Способ измерения параметров механических колебаний контролируемых объектов


 


Владельцы патента RU 2490608:

Общество с ограниченной ответственностью "Рубин" (RU)

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения амплитуды, скорости и ускорения механических колебаний контролируемого объекта. Способ предполагает возбуждение в колебательном контуре, содержащем катушку индуктивности и конденсатор, резонансных колебаний электромагнитного поля. При этом в инерционном теле, выполненном из магнитострикционного материала и помещенном в газообразную среду, возникают механические колебания, связанные с действием переменного магнитного поля. Инерционное тело перемещают относительно корпуса, при этом изменяется емкость колебательного контура, который гальванически развязан от измерительной схемы. Параметры механических колебаний инерционного тела относительно корпуса измеряют за счет изменения частоты резонансных колебаний электромагнитного поля. Техническим результатом изобретения является повышение точности и быстродействия измерений параметров механических колебаний контролируемых объектов. 1 ил.

 

Область техники

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения амплитуды, скорости и ускорения механических колебаний контролируемого объекта.

Предшествующий уровень техники

Наиболее близким аналогом-прототипом предлагаемого способа измерения параметров механических колебаний контролируемых объектов является способ определения амплитуды механических колебаний объекта (см. описание в а.с. СССР №1325305 A1, МПК G01H 11/00).

В указанном способе измеряют параметры электрических колебаний в цепи с динамическим конденсатором, одной пластиной которого служит поверхность объекта, а другой - измерительный электрод. Измерительный электрод приводят в колебания с заданной амплитудой и с частотой, отличной от частоты колебаний объекта. Амплитуду механических колебаний объекта определяют по измеренным параметрам электрических колебаний с учетом заданной амплитуды колебаний измерительного электрода.

Формируют резонансный контур из динамического конденсатора и катушки индуктивности, возбуждают резонансные колебания электрического сигнала в контуре с частотой, превышающей частоты механических колебаний объекта и измерительного электрода.

Последовательно изменяют направление механических колебаний измерительного электрода в двух плоскостях, в каждом направлении механических колебаний измерительного электрода измеряют моментные значения частоты резонансных электрических колебаний в контуре, которые возводят в квадрат с помощью функции Фурье - преобразования квадратов резонансной частоты электрических колебаний определяют модуль коэффициента Фурье, соответствующего частоте механических колебаний измерительного электрода.

Сначала направление механических колебаний измерительного электрода изменяют в произвольно выбранной плоскости, фиксируют направление механических колебаний измерительного электрода, в котором модуль коэффициента Фурье имеет максимальное значение, затем - в другой плоскости, перпендикулярной первой плоскости и проходящей через фиксированное направление механических колебаний измерительного электрода.

В дальнейшем опять фиксируют направление механических колебаний измерительного электрода, в котором модуль коэффициента Фурье, соответствующего частоте механических колебаний измерительного электрода, имеет максимальное значение. В последнем направлении механических колебаний измерительного электрода с помощью функции Фурье-преобразования квадратов резонансной частоты электрических колебаний определяют также и модуль коэффициента Фурье, соответствующего частоте механических колебаний объекта.

По отношению второго модуля коэффициента Фурье к первому с учетом заданной амплитуды колебаний измерительного электрода определяют амплитуду колебаний объекта.

Низкая точность способа определения амплитуды механических колебаний объекта - прототипа, определяется отсутствием гальванической развязки между колебательным контуром и измерительной схемой. Вследствие этого на точность измерения влияют изменения емкости, индуктивности и электрического сопротивления внешних соединительных проводников, например, при изменении температуры внешней среды.

В указанном способе необходимо изменять направление механических колебаний измерительного электрода в двух плоскостях, что снижает технологичность изготовления устройства, осуществляющего техническую реализацию указанного способа.

Низкое быстродействие устройства, осуществляющего техническую реализацию указанного способа, определяется необходимостью в процессе измерения амплитуды механических колебаний объекта изменять направление механических колебаний измерительного электрода в двух плоскостях.

Раскрытие изобретения

Задачей создания изобретения является повышение точности измерения, технологичности изготовления и быстродействия устройства, осуществляющего техническую реализацию предлагаемого способа измерения параметров механических колебаний контролируемых объектов.

Поставленная задача решается с помощью признаков, указанных в 1-м пункте формулы изобретения общих с прототипом, таких как в колебательном контуре, содержащем катушку индуктивности и конденсатор, возбуждают резонансные колебания электромагнитного поля, и отличительных существенных признаков, таких как, инерционное тело, выполненное из магнитострикционного материала, помещают в газообразную среду. Возбуждают механические колебания в инерционном теле под действием приложенного к нему переменного магнитного поля, перемещают инерционное тело относительно корпуса, изменяют емкость колебательного контура, который является гальванически развязанным от измерительной схемы. Параметры механических колебаний инерционного тела относительно корпуса измеряют за счет изменения частоты резонансных колебаний электромагнитного поля колебательного контура.

