Виброизмерительное устройство

 

Изобретение относится к измерению параметров движения, в частности к измерителям вибраций в стендовых и натурных испытаниях машин и механизмов . Целью изобретения является повьичеиие точности измерения ускорений . 1}лок электронных узлов состоит из микропроцессора 14, входы которого соединены соответственно с выходам1г таймера 15, аналого-цифрового преобразователя 16, соединенного с датчиком смещения3, и датчика тем

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (su 4,G 01 Р 15/08

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ и атсескоьь саидеткльств г

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3850680/24-10 (22) 01.02.85 (46) 23.10.86. Бюл. Ф 39 (7 1) Центральный научно-исследовательский институт бытового обслуживания населения (72) П.В.Путенихин, Ю.A Нартов, В.Т.Полонский и А.ВЛ1вец (53) 531.768 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

И- 838403, кл. G 01 Н 11/00, 15.02.82.

Авторское свидетельство СССР

Ф 99887 1, кл. G 01 H i 1/00, 7 ° 09 ° 83 °

„„SU, 1265620 А 1 (54) ВИЬРОИЗМЕРИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО (57) Изобретение относится к измерению параметров движения, в частности к измерителям вибраций в стендовых и натурных испытаниях машин и механизмов. Целью изобретения является повышение точности измерения ускорений. Влок электронных узлов состоит из микропроцессора 14, входы которого соединены соответственно с выходами таймера 15, аналого-цифрового преобразователя 16, соединенного с датчиком смещения 3, и датчика тем1265620

35 пературы 17. Выходы микропроцессора

14 соединены с входами блока индикации 18 и усилителя 19,,соединенного с катушкой 9. Результат измерения считывается с индикатора 5, где он может быть представлен совместно с меткой, указывающей на характер индицируемой информации. Выходные характеристики устройства определяются применением подвеса с нулевой жесткостью, в результате чего резонансс, Изобретение относится к измерению параметров движения, в частности, к измерителям параметров вибраций, предназначенных для стендовых и натурных испытаний различных машин и механизмов.

Цель изобретения — повышение точности измерения ускорений путем расширения амплитудно-частотного диапазона и уменьшения фаэочастотных иска- 10 жений.

На фиг. 1 и 2 представлена упрощенная конструкция виброизмерительного устройства; на фиг. 3 — структурная схема блока электронных узлов; на фиг. 4 — конструкция магнитодиодного датчика смещения с профилирован- ной магнитной системой; на фиг. 5— датчик с магнитной линейкой и магнитной головкой; на фиг. 6 — график зависимости выходного сигнала на магни.тодиоде, от величины зазора между . диодом и магнитом для магнитодиода

-тина КД 301 в режиме питания от re; нератора тока 1,6 мА и форм образую1 щей полюсных наконечников магнитодиодного датчика смещения; на фиг.7— силовая характеристика магнитной пружины виброизмерительного устройства °

Виброиэмерительное устройство (фиг. 1 и 2) содержит корпус 1 и инерционный элемент на магнитной пружине, установленной на направлякщих 2 с помощью пьезокерамических виброподшипников, возбуждаемых от генератора высокой частоты, а также цепь преобразования перемещенИИ инерционного элемента в электщ ная частота исключается, нет необходимости в демпфировании, что расширяет амплитудно-частотный диапазон и снижает фазочастотные искажения.

Устройство определяет вибросмещения, остальные параметры определяются математической обработкой результата, Представлены конструктивные особенности выполнения датчика смещения. 2 з.п. A-лы, 7 ил.

1ческий сигнал, включакицую датчик

3 смещения (фиг. 3). Инерционный элемент образован блоком 4 электронных узлов с индикатором 5, опорными пластинами 6, магнитом 7

% с полюсным наконечником 8 и катушкой.

9, которые вместе с ферромагнитными пластинами 10, имеющими гиперболические вырезы выпуклостью внутрь пластин и закрепленными на П-образном кронштейне 11, образуют магнитную пружину, жесткость которой равна нулю. На опорных пластинах 6 установлены пьеэоекрамические диски

12 с втулками 13, которые вместе с направляющими 2 образуют виброподшипники прямолинейного движения. Блок 4 электронных узлов состоит из микропроцессора 14 (фиг.3), выход и которого соединены с выходами таймера 15, аналого-цифрового преобразователя 16, соединенного с датчиком 3 смещения, и датчика l7 температуры. Выходы микропроцессора 14 соединены с входами блока 18 индикации и усилителем

19, соединенным с катушкой 9. Блок

4 электронных узлов содержит также генератор высокой частоты для возбуждения пьезокерамических дисков 12, причем втулки 13 установлены на пьезокерамических дисках иа общей направляющей 2. Запитка блока 4 осуществляется от аккумулятора или батарей, размещенных в инерционном элементе, или через электрический кабель, проходящий через отверстие в корпусе. Результаты измерения считываются с индикатора 5, где они могут быть представлены, например, совмест1265620 но с меткой, указывающей на характер индицируемой информации.

