Устройство для измерения параметров вибрации

 

Изобретение относится к области вибрационных измерений и испытаний. Цель изобретения - повышение точности измерения и быстродействия устройства для измерения параметров вибрации. Устройство отличается введением в него преобразователей амплитуды ускорения и частоты в код и дополнительных блоков памяти. Кроме того, в устройстве преобразователи амплитуды ускорения и частоты в код выполнены в виде двух компараторов, связанных через элементы И и НЕ, счетчика, регистра сдвига и микропроцессора. Устройство позволяет производить динамическую коррекцию амплитудно-частотной характеристики системы усилитель мошности - вибратор в течение одного полупериода колебаний и автоматическую калибровку вибродатчика. 1 з.п. ф-лы, 2 ил. (Л ьо со со а:

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (5И 4 G 01 М 7 00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А BTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1у (21) 3736624/24-28 (22) 28.04.84 (46) 15.06.86. Бюл. № 22 (71) Научно-исследовательский институт интроскопии (72) В. М. Арефьев, В. Г. Рыгалин и Д. А. Гречинский (53) 620.178.5 (088.8) (56) Приборы и системы для измерения вибрации, шума и удара/Под ред. В. В. Клюева. М.: Машиностроение, 1978, кн. 2, с. 248 — 249.

Патент США № 3435656, кл. 73 — 1, 1966. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ВИБРАЦИИ

„„SU„„1237926 А1 (57) Изобретение относится к области вибрационных измерений и испытаний. Цель изобретения — повышение точности измерения и быстродействия устройства для измерения параметров вибрации. Устройство отличается введением в него преобразователей амплитуды ускорения и частоты в код и дополнительных блоков памяти. Кроме того, в устройстве преобразователи амплитуды ускорения и частоты в код выполнены в виде двух компараторов, связанных через элементы И и НЕ, счетчика, регистра сдвига н микропроцессора. Устройство позволяет производить динамическую коррекцию амплитудно-частотной характеристики системы усилитель мощности — вибратор в течение одного полупериода колебаний и автоматическую калибровку вибродатчика. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1237926

Изобретение относится к вибрационным измерениям и испытаниям, а именно к устройствам для измерен. я параметров вибрации и обработки результатов с помощью вычислительной техники.

Целью изобретения является повьцпение точности измерения параметров вибрации путем автономной калибровки устройства с запоминанием разностного сигнала в памяти, что позволяет измерить параметры вибрации с высокой точностью в течение одного полупериода.

На фиг. 1 приведена блок-схема устройства для измерения параметров вибрации; на фиг. 2 — блок-схема преобразователей амплитуды ускорения и частоты в код.

Устройство для измерения параметров вибрации содержит вибратор 1, на столе которого размещен вибродатчик 2, задающий енератор 3, подключенный через последовательно соединенные первый делитель 4 напряжения и усилитель 5 мощности к вибратору 1, второй делитель 6 напряжения, вход которого соединен с задающим генератором 3, оптический квантовый генератор

7, фотоприемник 8, подключенный через блок

9 двойного дифференцирования к переключателю 10, основной процессор 11, формирователь 12 нулевого и единичного уровней сигнала, преобразователь 13 частоты в код, сигнальный вход которого соединен с выходом второго делителя 6 напряжения, сумматор !4, к одному входу которого подключен выход переключателя 10, а к другому входу подключен выход вибродатчика 2, преобразователь 15 амплитуды ускорения в код, сигнальный вход которого соединен с выходом сумматора 14, первый блок 16 памяти, информационный вход которого соединен с одним выходом преобразователя 13 частоты в код, входы считывания и перезаписи первого блока 16 памяти и преобразователя !5 амплитуды ускорения в код

< оединены между собой первой шиной 17 передачи данных, второй блок 18 памяти, входы считывания и перезаписи которого оединены второй шиной 19 передачи данных с входами считывания и перезаписи преобэазователя 13 частоты в код, и третий блок 20 памяти, информационный вход которого соединен с выходом преобразователя

13 частоты в код, входы считывания и переза писи третьего блока 20 памяти и основного процессора 11 соединены между собой третьей шиной 21 передачи данных, выход преобразователя 15 амплитуды, ускорения в код соединен с информационным входом основного процесора 1, управляющий вход которого соединен через переключатель 10 с формирователем 12 нулевого и единичного уровней сигнала.