Высокая точность измерения устройства, осуществляющего техническую реализацию предлагаемого способа, определяется гальванической развязкой колебательного контура от измерительной схемы. Вследствие этого отсутствуют соединительные проводники между колебательным контуром и измерительной схемой, что повышает точность измерения.

В предлагаемом способе происходит аэродинамическое взвешивание инерционного тела внутри корпуса в газообразной среде. Вследствие этого полностью отсутствует сухое трение между инерционным телом и корпусом, что повышает точность измерения.

Вышеперечисленная совокупность существенных признаков позволяет получить следующий технический результат - повышение точности измерения, технологичности изготовления и быстродействия устройства, осуществляющего техническую реализацию предлагаемого способа измерения параметров механических колебаний контролируемых объектов.

Краткое описание чертежа

На чертеже изображена структурная схема устройства, осуществляющего техническую реализацию предлагаемого способа измерения параметров механических колебаний контролируемых объектов.

Осуществление изобретения

Устройство, осуществляющее техническую реализацию предлагаемого способа измерения параметров механических колебаний контролируемых объектов, содержит корпус (на фигуре изображен продольный разрез корпуса), инерционное тело 3, возбуждающую катушку индуктивности 6, колебательный контур и измерительную схему 5.

Корпус состоит из основания 7, крышки 8, диска 9 и кольца 10, выполненные из стекла. Основание 7 и крышка 8 изготавливаются в виде двух дисков. На фигуре места диффузионных соединений обозначены линиями двойной толщины.

Инерционное тело 3 выполнено из магнитострикционного материала.

Возбуждающая катушка индуктивности 6 выполнена путем намотки провода на диэлектрическом каркасе. Первый и второй выводы возбуждающей катушки индуктивности 6 соединены с генератором переменного напряжения ультразвуковой частоты измерительной схемы 5 (на фигуре не показан).

Колебательный контур содержит катушку индуктивности 1 и конденсатор 2. Конденсатор 2 выполнен в виде трех металлических колец. Два металлических кольца размещены на стороне основания 7, обращенной к диску 9 и соединены с первым и вторым выводами катушки индуктивности 1. Третье металлическое кольцо конденсатора 2 расположено на поверхности инерционного тела 3, обращенной к диску 9, и прикрывает два металлических кольца, которые размещены на стороне основания 7, обращенной к диску 9.

Инерционное тело 3 помещают с возможностью перемещения в газообразную среду 4 (предпочтительно аргон) внутри корпуса. Газообразная среда 4 имеет повышенное давление.

Измерительная схема 5 содержит катушку индуктивности 11 подкачки энергии в колебательный контур, катушку индуктивности 12 считывания частоты резонансных колебаний колебательного контура, элемент ИЛИ 13, транзистор 14, компаратор 15 и вычислительное устройство (на фигуре не показано).

Второй 16 вход элемента ИЛИ 13 является входом запуска непрерывных незатухающих резонансных колебаний электромагнитного поля колебательного контура. Выход элемента ИЛИ 13 соединен с базой транзистора 14, эмиттер которого соединен с выводом «Общий» питания.

Первый и второй выводы катушки индуктивности 11 подкачки энергии в колебательный контур соединены соответственно с коллектором транзистора 14 и плюсовым выводом 17 источника питания постоянного тока (на фигуре не показан) измерительной схемы 5.

Первый и второй выводы катушки индуктивности 12 считывания частоты резонансных колебаний колебательного контура соединены соответственно с выводом «Общий» питания и прямым входом компаратора 15, на инверсный вход которого подают опорное напряжение. Выход компаратора 15 соединен с первым входом элемента ИЛИ 13 и вычислительным устройством.

Катушка индуктивности 1, катушка индуктивности 11 подкачки энергии в колебательный контур и катушка индуктивности 12 считывания частоты резонансных колебаний колебательного контура выполнены путем намотки провода на диэлектрический каркас.

Устройство, осуществляющее техническую реализацию предлагаемого способа измерения параметров механических колебаний контролируемых объектов, работает следующим образом.

После включения питания из параллельного канала вычислительного устройства на второй 16 вход элемента ИЛИ 13 подают единичный положительный импульс. Вследствие этого на базу транзистора 14 поступает положительный импульс, который открывает транзистор 14 и через катушку индуктивности 11 подкачки энергии в колебательный контур начинает протекать ток, который наводит ЭДС - электродвижущую силу индукции в колебательном контуре, в котором возникают резонансные колебания электромагнитного поля.

