Ультразвуковой фазовый измеритель виброперемещений

 

Изобретение относитсч к измерительной технике, в частности к виброметрии, может быть использовано в машиностроении при виброиспытаниях. Целью изобретения является повьгазение точности и достоверности измерения параметров нестационарных вибропроцессов . Ультразвуковой фазовый измеритель виброперемещений содержит последовательно соединенные задающий генератор, излучаюадай преобразователь , взаимодействующий с исследуемым объектом, приемный преобразователь , фазовый детектор, второй вход которого подключен к выходу задающего генератора, последовательно соединенные интегратор, преобразователь аналог-ступенька, дифференциатор , выход которого через диод соединен с триггером и генератором тактовых импульсов. Инверсный выход триггера подключен к входам схем И и И-НЕ, другие входы которых соединены с выходом генератора тактовых импульсов, а выходы подключены к коммутатору , который соединен с шаговым двигателем, выход которого соединен с управляюпщм входом задающего генератора. Выход задающего генератора соединен с одним из выходов экстремального регулятора и информа- ujioHmjM входом первого ключа, информационный вход второго ключа подключен к входу интегратора, управляющие входы ключей через аналого-цифровые преобразователи (АЦП) подключены к блоку сравнения, соединенному с цифроаналоговым преобразователем (П.ДГТ), соединенным со шлейфовым осциллографом , второй вход которого подключен к выходу фазового детектора . Введение экстремального регулятора , который сравнивает по амплитудному значению выходные сигналы задакяцего генератора и приемного преобразователя и поддерживает их равенство , обеспечивает работу фазового детектора в линейном режиме. Это снижает нелинейные искажения на выходе фазового детектора, а следовательно , повьшает точность работы устройства . За счет введения двух ключей , блока эталонных уровней, двух АЦП, блока сравнения и ЦАП удается выделить сигнал, который несет информацию о текущем значении виброскорости и ее направлении и записать на шлейфовый осциллограф, на который также пишется информация с шлейфового осциллографа. По этим характеристикам можно оценить величину нелинейных искажений, вызванных эффектом Допплера. 2 ил. i (Л 1чЭ СП 4 СО 00 j;

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)4 G 01 И 5 00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

И ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3851154/25-28 (22) 04, 10.84 (46) 30.08. 86. Бюл, 11 32 (71) Горьковский филиал Всесоюзного научно-исследовательского института по нормализации в машиностроении (72) Б.А.Гордеев (53) 534.8 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

N 1048330, кл. G 01 Н 5/00, 1982.

Авторское свидетельство СССР

М 1048331, кл. G 01 Н 5/00, 1982. (54) УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ФАЗОВЫЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ ВИБРОПЕРЕИЕЩЕНИЙ (57) Изобретение относитсч к измерительной технике, в частности к виброметрии, может быть использовано в машиностроении при виброиспытаниях.

Целью изобретения является повьппение точности и достоверности измереHHH параметров нестационарных вибропроцессов. Ультразвуковой фазовый измеритель виброперемещений содержит последовательно соединенные задающий генератор, излучающий преобразователь, взаимодействующий с исследуемым объектом, приемный преобразователь, фазовый детектор, второй вход которого подключен к выходу задающего генератора, последовательно соединенные интегратор, преобразователь аналог-ступенька, дифференциатор, выход которого через диод соединен с триггером и генератором тактовых импульсов. Инверсный выход триггера подключен к входам схем И и И-HE другие входы которых соединены с выходом генератора тактовых

„„SU„„1254334 А 1 импульсов, а выходы подключены к коммутатору, который соединен с шаговым двигателем, выход которого соединен с управляющим входом задающего генератора. Выход задающего генератора соединен с одним из выходов экстремального регулятора и информационным входом первого ключа, информационный вход второго ключа подключен к входу интегратора, управляю щие входы ключей через аналого-цифровые преобразователи (ALEI) подключены к блоку сравнения, соединенному с цифроаналоговым преобразователем (ЦАП), соединенным со шпейфовым осциллографом, второй вход которого подключен к выходу фазового детектора, Введение экстремального регулятора, который сравнивает по амплитудному значению выходные сигналы задающего генератора и приемного преобразователя и поддерживает их равенство, обеспечивает работу фазового детектора в линейном режиме. Это снижает нелинейные искажения на выходе фазового детектора, а следовательно, повьппает точность работы устройства. За счет введения двух ключей, блока эталонных уровней, двух