Датчик 3 вибросмещения может быть выполнен различным образом.

Датчик 3 вибросмещений может содержать магнит 20 с полюсными наконечниками 21 (фиг.4), закрейленными на корпусе устройства t, и магнитодиод 22, закрепленный на инерционном элементе с возможностью перемещения в зазоре полюсных наконечников 21, имеющих наклонные прямолинейные образующие. Образующие полюсных наконечников 21 могут иметь форму, пов торяющую форму характеристики магниточувствительности магнитодиода 22 (фиг. 6) — приращение смещения.

Датчик 3 вибросмещения может содержать магнитную линейку 23 с равными участками встречной намагниченности (до 200 участков),закрепленную в корпусе 1, и магнитную головку 24, установленную на инерционном элементе, причем магнитная головка 24 может содержать магнитопровод 25.

Датчик 3 вибросмещения может быть вшполнен фотоэлектрическим и содержать полупрозрачную линейку с плавноизменяющейся оптической плотностью вдоль оси, закрепленную на корпусе 1, и оптронную пару, закрепленную на инерционном элементе, в зазоре которого размещена линейка.

Последняя может быть выполнена прозрачной, но с поперечными непрозрач- З5 ными штрихами, Аналого-цифровой преобразователь 16 преобразует напряжение, снимаемое с датчика 3 смещения, в цифровую форму. Датчик 17 температуры представляет собой, например, 40 терморезистор, расположенный вблизи магнитодиода 22. Блок 18 индикации представляет собой устройство, управляющее работой индикатора 5, в виде например, микросхемы; а индикатор может быть жидкокристаллическим.

Микропроцессор имеет три информационных входа, один аналогбвый и один цифровой выходы. Система 19 автоматической регулировки, в частности, может представлять собой усилитель низкой частоты, в том числе повторитель, например эмиттерный. Генератор высокой частоты должен иметь частоту, равную частоте собственных колебаний Ы пьезокерамических виброподшипников.

Виброизмерительное устройство работает следующим образом.

При отсутствии вибрации положение инерционного элемента произвольное по отношению к корпусу 1. Когда корпус 1 прибора, жестко закрепленный на исследуемом объекте, совершает колебательное движение, инерционный элемент остается неподвижным, скользя в виброподшипниках по направляющим 2, при этом с датчика 3 снимается сигнал вибросмещения.

Измерения производятся циклически.

Цикл состоит из следующих этапов. (. Сигналом с микропроцессора включается система 19 автоматической регулировки, подающая сигнал на катушку 9. Благодаря действию катушки

9 изменяется намагниченность магнитной системы магнит 7 — полюсный наконечник 8 — нижнеопорная пластина 6.

В исходном состоянии силовая характеристика магнитной пружины, приведенной в конструкции, имеет участок с нулевой жесткостью, т.е. горизонтальный участок а силовой характеристике (рис.7). Величина усилия Г на этом участке определяется зазором между пластиной 10 и магнитной системой, размерамп полюсов 8, намагниченностью магнита 7 и некоторыми другими параметрами. Наличие же самого горизонтального участка определяется только формой выреза на пластине 10, который при малом расстоянии между полюсными наконечниками обязательно должен быть гиперболическим.

Так как верх и низ пластин 1О имеют горизонтальный срез, на силовой характеристике пружины (фиг.7) образовались два пика — справа и слева. Эти пики играют роль очень гибких и неизнашивающихся магнитных упоров. Упоры предохраняют инерционный элемент от ударов о корпус при перегрузках. Таким образом, изменение намагниченности магнита 7 от действия катушки 9 приводит к изменению грузоподъемности Е, магнитной пружины, в результате чего инерционный элемент начинает ускоренно колебательно перемещаться к заданному saранее среднему положеншо.

В качестве сигнала рассогласования может служить постоянная составляющая сигнала с датчика 3 смещения.

Когда величина этой составляющей достигает значения, соответствующего колебаниям инерционного элемента

t265620

В около среднего положения в корпусе прибора, цикл авторегулировки прекращается, система автоматической регулировки выключается, и величина подмагничивания катушки 9 фиксируется на полученном уровне,при этом фиксируется и значение F . .Прибор может быть установлен наклонно. Процесс установки инерционного элемента в среднее положение протекает tO аналогично при тех же элементах. Если угол наклона от вертикали большой (вплоть до .горизонтального положе- . ния оси чувствительного прибора), то кронштейн 11 с пластинами 10 может быть удален, а на его место установ" лен другой, пластины 10 которого имеют меньшую магнитную проницаемость и (или) больпий зазор с магнитной системой. В этом случае диа- 20 паэон изменения грузоподъемности F пружины смещается вниз, что позволяет обойтись системой 19 автомати ческой регулировки с меньшим диапазоном регулировки. Для горизонталь- 2S ного положения оси чувствительности прибора пластины 10 могут иметь, например, треугольную форму, как показано на фиг. 2 штриховой линией.