Кроме того, в устройстве для измерения параметров вибрации преобразователи 15 и 13 амплитуды ускорения и частоты в код выполнены из двух компараторов 22 и 23, тактового генератора 24, элемента HE 25, дьух элементов ИЛИ 26 и 27 и элемента

ИЛИ 28, счетчика 29, регистра 30 сдвига, микропроцессора 31 и триггера 32, причем сигнальные входы компараторов 22 и 23 соединены между собой и служат входом преобразователей 13 и 15, выход первого компаратора 22 соединен с первым входом первого элемента ИЛИ 26, к второму входу которого через элемент ИЛИ 28 подключен выход второго компаратора 23, первый вход второго элемента ИЛИ 27 соединен - выходом триггера 32, а второй вход — с выходом второго компаратора 23, третьи входы первого и второго элементов ИЛИ 26 и 27 соединены между собой и подключены к тактовому генератору 24, выход первого элемента

ИЛИ 26 соединен с первым входом счетчика 29 и первым входом триггера 32, выход второго элемента ИЛИ 27 соединен с входом регистра 30 сдвига, первый выход которого подключен к управляющему входу элемента

ИЛИ 28, второй вход соединен с первым входом микропроцессора 31, а третий вход регистра 30 сдвига соединен с вторым входом триггера 32 и вторым входом счетчика 29, выходы которого соединены с входами элемента Р!ЛИ 28, выход которого подключен к второму входу микропроцессора 3!.

Устройство для измерения параметров вибрации работает следующим образом.

Задающий генератор 3 генерирует синусоидальный сигнал, частота которого может плавно изменяться со временем. Этим сигналом возбуждается вибратор 1, который преобразует электрический сигнал в механическую вибрацию, ускорение которой измеряется внбродатчиком 2. Последний представляет собой пьезоэлектрический акселерометр, на выходе которого выделяется электрический сигнал, пропорциональный ускорению вибрации. Точность изчерения вибрации зависит от амплитудно-частотной характеристики тракта усилитель 5 мощности — вибратор 1, которая имеет на отдельных частотах резонансы и антирезонансы, а также от нестабильности коэффици ента передачи вибродатчика 2.

Чтобы исключить эти погрешности, в устройстве используется автоматическая коррекция при измерении ускорения на каждой частоте, причем с высоким быстродействием в течение одного полупериода колебаний.

В памяти основного процессора 11 заложено математическое обеспечение, программы которых управляют работой преобразова телей !5 и 13 и вычислением результа-а.

Измерение частоты и амплитуды вибрации осуществляется двумя этапами.

На первом этапе переключатель 10 (фиг. ) устанавливают в положение, при котором к управляющечу входу основного процессора 11 подключается нулевой выход формирователя 12 нулевого и единичного

1237926

3 уровней сигнала, а к одному из входов сумматора 14 — выход блока 9 двойного дифференцирования.

При этом на управляющий вход основного процессора 11 поступает нулевой сигнал от формирователя 12, разрешающий запись данных в блок 20 памяти. Электрический сигнал от задающего генератора 3 через делитель 6 напряжения поступает на вход преобразователя 13, измеряющего и преобразующего частоту задающего генератора в цифровой код. При этом первым срабатывает компаратор 22 (фиг. 2), имеющий более нижний порог срабатывания, и открывает трехвходовой элемент ИЛИ 26. Импульсы тактового генератора 24 начинают заполнять счетчик 29. Этот процесс происходит до тех пор, пока величина напряжения с генератора 3 (фиг. 1) не достигнет порога срабатывания второго компаратора 23 (фиг. 2).

