Устройство для измерения размеров и линейных перемещений

НАЦИОНАЛЬНОЕ ПАТЕНТНОЕ ВЕДОМСТВО РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН(73) Акционерное общество закрытого типа Биотехинвест(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ РАЗМЕРОВ И ЛИНЕЙНЫХ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ(57) Изобретение относится к приборостроению и может быть использовано для прецизионных измерений размеров, длин И перемещений, включая микроперемещения. Устройство снабжено зондом, установленным в корпусе с измерительной камерой, заполненой флюидом. В камере размещен преобразователь продольных акустических колебаний, образующий измерительные ячейки с постоянной и переменной акустическими базами. В частных случаях исполнения ячейки звукопровода выполнены сообщающимися, а поверхности щупа и звукопровода выполнены притертыми.Изобретение относится к приборостроению и может быть использовано для прецизионных измерений размеров, длин и перемещений, включая микроперемещения.Известен пьезорезонансный измеритель микроперемещений, виброконтактного типа(Измерительная техника,1492 1968,с.25-27), содержащий колеблющийся пьезоэлемент, поверхность которого находится в контакте с перемещаемым относительно резонатора объектом.Недостатком его является узкий диапазон возможных измерений - от 10 до 1 мкм. Наиболее близким по сути к изобрете нию является устройство для измерения перемещений на основе преобразователей поверхностных акустических волн (Малов В.Д.,Пьезорезонансные датчики. М.Энер гоатомиздат,1989,с.270), содержащий зонд,находящийся в контакте с перемещаемым объектом и установленный с возможностью перемещения вблизи преобразователя колебаний.Недостатки устройства связаны с трудностями его реализации и эксплуатации,которые обусловлены быстрым спадом электрического поля по мере удаления от поверхности звукопровода, повышенно жесткими требованиями к зазору между преобразователем и зондом, проблемами,возникающими при взаимном позиционировании зонда и преобразователя, что особенно усугубляется в условиях измерения параметров окружающей среды, в первую очередь температуры. Это ведет к ненадежности устройства, нестабильности его показаний.Кроме того,устройство имеетограниченный диапазон измеряемых длин. Задача, на решение которой направлено изобретение - повышение точности,надежности И стабильности показаний, а также разрешающей способности устройства, том числе в условиях изменения температуры окружающей среды. Поставленная задача решена тем, что в устройстве, содержащем зонд, находящийся в контакте с перемещаемым или измеряемым объектом, преобразователь акустических колебаний, средства возбуждения,съема, регистрации и обработки сигналов,зонд выполнен содержащим отражатель или преобразователь акустических сигналов и установлен в корпусе с Измерительной камерой, заполненной флюидом (жидкостью Или газом), причем в камере установлен также преобразователь продольных акустических колебаний И/или отражатель.Во всех случаях использования Изобретения, названной совокупности осуществленных признаков достаточно, так как выполнение зонда, содержащим отражатель (или преобразователь колебаний продольного типа) И размещение его в Измерительной камере, заполненной флюидом и содержащей преобразователь продольных акустических колебаний, включает недостатки прототипа, позволяет одновременно повысить точность И стабильность показаний при существенном увеличении диапазона измеряемых величин, по крайней мере от доли мкм до десятков см.Это достигается тем, что во флюиде, которым заполняют измерительную камеру, с помощью преобразователя колебаний возбуждают упругие волны продольного типа, а расстояние до отражателя (или второго преобразователя), которое изменяется при перемещении щупа,определяют или по времени прохождения сигнала, или по длине волны и частоте и/или,считая число полуволн, укладывающееся в расстояние от преобразователя до отражателя.Такая конструкция устройства, работающего на продольных волнах, позволяет снизить требования к позиционированию зонда сотражателем И преобразователем и в то же время более надежно добиться необходимого позиционирования, обусловленного только параллельностью излучающей поверхности преобразователя И отражателя,подбирая соответствующий флюид, например, жидкость с малым коэффициентом поглощения, а также частоты колебаний,расширить интервал измеряемых величин при одновременном повышении точности Измерений на всем интервале.