Устройство для измерения неравномерности скорости вращения вала

 

Изобретение относится к измерительной технике и позволяет повысить точность измерений неравномерности скорости вращения вала. Источник 1 света, установленный соосно с исследуемым валом 2, через наклонное плоское зеркало 3, размещенное па валу под углом 45 к его оси вращения, оптически связан с фотоприемником 4, подключенным к измерительно-регистрирующему блоку 5. На валу установлен маховик 6, связанный с ним упругим элементом 7 и имеющий возможность свободно вращаться. На маховике жестко закреплено плоское зеркало 8. При отклонении скорости вращения вала 2 от средней, приводящем к изменению взаимного расположения зеркал 3 и 8, отраженный от зеркала 8 и от неподвижного полупрозрачного зеркала 9 луч попадает на круговую диафрагму 11, которая вместе с фокусирующей системой 10 и фотоприемником 4 преобразует пространственное положение луча в электричес- i сл с

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) 1

» и„!! !

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3790532/24-10 (22) 15.09.84 (46) 07.03.86. Бюл. № 9 (71) Харьковский автомобильнодорожный институт им. Комсомола

Украины (72) К.И.Богатыренко (53) 53 1.7 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР . № 458763, кл. G 01 Р 15/08, 1973.

Филатов И.A. и др. Прибор для измерения малых вариаций угловой скорости. — Измерительная техника, 1971, N- 5, с. 33-35. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ НЕРАВНОМЕРНОСТИ СКОРОСТИ ВРАЩЕНИЯ

ВАЛА (57) Изобретение относится к измерительной технике и позволяет повысить точность измерений неравномерности скорости вращения вала. Источ»5О 4 С 01 Р 3/36 15 08 ник 1 света, установленный соосно с исследуемь»»» валом 2, через наклонное плоское зеркало 3, размещенное на валу под углом 45 к его оси вращения, оптически связан с фотоприемником 4, подключенным к измерительно-регистрирующему блоку 5. На валу установлен маховик 6, связанный с ним упругим элементом 7 и имеющий возможность свободно вращаться. На маховике жестко закреплено плоское зеркало 8. При отклонении скорости вращения вала 2 от средней, приводящем к изменению взаимного расположения зеркал 3 и 8, отраженный от зеркала 8 и от неподвижного полупрозрачного зеркала 9 луч попадает на круговую диафрагму 11, которая вместе с фокусирующей системой 10 и фотоприемником 4 преобразует пространственное положение луча в электрический сигнал, пропорциональный неравномерности скорости вращения вала.

Датчик 12 дает информацию, в каком

1216727 положении вала 2 произошло отклонение скорости его вращения от средней. 4 ил.

Изобретение относится к измерительной технике и может был ь использовано для измерения неравномерности скорости вращения валов.

Цель изобретения — повышение точ— ности измерения.

IIa фиг. 1 представлена конструк— тивная схема устройства; на фиг. 24 — ход лучей при работе устройства.

Устройство содержит источник I света, расположенный соосно с валом

2, неравномерность скорости вращения которого измеряется. На валу 2 о под углом 45 к оси вращения установлено наклонное плоское зеркало

3, через которое источник 1 света оптически связан с фотоприемником

4, выход которого связан с входом измерительно-регистрирующего блока

5. Па валу 2 закреплен маховик 6 имеющий возможность свободно вращаться и связанный с ним упругим элементом 7.

Плоское зеркало 8 жестко закреплено на маховике 6 перпендикулярно лучу, отраженному от наклонного зеркала 3, неподвижное полупрозрачное зеркало 9, расположено наклонно к оси вращения вала 2 за источником и оптически связывает фотоприемиик 4 с источником 1 света через систему зеркал 3 и 8. При этом между фотоприемником 4 и полупрозрачным зеркалом 9 последовательно установлены фокусирующая система

10 и круговая диафрагма 11, а синхронизирующий вход блока 5 через датчик 12 положения связан с валом 2.

Источник 1 света создает остро направленный световой поток, который наклонным зеркалой 3 разворачивается в плоскость. Фотоприемник 4 предпазпачен для преобразования светового сигнала в электрический, параметры которого измеряются и при необходимости регистрируются блоком

5. В качестве фотоприемника 4 может быть использован фотоэлектронный умножитель, фотодиод, фототранзис— тор, фотоэлемент и т.п., в качестве измерительно — регистрирующего блока

5 5 — самописец, осциллограф, авалов го-цифровой преобразователь и т.п.

Маховик 6 вместе с упругим элементом

7 предназначен для выделения средней скорости вращения вала 2, т.е. действует как фильтр нижних частот для колебаний скорости вала 2: из— менение средней скорости вращения вала 2 передается маховику 6, а быстрые мгновенные колебания практически не влияют на его движение (для этого момент инерции маховика и жесткость упругого элемента 7 выбраны соответствующим образом).

Дополнительно введенное зеркало

20 8 предназначено для отражения светового луча от зеркала 3 снова к нему и затем на полупрозрачное зеркало 9, в качестве которого может быть использована, например, стеклянная плоскопараллельная пластинка.

Датчик 12 положения предназначен для ввода отметок о положении вапа

2 в блок 5, что необходимо для идентификации кривой мгновенной скорости

30 вращения, в каком положении вала его скорость превышает среднюю, в каком — ниже средней и т.д. В качестве этого датчика может быть использован любой преобразователь угла поворота вала в электрический сигнал.

