RU35003U1 - Датчик перемещения - Google Patents

Abstract

Датчик перемещения, содержащий вихретоковый преобразователь, жгут и формирователь токового выхода, отличающийся тем, что введены управляемый генератор токовых импульсов, измеритель активного сопротивления вихретокового преобразователя, аналоговый детектор, фазовый детектор, вычислительное устройство с аналого-цифровым преобразователем, запоминающее устройство, блок гальванической развязки, первый и второй приемопередатчики, демодулятор, формирователь выхода напряжения, вход-выход вихретокового преобразователя через жгут соединен с первым выходом управляемого генератора токовых импульсов, первым входом фазового детектора, входом амплитудного детектора и входом измерителя активного сопротивления вихретокового преобразователя, второй выход управляемого генератора токовых импульсов соединен со вторым входом фазового детектора, а вход - с первым выходом вычислительного устройства, выходы фазового детектора, амплитудного детектора и измерителя активного сопротивления вихретокового преобразователя соединены, соответственно, с первым, вторым и третьим входами аналого-цифрового преобразователя вычислительного устройства, первый вход-выход которого соединен с входом-выходом запоминающего устройства, а второй и третий входы-выходы и второй выход соединены, соответственно, с первым, вторым входами-выходами и входом блока гальванической развязки, третий и четвертый входы-выходы которого соединены с входами-выходами, соответственно, первого и второго приемопередатчиков, входы-выходы которых являются, соответственно, вновь введенными первым и вторым входами-выходами датчика перемещения, а выход с

Description

ДАТЧИК ПЕРЕМЕЩЕНИЯ

Полезная модель относится к измерительной технике и может быть использована для непрерывного дистанционного контроля за положением и вибрацией контролируемой поверхности, вибродиагностики газоперекачивающих, нефтеперекачивающих, электрических агрегатов и других промышленных объектов.

Известен датчик перемещения (см. каталог продукции РФЯЦВНИИЭФ для ТЭК, Датчик осевого сдвига ИКЛЖ.402218.003, стр.36, изд. 607190, Россия, г. Саров, Нижегородской обл., 2002 г.), содержащий вихретоковый преобразователь, вход-выход которого через жгут соединен с входом-выходом нормирующего преобразователя осевого сдвига, содержащего формирователь токового выхода.

Недостатками известного датчика является отсутствие дистанционной настройки на различные типы вихретоковых преобразователей и длины жгутов, невозможность изменения (перенастройки потребителем) диапазона измерения контролируемого параметра, частотного диапазона измерения, функции преобразования и режимов работы в связи с жестко заданными параметрами измерения, невозможность работы в составе систем с цифровыми линиями связи с реализацией резервирования канала связи, невозможность сохранения значений контролируемого параметра для анализа в целях

МПК:О01В7/14

вибродиагностики объекта контроля вследствие невозможности его определения по выходным значениям.

Известен датчик перемеодения (см. каталог продукции РФЯЦВНИИЭФ для ТЭК, Датчик виброперемещения ИКЛЖ.402248.003, стр.35, изд. 607190, Россия, г. Саров, Нижегородской обл., 2002 г.). содержащий вихретоковый преобразователь, вход-выход которого через жгут соединен с входом-выходом нормирующего преобразователя виброперемещения, содержащего формирователь токового выхода.

Недостатками известного датчика является отсутствие дистанционной настройки на различные типы вихретоковых преобразователей и длины жгутов, невозможность изменения (перенастройки потребителем) диапазона измерения контролируемого параметра, частотного диапазона измерения, функции преобразования и режимов работы в связи с жестко заданными параметрами измерения, невозможность работы в составе систем с цифровыми линиями связи с реализацией резервирования канала связи, невозможность сохранения значений контролируемого параметра для анализа в целях вибродиагностики объекта контроля вследствие невозможности его определения по выходным значениям.