Установление преобразователя колебаний в камере таким образом, что он образует две измерительные ячейки с постоянной и переменной акустическими базами,повышает точность, стабильность показаний И надежность устройства.При этом показания устройства практически не зависят от Изменений внешних факторов - температуры, влажности, давления и др., так как показания,полученные с помощью ячейки переменной базы, соотносят И поверяют с показаниями ячейки постоянной базы, например, по отношению к температуре, устройство является термокомпенсационным.Кроме того, размещение основных измерительных элементов в корпусе повь 1 шает надежность устройства при внешних воздействиях - ударных,вибрационных и др.Заполнение измерительной камеры эталонным флюидом также повышает точность, так как свойства его заранее известны.Выполнение ячеек с переменной и постоянной базами сообщающимися, Исключает возможности возникновения в них перепада давления, различных неоднородностей параметров.что повышает надежность устройства и точность показаний.Выполнение по крайней мере части зонда, находящейся в подвижном контакте с корпусом, с поверхностью, притертой к поверхности корпуса, позволяет повысить точность и стабильность показаний, надежность устройства, так как сводит к минимуму возможность перекосов, обеспечивает плавность хода щупа, параллель 3161На фиг. 1 - изображено предлагаемое устройство на фиг.2 И фиг.3 - схема проведения измерений вертикального размера объекта.Устройство содержит корпус 1, щуп 2,выполненный с отражателем 3, который может быть выполнен с отверстиями 4, или преобразователем колебаний (не показан)Устройство работает следующим образом.В корпусе 1 установлен пьезокристалл 5 ниобата лития У-36, разделяющий измерительную камеру на ячейку с постоянной базой, содержащей отражающую поверхность 1, И переменной акустической базой,заполненные эталонным флюидом - (дважды дистиллированной водой),щуп 2 вь 1 полнен с отражателем 3, содержащим отверстия 4. Вся поверхность зонда выполнена притертой к поверхности корпуса и обеспечена прецизионная посадка.Измерения проводят следующим образом. Обеспечивают контакт зонда с перемещаемым объектом 10, например, элементом металлорежущего станка. Возбуждают синусоидальные колебания пьезокристалла 5 на частоте 5 МГЦ. Перемещение объекта 10 вызывает перемещение зонда 2 И изменение длины акустического пути в ячейке с переменной базой.находят величину перемещения объекта 10,где Г - частота колебаний 1 - длина акустического пути, 10 - длина акустического пути для ячейки в постоянной базой, г И со соответственно время прохождения сигна ла в ячейках с переменной и постоянной базами. Проведение Измерений вертикального размера объекта поясняют фиг.2 И фиг.3. Выдвижением щупа 2 из корпуса 1 определяют расстояние до стола 11. Затем возвращают зонд 2 в первоначальное положение, устанавливают на стол 11 объект 10,вновь выдвигают щуп 2 до поверхности объекта 10 И по разности показаний определяют вертикальный размер объекта 10. Таким образом, устройство обладает высокими чувствительностью, точностью,стабильностью показаний, надежностью ,способно компенсировать и исключать влияние внещних факторов на показания,например, температуры, И может быть Использовано для измерений размеров, длин,перемещений, включая микроперемещения, в широком диапазоне их изменения,вплоть до задач эхолокацИИ.1. Устройство для измерения размеров И линейных перемещений, содержащее герметичный звукопровод, жестко установленный в нем преобразователь колебаний И щуп, предназначенный для связи с измеряемым или перемещаемым объектом,отличающееся тем, что оно снабжено отражателем или преобразователем колебаний, установленными на щупе, жестко установленный преобразователь выполнен в виде преобразователя продольных волн И делит звукопровод на две ячейки с постоянной И переменной акустическими базами, а звукопровод заполнен жидкостью или газом.2. Устройство по п.1, отличающееся ТеМ, что ячейки звукопровода выполнены сообщающимися.3. Устройство по п.п. 1.2, отличающееся тем, что взаимодействующие по ВСрХНОСТИ щупа И звукопровода ВЫПОЛНСНЫ ПрИТСРТЫМИ.