SU1099101A1 - Устройство дл непрерывного измерени угловых перемещений - Google Patents

Abstract

УСТРОЙСТВО ДЛЯ НЕПРЕРЫВНОГО ИЗМЕРЕНИЯ УГЛОВЫХ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ, содер жащее генератор колебаний, ультразву ковой преобразователь, дуговой эвуко провод из пьезоэлектрического материала , расположенный на диэлектрической подложке концентрично оси вращени  контролируемого объекта, приемник поверхностных акустических волн, жестко соединенный с объектом, и токосъемник , отличающеес  тем, что, с целью расширени  диапазона измерени , приемник вьтолнен в виде замкнутой кольцевой металлической встречно-штыревой решетки, размещенной на диэлектрической подложке концентрично оси вращени  контролируемого объекта образующей со звукопроводом зазор, величина которого соизмерима с длиной поверхностной акустической волны.

Description

Изобретение относитс  к измерительной тех)1ике и может быть использовано в системах измерени  параметров двих.ени , например дл  непрерывного измерени  углов поворота, угловых скоростей и ускорений вращающихс  объектов.

Известно устройство дл  непрерывного измерени  угловых величин, содежащее генератор электрических колебаний , ультразвуковой преобразователь, кольцевой звукопровод, установленный концентрично с осью вращени  контролируемого объекта, приемник ультразвковых колебаний, жестко соединенный с контролируемьм объектом, и измерительное устройство 1 1.

Недостатками такого устройства  вл ютс  узкий диапазон измерени  углов, низка  точность измерени , обусловленна  дестабилизирующими факторами (например, температурой, давлением , нестабильностью частоты генератора и пр.) неоднородностью звукопровода и технологическими неточност ми изготовлени  устройства.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому эффекту  вл етс  устройство дл  непрерывного измерени  угловых перемещений, содержащее генератор колебаний, ультразвуковой пре бразователь , дуговой звукопровод из пье зоэлектрического материала, расположенный на диэлектрической подложке концентрично оси вращени  контролируемого объекта, приемник поверхностных акустических волн, жестко соединенный с объектом, и токосъемник С2.

Недостатками этого устройства  вл етс  то, что измер емый угол поззорота меньше 360°, так как кольцевой звукопровод разомкнут, а основной приемник  вл етс  незамкнутым сосредоточенным элементом, вследствие чего приемник не выдает информацию при повороте контролируемого объекта на 360 ° и более..

Кроме того, ограниченна точность измерени , обусловленна  неоднородностью звукопровода, технологическими неточност ми изготовлени  устройства вли ние которых не может быть скомпенсировано и устранено , так как приемник ультразвуковых колебаний  вл етс  незамкнутым сосредоточенным элементом.

Целью изобретени   вл етс  расщирение диапазона измерени .

Поставленна  цель достигаетс  тем, что в устройстве дл  непрерывного измерени  угловых перемещений, содержащем генератор колебаний, ультразвуковой преобразователь, дуговой звукопровод из пьезоэлектрического материала, расположенный на диэлектрической подложке концентрично оси вращени  контролируемого объекта, приемник поверхностных акустических волн, жестко соедин емый с объектом, и токосъемник, приемник выполнен в виде замкнутой кольцевой металлической встречно-штьфевой решетки, размещенной на диэлектрической подложке концентрично оси вращени  контролируемого объекта, образующей с звукопроводом зазор, величина которого соизмерима с длиной поверхностной акустической волны.

На фиг.1 приведена схема устройства j на фиг.2 - сечение А-А на фиг.15 на фиг.З - сечение Б-Б на фиг.1.

Устройство содержит генератор 1 колебаний, соединенный с его выходом ультразвуковой преобразователь 2, выход которого контактирует с дуговы звукопроводом 3, взаимодействующим с преобразователем 4 поверхностной акутической волны. Преобразователь 4 содинен с фазовым детектором 5, второй вход которого подключен к выходу генратора 1, а выход детектора 5 включе на второй выход генератора 1 колебаний . Над дуговым звукопроводом 3 расположен приемник 6 поверхностных акустических волн, состо щий из диэлектрического диска 7, жестко соедин емого с валом контролируемого объекта 8, и металлических токосъемных колец 9 и 10,, между которыми расположена жестко соединенна  с ними диэлектрическа  шайба 11. На поверхности шайбы 11, обращенной к звукопроводу 3, расположена концентрично с осью вращени  контролируемого объекта замкнута  кольцева  металлическа  встречно-штырева  рещетка с внутренними штыр ми 12 и с внещними щтыр ми 13, шины которых соединены с кольцами 9 и 10 соответственно, а поверхность решетки образует с поверхностью звукопровода зазор сЛ , величина которого соизмерима с длиной поверхностной акустической волны Д .

