Устройство для измерения виброускорения

 

Союз Советскнх

Социалистических

Республик

<>769436

К АВТОРСХОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (б1) Дополнительное и авт. свпд-ву— (22) Заявлено 17.02.76 (21) 2323775/18-10 (51) М.Кл.з 6 01 Р 15j08 с присоединением заявки— (23) Приоритет—

Государственный комитет по делам изобретений н открытнй (43) Опубликовано 07.10.80. Бюллетень о 37

1 (45) Дата опубликования описания 13.12.80 (53) УДК 531.768 (088.8) (72) Авторы изобретения

В. М. Павликов, Л. С. Панич, Б. Д. Торгашин и С. Ф. Яковлев (71) Заявитель Ленинградский институт авиационного приборостроения (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ

ВИБРОУСКОРЕНИЯ

Изобретение относится к области измерения параметров движения, в частности к измерителям виброускорения.

Известны измерители ускорения, содержащие измерители скорости с частотным выходом и опорным генератором. Для повышения быстродействия таких измерителей в качестве частотного датчика скорости используют источник электромагнитных колебаний, в частности оптический квантовый генератор, приемник излучения и блок обработки частотных сигналов (Ц. Недостатком известного устройства является трудность фокусировки на объекте измерения из-за конструктивного разделения источника и приемника излучения, возможность измерения только амплитуды виброускорения и малая дальность действия в средах с ограниченной прозрачностью.

Предлагаемое устройство снабжено последовательно соединенными четырьмя время-импульсными преобразователями и блоком памяти, а также вычитателем, входы которого подключены к выходам четвертого преобразователя и блока памяти, а выход связан с индикатором виброускорения.

На фиг. 1 представлена упрощенная схема предложенного устройства; на фиг. 2— то же, структурно-функциональная схема.

Устройство для измерения виброускорений (фиг 1) содержит блок 1 излучения и приема электромагнитных колебаний, СВЧ-генератор 2, У-циркулятор 3, смссптель 4, амплитудный селектор 5, блок 6 обработки импульсных сигналов и индикатор

7 виброускорений. Исследуемый объект 8 крепится на вибростене 9 или каком-либо ином источнике вибраций.

Блок обработки импульсных сигналов (фиг. 2) образован время-импульсными преобразователями 10 — 13, блоком памяти 14 и вычитателем 15. Каждый преобразователь

10 (11 — 13) содержит операционный усилий тель ОУ1 (ОУ2, ОУЗ, ОУ4) с выходным сопротивлением R1 (Ю, Rá, R8) и интегрирующей цепочкой обратной связи С%2 (C3R4, C4R5, C6R7) и два ключа Кл.1, Кл.2 (Кл.3, Кл.4, Кл,5. Кл.б, Кл.7, Кл.8). К вы20 ходу первого 10 и третьего 12 преобразователей подключены конденсаторы С2 и С5.

Второй преобразователь 11 снабжен управляющим триггером Тр и блоком уставки 16, который устанавливает порог срабатывания

25 ключа Кл.4 Входные сопротивления R1, Rá преобразователей 10 и 12 подключены к источнику эталонного напряжения Ео (на фиг.

2 не показан).

Устройство работает следующим образом (см. фиг. 2).

769436

1

;и r> ° напряжение

4 — (1,). О

de .-dSncp(f) И 1 вих

Еи Т (6) вых (7) 2Г, I,,) (4) 55

Генератор электромагнитных волн 8 является источником СВЧ-колебаний, Его энергия поступает в первое плечо Y-ци к— лято а 8 и ра, и передается далее во второе плечо -циркучо, нс поступая в третье. Развязка плеч -циркулятора обеспечивается за счет различия фазовых скоростей волн, обсгающих ферритовый стержень. Измеряемый объект, находящийся в движении, облучается сфокусированными блоком излучения и приема электромагнитных золн 1, СВЧ-колебаниями В результате;эсть электроэнергии отражается и в сторону блока I. Смещение фазы в отраженном колебании при движении объекта составит где S „(Ц

„„,(Ц вЂ” закон движения исследуемого объекта.

Изменение фазы во времени эквивалентно возникновению колебаний с частотой: где д- .0 — длина волны генератора электромагнитныхых волн.

За счет конечной величины развязки между первым и третьим плечами Y-циркулятора 8 в третье плечо Y-циркулятора постпаст отраженный от объекта сигнал и просочившийся от генератора за счет конечной развязки плеч циркулятора сигнал.

В результате этого на выходе смесителя

4 имеем:

В селекторе 5 из сигнала, поступившего со смесителя 4, формируются импульсы, фронты которых соответствуют моментам перехода фазы через ноль, а частота этой импульсной последовательности характеризует скорость объекта: где,, — радиальная скорость объекта из1/ мерения.

