Устройство для определения амплитуды и фазы дисбаланса

 

Изобретение относится к устройствам определения величины и положения дисбаланса роторных механизмов и может быть использовано при разработке балансировочных станков резонансного типа. Устройство для определения амплитуды и фазы дисбаланса содержит датчик вибрации, датчик начального положения, три аналоговых компаратора, первый и второй формирователи, элемент совпадения, формирователь импульса сброса, первый и второй элементы цифровой индикации, D-триггер, элемент индикации знака, аналоговый инвертор, цифроаналоговый преобразователь, двоичный счетчик и десятичный счетчик, генератор тактовых импульсов, интегрирующие элементы, счетный триггер, узел определения среднего значения и два элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ. 5 ил.

Изобретение относится к устройствам определения величины и положения дисбаланса роторных механизмов и может быть использовано при разработке балансировочных станков резонансного типа.

Известно устройство для определения амплитуды и фазы дисбаланса, содержащее последовательно соединенные датчик начала отсчета и первый формирователь импульсов, последовательно соединенный датчик вибрации и усилитель, последовательно соединенные регистр и цифровой индикатор, второй элемент памяти, элемент совпадения и формирователь импульса сброса [1] Недостатком этого устройства является необходимость использования датчика положения и нанесения большого количества меток на роторный механизм с высокой точностью, что ограничивает точность и область возможного применения (например, для роторов малого диаметра нанесение большого количества меток затруднительно).

Наиболее близким к предлагаемому является устройство для определения амплитуды и фазы дисбаланса, содержащее датчик вибрации, датчик начального положения, первый и второй аналоговые компараторы, первый и второй формирователи, элемент совпадения, формирователь импульса сброса, первый и второй элементы цифровой индикации, Д-триггер, элемент индикации знака, аналоговый инвертор, цифроаналоговый преобразователь, двоичный счетчик и десятичный счетчик, информационные входы первого элемента цифровой индикации соединены с выходами десятичного счетчика, выход датчика вибрации соединен через первый формирователь с первыми входами первого и второго аналоговых компараторов, вторые входы которых соединены соответственно с общей шиной и с выходом цифроаналогового преобразователя, который выполнен в виде умножающего цифроаналогового преобразователя, аналоговый вход которого соединен с выходом источника опорного напряжения, а цифровые входы цифроаналогового преобразователя соединены с выходами двоичного счетчика, счетный вход которого соединен с выходом элемента совпадения, который соединен со счетным входом десятичного счетчика, первый вход элемента совпадения соединен с выходом генератора тактовых импульсов, выход датчика начального положения соединен с входом второго формирователя, а входы сброса двоичного счетчика и десятичного счетчика объединены, выход аналогового инвертора соединен с третьим входом второго компаратора, дополнительный выход которого соединен с входом Д-триггера, выход которого соединен с входом элемента индикации знака [2] Недостатком этого устройства является необходимость использования датчика положения и нанесения большого количества меток на роторный механизм с высокой точностью, что ограничивает точность и область возможного применения (например, для роторов малого диаметра нанесение большого количества меток затруднительно). Кроме того, это устройство не обеспечивает возможности контроля за оборотной частотой с переходом к режиму измерения после разгона ротора.

Целью изобретения является расширение области применения за счет исключения необходимости нанесения меток углового положения и обеспечения возможности автоматического функционирования, а также расширение функциональных возможностей за счет контроля числа оборотов.

Цель достигается тем, что в устройство для определения амплитуды и фазы дисбаланса, содержащее датчик вибрации, датчик начального положения, первый и второй аналоговые компараторы, первый и второй формирователи, элемент совпадения, формирователь импульса сброса, первый и второй элементы индикации, Д-триггер, элемент индикации знака, аналоговый инвертор, цифроаналоговый преобразователь, двоичный счетчик и десятичный счетчик, информационные входы первого элемента индикации соединены с выходами десятичного счетчика, выход датчика вибрации соединен через первый формирователь с первыми входами первого и второго аналоговых компараторов, вторые входы которых соединены соответственно с общей шиной и с выходом цифроаналогового преобразователя, цифровые входы цифроаналогового преобразователя соединены с выходами двоичного счетчика, счетный вход которого соединен с выходом элемента совпадения, который соединен со счетным входом десятичного счетчика, первый и второй входы элемента совпадения соединены с выходами соответственно генератора тактовых импульсов и второго компаратора, выход датчика начального положения соединен с входом второго формирователя, а входы сброса двоичного счетчика и десятичного счетчика объединены, выход аналогового инвертора соединен с третьим входом второго компаратора, выход Д-триггера соединен с входом элемента индикации знака, введены третий компаратор, первый и второй интегрирующие элементы, счетный триггер, узел определения среднего значения и два элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, выход второго формирователя соединен с тактовым входом счетного триггера, прямой и инверсный выходы которого соединены с входами соответственно первого и второго интегрирующих элементов, выходы которых соединены с входами третьего аналогового компаратора, выход которого соединен с первым входом первого элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, второй вход и выход которого соединены соответственно с первым входом счетного триггера и с первым входом второго элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, второй вход и выход которого соединены соответственно с выходом первого аналогового компаратора и входом узла определения среднего значения, тактовый вход и Д-вход Д-триггера соединены с выходами соответственно второго формирователя и первого аналогового компаратора, вход аналогового инвертора соединен с выходом цифроаналогового преобразователя, четвертый вход второго компаратора соединен с выходом первого формирователя, а вход второго элемента индикации соединен с выходом узла определения среднего значения.