Период встречно-штьфевой решетки равен длине дуги Т , определ емой из соотношени  rb2FRp/N ,. где Ro средний радиус встречноштыревой решетки, равный среднему радиусу звукопроT .e.Rp R3b вода Rjg периодов (пар: электродов) в решетке. Оптимальное взаимодействие приемника с поверхностной акустической волной обеспечиваетс  при равенстве периода Т длине поверхностной акусти ческой волны, А , т.е. С Д . Дли на поверхностной акустической волны определ етс  соотношением: V/f где V - скорость поверхностной акустической волны, завис ща  от свойств материала звукопровода; f - рабоча частота электрических колебаний, поступающих от генератора. Степень св зи приемника с поверхностной акустической волной пропорци / -91Ж где 61 - коэффициональна - Л ент, завис щий от геометрии встречно штыревой решетки приемника. Над приемником 6 расположен (фиг.1) неподвижный емкостный токосъемник 14, состо щий из диэлектрической шайбы 15, жестко соединенной с металлическими кольцами 16 и 17, которые соединены с входом усилител  18. Устройство работает следующим образом . Генератор 1 электрических колебаНИИ возбуждает посредством преобразо вател  2 бегущую поверхностную акустическую волну в звукопроводе 3 из пьезоэлектрического материала. Электрическое поле бегущей поверхностной акустической волны индуцирует переменные электрические сигналы на тех штыр х 12 и 13 кольцевой встречноштыревой решетки приемника 6, которые наход тс  над звукопроводом. Электрические сигналы, возбуткдаемые в щтыр х встречно-штьфевой решетки, суммируютс  на шинах решетки, при этом происходит увеличение амплиту-. ды выходного сигнала и уменьшение по грешностей измерени , возникающих вследствие неоднородности звукопровода и технологических неточностей изготовлени  устройства, так как взаимодействие поверхностной акустической волны с приемником 6 происходит на прот женном участке звукопровода 3 с участием большого числа шты ей встречно-штыревой решетки. Съем ыходного сигнала осуществл етс  мкостным токосъемником 14, металлиеские кольца 16 и 17 которого обазуют с металлическими кольцами 9 10 приемника 6 емкость. Выходной игнал с колец 16 и 17 емкостного окосъемника 14 поступает в усилиель 18. Выходной сигнал приемника 6 ожно представить в виде: i(,-f г) где А амплитуда выходного сигнала , завис ща  от сЛ, Л и od ; начальна  фаза выходного сигнала-, текущее врем -, длина дуги относительного перемещени  встречно-штьфевой решетки 11 приемника 6 и звукопровода 3, определ ема  соотношением 2 до где Ч - относительное угловое перемещение приемника 6, жестко соединенного с контролируемым объектом В, и звукопровода 3 в радианах. Сдвиг t/ фазы выходного сигнала при относительном угловом перемещении приемника и звукопровода на угол V определ етс  соотношением: . -.f. Откуда видно, что сдвиг Y фазы выходного сигнала пр мо пропорционален относительному угловому перемещению Ч, что позвол ет свести измерение угловых перемещений к измерению фазового сдвига выходного сигнала приемника 6, а изменение радиуса звукопровода 3 Rjg и длины поверхностной акустической волны Д позвол ет регулировать чувствительность устройства. При вращении приемника 6 относительно звукопровода 3 фазовый сдвиг выходного сигнала непрерьшно мен етс , что поз-вол ет непрерывно измер ть угловые перемещени  от О до 360° и более, использу  соотношение V-Обработка снимаемого сигнала может осуществл тьс  известными способами. Например, выходной сигнал с выхода ; усилител  18 сравниваетс  в фазовом

детекторе 5 с сигналом 1енератора. Число фазовых циклов, соответствующих перемещению, равному целому числу поиерхносгных акустических полуволн (волн), регистрируетс  счетчиком, а величина, лежаща  внутри этого интервала , - стрелочным прибором.

Поверхностные акустические волны, прошедшие звукопровод 3, поступают на вход выходного преобразовател  4, который преобразует их в электрический сигнал той же частоты. С выхода выходного преобразовател  4 сигнал, несущий информацию о фазе (следовательно , о длине звукопровода между входным и выходным преобразовател ми), поступает на вход детектора, на второй вход которого поступает сигнал от генератора 1 электрических колебаний . В детекторе 6 формируетс  сигнал коррекции, измен ющий частоту колебаний генератора таким образом, чтобы обеспечивалось посто нство разности фаз между опорными колебани ми генератора 1 и колебани ми, распростран ющимис  по звукопроводу 3, благодар  чему уменьшаютс  погрешности измерени  угловых перемещений, обусловленные действием дестабилизирующих факторов (температура, давление нестабильность частоты генератора и пр,), причем степень уменьшени  погрешностей пр мо пропорциональна длине звукопровода между входным и выходным преобразовател ми.

Использование изобретени  позволи расширить диапазон измер емых угловых перемещений до 360 и уменьшить погрешности измерени , возникающие вследствие неоднородности звукопровода и технологических неточностей изготовлени  устройства.

6

/3

.5

Claims (1)

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ НЕПРЕРЫВНОГО ИЗМЕРЕНИЯ УГЛОВЫХ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ, содержащее генератор колебаний, ультразвуковой преобразователь, дуговой эвуко- провод из пьезоэлектрического материала, расположенный на диэлектрической подложке концентрично оси вращения контролируемого объекта, приемник поверхностных акустических волн, жестко соединенный с объектом, и токосъемник, отличающееся тем, что, с целью расширения диапазона измерения, приемник выполнен в виде замкнутой кольцевой металлической встречно-штыревой решетки, размещенной на диэлектрической подложке концентрично оси вращения контролируемого объекта образующей со звукопроводом зазор, величина которого соизмерима с длиной поверхностной акустической волны.

   Фмг.1