При срабатывании компаратора 23 сигнал с его выхода через элемент НЕ 25 закрывает трехвходовой элемент ИЛИ 27, через который импульсы с тактового генератора 24 начинают поступать на вход регистра 30 сдвига. Сигнал с второго выхода регистра 30 сдвига производит перезапись данных счетчика 29 в микропроцессор 31. В аккумулятор этого микропроцесора постоянно записывают определенное число из блока 18 памяти (фиг. 1). Управляющим сигналом с третьего выхода регистра 30 сдвига производится математическая операция деления числа аккумулятора на число, занесенное в регистр микропроцессора 31 преобразователя 13.

Сигнал с второго выхода регистра 30 сдвига устанавливает в начальное состояние счетчик 29, триггер 32, который закрывает элемент ИЛИ 27 от прохождения импульсов от тактового генератора 24 и останавливает работу регистра 30 сдвига.

Таким образом, преобразователь 13 выдает данные частота — код, являющиеся адресами ячеек блока 34 памяти, в которых записаны определенные числа для измерения преобразователем 15 амплитуды и ячеек блока 18 памяти, для записи разностного сигнала во время коррекции при измерениях амплитуды ускорения вибрации.

На входы сумматора 14 подаются сигналы от вибродатчика 2 и от блока 9 двойного дифференцирования (фиг. 1).

Сигнал от вибродатчика 2 пропорционален ускореник> вибрации стола вибратора 1.

Сигнал на выходе блока 9 также пропорционален ускоренгпо вибрации, но сформирован он путем бесконтактного измерения абсолютных перемещений поверхности вибродатчика 2. Для этого луч от оптического квантового генератора 7 направляют на зеркало, расположенное на поверхности вибродатчика 2. При вибрации отраженный от зеркала луч перемещается в пространстве и эти перемегцения измеряются позиционно-чувствительным фотоприемником 8. На выходе

1О I5

55 фотоприемника 8 выделяется сигнал, пропорциональный размаху перемещения поверхности вибродатчика 2. После двойного дифференцирования в блоке 9 этот сигнал пропорционален абсолютному значению .скорения вибрации поверхности вибродатчика 2.

Сигналы с вибродятчика 2 и выхода блока 9 поступают на входы сумматора 14, выполненного по схеме дифференциального усилителя. Полученная разность сигналов подается на вход преобразователя 15 амплитуды ускорения в код. Работа преобразователя 15 аналогична работе преобразователя !3, но íà его выходе формируется код измеренного значения ускорения вибрации или код сигнала коррекции.

Кроме того, в аккумулятор памяти микропроцессора преобразователя 15 на кзждои частоте измерения записываются числа, пропорциональные этой частоте из памяти блока 16 по адресам, указанным преобразователем 3 частоты в код. Затем данные преобразователя 15 амплитуды ускорения в код переписываются основным процессором 11 в память бло"à 20 по адресам, указанным преобразователем 13 частоты в код.

Преобразователь !3 частоты в код после измерения частоты сигнала генератора 3 с микропроцессора 31 по шине данных передает числа-код в блок iá памяти преобразователя 15 амплитуды ускорения вибрации, которые являются a,—,ресами определенных чисел во время измерения амплитуды разностного сигнала, и в блок 20 памяти основного процессора 11, которые являются адресами для записи в эти ячейки при коррекции сигнала от вибродатчика 2 и при измерениях амплитуды ускорения вибрации.

При новых значениях частоты по шине данных от микропроцессора 31 преобразователя 13 частоты в код в блоках 16 и 20 памяти появляются другие адреса для новых значений разностного сигна 12 при коррекциях и измерениях амплитуды ускорения вибрации.

На втором этапе при измерении параметров вибрации переключатель 10 (фиг. 1) устанавливают в положение, при котором на управляющий вход основного процессора 11 подается единичный уровень сигнала от формирователя !2, разрешающий считывание данных блока 20 пзмяти. Блок 9 двойного дифференцирогзния при этом отключается от входа сумматора !4. Электрический сигнал от зад" þùåãî генератора 3 через делитель 6 напряжения поступает на вход преобразователя 13. Происходит процесс измерения и преобразования частоты. KBK на первом этапе работы. Полученный код от частоты поступает по адресным шинам .9

1 и 21 на блоки 18 и 20 памяти. О,",новременно сигнал от вибродатчик", 2 1ерез сумматор 14, работающий кзк усилитель, поступает нз преобразователь 15. lреобрззование этого

