Ультразвуковой фазовый измеритель виброперемещений

 

УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ФАЗОВЫЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ ВИБРОПЕРЕМЕЩЕНИЙ, содержащий {последовательно соединенные задаю щий генератор и излучающий преобразователь , приемный преобразователь ,и фазовый детектор, второй вход которого подключен к входу излучаквдего преобразователя, и коммутатор, о тл и чающийся тем, что, с целью повышения чувствительности и расширения динамического диапазона, .он снабжен включенной между генератором и излучающим преобразователем линией задержки, управляющие входы которой подключены к выходу коммутатора, подключённым к выходу фазового детектора аналого-цифровым преобразователем, подключенным к его выходу блоком обработки информации, источником опорного напряжения.и соединенным с ним компаратором, второй i вход которого подключен к выходу фазового детектора, а выход - к вто (П рому входу блока обработки информа ,ции и к входу коммутатора.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

П9) (И) 3(51) 0 01 Н 1/00; G 01 В 17/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР.

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

Э ь

:«>", .",(;;ЯЩл Р, ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21 ) 3409513/18-28 (22) 17.03. 82 (4б) 15.10.83. Бюл. М 38 (72) Б.A. Гордеев (71) Горьковский филиал Всесоюзного научно-исследовательского института по нормализации в машиностроении (53 } 531 ..718. 2(088. 8) . (56 ) 1. Редчиков В.В. Ультразвуковой фазовый метод измерения вибросмещений. N. МДНТП им. Дэержинского,. . 1973, с. 194-199.

2. Авторское свидетельство СССР

)) 823824, кл. G 01 В 7/00, 1979 (прототип). (54)(57) УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ФАЗОВЫЙ ИЗМЕ"

РИТЕЛЬ ВИБРОПЕРЕМЕЩЕНИЙ, содержащий

i последовательно соединенные задаю щий.генератор и излучающий преобра-, зователь, приемный преобразователь,и фазовый детеКтор, второй вход которого подключен к входу излучающего преобразователя, и коммутатор, о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения чувствительности и расширения динамического диапазона,,он снабжен включенной между генера" тором и излучающим преобразователем линией задержки, управляющие входы которой подключены к выходу коммутатора, подключенным к выходу фазового детектора аналого-цифровым преобразователем, подключенным к его выходу блоком обработки информации, источником опорного напряжения.и соединенным с ним компаратором, второй вход которого подключен к выходу фа- Я зового детектора, а выход - к второму входу блока обработки информации и к входу коммутатора.

С:

1048330

2, Изобретение относится к иэмерительт ндй технике и может быть использовано в любой отрасли машиностроения.

Известен ультразвуковой фазовый . измеритель виброперемещений, содержащий последовательно соединенные задающий генератор, излучающий преобразователь, приемный преобразователь и фазовый детектор, второй вход которого подключен к выходу задающего генератора. 10

Принцип работы измерителя основан на измерении разности фаз иэлученного и отраженного от исследуемого объекта ультразвукового сигнала, по величине которой судят о смещении. 5 объекта (13.

Недостатком измерителя является узкий динамический диапазон измерения из-эа наличия нелинейных искажений выходного сигнала эа счет. произволь-20 ного выбора рабочей точки излучающего и приемного преобразователей.

При этом в выходном сигнале фазового детектора появляются дополнительные гармоники, обусловленные нели нейными искажениями, Наиболее блиэким к изобретению по технической сущности является, ультразвуковой фазовый измеритель виброперемещений, содержащий Последовательно соединенные задающий re- -.30 нератор и излучающий преобразователь, . приемный преобразователь и фазовый детектор, второй вход которого подключен ко входу излучающего преобразователя, и коммутатор. 35

При измерении стационарных процес» сов измеритель работает в линейном, режиме. На практике чаще всего имеют место нестационарные процессы, .при которых измеряемые высокочас- 40 тотные сигналы складываются с появляющимися низкочастотными, что при, водит к изменению положения рабочей точки фазового детектора и появлению нелинейных искажений f2 3.

Недостатком известного устройства является узкий динамический диапазон измеряемых. виброперемещений, обусловленный нелинейными искажениями выходного сигнала фазового детектора.

Цель изобретения — повышение чувствительности и расширение динамического диапазона.