Задачей, рещаемой предлагаемой полезной моделью, является создание датчика перемещения, обладающего:

возможностью дистанционной настройки на различные типы вихретоковых преобразователей и длины жгутов;

возможностью дистанционного изменения диапазона измерения контролируемого параметра, частотного диапазона измерения, функции преобразования и режимов работы;

возможностью сохранения значений контролируемого параметра за определенный интервал времени;

возможностью работы в составе систем с цифровыми линиями связи с реализацией резервирования канала связи.

Технический результат, заключающийся в обеспечении дистанционной настройки на различные типы вихретоковых преобразователей и длины жгутов, возможности изменения (перенастройки потребителем) диапазона измерения контролируемого параметра, частотного диапазона измерения, функции преобразования и режимов работы, возможности работы в составе систем с цифровыми линиями связи с реализацией резервирования канала связи и возможности сохранения значений контролируемого параметра за определенный интервал времени, достигается тем, что в датчик перемещения, содержащий вихретоковый преобразователь, жгут и формирователь токового выхода, введены управляемый генератор токовых импульсов, измеритель активного сопротивления вихретокового преобразователя, фазовый детектор, вычислительное устройство с аналого-цифровым

преобразователем, запоминающее устройство, блок гальванической развязки, первый и второй приемопередатчики, демодулятор, формирователь выхода напряжения, при этом вход-выход вихретокового преобразователя через жгут соединен с первым выходом управляемого генератора токовых импульсов, первым входом фазового детектора, входом амплитудного детектора и входом измерителя активного сопротивления вихретокового преобразователя, второй выход управляемого генератора токовых импульсов соединен со вторым входом фазового детектора, а вход с первым выходом вычислительного устройства, выходы фазового детектора, амплитудного детектора и измерителя активного сопротивления вихретокового преобразователя соединены, соответственно, с первым, вторым и третьим входами аналогопифрового преобразователя вычислительного устройства, первый входвыход которого соединен с входом-выходом запоминающего устройства, второй и третий входы-выходы и второй выход соединены, соответственно, с первым, вторым входами-выходами и входом блока гальванической развязки, третий и четвертый входы-выходы которого соединены с входами-выходами, соответственно, первого и второго приемопередатчиков, входы-выходы которых являются, соответственно, вновь введенными первым и вторым входами-выходами датчика перемещения, а выход соединен с входом демодулятора, выход которого

соединен с входами формирователя выхода напряжения и формирователя токового выхода.

Указанная совокунность признаков позволяет обеспечить возможность дистанционной настройки на различные типы вихретоковых преобразователей и длины жгутов, дистанционного изменения диапазона измерения контролируемого параметра, частотного диапазона измерения и функции преобразования за счет реализации конфигурируемой схемы измерения с гибким алгоритмом обработки сигналов, позволяющим изменять параметры измерения, настраивать управляемый генератор токовых импульсов на резонансную частоту измерительного контура, изменять коэффициенты функции преобразования, параметры фильтрации и режимы работы. Возможность сохранения значений контролируемого параметра за определенный интервал времени обеспечивается путем их измерения и расчета в вычислительном устройстве с сохранением численного значения в запоминающем устройстве при установке соответствующего режима работы. Возможность работы в составе систем с цифровыми линиями связи с реализацией резервирования канала связи обеспечивается за счет цифровой обработки сигналов в вычислительном устройстве и наличием двух приемопередатчиков. Применение формирователей токового выхода и формирователя выхода напряжения позволяет применять датчик перемещения аналогично прототипу - в составе систем с аналоговыми линиями сбора информации.

На фигуре представлена функциональная схема датчика неремещения.