2. В течение t-2-х периодов колебания прибора фиксируютоя основные параметры колебатарьного процес- . са. Поскольку жесткость магнитной пружины нулевая — собственная частота колебаний инерционного элемента равна кулю. Время измерения практически не превышает нескольких секунд, поэтому инерционнь1й элемент не успевает заметно отклониться от среднего положения за счет случайных.возмущений. Это, а также отсутствие демпфирования, делает амплитудночастотную и фазочастотную характе.ристики виброизмерительного прибора строго горизонтальными на всем час45 тотном диапазоне, т.е. соответствующие искажения минимальны. С иссле.дуемым объектом колеблются только корпус 1 и закрепленные на нем ферромагнитные пластины 10. П-образный

50 кронштейн 11, направляющие 12 и со.ответствукщие элементы датчиков 3 смещения и их деформации на высоких . частотах не отражаются на показаниях прибора, поскольку они связаны с инерционным элементом только силой .магнитного взаимодействия. Масса же колеблющихся элементов датчика 3 смешения незначительна, и они практически не подвержены вибродеформациям и вибростарению.

Таким образом, частотный диапазон . виброизмерительного прибора имеет высокий предел и s сторону высоких частот. То, что основная масса устройства заключена в инерционном элементе, обеспечивает малое искажение, вносимое устройством в .саму исследуемую цепь, поскольку амплитуду и частоту колебаний исследуемого объекта изменяет только масса устройства, жестко соединенная с ним.

3. Измеренные параметры колебательного процесса — частота и форма колебания — обрабатываются микропроцессором. В частности, определяются амплитуды виброускорений, виброскорости и т.п. По определенной программе, например, с небольшим интервалом времени все эти величины выводятся на индикатор 5. Выходные характерис.тики устройства полностью определяются применением подвеса с нулевой жесткостью, в результате чего резонансная частота исключаемся, отпада. ет необходимость в демпфировании, что и расширяет амплитудно-частотный диапазон и снижает фазочастотные искажения.

Устройство определяет только вибросмещения. Остальные параметры определяются математической обработкой полученного результата. Программа работы устройства заносится в память микропроцессора 14.

Формула изобретения

1. Виброизмерительное устройство, содержащее корпус, в котором размещен инерционный элемент на магнитной пружине, установленный на направляющих посредством пьеэокерамических виброподшипников с пьезокерамическими дисками и втулками, подключенных к генератору высокой частоты, и преобразовательную цепь, состоящую иэ датчика смещений, микропроцессора и блока индикации, О т л и ч а ю— щ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерения, в него введены установленный в корпусе П-образный кронштейн, охватывающий инерционный элемент и несущий на своих концах две ферромагнитные пластины с

1265620

7 вырезами гиперболической формы, а также опорные пластины, магнит с полюсными наконечниками и катушка, перекрываемые ферромагнитными пластинами, установленные на инерционном элементе и образующие совместно магнитную пружину нулевой жесткости, датчик температуры, таймер, аналогоцифровой преобразователь, подключенные к.информационным входам микропроцессора, и усилитель, подключенный к аналоговому выходу микропроцессора, причем вход анолого-цифрового преобразователя подключен к датчику смещений, цифровой выход микропроцессора — к входу блока индикации, а катушка подсоединена к выходу усилителя, при этом датчик температуры, таймер, аналого-цифровой преобразователь, микропроцессор, усилитель, 1

8 блок индикации и генератор высокой частоты установлены на инерционном элементе, а пьезокерамические диски с втулками — на опорных пластинах.

2. Устройство по п.1, о т л и ч аю щ е е с я тем, что датчик смещений содержит магнит с полюсными наконечниками, закрепленный на корпусе устройства, и магнитодиод,.закрепленный на инерционном элементе с возможностью перемещения в зазоре полюсных наконечников.

3. Устройство по п.1, о т л и ч.а15 ю щ е е с я тем, что датчик смещений содержит магнитную линейку с равными участками встречной намагниченности, закрепленную на корпусе, и магнитную головку, установленную на инерционном элементе.

1265620

Гне

Составитель К.Лукомский

Техред К.Попович Корректор А.Зимокосов

Редактор Н.Яцола

Заказ 5655/39 Тираж 778 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Производственно-полиграфическое предприятие, г.ужгород, ул.Проектная,4