Устройство для контроля вибраций

 

Изобретение относится к вибрационной технике и может быть использовано при испытаниях и эксплуатационном контроле различных объектов, например судовых, авиационных двигателей и их агрегатов. Цель изобретения - повышение точности устройства и удобства его эксплуатации за счет использования цифровой обработки сигналов. Устройство содержит вибропреобразователь 1, полосовой фильтр 2, масштабирующий усилитель 3, пороговый элемент 4, первый задатчик уровня 5, нуль-орган 6, первый триггер 7, первый регистр сдвига 8, блок 9 предупредительной сигнализации, второй регистр сдвига 10, реверсивный счетчик 11, второй задатчик уровня 12, блок 13 исполнительных элементов, включающий в себя логическую схему 14, блок 15 аварийной сигнализации, блок аварийной защиты 16, элемент И 17, генератор 18 синхроимпульсов, формирователь 19 коротких импульсов, второй триггер 20, инвертор 21, шину сброса 22. Повышение точности устройства достигнуто за счет применения схемного решения цифрового контроля во второй ступени, что позволило исключить характерные для аналогового способа и протопипа погрешности. 3 ил.

Изобретение относится к вибрационной технике и может быть использовано при испытаниях и эксплуатационном контроле различных объектов, например судовых, авиационных двигателей и их агрегатов. Цель изобретения повышение точности устройства и удобства его эксплуатации за счет использования цифровой обработки сигналов. На фиг. 1 приведена функциональная схема устройства для контроля вибраций; на фиг.2 временная диаграмма, иллюстрирующая работу устройства; на фиг. 3 таблица состояний элементов функциональной схемы. Устройство содержит вибропреобразователь 1, полосовой фильтр 2, масштабирующий усилитель 3, пороговый элемент 4, первый задатчик 5 уровня, нуль-орган 6, первый триггер 7, первый регистр 8 сдвига, блок 9 предупредительной сигнализации, второй регистр сдвига 10, реверсивный счетчик 11, второй задатчик уровня 12, блок исполнительных элементов 13, в который входят логическая схема 14, блок 15 аварийной сигнализации и блок 16 аварийной защиты, элемент И 17, генератор 18 синхронизирующих импульсов, формирователь 19 коротких импульсов, второй триггер 20, инвертор 21, шину сброс 22. Устройство работает следующим образом. Сигнал от вибропреобразователя 1 подается на вход фильтра 2, формирующего частотный диапазон устройства. Параметры фильтра определяются характером контролируемого сигнала и задачами контроля. С выхода фильтра сигнал поступает на вход масштабирующего усилителя 3, где он трансформируется в рабочий амплитудный диапазон порогового элемента 4 (фиг.2а, фиг.3а). Усиленный сигнал вибраций подается на входы порогового элемента 4 и нуль-органа 6. Уровень сравнения порогового элемента 4, выполненного, например, на базе операционного усилителя, устанавливается первым задатчиком 5 уровня (фиг. 2а, фиг.3а). Если амплитуда контролируемого периода превышает уровень сравнения, пороговый элемент 4 выдает нулевой сигнал (фиг.2в). Этот сигнал по установочному входу S устанавливает триггер 7 в единичное состояние (фиг. 2г). Нуль-орган 6 формирует единичные сигналы, равные по длительности отрицательному полупериоду сигнала (фиг.2б). Перепадом из состояния "1" в состояние "0" сигнала нуль-органа 6, поступающего на синхровход С n-разрядного регистра сдвига 8, единичный сигнал, поступивший с триггера 7 на информационный вход V, заносится в первый разряд регистра сдвига 8 (фиг.2д, фиг.3б). Этим же фронтом сигнала информация, занесенная в регистр сдвига 8, сдвигается на один разряд вправо (фиг. 3б), а триггер 7 по синхровходу С устанавливается в исходное нулевое состояние (фиг. 2г). Триггер 7 обеспечивает запоминание факта срабатывания порогового элемента 4 до окончания контролируемого отрицательного полупериода. Если амплитуда следующего контролируемого периода сигнала не превышает уровень сравнения, триггер 7 остается в нулевом состоянии. В этом случае сигналом нуль-органа 7 в первый разряд регистра сдвига 8 заносится нулевой сигнал, а информация, записанная в первый разряд при контроле предыдущего периода, сдвигается вправо, т.е. во второй разряд. Соответственно сдвигается информация и в остальных разрядах на один разряд вправо. Триггер 7 в этом случае задним фронтом сигнала нуль-органа 6 подтверждается в нулевое состояние. На фиг. 3а показано состояние восьмиразрядного регистра сдвига 8 при контроле пульсирующего сигнала вибраций, состоящего из 17 периодов. Результаты амплитудного допускового контроля (первая ступень контроля) каждого периода находятся в регистре сдвига 8, смещаясь с первого разряда до вытеснения в течение контроля последующих n периодов. Причем число разрядов регистра сдвига 8-n определяет степень интеграции допускового контроля числа периодов, превысивших заданное амплитудное значение, из находящихся на момент контроля в регистре 8, с выходов которого информация выдается на блок предупредительной сигнализации 9, содержащий n индикаторов, выполненных, например, на светодиодах. Табло в динамике отображает информацию, находящуюся в регистре сдвига 8. Алгоритм второй ступени контроля заключается в следующем. По окончании контроля каждого периода в первой ступени информация, находящаяся в первом регистре сдвига 8, записывается во второй регистр сдвига, а затем выдвигается из него в реверсивный счетчик на вход обратного счета. В счетчик к этому времени с второго задатчика уровня в двоичном коде занесено значение уровня сравнения второй ступени контроля. Если