АЦП, блока сравнения и ЦАП удается выделить сигнал, который несет информацию о текущем значении виброскорости и ее направлении и записать на шлейфовый осциллограф, на который также пишется информация с шлейфового осциллографа. По этим характеристикам можно оценить величину нелинейных искажений, вызванных эффектом Допплера. 2 ил.

1 12

Изобретение относится к измериT .Льнай 3 ехниз(е. в частное 3 и K вибр0метрки и может быть использовано в машиностроении ири виброиспытаниях.

Целью иэабретPITHII является ионышение точноcòè IT,достоверности измерения параметрол нестационарных вибраироцесcon.

На фиг,1 представлена блок-схема

УЛ... "PВЗВУКОИОГО фаэагЗОГÎ ИЗМЕРИТЕЛЯ вибраперемсщений; на фиг„20 — линейная ч 1C TT: OTIop HOT О сиг IB JIB > HH фиг,2 5 — линейная часть îTраженного сиггзапа искаженная пс.педствие эффект а Даиззг- ра, ультpя -3вукаВой фазовый Hзмеpитель гзиброггеремепгений сацержит иоследоваTå JI ьнп с оедк ие инь30 задах>щи и генератор 1, згзлу гаю333г3й преобразователь 2 „

33. .3 Як м ОД е и с т 13 2 TT B!3 31 с и с с л е Д У PM bIM объскгo. I 3, згр.земпый преобразовател:>

4 . фаз ат33«3! Дете,Top 5 33т013ОЙ езхац которого подключен к гзыходу задазг3— щего генератора, последовательно ,cAPöHI3PIITIT,T0 интегратор 6, преобразоЕ3Т3 те3! ",-, аналОУ-сгуие «3ьк<1 > дифферен

33иатар 8, BTгход которога через диод

9 соединен с триггером 10 и генератора« I 1 тактовых импульсов. ИнBepcHbTii выход триггера 10 гзодключен к гзхог;,ам с.хемьт П 72 и схемьз И-НЕ 13, .цругке входы каторьгх соединены с выходом ггзнератара 11 тактовьгх импульсов, а Вьходы по«:.Хлючены к коммутатору 14. ко .: Орый соединен ". шаг овым двигателем 15 выход которого соединен с jITPGBJIHT03ITHI T 33ходом заДаюшего генератора 1.,Выход задающего генератОра 1 PОедкне33 с ОДлим из ВХОДОВ экстремальнагo регулятора 16 и информационным Входом ключа 17, кнфор3«агзио.".-.IT; T вхо; клю Ia 18 подключен к . в--гаду II;ш pI ратора б, упраззляющие вхо,ды ключей 17 и 18 соединены с выходам

6lIoI(Q 19 эталонных уровней. Бьгходы к«33г3чей 1 7 ТхТ 1 8 через cooTTTHTcT B ITJUTHP аналого — цифровые преобразователи 20

H 27 подключеззы к блоку 22 сравне— нкя, соединенному с згифроаналоговым преобразователем 23, соединенным с шлейфавым осциллографом 24 „второй вход которого подключен к ззьзходу фазового «гетектора 5, Измеритель работает слецую337им образам.

Выходной сигнал зацаюшега гp-нератора 1 поступает одновременна на вход излучазгзщего преобразователя 2, Hа первый вход экстремального регу54334 2 лятора 16, на информационный вход ключа. 17 и на второй вход фазового детектора 5. Иэлучазощий преобразователь 2 преобразует электрический

f0

tS

21

« сигнап в акустический сигнал ультразвуковой частоты, который, отражаясь от исследуемого объекта 3, поступает на вход приемного преобразователя 4, где снова преобразуется в электрический сигнал, который регулируется по амплитуде выходным сигналом рассогласования экстремального регулятора 16. Экстремальный регулятор 16 сравнивает по амплитудному з .ачению выходные сигналы задающего генератора 1 и приемного преобразователя 4 и поддерживает их равенство, Это обеспечивает работу фазового детектора 5 в линейном режиме, что снижает нелинейные искажения, гзазнизгающие за счет превышения амплитуды сигнала на выходе приемного преобразователя 4 линейного участка характеристики фазового детектора 5, а следовательно, повышает точность работы устройства.

