Устройство для измерения длины протяженного металлического изделия

Авторы патента:

G01B7/02 - для измерения длины, ширины или толщины (G01B 7/004, G01B 7/12 имеют преимущество)

Владельцы патента RU 2656021:

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова Российской академии наук (RU)

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для бесконтактного измерения длины протяженных металлических изделий, в частности металлических труб как готовых изделий, так и при их производстве. Техническим результатом изобретения является расширение функциональных возможностей устройства вследствие повышения точности измерения длины протяженного металлического изделия. Устройство для измерения длины протяженного металлического изделия содержит металлическую плоскость с размещенным изолированно над ней контролируемым изделием, совокупность которых образует отрезок длинной линии, генератор электромагнитных колебаний фиксированной частоты, соединенный линией связи с одним из концов отрезка длинной линии, включенные в линию связи направленные ответвители для прямой и отраженной электромагнитных волн, выход каждого из которых подсоединен к соответствующему входу фазового детектора, регистратор. При этом для достижения технического результата включены блок для измерения фазовой скорости электромагнитных волн и вычислительное устройство, выход фазового детектора соединен с первым входом вычислительного устройства, ко второму входу которого подсоединен выход блока для измерения фазовой скорости электромагнитных волн, а к выходу - регистратор. 1 ил.

Известны механический способ измерения длины протяженных металлических изделий и реализующее его устройство (SU 313070 А1, 31.08.1971). Согласно им контролируемое изделие перемещают протяжным устройством в осевом направлении. Синхронно с этим приводят во вращение роликовый датчик пути, отсчитывая длину изделия как превышение некоторой базовой величины, обозначенной стационарными датчиками. Недостатками этих способа и устройства являются контактность измерений, часто неприемлемая на практике; громоздкость оборудования (его двойная длина); невысокие точность измерения и быстродействие. Точность измерения снижена вследствие проскальзывания изделия относительно ролика.

Известно также техническое решение (SU 442361 А1, 05.09.1974), которое содержит описание устройства, по технической сущности наиболее близкого к предлагаемому устройству, и принятое в качестве прототипа. Согласно этому устройству-прототипу, контролируемую металлическую трубу располагают изолированно над заземленной металлической плоскостью. В совокупности проводников - трубы и данной плоскости возбуждают электромагнитные колебания как в отрезке длинной линии. Измеряя колебательные характеристики отрезка длинной линии, в частности его резонансную частоту электромагнитных колебаний, судят о длине металлической трубы. Недостатком данного устройства является его ограниченные функциональные возможности, вызванные невысокой точностью измерения вследствие возможных изменений электрофизических параметров среды на измерительном участке.

Техническим результатом изобретения является расширение функциональных возможностей устройства вследствие повышения точности измерения длины протяженного металлического изделия.

Технический результат в предлагаемом устройстве для измерения длины протяженного металлического изделия, содержащем металлическую плоскость с размещенным изолированно над ней контролируемым изделием, совокупность которых образует отрезок длинной линии, генератор электромагнитных колебаний фиксированной частоты, соединенный линией связи с одним из концов отрезка длинной линии, включенные в линию связи входами направленные ответвители для прямой и отраженной электромагнитных волн, выход каждого из которых подсоединен к соответствующему входу фазового детектора, регистратор, достигается тем, что оно содержит блок для измерения фазовой скорости электромагнитных волн и вычислительное устройство, выход фазового детектора соединен с первым входом вычислительного устройства, ко второму входу которого подсоединен выход блока для измерения фазовой скорости электромагнитных волн, а к выходу - регистратор.

Предлагаемое техническое решение поясняется чертежом на фиг. 1, где показана функциональная схема устройства для измерения длины протяженного металлического изделия.

Устройство содержит: изделие 1, металлическую плоскость 2, генератор 3, линию связи 4, блок измерения фазовой скорости электромагнитных волн 5, фазовый детектор 6, направленные ответвители 6 и 7, вычислительное устройство 9, регистратор 10.

Устройство работает следующим образом.

В данном устройстве для проведения измерений длины протяженного металлического изделия рассматривают совокупность двух протяженных проводников - контролируемого протяженного металлического изделия и заземленной металлической плоскости - как отрезок длинной линии. Информативным параметром служит фазовый сдвиг Δϕ возбуждаемой и отраженной от разомкнутого конца отрезка длинной линии электромагнитных волн.

При распространении электромагнитной волны вдоль отрезка длинной линии, ее отражении от разомкнутого конца отрезка длинной линии и приеме этой волны на его входе фазовый сдвиг Δϕ падающей и принимаемой электромагнитных волн выражается следующей формулой (Викторов В.А. Высокочастотный метод измерения неэлектрических величин. М.: Наука. 1978. 280 с. С. 73-74):

где ƒ - частота генератора, - фазовая скорость электромагнитной волны, с - скорость света, ε и μ - соответственно, относительное значение диэлектрической проницаемости и относительное значение магнитной проницаемости среды в пространстве, где расположены проводники рассматриваемого отрезка длинной линии, .