Частоту резонансных колебаний электромагнитного поля колебательного контура измеряют путем снятия частоты с катушки индуктивности 12 считывания частоты резонансных колебаний колебательного контура, которая затем поступает на прямой вход компаратора 15, на инверсный вход которого подают опорное напряжение. С выхода компаратора 15 положительные сигналы прямоугольной формы поступают на первый вход элемента ИЛИ 13 (на второй 16 вход элемента ИЛИ 13 в это время подают уровень логического нуля) и в вычислительное устройство.

С выхода элемента ИЛИ 13 прямоугольные импульсы поступают на базу транзистора 14, при открывании которого через катушку индуктивности 11 подкачки энергии в колебательный контур течет ток, при изменении которого в колебательном контуре возникает ЭДС индукции, под действием которой в колебательном контуре возникают токи, согласные с направлением тока в колебательном контуре в каждый полупериод колебаний колебательного контура.

В положительный полупериод колебаний в колебательном контуре происходит подкачка энергии во время увеличения тока в катушке индуктивности 11 подкачки энергии в колебательный контур. В отрицательный полупериод колебаний подкачка энергии происходит во время уменьшения тока в катушке индуктивности 11 подкачки энергии в колебательный контур, так как передача энергии происходит в моменты изменения тока в катушке индуктивности 11 подкачки энергии в колебательный контур.

Таким образом в колебательном контуре возбуждают непрерывные незатухающие резонансные колебания электромагнитного поля с подкачкой энергии в определенные моменты времени, увеличивают в эти моменты амплитуду колебаний и преобразуют эти колебания в положительные сигналы прямоугольной формы.

Подают переменное напряжение ультразвуковой частоты от генератора измерительной схемы 5 на возбуждающую катушку индуктивности 6 (указанное переменное напряжение может иметь постоянную - подмагничивающую составляющую). Вследствие этого происходит возбуждение механических колебаний в инерционном теле 3 под действием приложенного к нему переменного магнитного поля и аэродинамическое взвешивание инерционного тела 3 внутри корпуса.

При механических колебаниях контролируемого объекта происходит перемещение инерционного тела 3 относительно корпуса и изменение емкости конденсатора 2.

Амплитуду, скорость и ускорение механических колебаний контролируемого объекта измеряют за счет изменения частоты резонансных колебаний колебательного контура.

Промышленная применимость

Устройство, реализующее предлагаемый способ измерения параметров механических колебаний контролируемых объектов, может быть изготовлено из доступных элементов и материалов в условиях радиотехнического производства. Предлагаемый способ измерения параметров механических колебаний контролируемых объектов найдет широкое применение в устройствах применения настоящего изобретения, специалистам будут очевидны и другие частные случаи измерения параметров механических колебаний контролируемых объектов, например электрических машин.

Данное описание и примеры рассматриваются как материал, иллюстрирующий изобретение, сущность которого и объем патентных притязаний определены в нижеследующей формуле изобретения, совокупностью существенных признаков и их эквивалентами.

Технический результат - повышение точности измерения, технологичности изготовления и быстродействия устройства, осуществляющего техническую реализацию предлагаемого способа.

Способ измерения параметров механических колебаний контролируемых объектов, заключающийся в том, что в колебательном контуре, содержащем катушку индуктивности и конденсатор, возбуждают резонансные колебания электромагнитного поля, отличающийся тем, что инерционное тело, выполненное из магнитострикционного материала, помещают в газообразную среду, возбуждают механические колебания в инерционном теле под действием приложенного к нему переменного магнитного поля, перемещают инерционное тело относительно корпуса, изменяют емкость колебательного контура, который является гальванически развязанным от измерительной схемы, а параметры механических колебаний инерционного тела относительно корпуса измеряют за счет изменения частоты резонансных колебаний электромагнитного поля колебательного контура.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к устройствам контроля пространственных величин, например пространственной вибрации, и может быть использовано в системах контроля, диагностики, защиты и навигации.

Изобретение относится к микромеханике и предназначено для измерения частотных характеристик подвижных элементов микромеханических устройств. .

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в системах автоматики и сигнализации, а также для проверки исправности тормозной системы транспортных средств и предупреждения их опрокидывания.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для бесконтактной и дистанционной регистрации вибраций и перемещений поверхности, способной отражать радиоволны.

Изобретение относится к измерению механических колебаний и может быть использовано в системах автоматики и сигнализации, а именно для определения опасных вибраций при воздействии их на человека.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в системах автоматики и сигнализации, а также для проверки исправности тормозной системы транспортных средств.

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может использоваться для бесконтактного измерения и непрерывного контроля амплитуды колебаний турбинных и компрессорных лопаток в эксплуатационных условиях.

Изобретение относится к контролю качества микромеханических устройств, используемых в акселерометрах, гироскопах, датчиках давления. .