Поставленная цель достигается тем, что ультразвуковой фазовый измеритель. виброперемещений, содержащий последовательно соединенные. задающий генератор и излучающий преобразователь, приемный преобразователь и фазовый детектор, второй вход которого подключен к входу излучающего пре- 60 обраэователя, и коммутатор, снабжен включенной между генератором и излучающим преобразователем линией задержки, управляющие входн которой подключены к выходу коммутатора, ;подключенным к выходу фазового детек» тора аналого-цифровым преобразователем, подключенным к его выходу блоком обработки инфомации, источником опорного напряжения и соединенным с ним компаратором, второй вход Ко- торого подключен к выходу фазового детектора, а выход - к второму входу блока обработки информации и к входу коммутатора, На фиг. 1 представлена структур« ная схема измерителя, на фиг. 2 диаграммы напряжения, поясняющие ра.боту измерителя.

Ультразвуковой фазовый измеритель виброперемещений содержит последовательно соединенные задающий генератор 1, линию 2 задержки с, управляемыми входами, излучающий преоб-, разователь 3, взаимодействукиций с исследуемым объектом 4, приемный преобразователь 5, фазовый детектор

6, второй вход которого подключен к входу излучающего преобразователя 3, аналого-цифровой преобразователь 7 и блок 8 обработки информации. Вы ход фазового детектора б соединен.со входом компаратора 9, выход которого соединен со входом коммутатора 10 и вторым входом блока 8 обработки

,информации. другие входы компаратора 9 соединены с выходом источника 11 опорного напряжения. Выходы коммутатора 10 соединены с управляющими входами управляемой линии 2 задержки.

Измеритель работает следующим образом, Выходной сигнал задающего генератора 1 через линию 2 задержки посту-: пает на излучающий преббразователь

Э. Первоначальная задержка сигнала должна удовлетворять условию Яо =

1п

= — + — М где n - число дискретных 2 4/ изменений фазы, равное числу управляющих входов линии..2 задержки, Лдлина ультразвуковой волны, . - В этом случае при смещении объек- та 4 на величину gR.(t)< — измеритель

Т

8 работает в линейном режиме. Отраженный сигнал с выхода приемного преобразователя 5 поступает на второй вход фазового детектора б, на первый вход которого поступает опорный сигнал с линии 2 задержки. Изменяющийся по амплитуде .выходной сигнал фазового детектора б поступает на компаратор 9, на который от источника 11 опорного напряжения подаются напряжения уровней 0" и 02, соответствующие верхнему и нижнему порогам, вне которых заметно наличие нелинейных искажений . При увеличении входного сигнала фазового детектора на величину, соответству ю. 1048330 смещению объекта 4 d R = Л/О, за которым начинают проявляться нели- нейные искажения, выходной сигнал

02(Ф! Фазового детектора 6 в компара-. торе 9 .достигает одного из уровней напряжения (О "или 01)(фиг. 2). В этом случае .на выходе компаратора 9 появляется импульс 0к, поступающий одновременно на коммутатор 10 и блоМ

В обработки информации. На втором выходе коммутатора 10 появляется уп- 1О равлянщий сигнал, изменяющий время ь задержки. Время ь соответствует изменению фазы .сигнала на входе фазового детектора 6 на,У/4, т.е. рабочая точка измерителя смещается 15 на Л/8, .что устраняет нелинейное mc» кажение. при уменьшении значения входного сигнала и, следовательно, уменьшении изменения фазы до значе-:. ния %/4, величина выходного сигнала фазового детектора б уменьшается до. величины U2 (фиг. 2 ), что вызывает . появление отрицательного импульса

:на выходе компаратора 9, который переключает коммутатор 10 в исходное состояние. Линия 2 задержки. меняет

Фазу на Р/Е, но в обратном направлении. Устройство вновЬ работает в линейном режиме. Информация о перемещении объекта с фазового детектора. 6 через аналого-цифровой преобразователь 7 заносится в блок 8 обра1 ботки .йнформации.

:Ввепение в измеритель новых эле-, ментов и связей позволяет автоматически отслеживать изменение величины выходного сигнала и в соответствии .с этиМ изменять положение рабочей точки измерителя таким образом, чтобы она находилась на линейном участке характеристики, что приводит. к уменьшению нелинейных искажений, а,следовательно, к расширению динамического диапазона.

1048330 . Составитель В. Крапивин

Редактор A. Долинич Техред B, àëåêoðåé Корректор A Эимокосов

Подписное

Э акаэ 7920/47 Тираж 873

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам и обретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул.Проектная, 4