Устройство для бесконтактного измерения скорости вибрации

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик р1>994929

Ъю

1 ..

// с.-" ,г (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 230980 (21)2988214/18-28

Р1)М К з

G 01 Н 3/06 с присоединением заявки ¹вЂ” (23) Приоритет

Государственный комитет

СССР оо делам изобретений и открытий (53) УДК 534. 612. 5 (088. 8) Опубликовано 070283, Бюллетень ¹ S

Дата опубликования описания: 0702.83

Х г"..;" :;„, И ° А. Ырнобай и Н В.Бычков ченко 1; (72) Авторы изобретения

Научно-исследовательский институт п физических проблем им. A.Н.Сев (71) Заявитель (34) УСТРОЙСТВО ДЛЯ БЕСКОЙТАКТНОРО

ИЗМЕРЕНИЯ СКОРОСТИ ВИБРАЦИИ

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в любой отрасли машиностроения для автоматического бесконтактного измерения параметров вибрации, в частности скорости вибрации или перемещения объекта.

Известно устройство для бесконтактного измерения параметров вибрации 1О в акустической среде, содержащее генератор опорной частоты, соединенный с излучателем ультразвуковых колебаний, приемник ультразвуковых колебаний, соединенный с избирательным усилителем и регистрирующий прибор 1.1 ).

Недостатками известного устройства являются зависимость измерений от состава и температуры акустической среды и ограниченный диапазон измерений.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению.является устройство для бесконтактного измерения скорости вибрации содержащее возбудитель синусоидальных колебаний, соединенный с ним излучатель, основной приемник, размещенный на фиксированном расстоянии от излучателя дополнительный приемник, усилитель, два 30 умножителя частоты, к входу одного из которых через усилитель подключен основной приемник, детектор и регистратор (23

Недостатки известного устройства состоят в ;недостаточно высокой t точности измерений при иэменении состава и температуры акустической среды и ограниченности диапазона измерений со стороны низких частот.

Целью изобретения является повышение точности измерений при изменении состава и температуры акустической среды и расширение диапазона измерений в область низких частот.

Поставленная цель достигается тем, что устройство для бесконтактного измерения скорости вибрации, содерmagee возбудитель синусоидальных колебаний, соединенный с ним излучатель, основной приемник, размещенный на фиксированном расстоянии от излучателя дополнительный приемник, усилитель, два умножителя частоты, к входу одного из которых через усилитель подключен основной приемник, детектор и регистратор, снабжено смесителем и тремя избирательными усилителями, через два иэ которых выходы обоих умножителей подключены к соответствующим входам, а выход последнего через третий избирательный усилитель подключен к первому входу детектора.

С целью создания в акустической среде режима автоциркуляции синусоидального сигнала возбудитель выполнен в виде блока формирования положительной обратной связи, включающего, и себя последовательно соединенные иэ бирательный усилитель, вход которого соединен с выходом дополнительного приемника, согласующую цепь и оконеч-. ный усилитель, соответствующие выходы которого подключены к входу второго умножителя и второму входу детектора.

При этом в- качестве детектора использован синхронный детектор..

Кроме того, умножители частоты имеют коэффициенты умножения и и п-l., На чертеже представлена блок-схе" ма предлагаемого устройства.

Устройство для бесконтактного измерения скорости вибрации содержит возбудитель 1 синусоидальных колебаний, соединенный с ним излучатель 2, расположенный в акустической среде 3, 25 основной приемник 4, размещенный на фиксированном расстоянии от излучателя 2 дополнительный приемник 5, также расположенный в акустической сре- . де 3, усилитель 6, два умножителя 30

7 и 8 частоты, к входу умножителя 7 частоты через усилитель б подключен основной приемник 4, детектор 9 и подключенный к его выходу регистратор .10. Устройство содержит также 35 смеситель 11 и .три.избирательных усилителя 12-14, через избирательные усилители 12 и 13 выходы умножителей 7 и 8 соответственно подклю-, чены к соответствующим входам смесителя 11, а выход последнего через третий избирательный усилитель 14 подключен к первому входу детектора 9., Возбудитель 1 выполнен в виде блока формирования положительной обратной связи, включающего в себя после- 4 довательно соединенные избирательный, усилитель 15 вход которого соединен, с. выходом дойолнительного приемника 5, согласующую цепь 16 и оконечный усилитель 17, соответствующие выходы которого подключены к входу умно жителя 8 и второму входу детектора