Датчик перемещения содержит вихретоковый преобразователь 1. вход-выход которого соединен через жгут 2 с нервым выходом управляемого генератора 3 токовых импульсов, первым входом фазового детектора 4, входом амплитудного детектора 5 и входом измерителя 6 активного сопротивления вихретокового преобразователя 1. Второй выход управляемого генератора 3 токовых импульсов соединен со вторым входом фазового детектора 4, а вход - с первым выходом вычислительного устройства 7. Выходы фазового детектора 4, амплитудного детектора 5 и измерителя 6 активного сопротивления вихретокового преобразователя 1 соединены, соответственно, с первым, вторым и третьим входами аналогоцифрового преобразователя 8 вычислительного устройства 7, первый входвыход которого соединен с входом-выходом запоминающего устройства 9, а второй и третий входы-выходы и второй выход соединены, соответственно, с первым, вторым входами-выходами и входом блока 10 гальванической развязки, третий и четвертый входы-выходы которого соединены с входами-выходами, соответственно, первого II и второго 12 приемопередатчиков, входы-выходы которых являются, соответственно, вновь введенными первым и вторым входами-выходами датчика перемещения, а выход соединен с входом демодулятора 13, выход

которого соединен с входами формирователя 14 выхода напряжения и формирователя 15 токового выхода.

В качестве вихретокового преобразователя 1 могут использоваться любые вихретоковые преобразователи, например, вихретоковые преобразователи входящие в состав прототипа (см. каталог продукции РФЯЦ-ВНИИЭФ для ТЭК, Датчик виброиеремещения ИКЛЖ.402248.003, стр.35, изд. 607190, Россия, г. Саров, Нижегородской обл., 2002 г.). Управляемый генератор 3 токовых импульсов может быть реализован последовательным соединением цифровой микросхемы ФАГ1. например, 74VHC4046 или CD4046B (К564ГГ1), с микросхемой токового ключа, например, BCV62A. В качестве фазового детектора 4 может быть реализована схема фазового детектора на цифровом элементе ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ. Амплитудный детектор 5 может быть простейшим диодным. В качестве измерителя 6 активного сопротивления вихретокового преобразователя 1 можно применить последовательно соединенные фильтр низкой частоты с т Ц , и операционньп

усилитель с коэффициентом усиления, обеспечивающим усиление до требуемого уровня аналого-цифрового преобразователя 8 выделенных на активном сопротивлении вихретокового преобразователя и проинтегрированных фильтром токовых импульсов возбуждения. Вычислительное устройство 7, содержащее аналого-цифровой

преобразователь 8, может оыть реализовано на микроконтроллере, например, MSP430F149 фирмы Texas Instruments. В качестве запоминающего устройства 9 может быть использована микросхема статического оперативного запоминающего устройства CY62148V фирмы CYPRESS. Блок 10 гальванической развязки может быть реализован на транзисторных оптронах HCPL600, включенных по типовой схеме включения, приведенной в описании оптронов HCPL600 на сайте фирмы Hewlett Packard - www.hp.com. Приемопередатчики 11 и 12 быть реализованы на стандартных микросхемах интерфейса, например, RS-485 ADM485E и т.д., включенных по типовой схеме, приведенной в описании на данные микросхемы. Демодулятор 13 может быть реализован как простейщий демодулятор щиротно-импульсного сигнала - интегрирующая RC-цепь. Формирователь 14 выхода напряжения .может быть реализован на операпионном усилителе, включенном по схеме с неинвертирующим включением. Формирователь 15 токового выхода может быть реализован на стандартной микросхеме токового выхода, например. AD694, включенной по типовой схеме, приведенной в ее онисании на сайте фирмы Analog Devise - vvxvvv.ad.com).

Датчик перемещения работает следующим образом.

Управляемый генератор 3 токовых импульсов осуществляет генерацию импульсов возбуждения с частотой, задаваемой вычислительным устройством 7, равной „озб fju- (при максимальном