число импульсов, поступивших в реверсивный счетчик 11, сравняется или превысит значение уставки, с него выдается нулевой сигнал на блок 13 исполнительных элементов для формирования команды "Защита". Реализуется описанный алгоритм с помощью регистра сдвига 10, реверсивного счетчика 11 (выполненных, например, на микросхемах 155 серии), второго задатчика 12 уровня (выполненного, например, на программном переключателе типа ПП), элемента И 17, генератора синхроимпульсов 18, формирователя 19 коротких импульсов, D-триггера 20 и инвертора 21. Перепадом 0/1 сигнала нуль-органа 6 через формирователь 19 коротких импульсов (фиг. 2е) с инверсного выхода триггера 20 сигнал через инвертор, выполняющий функцию задержки, разрешает по входу V 2 параллельную запись в регистр сдвига 10. После этого первый пришедший с генератора 18 импульс на С-вход D-триггера 20 (фиг. 2ж) фронтом 0/1 опрокидывает его в исходное состояние (фиг. 3). Фронтом 1/0 с выхода триггера 20 по входу С2 в регистр сдвига 8 заносится информация. С задержкой, определяемой временем прохождения сигнала через инвертор, сигнал на входе V 2 регистра сдвига 10 изменяется с "1" на "0", тем самым разрешая его работу в режиме последовательного занесения, т.е. блокируется работа второго регистра сдвига по входу С2 и разрешается по входу С1. Одновременно с параллельным занесением информации в регистр сдвига 10 фронтом 0/1 сигнала с инверсного выхода триггера 20 по входу С в реверсивный счетчик 11 с задатчика уровня 12 по входам D заносится уставка для сравнения (фиг. 3в). Второй и последующие импульсы с генератора 18 синхроимпульсов (фиг. 2ж) не изменяют состояния триггера 20. Эти импульсы (первый и последующие n-1) фронтом 1/0 по С-входу последовательно выдвигают из второго регистра сдвига записанную ранее информацию. Единичные сигналы с n-го выхода регистра сдвига 10 через элемент И 17 подаются на вход "-1" обратного счета реверсивного счетчика 11 (фиг. 2и). Элемент И 17 обеспечивает разделение во времени поступающих с регистра сдвига 10 "слипшихся" единичных сигналов. "Слипание" происходит в том случае, если в два и более соседних разряда регистра занесена единичная информация. Для разделения во времени на второй вход элемента И 17 подаются короткие синхроимпульсы с генератора. Каждый поступивший на С-вход импульс уменьшает содержимое реверсивного счетчика (значение второго уровня контроля) на единицу. Если число поступивших импульсов на вход обратного счета "-1" будет равно или более числа, занесенного в счетчик с задатчика 12 уровня, с выхода " ≅ 0" счетчика поступит короткий отрицательный импульс. На этом процесс контроля второй ступени на момент контроля предшествующего периода заканчивается, устройство автоматически подготавливается к контролю очередного периода, так как D-триггер 20 в исходное состояние устанавливается постоянно поступающими на его C-вход синхроимпульсами, а регистр сдвига 10 и реверсивный счетчик 11 устанавливаются перед началом их очередного цикла работы. Требований к стабильности генератора синхроимпульсов не предъявляется. Частота следования синхроимпульсов выбирается исходя из условия f_o ≥ F_x ˙ ( n + 2 ) где f_o частота генератора синхроимпульсов; F_x максимальная частота контролируемого сигнала; n число разрядов регистров сдвига. Генератор можно исключить, если есть возможность подачи синхроимпульсов от внешних источников. Как видно из описания, генератор синхроимпульсов 18, формирователь 19 коротких импульсов, D-триггер 20 и инвертор 21 обеспечивают синхронное управление регистром сдвига 10 и реверсивным счетчиком 11. Логическая схема 14 после получения нулевого короткого сигнала с реверсивного счетчика 11 вырабатывает команду на включение блока 15 аварийной сигнализации и блок 16 аварийной защиты (фиг. 3г, 3д). Она, при необходимости, формирует регулируемую задержку включения защиты, формирует сигналы управления блоком 15 аварийной сигнализации и блоком 16 аварийной защиты, блокирует команду "Защита" на время настроечных работ, по команде с шины "Сброс" 2 устанавливается в исходное состояние и устанавливает в исходное состояние блок аварийной сигнализации и блок аварийной защиты. Повышение точности устройства достигнуто за счет исключения аналогового способа во второй ступени контроля с присущими его погрешностями, складывающимися из погрешностей преобразователя код-аналог, погрешностей второго задатчика уровня сравнения (по напряжению), погрешностей устройства аналогового сравнения, погрешности установки уровня сравнения, погрешности, определяемой нестабильностью и разбросом по величине единичных сигналов, снимаемых с регистра сдвига на вход преобразователя код-аналог. Применение предлагаемого схемного решения цифрового контроля во второй ступени исключило перечисленные (характерные для аналогового способа и прототипа) погрешности. Для этого потребовалось исключить из прототипа преобразователь код-аналог, аналоговое устройство сравнения, заменить аналоговый задатчик уровня на цифровой, ввести второй регистр сдвига, реверсивный счетчик, D-триггер, генератор синхронизирующих сигналов, формирователь коротких импульсов и инвертор. За счет описанных изменений, кроме повышения точности, до минимума сведена подготовка устройства к работе. Последнее достигнуто за счет перевода второго задатчика уровня напряжения на цифровую основу, реализованного, например, на программном переключателе типа ПП. Подготовка второй ступени контроля к работе сводится к установке барабанного переключателя в заданное положение.