В данном устройстве предусмотрено наличие блока измерения фазовой скорости ν_ф электромагнитных волн на измерительном участке устройства, которое воспринимает текущую информацию о значениях величин ε и μ и их возможных изменениях. Этот блок содержит резонатор - колебательный контур, дополнительный отрезок длинной линии или объемный резонатор. При этом собственная (резонансная) частота ƒ_p такого резонатора определяет (задает) частоту электромагнитных колебаний генератора, которая зависит от ε и μ:

где - собственная частота этого резонатора при ε=μ=1.

При умножении значения Δϕ из формулы (1) на значение ƒ_p из формулы (2), любых значениях ε и μ будет иметь:

где . Это соотношение является инвариантом по отношению к ε и μ. Следовательно, обеспечив выполнение в вычислительном блоке устройства операции умножения величин Δϕ и ƒ_p согласно формуле (3), достигается независимость результатов измерения от электрофизических параметров ε и μ окружающей среды.

При реализации данного устройства контролируемую трубу 1 располагают на диэлектрических опорах (не показаны на рисунке) над металлической плоскостью 2 (фиг. 1).

С применением высокочастотного генератора 3 фиксированной частоты и линии связи 4 (коаксиальный кабель) в таком отрезке длинной линии возбуждают электромагнитные волны. Устройство содержит также блок для измерения фазовой скорости электромагнитных волн 5 на измерительном участке устройства в виде резонатора 5 - колебательного контура, дополнительного отрезка длинной линии или объемного резонатора. При этом собственная (резонансная) частота ƒ_p такого резонатора зависит от фазовой скорости ν_ф электромагнитных волн на измерительном участке, то есть от ε и μ, и выражается формулой (2).

Отраженные от конца отрезка длинной линии волны, а также прямые волны (часть их мощности) подаются от генератора 3 на фазовый детектор 6. Для этой цели служат включенные в линию связи 4 направленные ответвители 7 и 8 соответственно, для прямых и отраженных электромагнитных волн. На выходе фазового детектора 6, осуществляющего сравнение фаз прямых и отраженных волн, образуется сигнал, напряжение U которого пропорционально разности фаз Δϕ этих волн: U=acos(Δϕ+Δϕ₀). Здесь Δϕ₀ - фиксированный фазовый сдвиг в линии связи 4, направленных ответвителях 7 и 8. Коэффициент а учитывает затухание, вносимое схемными элементами. Выход фазового детектора 5 подсоединен к первому входу вычислительного устройства 9, ко второму входу которого подсоединен выход блок для измерения фазовой скорости электромагнитных волн 5. К выходу вычислительного устройства 9 подключен регистратор 10, выходной сигнал которого соответствует значению длины протяженного металлического изделия. В вычислительном устройстве 9 осуществляется операция умножения величин Δϕ и ƒ_p согласно формуле (3) и, тем самым, обеспечивается независимость результатов измерения длины от электрофизических параметров ε и μ окружающей среды.

Для контролируемых протяженных металлических изделий выбором частоты генератора можно оптимизировать чувствительность такого датчика длины металлического изделия в рабочем диапазоне ее изменения. При этом имеет место монотонность зависимости информативного параметра от этой длины. Данный способ измерения достаточно просто реализуем. Он может найти применение на практике там, где требуется производить высокоточные бесконтактные измерения длины металлической трубы в широких пределах ее изменения при наличии возможных изменений электрофизических параметров окружающей среды в области расположения измерительного участка трубы, где производят измерения длины металлического изделия.

Устройство для измерения длины протяженного металлического изделия, содержащее металлическую плоскость с размещенным изолированно над ней контролируемым изделием, совокупность которых образует отрезок длинной линии, генератор электромагнитных колебаний фиксированной частоты, соединенный линией связи с одним из концов отрезка длинной линии, включенные в линию связи входами направленные ответвители для прямой и отраженной электромагнитных волн, выход каждого из которых подсоединен к соответствующему входу фазового детектора, регистратор, отличающееся тем, что оно содержит блок для измерения фазовой скорости электромагнитных волн и вычислительное устройство, выход фазового детектора соединен с первым входом вычислительного устройства, ко второму входу которого подсоединен выход блока для измерения фазовой скорости электромагнитных волн, а к выходу - регистратор.

Способ определения длины протяженного металлического изделия // 2656012

Способ измерения длины металлической трубы // 2656007

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для бесконтактного измерения длины металлических труб как готовых изделий, так и при их производстве на металлургических, машиностроительных предприятиях.

