Бесконтактное радиоволновое устройство для измерения частоты вращения



Бесконтактное радиоволновое устройство для измерения частоты вращения
Бесконтактное радиоволновое устройство для измерения частоты вращения

 


Владельцы патента RU 2567443:

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова Российской академии наук (RU)

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для высокоточного определения частоты вращения. Бесконтактное радиоволновое устройство измерения частоты вращения, содержащее генератор электромагнитных волн фиксированной частоты, направленный ответвитель, циркулятор, приемо-передающую антенну для излучения электромагнитных волн в сторону вращающегося объекта по нормали к его оси вращения, соединенную с циркулятором через основной волновод направленного ответвителя с генератором, смеситель излучаемых и принимаемых электромагнитных волн, к первому и второму входам которого подсоединены соответственно генератор через вспомогательный волновод направленного ответвителя и антенна через циркулятор. Кроме того, устройство содержит второй генератор электромагнитных волн с той же фиксированной частотой, второй направленный ответвитель, второй циркулятор, вторую приемо-передающую антенну для излучения электромагнитных волн в сторону вращающегося объекта по нормали к оси вращения на том же расстоянии от оси вращения и в той же плоскости, но под углом α к направлению излучения первой антенной, соединенную с циркулятором через основной волновод направленного ответвителя со вторым генератором, второй смеситель излучаемых и принимаемых электромагнитных волн, к первому и второму входам которого подсоединены соответственно второй генератор через вспомогательный волновод второго направленного ответвителя и вторая антенна через второй циркулятор, вычислительный блок, входы которого соединены с выходами первого и второго смесителей. Технический результат заключается в повышении точности измерения. 2 ил.

 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для высокоточного бесконтактного определения скоростей вращения таких объектов, как роторы турбин, валов, вентиляторов и вращающихся узлов и механизмов.

Известны радиоволновые устройства измерения, которые используют для бесконтактного определения частот вращения (Викторов В.А., Лункин Б.В., Совлуков А.С.Радиоволновые измерения параметров технологических процессов. -М.: Энергоатомиздат, 1989. 208 с.).

Большинство известных устройств измерения связано с зондированием вращающегося объекта электромагнитными волнами, приемом отраженных волн и измерением их характеристик. Фазы отраженных волн при этом будут постоянно меняться вследствие того, что при вращении объекта одни его элементы приближаются, а другие удаляются по отношению к приемной и передающей антеннам. Эта фазовая модуляция позволяет получить информацию о частоте вращения.

Известно также техническое решение - радиоволновое устройство измерения частоты вращения, которое по технической сущности наиболее близкое к предлагаемому устройству и принятое в качестве прототипа (Викторов В.А., Лункин Б.В., Совлуков А.С.Радиоволновые измерения параметров технологических процессов.- М.: Энергоатомиздат, 1989. 208 с.). Данное устройство-прототип содержит генератор электромагнитных волн фиксированной частоты, подсоединенный через основной волновод направленного ответвителя и циркулятор к приемо-передающей антенне для излучения электромагнитных волн в сторону вращающегося объекта по нормали к оси вращения, смеситель излучаемых и принимаемых электромагнитных волн, к первому и второму входам которого подсоединены-, соответственно-, генератор через вспомогательный волновод направленного ответвителя и антенна через циркулятор, выход смесителя подсоединен к полосовому перестраиваемому фильтру для выбора соответствующей гармоники в сигнале, по частоте которой судят о частоте вращения объекта.

Однако существенным недостатком этого устройства является тот факт, что отдельные выступающие элементы и неоднородности объекта вращения приводят к наличию в спектре сигнала многих частотных составляющих, которые вследствие эффекта Доплера еще и постоянно меняют свою частоту. Одновременно с этим на сигнал накладывается амплитудная модуляция, вызванная наличием на объекте гладких и шероховатых частей, пятен масла и краски. Вследствие этого сигнал имеет сложный характер, что затрудняет измерение частот гармоник сигнала и в результате снижает точность измерения частоты вращения.

Техническим результатом настоящего изобретения является повышение точности измерения.