1237926

Формула изобретения сигнала осуществляется так же, как и преобразование разностного сигнала. При определенном значении частоты блок 18 выдает в аккумулятор микропроцессора преобразователя 13 соответствующее число, и после выполнения арифметического действия умножения значений регистра и аккумулятора результат по шине данных переписывается в регистр основного процессора 11. Из блока 20 по адресу, одновременно определенному преобразователем 13 частоты в код, приращения сигнала, записанного в ячейки памяти блока 20 при калибровке (на первом этапе работы), переписываются в аккумулятор процессора 11. Процессор 11 программно производит умножение значения данных регистра на значения данных в аккумуляторе, и скорректированный результат переписывается на выход устройства.

При новых значениях частоты задающего генератора 3 процесс измерения и преобразования ускорения частоты вибраций повторяется. На выходе устройства появляется новое значение измеряемой величины, скорректированное основным процессором 11.

1. Устройство для измерения параметров вибрации, содержащее вибратор, на столе которого размещен вибродатчик, задающий генератор, соединенный через последовательно соединенные первый делитель напряжения и усилитель мощности с вибратором, второй делитель напряжения, вход которого соединен с задающим генератором, оптический квантовый генератор, фотоприемник, подключенный через блок двойного дифференцирования к переключателю, вибродатчик, основной процессор и формирователь нулевого и единичного уровней сигналов., отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерения, оно снабжено преобразователем частоты в код, сигнальный вход которого соединен с выходом второго дели теля напряжения, сумматором, к одному входу которого подключен выход переключателя, а к другому входу подключен выход вибродатчика, преобразователем амплитуды ускорения в код, сигнальный вход которого соединен с выходом сумматора, первым блоком памяти, информационный вход которого

45 соединен с выходом преобразователя частоты в код, вход считывания и перезаписи первого блока памяти и преобразователя амплитуды ускорения в код соединены между собой первой шиной передачи данных, вторым блоком памяти, входы считывания и перезаписи которого соединены второй шиной передачи данных с входами считывания и перезаписи преобразователя частоты в код, и третьим блоком памяти, инфор»ационный вход которого сосди с выходом преобразователя частоты в код. входы считывания и перезаписи третьего блока памяти и основного процессора соединены между собой третьей шиной передачи, данных, выход преобразователя амплитуды ускорения в код соединен с информационным входом основного процессора, управляющий вход которого соединен через переключатель с формирователем нулевого и единичного уровней сигналов.

2. Устройство по п. 1, orëè÷à!oøå oÿ тем, что в нем преобразователи амплитуды ускорения и частоты в код выполнены в виде двух компараторов, трех элемен"îâ,ИЛ И, элемента НЕ, триггера, счетчика, регистра сдвига, тактового генератора и микропроцессора, сигнальные входы компараторов соединены между собой и служат входо: преобразователей, выход первого компаратора соединен с первь м входом первого эг емента ИЛИ, к второму входу которого крез элемент НЕ подключен выход второго ко»паратора, первый вход второг.-. элемента

ИЛИ соединен с выходом триг-ера, а второй вход -- с выходом второго компаратора, третьи входы первого и второго элементов

ИЛИ соединены между собой и подклю- сны к тактовому генератору. выход первого элемента ИЛИ соединен с первым входом счстчика и с первым входом тр;::òñð!, вь о: второго элемента ИЛИ соединен " входом регистра сдвига, первый вход которого под,ключен к управляющему входу третьего элемента ИЛИ, второй вход соединсн с первым входом микропроцессора, а третий выход регистра сдвига соединен с вторы» входо» трипера и с вторым входом счетчика. выходы которого соединены с входами третьего элемента ИЛИ, выход которого подключен к «торо»у входу микропроцесс»ра.

1237926 идина/7 770+/

Щг. f но3ноиу лро сссооу

Составитель А. Куликов

Редактор Н. Швыдкая Техред И. Верес Корректор Е. Рошко

Заказ 3280/42 Тираж 778 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, 7К вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП «Патент», г. Ужгород, ул. Проектная, 4