значении измеряемого зазора), которые подаются на вихретоковый преобразователь 1. Импульсы возбуждения, протекающие через вихретоковый преобразователь 1 вызывают резонансные колебания и создают электромагнитное поле, которое возбуждает вихревые токи в электропроводящем объекте (на фигуре не показан). Электромагнитное поле вихревых токов, в свою очередь, воздействует на обмотку вихретокового преобразователя 1, наводя в ней э.д.с. и изменяя ее полное электрическое сопротивление. Изменение зазора между контролируемой поверхностью и рабочей поверхностью вихретокового преобразователя 1 влияет на величину вносимых сопротивлений, что приводит к изменению амплитуды и фазы резонансных колебаний. Эти колебания поступают на амплитудный 5, фазовый 4 детекторы и измеритель 6 активного сопротивления вихретокового преобразователя 1. Амплитудный детектор 5 выделяет амплитуду колебаний, а фазовый детектор 4 определяет фазовый сдвиг колебаний контура относительно опорных импульсов возб)-ждения генерируемых дополнительно управляемым генератором 3 токовых импульсов. Полученные значения амплитуды, фазы и активного сопротивления вихретокового преобразователя 1 преобразуются пз аналогового вида в цифровой в аналого-цифровом преобразователе 8. В вычислительном устройстве 7 оцифрованные значения подвергаются математической обработке: частотный диапазон ограничивается программным цифровым фильтром до граничных значений, зависящих от

установленного частотного диапазона. производится вычисление комплексного сопротивления вихретокового преобразователя 1, которое преобразуется в контролируемый параметр и корректируется с учетом характеристики вихретокового преобразователя 1 в зависимости от установленного режима измерения. Рассчитанное значение контролируемого параметра преобразуется в модулированный широтноимпульсный сигнал и со второго выхода вычислительного устройства 7 через блок 10 гальванической развязки поступает на демодулятор 13 широтно-импульсного сигнала, который преобразует входной сигнал в сигнал напряжения. Формирователь 14 выхода напряжения и формирователь 15 токового выхода преобразуют выходной сигнал демодулятора 13 в выходные сигналы, соответственно, напряжения и тока требуемых параметров. Также через входы-выходы вычислительного устройства 7 по запросам, поступающим от системы верхнего -ровня (на фигуре не показана) через приемопередатчики 11. 12 и блок 10 гальванической развязки, могут передаваться цифровые значения результатов измерений, параметры настройки, а также изменяться параметры измерений. Кроме того, вычислительное устройство 7 по запросу от системы верхнего уровня может сохранять цифровые значения, соответствующие мгновенным значениям перемещения, в запоминающем устройстве 9 и затем передавать их.

в целях подтверждения осуществимости заявленного объекта и достижения технического результата изготовлен опытньн образец. Проведенные испытания показали осуществимость технического рещения и его практическую ценность.

Claims (1)

1. Датчик перемещения, содержащий вихретоковый преобразователь, жгут и формирователь токового выхода, отличающийся тем, что введены управляемый генератор токовых импульсов, измеритель активного сопротивления вихретокового преобразователя, аналоговый детектор, фазовый детектор, вычислительное устройство с аналого-цифровым преобразователем, запоминающее устройство, блок гальванической развязки, первый и второй приемопередатчики, демодулятор, формирователь выхода напряжения, вход-выход вихретокового преобразователя через жгут соединен с первым выходом управляемого генератора токовых импульсов, первым входом фазового детектора, входом амплитудного детектора и входом измерителя активного сопротивления вихретокового преобразователя, второй выход управляемого генератора токовых импульсов соединен со вторым входом фазового детектора, а вход - с первым выходом вычислительного устройства, выходы фазового детектора, амплитудного детектора и измерителя активного сопротивления вихретокового преобразователя соединены, соответственно, с первым, вторым и третьим входами аналого-цифрового преобразователя вычислительного устройства, первый вход-выход которого соединен с входом-выходом запоминающего устройства, а второй и третий входы-выходы и второй выход соединены, соответственно, с первым, вторым входами-выходами и входом блока гальванической развязки, третий и четвертый входы-выходы которого соединены с входами-выходами, соответственно, первого и второго приемопередатчиков, входы-выходы которых являются, соответственно, вновь введенными первым и вторым входами-выходами датчика перемещения, а выход соединен с входом демодулятора, выход которого соединен с входами формирователя выхода напряжения и формирователя токового выхода.