Выходной сигнал экстремальнога регулятора 16 поступает на первый вход фазового детектора 5, на второй вход которого поступает опорный сигнал с выхода генератора 1. Выходной сигнал приемного преобразователя 4 поступает также на интегратор 6, где ан преобразуется в монотонно возрастазощее напряжение, ко; îðîå преабра" зователем 7 аналог-ступенька преобразуется в ступенчато изменяюшееся напряжение, Сигналы с выхода преобразователя 7 поступают на вход диф31>ереззциатара 8, где преобразуются в импульсную последовательность. Причем импульсы данной последовательности имеют положительную полярность при возрастании выходного сигнала интегратора 6 и отрицательную при его уменьшении, ПерВый же отрицательный импульс, праыедший через диод 9, опрокидывает триггер 10 и одновременно запускает генератор 11 тактовых импульсов.Сигнал логической единицы с инверсного выхода триггера 10 поступает на первые входы элементов И 12 и И-НЕ 13> на вторые входы которых поступает сизг IBJ генератора 7 1 тактовых импульсов. При подстройке частоты задающего генератора 1 в сторону резонанса выходной сигнал интегратора 6 возрастает по абсолютной величине, и полярность импульсов на выходе

3 1254 дифференциатора 8 положительная. Черед диод 9 они не проходят, и триггер 10 сохраняет свое состояние. При достижении аналоговым выходным сигналом интегратора 6 экстремальной точки, соответствующей резонансиои частоте, neparN отрицательный импульс, пройдя через диод 9, изменит состояние триггера 10, сигнал с инверсного выхода которого закроет 1О элемент И-НЕ 13 и откроет элемент

И 12. Импульсы генератора 11 в этом случае начнут поступать через открытый элемент И на первый вход коммутатора 14. В результате этого шаговый двигатель 15 сменит направление вращения и вследствие этого изменение частоты задающего генератора 1 будет происходить в обратную сторону, т.е. стремиться к резонансной. Выходной сигнал интегратора 6 снова начнет возрастать, импульсы дифференциатора 8 будут положительной полярности, и диод 9 закроется.

Таким образом, система излучательобъект-приемник будет работать на частоте задающего генератора 1, максимально приближенной к ее резонансной частоте. Выходной сигнал генератора 1 поступает на первый вход клю30 ча 17, а на первый вход ключа 18 поступает пронормированный rro амплитуде сигнал с выхода приемного преобразователя 4, Так как между этими сигналами фазовый сдвиг не остается постоянным, -а зависит от параметров вибросигнала исследуемого объекта, ключи 17 и 18 срабатывают только в том случае, когда поступающие на их первые входы сигналы превьппают эталонный уровень аП, (фиг.25 ) на вто40 рых входах, задаваемый блоком 19 эталонных уровней. В зависимости от того, на каком из ключей 17 и 18 начинает превалировать входной сигнал, превышающий эталонный уровень аП начинает работать АЦП 20 или 21. Кодовые слова, соответствующие аналоговым величинам выходного сигнала задающего генератора 1 и выходного сигнала приемного преобразователя 4, поступают в цифровом виде в перепрограммируемые логические матрицы блока 22 сравнения кодов. На частотах вибросигнала (200 Гц эффект Доплера не проявляется и в этом случае при последовательном сравнении кодов в перепрограммируемых матрицах по суммирующему и вычитающему входам, раз334 ница кодов n = О. В этом случае вся информация о вибропроцессе заключается в выходном сигнале фазового детектора 5, поступающем в блок 23 обработки информации. При достижении сигналами на первых входах ключей 17 и 18 величин». второго порога аП, (фиг.2 о ) ключи закрываются, и работа соответствующих АЦП прекращается.