Технический результат в предлагаемом устройстве измерения частоты вращения достигается тем, что в устройстве, содержащем генератор электромагнитных волн фиксированной частоты, направленный ответвитель, циркулятор, приемо-передающую антенну для излучения электромагнитных волн в сторону вращающегося объекта по нормали к его оси вращения, соединенную с циркулятором через основной волновод направленного ответвителя с генератором, смеситель излучаемых и принимаемых электромагнитных волн, к первому и второму входам которого подсоединены соответственно генератор через вспомогательный волновод направленного ответвителя и антенна через циркулятор, при этом дополнительно содержит второй генератор электромагнитных волн с той же фиксированной частотой, второй направленный ответвитель, второй циркулятор, вторую приемо-передающую антенну для излучения электромагнитных волн в сторону вращающегося объекта по нормали к оси вращения на том же расстоянии от оси вращения и в той же плоскости, но под углом а к направлению излучения первой антенной, соединенную с циркулятором через основной волновод направленного ответвителя со вторым генератором, второй смеситель излучаемых и принимаемых электромагнитных волн, к первому и второму входам которого подсоединены соответственно второй генератор через вспомогательный волновод второго направленного ответвителя и вторая антенна через второй циркулятор, вычислительный блок, входы которого соединены с выходами первого и второго смесителей. Частота вращения объекта определяется в вычислительном блоке из определения временной задержки между сигналами с выходов смесителей, которая определяется из временного положения максимума корреляционной функции между этими сигналами и углом α.

На Фиг. 1 приведена структурная схема устройства.

На Фиг. 2 показаны временные диаграммы сигналов φ1(t) (Фиг. 2а), φ2(t) (Фиг. 2б) и корреляционной функции (Фиг. 2в), поясняющие процесс измерения частоты вращения объекта.

На Фиг. 1 показаны генераторы одинаковой фиксированной частоты 1, 6, направленные ответвители 2, 7, циркуляторы 3, 8, антенны с одинаковыми характеристиками 4, 9, смесители 5, 10, вычислительное устройство 11 и вращающийся объект 12.

Устройство работает следующим образом.

Электромагнитные колебания фиксированной частоты от генератора 1 поступают через направленный ответвитель 2 и циркулятор 3 на антенну 5. Излучаемые ею электромагнитные волны направляются в сторону вращающегося объекта 12 по нормали к оси вращения, отражаются от него, принимаются антенной 5 и через циркулятор 3 поступают на первый вход смесителя 5. Одновременно эти же электромагнитные колебания через дополнительный вывод направленного ответвителя 2 поступают от генератора 1 на второй вход смесителя 5. В это же время электромагнитные колебания фиксированной частоты от генератора 6 поступают через направленный ответвитель 7 и циркулятор 8 на антенну 9. Эта антенна расположена таким образом, что излучаемые ею электромагнитные волны также направляются в сторону вращающегося объекта 12 по нормали к оси вращения, но при этом она расположена на одинаковом удалении от оси вращения на том же расстоянии и в той же плоскости, что и антенна 5, и направлена под углом α к ней. Эти электромагнитные волны отражаются от вращающегося объекта 12, принимаются антенной 8 и через циркулятор 9 поступают на первый вход смесителя 10. Одновременно эти же электромагнитные колебания через дополнительный вывод направленного ответвителя 7 поступают от генератора 6 на второй вход смесителя 10. Сигналы φ1(t) и φ2(t) (см. Фиг. 2а, 2б), поступающие с выходов смесителей 5 и 10, подаются на входы вычислительного устройства 11, в котором вычисляется корреляционная функция между этими сигналами С12 (см. Фиг. 2в), определяется ее максимальное значение и по положению этого максимума на временной оси определяется время задержки τ в секундах. Зная это значение, а также угол α в радианах между направлениями излучения двух антенн, скорость перемещения поверхности объекта вращения V можно вычислить по формуле

V=α/τ (рад/сек)

Период одного оборота в секунду Т=2π/V=2πτ/α, частоту вращения объекта W в оборотах в минуту можно вычислить по формуле

В примере, показанном на Фиг. 2, время задержки τ=16 мс, тогда при α=π/5 согласно формуле (1) W=375 (об/мин).

