Устройство для бесконтактного измерения механических колебаний и перемещений

 

Изобретение относится к средствам вибрационных измерений и может найти применение для измерения перемещений в любой отрасли машиностроения и приборостроения . В известное устройство введены генератор 1 опорной частоты, фазовый детектор 2, автогенератор 3, фильтр 5 нижних частот, усилитель 6 постоянного тока и варикап 11, который включен в контур автогенератора . Эти элементы образуют систему, реализующую один из возможных методов осуществления принципа фазовой автоподстройки частоты, применение которого позволяет расширить диапазон измеряемых перемещений. 2 ил. ел с

COIO3 СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (э»э G 01 В 21/00

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

% "

:АА

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4812822/28 (22) 10.04.90 (46) 07.04.93. Бюл. М 13 (71) Минский радиотехнический институт (72) В.В. Хранцкевич, В.H. Сурин, B,Ã. Назаренко и И.Г. Рутковский (56) Измерение механических величин электрическими методами. — Под ред, С.С. Пригоровского. M.: Машиностроение, 1952, с. 143.

Авторское свидетельство СССР

Q 641314, кл. G 01 Н 11/00, 1975, Приборы и системы измерения вибрации, шума и удара./ Справочник в 2-х кн.:

Кн. 2 подред. В,В. Клюева. М.: Машиностро, ение; 1978, с. 439. 50.

Авторское свидетельство СССР

th 983469, кл, 6 01 Н 11/00, 1982.

Хоровиц п. и Хилл Ч. Искусство схемотехники. М., 1988, ÄÄ5U 180?310 А1 (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ БЕСКОНТАКТНОГО

ИЗМЕРЕНИЯ МЕХАНИЧЕСКИХ КОЛЕБАНИЙ И ПЕРЕМЕЩЕНИЙ (5?) Изобретение относится к средствам вибрационных измерений и может найти применение для измерения перемещений в любой отрасли машиностроения и приборо- строения, В известное устройство введены генератор 1 опорной частоты, фазовый детектор 2, автогенератор 3, фильтр 5 нижних частот, усилитель 6 постоянного тока и варикап 11, который включен в контур автогенератора. Эти элементы образуют систему, реалиэующую один из возможных методов осуществления принципа фазовой автоподстройки частоты, применение которого позволяет расширить диапазон измеряемых перемещений. 2 ил.

1807310

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в . приборах для контроля динамических характеристик элементов приборов и аппаратуры при испытаниях на вибропрочность и ударную прочность, а также для контроля толщины диэлектрических материалов.

Целью изобретения является увеличе- . ние точности и расширение диапазона измерений механических колебаний и перемещений устройства за счет широких пределов рабочего участка передаточной характеристики.

На фиг. 1 представлена функциональная схема устройства для бесконтактного измерения механических колебаний и перемещений; на фиг. 2 — передаточная характеристика устройства для бесконтактного измерения механических колебаний и перемещений, 20

Устройство для бесконтактного измерения механических колебаний и перемещений содержит генератор 1 опорной частоты, выход которого соединен с вторым входом фазового детектора 2, первый вход фа- 25 зового детектора соединен с выходом автогенератора 3, с которым связан параметрический датчик смещений 4 и варикап

11 через емкость С, вход фильтра 5 нижних частот связан с выходом фазового детекто- 30 ра 2, а выход фильтра 5 — с входом усилителя постоянного тока 6, который связан с варикапом 11, первый выход усилителя постоянного тока 6 соединен с входом аналого-цифрового преобразователя 7, его выход 35 соединен с входом вычислительного блока

8, выход которого связан с первым входом управляемого усилителя 9, второй вход которого соединен с вторым выходом усилителя постоянного тока 6, выход управляемого 40 усилителя 9 соединен с входом индикатора

10. Последовательно соединенные фильтр нижних частот 5, усилитель постоянного тока 6 и варикап 11 образуют петлю фазовой автоподстройки частоты, 45

Устройство для бесконтактного измерения механических колебаний и перемещений работает следующим образом.

