SU1015270A1 - Устройство дл измерени параметров вращающихс объектов,преимущественно температуры,скорости и радиальных биений - Google Patents

Description

1 Изобретение относитс  к измерительной технике и может использоват с  дл  беспроводных дистанционных измерений параметров преимущественно температуры, угловой скорости и радиальных биений вращающегос  объекта . 11звестно устройство дл  измерени  тзмпературы с бесконтактной передачей сигнала с объекта на измерительное устройство. Оно состоит и размещенных на вращающемс  объекте .термопары, магнитопроводас измерител ной обмоткой и неподвижных источника плоско-пол ризованного света из мерител  угпа вращени  плоскости по л ризации ГОНедостатком этого устройства  вл етс  низка  помехоустойчивость. При наличии внешних магнитных полей (на водок) будет измен тьс  внутреннее магнитное поле измерительной обмотки , что.приведет к значительным погрешност м в определении температур Это устройство невозможно использовать дл  измерени  температуры рот ров электродвигателей, генераторов и других объектов, где при вращении создаютс  магнитные пол  или поблизости наход тс  их источники. Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому  вл етс  устройство дл  измерени  температуры, содержащее последовательно расположенные источник монохроматического излучени , двс1 скрещенных линейных пол ризатора , между-которыми размещен термочувствительный, двулучепрелом- л ющий кристалл, оптический компенсатор разности фаз, установленный между одним из пол ризаторов и двуд чепреломл ющим кристаллом, узкополо ный светофильтр, установленный перед фотоприемником, а также нуль-индика тор и счетчик импульсов, подключенные к выходу фотоприемника. Работа устройства основана на регистрации периодической интенсивности света, падающего на приемник излучени  вслед ствие температурной зависимости раз ности фаз прошедшей через термочувствительный элемент световой волны Г2. Недостатком данного устройства   л етс  невозможность -измерени  температуры вращающихс  объектов, скорости вращени  и радиальных биений. 0 Кроме того, при определении температуры нужно проврдить дополнительную операцию, т.е. определ ть остаточную разность фаз с помощью компенсатора . Цель изобретени  - повышение точности измерени  температуры вращающегос  объектаi а также обеспечени  возможности измерени  его скорости вращени  и радиальных биений. Поставленна  цель достигаетс  тем, что в устройстве дл  измерени  температуры , содержащем источник монохроматического излучени , по ходу лучей которого размещены датчик, выполненный в виде плоскопараллельной пластинки из термочувствительного двулучепреломл ющего кристалла, и пол ризатор , неподвижный приемник излучени , счетчик импульсов, отсчетиое устройство, его датчик, на одну из сторон плоскопараллельной пластинки двулучепреломл .ющего кристалла которого напылена отражающа  зеркальна  поверхность, закреплен на вращающемс  объекте, при этом центр датчика совмещен с осью вращени  объекта, а в устройство введены сглаживающий фильтр, полупрозрачное зеркало, установленное между датчиком и источником монохроматического излучени  под углом (5 к его оптической оси, фокусирующа  линза, размещенна  между пол ризатором и неподвижным приемником излучени , один из выходов которого соединен с входом частотомера , а другой - с входом сглаживающего фильтра, выход которого роединен с входом счетчика импульсов, причем отсчетное устройство установлено по ходу отраженного от полупрозрачного зеркала луча, а его оптическа  ось совпадает с нормалью к полупрозрачному зеркалу. Расположение датчика, выполненного из плоскопараллельной пластинки двулучепреломл ющего термочувствительного кристалла, на одну из сторон которого напылено зеркальное покрытие, обеспечивает одновременное измерение трех параметров вращающегос  объекта (темпрратуры Т, частоты вращени  л , радиальных биений ). Нафиг. 1 приведена схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 показаны сигналы, регистрируемые приемником излучени  при различных частотах (а) и температурах (б) объекта ; на фиг. 3 - дана зависимость от пературы сигнала, поступающего на счетчик импульсов. Устройство состоит из источника 1 плоско-пол ризованного монохроматического света (лазера), полупрозрачного зеркала 2, кристаллической двупреломл 1ощей плоскопараллельной пластинки 3 с зеркальной подложкой 1 3, пол ризатора , фокусирующей лин . зы 5, приемника 6 излучени , частототомера 7 сглаживащего фильтра 8, аналогового реверсивного счетчика дл  подсчета числа синусоидальных импульсов с измерителем 9 амплитуды напр жени  синусоидальных сигналов, отсчетного устройства 10. Кристаллическа  пластинка имеет механический и термический контакт с вращающимс  объектом Работа устройства основана на том чт6 регистрируема  приемником интенвивность света О описываетс  выражением I . D-aoSivi CS.J2)sitt 2 , C-n { S-- . , . гдед«(п-г/)й - разность фаз меж ду двум  лучами, образовавшимис  после прохождени  двупреломл ющего кристалла толщиной d; п и п - завис щие от тем пературы показате ли преломлени  кристалла; JL --длина волны испол зуемого лазера; f - угол между одним из направлений ко лебаний света в кристалле и напра лением колебаний в пол ризаторе ( угол поворота объекта). ПриЛ соп51 разность фаз зависит только от температуры кристалла, так что выражение А Эоб1И(д|2) (2) можно рассматривать как завис щую от температуры амплитуду колебаний интенсивности 13«А siп 2 Ч. Посколъку угол Vf характеризует поворот кристалла относительно пол рИзато- . ра, то он дает информацию о скорости вращени  объекта. При фиксированной 1 0 температуре A const вращение объекта описываетс  