При работе измерителя в режиме, при котором имеет место эффект Доплера,. при поразрядном сравнении кодов в блоке 22 разница кодов и ф О,Информационным сигналом является величина ап,. которая пропорциональна виброскорости диагностируемого объекта (знак ьп показь|вает направление движения объекта). В данной блок-схеме (фиг. 1) при движении объекта навстречу падающему лучу превалирует число ьп на отрицательном входе блока 2" сравнения кодов и знак п отрицательный. При достижения объекта от излучателя знак 4п положительный. Эта величина преобразуется на ПАП и выводится на шлейфовый осциллограф 24, оценивается величина и знак gn следовательно, учитывается погрешность, обусловленная эффектом Доплера, и повышается точность измерения.

Введение в ультразвуковой фазовый измеритель виброперемещений новых элементов — экстремального ре— гулятора, соединенных в кольцо блока эталонных уровней, ключа, аналого-цифрового преобразователя, блока сравнения, второго аналого-цифрового преобразователя и второго ключа, а также цифроаналогового преобразователя и шлейфового осциллографа обеспечивает нормирование сигнала приемного преобразователя по амплитуде, что снижает нелинейные искажения, обусловленные превышением амплитуды сигнала на выходе приемного преобразователя линейного участка характеристики фазового детектора. Введение укаэанных блоков позволяет выявить границу возникновения эффекта Доплера, оценить и учесть при обработке информации величину нелинейных искажений, обусловленных этим эффектом, что повышает точность измерения.

Формула изобретения ультразвуковой фазовый измеритель виброперемещений, содержащий последовательно соединенные задающий гене3 12543 ратор, излучающий преобразователь, взаимодействующий с исследуемым объектом, и приемный преобразов<1тель, фазовый детектор, вход которого подключен к выходу задающего генератора, 5 последовательйо соединенные интегратор, преобразователь аналог-ступенька и дифференциатор, выход которого через диод соединен с входом триггера и входом генератора тактовых 10 импульсов„ инверсный выход триггера подключен к входам схемы И и схемы

И-HE другие входы которых соединены с выходом генератора тактовых импульсов, а выходы подключены к комму-. 5 татору, который соединен с щаговым двигателем, .выход которого соединен с управляю11ям входом задающего генератора, отличающийся тем, что, с целью пов1ппения точности и достоверности измерений параметров нестационарных вибропроцессоров, он

3Ь Ь снабжеп экстремальным регулятором, первый вход которого соединен с выходом задающего генератора, второй вход соединен с выходом приемного преобразователя, а выход подключен к второму входу фазох3ого детектора, последовательно соединенными первым ключом H первым аналого-цифровым преобразователем (AlIII), последовател но

< оединенными вторым ключом и вторым

АЦП, блоком эталонных ypoi i:ей, выходы которого соединены с управляющими входами первого и второго ключей, вторые входы которьгх соединены соответственно с выходами задаю11,ег0 генератора и экстремального регуля,"Ора а ВЫХОтхЫ вЂ” 13ХО Хтат Гн бтпот а

GPB13II IIНЯ,, ВЫХОД КСТОтЗОГО ПОДКЛЮт-СН к последовательно саед;1- е1п1-.1м цифраст ..TIIËÎÃGIÇGII J" Пр Е Обтт) сан Отзс1ТЕХ1Ю И П1ХЕЕ1т тХт О тс О т ту О г цст ЛХХ О Х р Я 4 1т, В " 0 p O т 1 D Z G jl IC Q T A p O

ГО ПОДКХВОЧЕIт К 131ттХОД „" 6 ЯЗОВОГО,?тЕТЕКТОР „,.

1254334

Составитель А. Елкин

Техред Л.Сердюкова

Редактор А.Гулька

Корректор А.Зимокосов

Заказ 4711/45 Тираж 778 Подпис ное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Производственно-полиграфическое предприятие, r,Ужгород, ул, Проектная, 4