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано в качестве контрольно-сигнального устройства для контроля квазистатических и низкочастотных параметров состояния машин в процессе эксплуатации. Технический результат заключается в расширении функциональных возможностей, уменьшении времени готовности и обеспечении помехоустойчивости. Технический результат достигается благодаря тому, что в устройство для контроля сигналов дополнительно введены шины начального напряжения и сигнализации, пороговый элемент, аналоговый ключ с управляющим входом, третий резистор, диод, катод которого соединен с шиной питания и входом интегрирующей RC-цепи, выход которой соединен с анодом диода и входом порогового элемента, выход которого соединен с первым выводом второго резистивного делителя и управляющим входом аналогового ключа, вход которого соединен с шиной начального напряжения, а выход - с первым выводом первого конденсатора, второй вывод которого через третий резистор соединен с общей шиной, шина среднего значения соединена с первым входом второго операционного усилителя, выход которого соединен с шиной сигнализации, второй вывод второго резистивного делителя соединен либо с шиной питания, либо с общей шиной. 5 ил.

Использование: изобретение относится к измерительной технике для диагностирования технического состояния машин с вращающимися элементами. Сущность: система содержит установленные на нем в зоне по меньшей мере одной измерительной плоскости по длине вала 1 равномерно по его окружности информационные элементы угловых перемещений вала, например, в виде зубцов 3 установленного на валу 1 зубчатого кольца 2. На валу 1 установлен также информационный элемент отметчика оборотов его вращения в виде одиночного зуба 6 на отдельном зубчатом кольце 7 или в виде выделенного меньшими размерами в общем зубчатом кольце 2 одного из его зубцов 3.1. Кроме того, вне вала 1 установлены неподвижные измерительные датчики 4 по одному в каждой его измерительной плоскости и неподвижный датчик отметчика оборотов, установленный в плоскости расположения его информационного элемента. Система также содержит соединенный с указанными датчиками аппаратно-программный блок для преобразования и математической обработки полученной от датчиков информации. Отличие: в каждой измерительной плоскости дополнительно установлен второй измерительный датчик 5, аналогичный первому датчику 4 и расположенный по отношению к нему под углом 180° с противоположной стороны вала 1 в той же измерительной плоскости. Число информационных элементов в каждой измерительной плоскости является четным. Каждый информационный элемент угловых перемещений вала составляет пару с другим аналогичным информационным элементом (зубцом 3), расположенным на том же диаметре с противоположной стороны вала 1. В способе на каждом обороте вала определяют временные интервалы ti, между опорным импульсом отметчика оборотов (зуба 3.1) и текущими импульсами, для каждой пары последовательных импульсов с номерами i и i+k/2 определяют полусумму интервалов времени Δti=0,5(ti+k/2+ti), мгновенные значения угловых смещений текущих импульсов φi=Δti·ωj относительно опорного импульса и распределение по окружности вала мгновенных значений угловых перемещений, обусловленных крутильными колебаниями Δφi=φi-φ0i. Технический результат: повышение точности и достоверности диагностирования. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при проектировании и поузловой доводке элементов ступеней турбомашин, а именно рабочих колес, колес направляющих и сопловых аппаратов. Способ характеризуется тем, что подсчитывают количество лопаток рабочего колеса, подсчитывают количество лопаток направляющего или соплового аппарата, вычисляют предполагаемые резонансные частоты колебаний рабочего колеса в рабочем диапазоне частот вращения турбомашины. Затем экспериментально выявляют резонансные частоты колебаний рабочего колеса, сопоставляют значения предполагаемых и экспериментально выявленных резонансных частот колебаний. По результату сопоставления определяют качественную составляющую и/или количественную составляющую характеристики колебательного движения элемента турбомашины. Технический результат заключается в ускорении и упрощении процесса поузловой доводки элементов ступеней турбомашин, а именно рабочих колес, колес направляющих и сопловых аппаратов, посредством установления зависимости частоты и формы колебаний от конструктивных параметров исследуемой ступени турбомашины. 3 з.п. ф-лы, 6 ил., 2 табл.

Изобретение предназначено для бесконтактного определения амплитуды, частоты и фазы колебаний лопаток турбоагрегатов и может быть использовано для определения дефектов лопаток турбомашин в процессе их эксплуатации. Способ заключается в установлении на неподвижном узле турбомашины оборотного импульсного датчика и возбудителя - оборотной отметки, а также в корпусе турбомашины, в плоскости вращения контролируемого лопаточного колеса над траекторией движения торцов лопаток устанавливают неподвижный бесконтактный периферийный датчик. Датчик регистрирует информационные сигналы взаимодействия периферийного первичного преобразователя с торцом лопаток. На основании данных справочной литературы определяют аналитическое выражение, решают систему нелинейных уравнений. Технический результат заключается в увеличении точности и достоверности определения амплитуды, частоты и фазы колебаний всех лопаток вращающегося колеса турбомашины. 2 н.п. ф-лы, 2 ил.
Наверх