угпом f в пределах О-21С и интенсивность света будет измен тьс  по закону частотой, пропорциональной скорости вращени  объекта и посто нной амплитудой А, Интенсивности света, регистрируемые приемником излучени  при вращении объекта, дл  р да значений частот вращени  показаны На фиг. 2в. Частотомер, подключенный к выходу приемника излучени , покажет учетверенную частоту вращени  объекта, так как в кристалле существует два направлени  колебаний света и за один оборот они четыре раза совпадут с нагфавлени ми колебаний неподвижного анализатора и лазерного излучени . С изменением температуры, вслед-. ствие температурной завийнмости Д, амплитуда А будет измен тьс  по зако-,. ну может быть представлена в виде - -г A(vrtT+u.t). А-в1и 1Г Из этого выражени  видно, что некоторой величине фототока отвечает набор температур (), где , it, . ±2,..,,+т; Т - характерный дл  избранного датчика интервал температур, при прохождении которого интенсивносгь света измен етс  в пределах одного Периода. Интенсивности света, регистрируе- мые приемником излучени при измен(В-, НИИ температуры вращающегос; объекта , показаны на фиг. 26, . из-за частичной депол ризации света в системе. После прохождени  такой системы импульсов фототека ,3 А через сглаживающий фильтр получим зависимость амплитудыА от температуры, показанную  а фиг.З. Искома  температура среды может быть представлена соотношением : + , (4) . где t - известна  исходна  температура запуска (настройки) прибора, отвечающа  tktoQ и . m - число минимумов фототока{ Т - характерный интервал температур дл  данного датчика (период ; k,t . - измен етс  в пределах 0-Т ( дробные значени  Т). При подаче сигнала на аналоговый счетчик синусоидальных сигналов с измерителем промежуточных значений  апр жений между двум  их максима ьными (или минимальными) значени ми| можно определить температуру измер емого объекта. Количество максимумов m (т.е. число целых периодов Т) отсчитывают счетчиком, а л1 (дробные значени  Т) определ ют по промежуточному значению напр жени  (между максимумом и минимумом) синуесоидального сигнала где М - общее число меток шкалы вольтметра, отвечающее изме нению температуры на Т/2; число меток, отвечающее прО межуточному значению напр ж ни  (значению температуры и интервала О-Т/2). Отклонение напр жени  от максимума к минимуму будет соответствовать температурному диапазону Т/2. Дл  определени  радиальных биений вращающегос  объекта следует с помощью зоровой трубы, монокул ра или другого оптического прибора с отсметным устройством определить параметры све т щегос  кольца на полупрозрачном зеркале, образованного лучем лазера вследствие радиальных биений вала . Исход  из формулы --огс-Ьй о1Т Сб) где d. - диаметр свет щегос  кольца. г-1- -г-1- - - г- - .-,- ,, H - рассто ние от кристалла (датчика ДО полупрозрачного зеркала, легко определить угол радиальных биений вала. При отсутствии биений на пол прозрачном зеркале вместо кольца будет наблюдатьс  неразмытое све |Т щеес  п тно с диаметром равным с нению луча лазера. Устройство работает следующим образом. Измерение температуры. При освещении кристалла-датчика 3 пол ризованным монохроматическим светом, лучи, прошедшие через кристалл и отраженные от его зеркальной подложки, через полупрозрачное зеркало 2, пол ризатор if, фокусирующую линзу 5 попадут на приемник 6 излучени . Разность фаз, приобретенна  лучами вследствие прохождени  двупр ломл ющего кристалла, и соответстве но интенсивность светового потока и величина фототока на рыходе приемиика излучени  будут функцией температуры . Фotoэлeктpичecкий сигнал, ftpoxoд  через сглаживающий фильтр 8, попадает на вход аналогового реверсивного счетчика дл  подсчета числа синусоидальных импульсов с измерителем 9 амплитуды напр жени  синусоидальных сигналов. На счетчике по витс  целое число т, .отвечающее числу максимумов фототока, который как и интенсивность светового потока, будет измен тьс  по синусоидальному закону, а измеритель амплитуды напр жени  укажет промежуточное значение напр жени  ( между максимумом и минимумом фототока ), по которому определ ют величину A.t. Таким образом, зна  характерный интервал температур Т дл  данного датчика-кристалла и исходную температуру запуска (температура окружающей среды) tд , по формуле Ь --Ьо-t-wiT- -л.-Ь определ ют искомую температуру вращающегос  объекта. Измерение угловой скорости. При освещении кристалла-датчика 3 пол ризованным монохроматическим светом, лучи, прошедшие через кристалл и отраженные от его зеркальной подложки, через полупрозрачное зеркало 2, пол ризатор 3 фокусирующую линзу 5 попадут на приемник 6 излучени . Вследствие того, что направле 1с;пг| л . uuj i OKJ с i чл w, м г w piai aj ic „ие колебаний излучени  источника света и пол ризатор скрещены, интенсивность света, прошедшего через такую систему, будет промодулирована по частоте , котора  равна учетверенной частоте вращени  объекта. Импульсы фототока поступают с приемника излучени  на частотомер 7, показани  которого дел т на четыре К так как в кристалле существует два /направлени  колебаний света и за один оборот объекта они четыре раза совпадут с направлени ми колебаний неподвижного анализатора и излучени  источника света ) и лолучают искомую частоту вращени . Определение радиальных биений. При освещении датчика 3, лучи, прошедшие через кристалл и отраженные от его зеркальной подложки, попадут на полупр03pai Hoe зеркало 2. При вращении объекта, в случае отсутстви  биений на полупрозрачном зеркале , наблюдают неразмытое свет щеес  п тно. При наличии биений на полупрозрачном зеркале- по витс  свет щеес  кольцо диаметр и ширина которого будут возрастать с возрастанием биений.