На фиг. 1 показана структурная схема устройства для определения амплитуды и фазы дисбаланса; на фиг. 2, 3 и 4 узел определения среднего значения, варианты выполнения; на фиг. 5 временные диаграммы, иллюстрирующие работу устройства.

Устройство может использоваться в составе специального балансировочного станка или непосредственно на балансируемом агрегате. Датчики вибрации и начального положения устанавливают соответственно на опоре ротора и в плоскости расположения на роторе метки начального положения. Датчик начального положения и метка начального положения могут быть выполнены оптическими, механическими или магнитными.

Устройство для определения амплитуды и фазы дисбаланса содержит датчик 1 вибрации, датчик 2 начального положения, первый 3 и второй 6 формирователи, элемент 7 совпадения, формирователь 8 импульса сброса, первый 9 и второй 10 элементы индикации, Д-триггер 11, элемент 12 индикации знака, аналоговый инвертор 13, цифроаналоговый преобразователь 14, двоичный счетчик 15 и десятичный счетчик 16, информационные входы первого элемента 9 индикации соединены с выходами десятичного счетчика 16, выход датчика 1 вибрации соединен через первый формирователь 5 с первыми входами первого 3 и второго 4 аналоговых компараторов, вторые входы которых соединены соответственно с общей шиной 17 и выходом цифроаналогового преобразователя 14, который выполнен, например, в виде умножающего цифроаналогового преобразователя, аналоговый вход которого соединен с выходом источника опорного напряжения (не показан), а цифровые входы цифроаналогового преобразователя 14 соединены с выходами двоичного счетчика 15, счетный вход которого соединен с выходом элемента 7 совпадения, который соединен со счетным входом десятичного счетчика 16, первый и второй входы элемента 7 совпадения соединены с выходами соответственно генератора 18 тактовых импульсов и второго компаратора 4, выход датчика 2 начального положения соединен с входом второго формирователя 6, а входы сброса двоичного счетчика 15 и десятичного счетчика 16 объединены, выход аналогового инвертора 13 соединен с третьим входом второго компаратора 4, выход Д-триггера соединен с входом элемента 12 индикации знака.

Устройство также содержит третий компаратор 19, первый 20 и второй 21 интегрирующие элементы, счетный триггер 22, узел 23 определения среднего значения и два элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 24 и 25, выход второго формирователя 6 соединен с тактовым входом счетного триггера 22, прямой и инверсный выходы которого соединены с входами соответственно первого 20 и второго 21 интегрирующих элементов, выходы которых соединены с входами третьего аналогового компаратора 19, выход которого соединен с первым входом первого элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 24, второй вход и выход которого соединены соответственно с прямым входом счетного триггера 22 и с первым входом второго элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 25, второй вход и выход которого соединены соответственно с выходом первого аналогового компаратора 3 и входом узла 23 определения среднего значения, тактовый вход и Д-вход Д-триггера 11 соединены соответственно с выходами второго формирователя 6 и первого аналогового компаратора 3, вход аналогового инвертора 13 соединен с выходом цифроаналогового преобразователя 14, четвертый вход второго компаратора 4 соединен с выходом первого формирователя 5, а вход второго элемента 10 индикации соединен с выходом узла 23 определения среднего значения.

Второй аналоговый компаратор 4 выполнен двухпороговым, например, на основе двух компараторов 26 и 27 и элемента 28, которые реализуются одной микросхемой сдвоенного компаратора.

В качестве узла определения среднего значения может быть использован любой узел, обеспечивающий выделение постоянной составляющей, например, с помощью фильтра нижних частот, интегрирующей цепочки 29 с последующей индикацией в аналоговой с помощью стрелочного прибора 30 (фиг. 2) или цифровой с помощью аналого-цифрового преобразователя 31 и цифрового индикатора 32 (фиг. 3). Данный узел может быть выполнен также цифровыми методами, как показано на фиг. 4. В этом случае данный узел содержит генератор 33 тактовых импульсов, элемент 34 совпадения, счетчик 35 базы времени, десятичный счетчик 36 и регистр 37, в котором формируется среднее значение (постоянной составляющей) на выходе элемента 25. Этот код поступает на цифровой индикатор 32.

