) струны переменной длины (l₁), имеет вертикальную проточку (25), обеспечивающую свободное перемещение в плоскости, перпендикулярной оси струны, второй шарнирной оси (26) второй пары подвижных звеньев (27) и (28) равной длины, вторые шарнирные оси которых соответственно (29) и (30) расположены на корпусе (1) и первом подвижном наконечнике (5), а третий преобразователь (24) натяжения струны в электрический сигнал расположен посредине образующей третьего подвижного элемента (22).A comparative analysis of the invention allows us to conclude that what is new is that in order to improve accuracy and noise immunity (by ensuring the constancy of the spatial position of the second (15) and third (24) string tension converters into an electrical signal exactly in the middle, respectively, of the second (14) and first ( 23) string sections), the string displacement transducer is equipped with two sliders, while the first slider consists of the second movable element (13), which is located exactly in the middle of the second section (14) of the string of variable length (l ₂ ), has a vertical groove (16), providing free movement in a plane perpendicular to the axis of the string, the first hinge axis (17) of the first pair of movable links (18) and (19) of equal length, the second and third hinge axes of which, respectively (20) and (21) are located on the body (1) and the second movable tip (9), and the second converter (15) of the string tension into an electrical signal is located in the middle of the generatrix of the second movable element (13); the second slider consists of the third movable element (22), which is located exactly in the middle of the first section (23) of the string of variable length (l ₁ ), has a vertical groove (25) that provides free movement in the plane perpendicular to the string axis, the second hinge axis (26 ) of the second pair of movable links (27) and (28) of equal length, the second hinge axes of which, respectively (29) and (30), are located on the body (1) and the first movable tip (5), and the third converter (24) of the string tension in the electrical signal is located in the middle of the generatrix of the third movable element (22).

В струнном преобразователе перемещения заявлены неизвестные технические решения, идентичные совокупности признаков заявленного струнного преобразователя перемещения, что определяет, по мнению заявителей, соответствие критерию «новизна». Сравнение предлагаемого решения с другими техническими решениями в данной области техники позволяют сделать вывод о соответствии критерию изобретению «изобретательский уровень».In the string displacement transducer, unknown technical solutions are claimed that are identical to the set of features of the declared string displacement transducer, which determines, according to the applicants, compliance with the "novelty" criterion. Comparison of the proposed solution with other technical solutions in this field of technology allows us to conclude that the invention meets the criterion of the invention "inventive step".

Изобретение позволяет обеспечить автоматическое постоянство пространственного положения второго и третьего преобразователей (15 и 24) натяжения струны в электрический сигнал точно посередине соответственно первого (23) и второго (14) участков струны, что повышает точность и помехоустойчивость всей системы измерения (струнный преобразователь перемещения - вторичная аппаратура) за счет подавления четных гармоник.EFFECT: invention makes it possible to ensure automatic constancy of the spatial position of the second and third transducers (15 and 24) of the string tension into an electrical signal exactly in the middle, respectively, of the first (23) and second (14) sections of the string, which increases the accuracy and noise immunity of the entire measurement system (string displacement transducer - secondary equipment) by suppressing even harmonics.

Claims

String displacement transducer, containing a body with a measuring element in the form of a string with constant tension, the first movable element that perceives the movement and is connected with the help of rods to the first movable tip, made in the form of a hollow cylinder with holes in the ends of the cylinder, in which the string is installed with the possibility movement along sliding landings, which allocate a section of string of constant length inside the cylinder (third section), on the generatrix of the cylinder in its middle part there is the first converter of string tension into an electrical signal, under the first and second working sections of the string located outside the cylinder of the first movable tip, the second and third converters of the measured value into an electrical signal, the second movable tip in the form of a hollow cylinder with a rack-and-pinion ratchet fixed on it, the pawl and the clamping spring of which are fixed on the displacement sensor housing, the casing of the string displacement transducer is sealed by means of a bellows, characterized in that it is equipped with the first and second sliders, consisting respectively of the second and third movable elements with vertical grooves, the first and second pair of movable links of equal length, and the lower ends of the movable links of equal length of the first slider are pivotally fixed to the body and the second movable element, and the upper ends are pivotally connected between themselves on a movable axis that can move freely in a plane perpendicular to the axis of the string along the longitudinal groove, the second converter of the string tension into an electrical signal is fixed in the middle part of the second movable element, the lower ends of the movable links of equal length of the second slider are pivotally fixed to the body and the first movable tip, and the upper ones are pivotally connected to each other on a movable axis that can move freely in a plane perpendicular to the string axis along the longitudinal groove, the third string tension converter into an electrical signal is fixed in the middle part of the third movable element.