С помощью отсчетного устройства 10 (монокул р, зорова  труба) определ ют диаметр свет щегос  кольца d и, зна  рассто ние от кристалла к полупрозрачному зеркалу Н, по формуле

1.

ol i QVC-tg 2Н

определ ют угол радиальных биений.

С помощью предлагаемого устройства можно измер ть одновременно радиальные биени , скорость вращени  и температуру в широком интервале без изменени  типа кристалла. Выбор кристаллов дл  активного элемента (датчика) устройства слабо ограничен , основными услови ми  вл ют- с  наличие двупреломлени  и прозрачность на длине волны .примен емого монохроматического источника света.

Таким образом, повышение точности , тве. измерение температуры вращающегос  объекта скорости вращени  и радиальных биений в предлагаемом устройстве достигаетс  тем, что измерение параметров вращающегос  тела (температуры, скорости вращени  и радиальных биений) производитс  с помощью одногр устройства без дополнительной перестройки и регулировки примен емой аппаратуры. Оптическа  св зь кристалла с регистрируемыми приборами дает возможность проводить исследовани  дистанционно , в услови х агрессивных сред, магнитных, электрических полей. С помощью предлагаемого устройства можно измер ть температуру вращающегос  тела в широком интервале без изменени  типа кристалла. Верхний предел измерени  температуры ограничен температурой плавлени  кристаллов (в насто щее врем  tf, ) Кроме того, точность измерений скорости вращени  не зависит от стабильности источника и фотоприемника излучени  в св зи с наличием модул ции светового потока, создаваемой вращением кристалла.

Требуема  точность измерений температуры достигаетс  заданием харг ктерного периода температУрТ, который определ етс  параметрами используемого кристалла. Дл  известных кристаллов можно задать период Тл2-0,1 К и соответственно точ-. ность измерений температуры может составл ть (УТ±0,005 К,

Точность измерений радиальных биений возрастает (при условии плоскопараллельности кристаллической пластинки) -с увеличением рассто ни  между полупрозрачным зеркалом и кристаллом-датчиком.

Одновременное измерение темпера туры, частоты и радиальных биений вращающихс  объектов приводит к заачительному повышению экономи1Йности устройства.

т

pue.3

ЛТЛГ

Claims (1)

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ВРАЩАЮЩИХСЯ ОБЪЕКТОВ, ПРЕИМУЩЕСТВЕННО ТЕМПЕРАТУРЫ,СКО- . РОСТИ И РАДИАЛЬНЫХ БИЕНИЙ, содержащее источник монохроматического .излучения, по ходу лучей которого размещены датчик, выполненный в виде плоскопараллельной пластинки из тер,мочузствительного двулучепреломляющего кристалла, и поляризатор, не- , подвижный приемник излучения, счетчик импульсов, отсчетное устройство, о т л и чающееся тем, что, с целью повышения точности измере- ^; ния температуры, вращающегося объекта, а также измерения его скорости вращения и радиальных биений, в нем датчик, на одну из сторон плоскопараллельной пластинки двулучёпреломляющего кристалла которого напылена, отражающая зеркальная поверхность, закреплен на вращающемся объекте, при этом центр датчика совмещен, с осью вращения объекта, а в устройство введены сглаживающий фильтр, полупрозрачное зеркало, установленное между датчиком и источником монохроматического излучения под углом 45° к его оптической оси, фокусирующая линза, размещенная между поляризатором и неподвижным приемником излучения, один из выходов которого соединен с входом частотомера, а другой - с входом сглаживающего фильтра, выход которого соединен с входом счетчика импульсов, причем отсчетное устройство установлено по ходу отраженного от полупрозрачного зеркала луча, а его оптическая ось совпадает с нормалью к ίполупрозрачному зеркалу.

   3>

   1 1015270 2