Формула изобретения

УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ ВИБРАЦИЙ, содержащее последовательно соединенные вибропреобразователь, полосовой фильтр, масштабирующий усилитель и пороговый элемент, к второму входу которого подключен первый задатчик уровня, а к выходу S-вход первого триггера, выход которого соединен с V-входом первого регистра сдвига, выходы которого соединены с соответствующими входами блока предупредительной сигнализации, выход масштабирующего усилителя соединен с входом нуль-органа, выход которого соединен с C-входами первого триггера и первого регистра сдвига, блок исполнительных элементов и второй задатчик уровня, блок сравнения, отличающееся тем, что, с целью повышения точности устройства и удобства его эксплуатации за счет использования цифровой обработки сигналов, в него введены второй регистр сдвига, реверсивный счетчик, элемент И, инвертор, второй триггер, генератор синхроимпульсов, формирователь коротких импульсов, второй задатчик уровня выполнен в виде формирователя сигналов цифрового кода, а блок сравнения в виде реверсивного счетчика, D-входы второго регистра сдвига соединены с выходами первого регистра сдвига, выход второго регистра сдвига соединен с первым входом элемента И, вход формирователя коротких импульсов соединен с выходом нуль-органа, выход формирователя коротких импульсов соединен с S-входом второго триггера, инверсный выход которого соединен с инверсным входом реверсивного счетчика и через инвертор с V₂-входом второго регистра сдвига, выход генератора синхроимпульсов соединен с С-входом второго триггера, С₁-входом второго регистра сдвига и вторым входом элемента И, прямой выход второго триггера соединен с С₂-входом второго регистра сдвига, выход элемента И соединен с входом обратного счета реверсивного счетчика, D-входы которого соединены с соответствующими выходами второго задатчика уровня, выход реверсивного счетчика соединен с входом блока исполнительных элементов, D-вход второго триггера, V₁-вход второго регистра сдвига и R-вход реверсивного счетчика подключены к шине нулевого потенциала.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3