Эта импульсная последовательность далее поступает на преобразователь 10. В исходном состоянии Кл.1 открыт, а Кл.2 закрыт. Прн поступлении на вход преобразователя 10 импульса длительностью Т Кл.l переходит в закрытое состояние, а Кл.2 открывается. В результате на преобразователе 1О появляется линейно изменяющееся напряжение:

5 где Е, — стабилизированное питания;

7 — время интегрирования.

Здесь имеет место преобразование длительности входного импульса, т. е. длительности интервала перехода фазы сигнала, отраженного от исследуемого объекта через ноль, в соответствующее напряжение U!. По окончании импульса длительностью Т ключи Кл.1 и Кл.2 возвращаются в исходное состояние, в результате на конденсаторе С2 хранится напряжение U! =EOTIP 1 C1 о прихода следую цего импульсного сигнала. Обнуление С2 осуществляется низким выходным сопротивлением операционного усилителя ОУ1. Сигнал с С2 поступает на вход преобразователя П.

В исходном состоянии Кл.З открыт, а

Кл.4 закрыт. На вход операционного усилителя ОУ2 через R8 и Кл.З !iocTyna=T напряжение с С2. В результате на выходе

ОУ2 появляется напряжение U2, скорость изменения которого пропорциональна амплитуде U!.

При достижении напряжением U, значения, заранее установленного в блоке уставкп lб и заведенного з Кл.4 напряжение U „,р, последний открывается и переворачивает триггср Тр, который закрывает при этом

Кл.З. Таким образом на выходе преобразователя 11 образуется импульс длительностью:

l3

i аоота третьего преобразователя полностью эквивалентна работе первого преобразователя 10 л его выходное напряженис:

5п соответствует скорости исследуемого объскта.

Четвертый преобразователь 18 осуществляет преобразование вида: - с =- --:; —;.— 1Ерd = И2. (8)

"8С6 (i

В результате íà его выходе образуется

50 напряжение, пропорциональное квадрату длительности импульса скорости, а следовательно, квадрату скорости, которое запоминается на блоке памяти 14 и подается на первый выход блока вычитания 15. Следую55 щпй импульс скорости выдается лишь спус769436 с- ч = >

1 тя время, необходимое для того, чтобы фаза отраженного сигнала изменилась на ть что соответствует перемещению измеряемо:о объекта на величину пути, равную г.o/2.

Таким образом, амплитуда напряжения на выходе блока вычитания пропорциональна разности квадратов амплитуд напряжений. Следовательно, образуется напряжение, соответствующее измеряемому ускорен гно:

-дс U„— ускорение объекта;

V и V — скорости объекта для /, н

Т соответственно;

S — константа пути, равная лo/2.

Описанное устройство позволяет производить бесконтактное определение текуще"о значения и знака ускорения контролируемого объекта на расстоянии 0 †1 л с точностью не хуже 2% в средах с нормальHoit и ограниченной радиопрозрачностью, что достигается использованием предложенной схемы обработки сигнала. Известное же устройство фиксирует лишь экстремальные значения ускорения для колебательных законов перемещения малой амплитуды, в частности, вследствие ограниченной апертуры приемной части.

Одновременно снижается в 3 — 5 раз вес за с.ет конструктивного объединения прием:-«о-передающего блока и использования полосковых и интегральных микросхем.

Формула изобретения

Устройство для измерения виброускорения, содержащее СВЧ-генератор, блок нзлучеH1tÿ и приема электроMàãíèòíûх волн, Y-циркулятор, плечи которого подключены к генератору. смесителю и блоку излучения и приема, связанный с выходом

"-месителя амплитудный селектор и индикатор внброускорения, о т л и ч а ю щ е е с я тем. что, с целью обеспечения виброускорсний произвольной формы, оно снабжено последовательно соединенными четырьмя

"0 времяпмпульсными преобразователями и блоком памяти, а также вычнтателем, входы которого подключены к выходам чет: сртого преобразователя н блока памяти, а выход связан с индикатором виброуско20 рения.

Источник ннформацин, принятый во внимание при экспертизе:

30 1. Авторское свидетельство ССС Р

X 373624. кл G О1 P 15/08, 08.11.71.

769436 г !! !

Фиг =

Составитель А, Широчеиский

Техред О. Павлова Корректор И. Осиповская. едактор О. Филиппова

Заказ 1286/1299 Изд. ¹ 480 Тираж 1033 Подписное

КПО «Поиск» Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, 7К-35, Раушская наб., д. 4/5

Тип. Харьк. фил. пред. «Патент»

1! (+

72 id, — 5 —