Способ измерения толщины тонкопленочных диэлектрических материалов // 2652156

Использование: для контроля толщины тонкопленочных диэлектрических материалов. Сущность изобретения заключается в том, что размещают диэлектрический материал на поверхности предварительно оттарированного датчика контроля толщины тонкопленочных диэлектрических материалов, содержащего электроды, выполненные в виде двух плоских гребенок, имеющих зубья и основание в виде плоских прямоугольников, соединенных между собой и нанесенных на плоское диэлектрическое основание, при этом зубья одной гребенки размещают между зубьями второй гребенки с образованием равномерно чередующихся зубьев и зазоров между ними, причем ширину зазора между зубьями выполняют равной ширине зуба, с последующим определением изменения емкости датчика и толщины тонкопленочного диэлектрического материала по изменению емкости датчика, при этом с двух диаметрально расположенных углов датчика устанавливают дополнительные электроды таким образом, что на каждом упомянутом углу размещается по меньшей мере два плоских Г-образных электрода, причем внутренний Г-образный электрод образуют зубом и основанием соответствующей плоской гребенки, при этом потенциал дополнительных электродов обеспечивают по величине и знаку равным потенциалу вблизи расположенного электрода, образующего гребенку.

Устройства для индикации износа и связанные с ним сборки и способы // 2645497

Группа изобретений относится к области машиностроения. Устройство для индикации износа содержит внешний корпус, имеющий отверстие, проходящее частично через него, и датчик внутри отверстия.

Электромагнитный скважинный дефектоскоп (варианты) // 2639270

Область применения: изобретение относится к геофизическим исследованиям технического состояния нефтегазовых скважин и может быть использовано для обнаружения различных дефектов в нескольких колоннах скважин.

Способ контроля отклонений ширины проводников печатной платы от номинальных значений // 2634494

Использование: для контроля технологических процессов изготовления печатных плат. Сущность изобретения заключается в том, что способ контроля отклонений ширины проводников от номинальных значений при изготовлении печатной платы содержит расчет волнового сопротивления проводника в виде микрополосковой линии на двусторонней печатной плате при заданных значениях диэлектрической проницаемости и толщины основания платы, толщины слоя металлизации и ширины тестируемого проводника; на тестовой плате с заданными значениями диэлектрической проницаемости и толщины основания платы, толщины слоя металлизации с помощью применяемой производителем технологии изготавливают тестовый образец с тестируемым проводником заданной ширины; с помощью динамического рефлектометра измеряют волновое сопротивление тестируемого проводника; находят разность между значениями расчетного волнового сопротивления тестируемого проводника и измеренного волнового сопротивления проводника на тестовом образце печатной платы; рассчитывают коэффициент влияния относительной погрешности ширины тестируемого проводника на погрешность волнового сопротивления; относительную погрешность волнового сопротивления проводника тестового образца делят на рассчитанный коэффициент влияния, найденное результирующее значение показывает относительную производственную погрешность ширины проводника в тестируемом фотолитографическом процессе формирования проводников печатной платы; умножая относительную производственную погрешность на номинальное значение ширины тестируемого проводника, находят абсолютную производственную погрешность ширины проводников печатной платы.

Электромагнитный преобразователь // 2577083

Изобретение относится к измерительной технике, представляет собой электромагнитный преобразователь и может быть использовано при неразрушающем контроле толщины покрытия из непроводящего материала на токопроводящей подложке.

Емкостная измерительная система // 2573447

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к емкостному датчику для измерения расстояния до мишени в литографическом устройстве. Сущность: емкостная измерительная система содержит датчик (30), имеющий тонкопленочную структуру, имеющую первый изолирующий слой (34) и первую проводящую пленку, содержащую измерительный электрод (31), сформированный на первой поверхности первого изолирующего слоя (34), и вторую проводящую пленку, содержащую задний охранный электрод (35).

Устройство для определения высоты полого древесного цилиндрического изделия // 2531035

Предлагаемое техническое решение относится к измерительной технике. Техническим результатом заявляемого устройства является повышение стабильности измерения контролируемого параметра.

Способ определения длины протяженного металлического изделия // 2656023

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для бесконтактного определения длины протяженных металлических изделий, в частности металлических труб как готовых изделий, так и при их производстве на металлургических, машиностроительных предприятиях. Сущность заявленного технического решения заключается в том, что в предлагаемом способе определения длины протяженного металлического изделия, при котором контролируемое изделие располагают изолированно над заземленной металлической плоскостью, в совокупности проводников - протяженном металлическом изделии и данной плоскости - возбуждают электромагнитные колебания ТЕМ-типа как в отрезке длинной линии, разомкнутом на концах, и в первом такте измерений измеряют резонансную частоту электромагнитных колебаний этого отрезка длинной линии, дополнительно, во втором такте измерений, измеряют резонансную частоту электромагнитных колебаний этого отрезка длинной линии при его замыкании накоротко в одном из его сечений на фиксированной длине от другого разомкнутого конца, производят совместное преобразование измеренных резонансных частот и согласно соотношению , где m=0, 1, 2, …; n=1, 2,…, по результату которого судят о длине протяженного металлического изделия. Техническим результатом изобретения является расширение функциональных возможностей способа измерения вследствие повышения точности измерения длины протяженного металлического изделия. 1 ил.