Устройство работает следующим образом.

Перед началом работы формирователь 8 обеспечивает формирование одиночного импульса на своем выходе (например, за счет нажатия кнопки), который сбрасывает счетчики 15 и 16 в нулевое состояние.

Датчик 1 вибрации устанавливается на опоре роторного механизма, и при наличии дисбаланса этот датчик фиксирует вибрацию опоры, связанную с дисбалансом. Вибрационный сигнал поступает на входы компараторов 3 и 4. Если этот сигнал превышает сигнал с выхода цифроаналогового преобразователя 14, поданный на второй вход компаратора 4, с последнего поступает разрешающий сигнал на элемент 7 совпадения и импульсы от генератора 18 проходят на счетчики 15 и 16, которые формируют оценку максимума дисбаланса. Код в двоичном счетчике 15 увеличивается и обеспечивает увеличение выходного сигнала цифроаналогового преобразователя 14.

Датчик 2 оборотной частоты формирует при прохождении метки сигнал, из которого формирователем 6 формируется импульс малой длительности (диаграмма 38), переключающий триггер 22 (диаграмма 39).

На выходах интегрирующих элементов 20 и 21 формируются линейно изменяющиеся сигналы (временная диаграмма 40), которые сравниваются компаратором 19, на выходе которого формируется сигнал (временная диаграмма 41), который совместно с сигналом с прямого выхода триггера 22 обеспечивает формирование элементом ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 24 (временная диаграмма 42) опорного сигнала, соответствующего знаковой функции синусного сигнала на оборотной частоте. Этот сигнал сравнивается со знаковой функцией вибрационного сигнала, формируемой компаратором 3 (временная диаграмма 43).

Результат сравнения время несовпадения сигналов пропорционально модулю фазового сдвига вибрационного сигнала относительно опорного. Этот сигнал (временная диаграмма 44), выделяемый элементом ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 25, поступает на узел 23, который обеспечивает формирование оценки модуля фазового сдвига, при этом оценка слабо чувствительна к шумам и помехам вибрационного сигнала.

Знак фазового сдвига фиксируется элементом 12 индикации, который отображает выходной сигнал D-триггера 11.

Запись информации в этот триггер происходит в момент прохождения метки, причем если в этот момент вибрации сигнал больше нуля, это говорит об отрицательном знаке фазового сдвига и наоборот.

Предложенное устройство обеспечивает построение системы контроля резонансного типа, поскольку при разгоне или на выбеге роторного механизма на индикаторе будет зафиксирована оценка амплитуды и фазы дисбаланса в момент резонанса. Это обеспечивает высокую чувствительность и точность измерения. Поскольку при этом в отличие от прототипа не требуется формирование меток положения ротора, упрощается работа устройства и обеспечивается возможность работы с малыми по размерам роторами, нанесение большого количества меток на которые с высокой точностью затруднительно, а часто и невозможно.

Формула изобретения

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ АМПЛИТУДЫ И ФАЗЫ ДИСБАЛАНСА, содержащее последовательно соединенные датчик вибрации, усилитель и первый аналоговый компаратор, последовательно соединенные датчик начального положения и формирователь импульсов, последовательно соединенные генератор тактовых импульсов, элемент совпадения, двоичный счетчик, цифроаналоговый преобразователь и второй аналоговый компаратор, последовательно соединенные десятичный счетчик, вход которого связан с выходом элемента совпадения, и первый индикатор, формирователь импульсов сброса, подключенный к входам сброса счетчиков, инвертор и второй индикатор, отличающееся тем, что оно снабжено последовательно соединенными D-триггером, D-вход которого подключен к выходу первого аналогового компаратора, и индикатором знака фазы, последовательно соединенными счетным триггером, первым интегратором, третьим компаратором, первым элементом ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, вторым элементом ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ и узлом определения среднего значения, выход которого связан с вторым индикатором и вторым интегратором, включенным между инверсным выходом счетного триггера и вторым входом третьего компаратора, выход формирователя импульсов связан с входом счетного триггера и C-входом D-триггера, выход усилителя подключен к второму входу второго аналогового компаратора, третий вход которого через инвертор связан с выходом цифроаналогового преобразователя, прямой выход счетного триггера соединен с вторым входом первого элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, а выход первого аналогового компаратора связан с вторым входом второго элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5