В простейшем случае это может быть электромагнитный датчик, регистрирующий момент прохождения какой-либо метки, нанесенной на вал 2. Сигнал р0 с этого датчика может, например, запускать ждущую развертку осциллографа — блока 5, производящую прямой ход луча за период вращения вала 2.

Если меток на валу несколько, то их сигналами можно произвести яркостную модуляцию осциллографа, создающую шкалу углового положения вала.

1216727

Круговая диафрагма 11, фокусирующая система 1П и фотоприемник 4 пред— назначены для преобразования прост— ранственного положения луча света от зеркала 9 в электрический сигнал, пропорциональный неравномерности скорости вращения.

В исходном состоянии устройства световой поток от источника 1 света проходит через зеркало 9 (часть его отражается вправо по чертежу), .отражается от наклонного зеркала 3 на зеркало 8 и, еще раз отразившись от зеркала 3, снова попадает на зеркало 9 и отражается, например, на фотоприемник 4 (часть светового потока проходит прямо, т.е. к источнику

1 света, и в работе устройства не участвует). Круговая диафрагма 11, установленная перед фотоприемником

4, осуществляет амплитудную модуляцию светового потока при перемещении луча в пространстве, а фокусирующая . система 10 служит для передачи всего прошедшего через диафрагму светового потока на чувствительную поверхность фотоприемника °

Устройство работает следующим образом.

Вал 2 и маховик 6 вращаются с одинаковыми средними скоростями, поскольку они связаны упругим элементом 7. Равномерность вращения маховика при этом значительно выше, так как его движение возмущается лишь силами трения о воздух и угловыми качаниями вала, передаваемыми через упругий элемент и подшипник.

Следовательно, неравномерность скорости вращения можно измерить по угловым качаниям вала 2 относительно маховика 6.

В случае равномерного вращения вала 2 взаимное расположение маховика 6 с зеркалом 8 и вала 2 с зеркалом 3 неизменно.

Для преобразования угловых качаний вала 2 относительно маховика 6 в электрический сигнал в предлагаемом устройстве служат элементы 8-11 и 4. При отклонении скорости вращения вала 2 от средней изменяется взаимное расположение зеркал 3 и 8.

Так, если в исходном положении зеркало 8 строго перпендикулярно падающему на него лучу, то при качании вала отраженный от зеркала 8 луч уже не совпадет с падающим. Следова10

55 тельно, изменяется и пространственное положение луча, отраженного от зеркала 9. Происходит амплитудная модуляция этого луча диафрагмой 11, что регистрируется блоком 5 как отклонение скорости от мгновенной.

В каком положении вала 2 это отклонение происходит, устанавливается датчиком 12, вырабатывающим, например, временные метки для блока 5.

Ввиду неточной сборки и юстировки устройства отраженный от зеркала 3 на зеркало 9 световой луч даже при отсутствии неравномерности вращения вала 2 неизбежно описывает некоторую коническую поверхность. На фиг. 2 показан случай, когда источник света расположен соосно с валом

2, а зеркало 8 установлено перпендикулярно падающему на него световому лучу. В результате при вращении вала и маховика (без относительных перемещений) отраженный от зеркала

8 луч не попадает в осевую точку зеркала (точка 0), а отражается рядом (точка О ) и описывает некоторую коническую поверхность. Так что, устанавливая на месте диафрагмы 11 экран, можно наблюдать íà его поверхности светящуюся окружность (при быстром вращении вала) или же световое пятно, движущееся по окружности (при медленном вращении вала, например, при исследовании равномерности вращения диска электропроигрывающего устройства). Диаметр этой окружности тем больше, чем больше отклоне зеркала 8 от исходного положения.

Реально остро сфокусированный световой луч имеет конечный диаметр, поэтому при работе устройства на поверхности диафрагмы наблюдается световое кольцо (фиг.3). Ширина кольца при этом зависит от диаметра луча, средний радиус — от отклонения зеркала 8 от исходного положения.

Диафрагма 11 должна быть установлена так, чтобы ее центр находился на оси конуса. Диаметр отверстия при этом выбирают равным среднему диаметру светового кольца в месте установки диафрагмы. В этом случае через диафрагму на фотоприемник попадает только часть светового потока, а именно половина. Если пренебречь неравномерностью распре1216727

ВНИИПИ Заказ 997/55 Тираж 778 Подписное

Филиал ППП "Патент", г.ужгород, ул.Проектная, 4 деления энергии в потоке по его сечению, то с фотоприемника будет сниматься сигнал постоянного уровня в течение всего оборота вала.

При неравномерном вращении вала

2 радиус вращения светового пятна по диафрагме является переменным (фиг.4), происходит амплитудная модуляция потока, падающего на фотоприемник. Глубина модуляции зависит от величины угловых качаний вала, т.е. неравномерности скорости вращения.

Ф о р м у л а и з о б р е т е н и я

Устройство для измерения неравномерности скорости вращения вала, содержащее оптически согласованные источник света, расположенный соос»о с валом, наклонное зеркало, установленное на валу под углом

45 к оси вращения, и фотоприемник, о подключенный к измерительно-регистрирующему блоку, а также маховик, связанный упругой связью с валом, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерения, в него введены плоское зеркало, закрепленное на маховике напротив 0 наклонного зеркала параллельно оси вращения вала, полупрозрачное зеркало, установленное за источником света и оптически согласованное с фотоприемником и плоским зерка15 лом, фокусирующая система и круговая диафрагма, последовательно установленные перед фотоприемником, а также датчик положения вала подключенный выходом к синхронизирую20 щему входу измерительно-регистри! рующего блока.