Параметрический датчик смещений 4 устанавливают на определенном рабочем 50 расстоянии от контролируемой поверхности. В момент включения устройства для бесконтактного измерения механических колебаний и перемещений возбуждается генератор 1 на частоте f. Элементами на- 55 стройки частоту автогенератора 3 устанавливают близкой к f. При этом сигналы генератора 1 и автогенератора 3 подаются на фазовый детектор 2, из выходного сигнала которого с помощью фильтра нижних частот 5 выделяется постоянная составляющая, которая усиливается усилителем постоянного тока 6 и воздействует на варикап

11. Его емкость, включенная в контур автогенератора, изменяется таким образом, что фазовый сдвиг между колебаниями генератора опорной частоты 1 и автогенератора 3 устанавливается равным некоторой постоянной величине, необходимой для вхождения системы фазовой автоподстройки частоты в режим захвата. При этом частоты колебаний генераторов 1 и 3 устанавливаются равными f, а фазы колебаний имеют постоянный сдвиг. При перемещениях контролируемой поверхности относительно параметрического датчика 4 изменяется реактивное сопротивление последнего.

Синхронно с изменением реактивного сопротивления параметрического датчика смещений 4 изменяется постоянное напряжение на выходе фазового детектора 2, которое, проходя через фильтр нижних частот

5 и усилитель постоянного тока 6, воздействует на варикап 11 изменяет его емкость. таким образом, что мгновенная разность частот колебаний генератора опорной частоты

1 и автогенератора 3 остается неизменной.

Напряжение, воздействующее на варикап

11 и пропорциональное закону перемещений контролируемой поверхности относительно параметрического датчика смещений 4, определяется формулой

Uynr= — 1/",г LA (Са+ P/ä), где д — расстояние между контролируемой поверхностью и параметрическим датчиком смещений 4; у- параметр варикапа; а — отношение минимальной и максимальной емкости варикапа;

P — коэффициент, зависящий от максимальной емкости варикапа, площади поверхности параметрического датчика смещений.

Данная зависимость является передаточной характеристикой устройства для бесконтактного измерения механических колебаний и перемещений. На характеристике (фиг. 2) точке А соответствует рабочий зазор между датчиком 4 и контролируемой поверхностью. При изменении этого рассто-. яния рабочая точка перемещается между точками В и С, которые соответствуют границам рабочей части передаточной характеристики. Переменная составляющая этого выходного напряжения подается на второй вход управляемого усилителя 9, где усиливается и подается на индикатор 10. Индикатор проградуирован в единицах длины. Для сохранения линейности преобразования в ши1807310 ° 6

Фиг. 2

Составитель В. Хранцкевич

Техред M.Моргентал Корректор Н. Король

Редактор С. Кулакова

Заказ 1372 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 роком диапазоне измеряемых перемещений сигнал с первого выхода усилителя постоянного тока 6 подается на вход аналого-цифрового преобразователя 7.

Цифровой код, соответствующий положению точки А на передаточной характеристике, подается на вход вычислительного блока

8, где формируется корректирующий сигнал. Корректирующий сигнал подается на первый вход управляемого усилителя 10 и изменяет его коэффициент усиления таким образом, что зависимость между выходным сигналом управляемого усилителя 9 и измеряемым перемещением линейна.

Устройство для бесконтактного измерения механических колебаний и перемещений имеет большой динамический диапазон благодаря широким пределом рабочего участка передаточной характеристики устройства. Высокая помехоустойчивость устройства для бесконтактного измерения механических колебаний и перемещейий обеспечивается применением кварцевой стабилизации частоты генератора опорной частоты и использованием принципа фазовой автоподстройки частоты. Так как зависимость между выходным сигналом управляемого усилителя 9 и изме- ряемым перемещением лйнейна и стабильна благодаря высокой помехоустойчивости устройства, отпадает необходимость в периодической градуировке прибора в отлиwe от известных устройств. Эксплуатация показала высокую надежность и оператив5 ность устройства.

Формула изобретения

Устройство для бесконтактного измерения механических колебаний и перемещений, содержащее автогенератор, индуктив10 ность колебательного контура" которого является параметрическим датчиком смещений, последовательно соединенные фильтр нижних частот, усилитель постоянного тока, управляемый усилитель и индикатор, вари15 кап, связанный с усилителем постоянного тока, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью увеличения точности и расширения диапазона измерений, оно снабжено последовательно соединенными генератором

20 опорной частоты и фазовым детектором, последовательно соединенными аналого. цифровым преобразователем и вычислительным блоком, второй вход фазового детектора соединен с выходом автогенера25 тора, выход фазового детектора соединен с входом фильтра нижних частот, вход аналого-цифрового преобразователя соединен с выходом усилителя постоянного тока, выход вычислительного блока соединен с входом

30 управляемого усилителя.