Таким образом, данное устройство позволяет решить проблему измерения частоты вращения объекта по спектру фазы отраженного сигнала при его сложном характере в случае наличия во вращающемся объекте различных неоднородностей за счет измерения временной задержки между отражениями волн от текущих положений отражающей поверхности вращающегося объекта в разных его положениях.

Бесконтактное радиоволновое устройство измерения частоты вращения, содержащее генератор электромагнитных волн фиксированной частоты, направленный ответвитель, циркулятор, приемо-передающую антенну для излучения электромагнитных волн в сторону вращающегося объекта по нормали к его оси вращения, соединенную с циркулятором через основной волновод направленного ответвителя с генератором, смеситель излучаемых и принимаемых электромагнитных волн, к первому и второму входам которого подсоединены соответственно генератор через вспомогательный волновод направленного ответвителя и антенна через циркулятор, отличающееся тем, что содержит второй генератор электромагнитных волн с той же фиксированной частотой, второй направленный ответвитель, второй циркулятор, вторую приемо-передающую антенну для излучения электромагнитных волн в сторону вращающегося объекта по нормали к оси вращения на том же расстоянии от оси вращения и в той же плоскости под углом α к направлению излучения первой антенны, соединенную с циркулятором через основной волновод направленного ответвителя со вторым генератором, второй смеситель излучаемых и принимаемых электромагнитных волн, к первому и второму входам которого подсоединены соответственно второй генератор через вспомогательный волновод второго направленного ответвителя и вторая антенна через второй циркулятор, вычислительный блок, входы которого соединены с выходами первого и второго смесителей.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к измерительной технике, представляет собой бесконтактный радиоволновый способ измерения частоты вращения и может быть использовано для высокоточного определения частоты вращения.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано как датчик скорости для расходомеров жидких и газообразных сред, а также для автоматического контроля вращения, углового перемещения механизмов и машин.

Изобретение относится к способу обнаружения вращения и направления вращения ротора. На роторе (1) позиционирован по меньшей мере один демпфирующий элемент (D), причем на небольшом расстоянии от ротора (1) и демпфирующего элемента (D) установлены два датчика (S1, S2) на расстоянии друг от друга.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения угловых перемещений, скоростей и ускорений объектов в бесплатформенных инерциальных навигационных системах.

Изобретение относится к области контрольно-измерительной техники и может быть использовано для бесконтактного измерения частоты вращения валов двигателей в условиях широкого изменения рабочих температур.

Изобретение относится к устройству передачи данных скорости в автомобиле с измерительной головкой 3 для регистрации движения, соответствующий измеряемый сигнал которой подается как в блок 5 управления прикладной системой, так и в блок 4 управления защитой.

Изобретение относится к измерительным приборам, выполняющим измерения с помощью оптических и электрических средств, и может быть использовано для контроля угловой скорости вращения, угловых перемещений и поворота механизмов.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения угловых перемещений, скоростей и ускорений. .

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к бесконтактным датчикам скорости вращения и положения ротора, и может быть использовано для определения скорости вращения и положения ротора электродвигателей различных типов.

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к способу определения угловой скорости вращения объекта, стабилизированного вращением. Способ определения угловой скорости вращения объекта, стабилизированного вращением (ОСВ, заключается в том, что наблюдают изменение во времени физического параметра, функционально связанного с изменением углового положения ОСВ, определяют период вращения объекта, по которому вычисляют угловую скорость вращения объекта. Во время наблюдения изменения величины физического параметра фиксируют множество текущих значений выходного сигнала измерителя физических параметров на интервале времени порядка полутора периодов. На зафиксированном множестве строят функцию регрессии из условия достижения минимума среднеквадратического отклонения невязки между значениями функции регрессии и множеством зафиксированных значений наблюдаемого физического параметра. За период вращения ОСВ принимают период изменения функции регрессии. Технический результат - высокоточное определение угловой скорости вращения ОСВ при малом времени наблюдения, порядка полутора периодов. 1 табл.
Наверх