9, В качестве детектора 9 использован синхронный детектор. умножите- 1 ли частоты :8 и 7 имеют коэффициенты, зз умножения и и n-.l соответственно, Устройство работает следующим образом. Излучатель 2, основной .и допол- Щ нительный 4 и 5 приемники размещают в акустической среде 3, в которой находится контролируемая вибрирующая поверхность 18. Возбудитель l.вырабатывает. непрерывный синусоидальный 65 сигнал, который преобразуется излучателем 2 в ультразвуковой сигнал и направляется через акустическую среду 3 в сторону вибрирующей поверх-, ности 18. Отраженный от вибрирующей поверхности 18 ультразвуковой; сигнал приобретает доплеровский сдвиг час оТы относительно опорной частоты возбудителя 1. Величина сдвига зависит от мгновенной скорости вибрирующей поверхности 18 относительно системы излучатель 2 — приемник 4, расстояние между которыми фиксировано.

Для устранения зависимости измерений от состава и температуры акустической среды З,и, следовательно, скорости ультразвука в ней, в акустической среде создается режим автоциркуляции непрерывного синусоидального сигнала, который осуществляется следующим образом.

После включения устройства в электрической схеме его возникают флуктуации электрического напряже- . ния, которые преобразуются в акустический: сигнал излучателем 2. Этот сигнал, проходя через акустическую среду 3, поступает на дополнительный приемник 5, расположенный на фиксиро- ванном расстоянии от излучателя 2, преобразуется в электрический сигнал и поступает на вход избирательного усилителя 15, в котором иэ спектра частот выделяется сигнал с частотой автоциркуляции. Далее указанный сигнал попадает через согласующую цепь

1б на оконечный усилитель 17, в котором усиливается до необходимого уровня мощности, и вновь излучается в акустическую среду 3 с помощью иэлучателя 2. В кольце положительной обратной связи возникают незатухающие с,-.".нусоидальные колебания, причем на участке излучатель 2 — дополнительный приемник 5 укладывает -.. целое число волн ультразвуковых колебаний. Согласующая цепь lб, выполненная, например, в виде дисперсионной линии задержки служит для компенсации влияния задержкй в электронной схеме устройства, чем достигается i прямая пропорциональность между частотой возбуждаемых колебаний и скоростью ультразвука в акустической среде 3.

Нри любом изменении параметров акустической среды 3 изменяется скорость ультразвука в ней, что приводит к такому изменению частоты возбуждаемых колебаний, что фазовый сдвиг между излучателем 2 и дополнительным приемником 5 остается постоянным, чем достигается полное устранение зависимости от температуры и состава акустической среды 3.

Отраженный от контролируемой поверхности 18 ультразвуковой сигнал попадает на основной приемник 4, пре994929

Формула изобретения образуется в электрический сигнал, затем усиливается и стабилизируется по амплитуде в усилителе 6 с автоматической регулировкой усиления и поступает на умножитель 7 частоты с коэффициентом умножения, равным и. С выхода умножителя 7 частоты коле-. бания с частотой в и раэ большей .: входной частоты и, соответственно, в и раз большими частотно-фазовыми сдвигами проходят -через избирательный усилитель 12, где ускпиваются по амплитуде и отфильтровываются от побочных составляющих и поступают на вход смесителя II. На другой вход,смесителя -ll через второй умножитель 8 частоты с коэффициентом усиления и-1 и второй избирательный усилитель 13 колебания, частота которых умножена в п-l раэ, поступают с выхода оконечного усилителя 17. В смесителе выделяется сигнал раэностной частоты, равной частоте онорного колебания, но с усиленными в и раз частотйофазовыми сдвигами, который затем усиливается по амплитуде и отфильтровывается от побочных составляющих в избирательном усилителе 14 и поступает на один иэ входов синхронного де- . тектора 9, на второй вход которого поступает опорный сигнал с выхода . оконечного усилителя 17. В результате, на выходе синхронного детек- . тора 9 выделяется:частота колебаний, величина которого прямо пропорцио.нальна скорости вибрации контролируемой поверхности: 18.

Мспользование смесителя ll и: йзбирательных усилителей в устройстве поэ воляет увеличить коэффициент умножения,п частотно-фазовых сдвигов при невысокой частоте и тем расширийь диапазон измерений в сторону, низких частот вибрации, а применение в.качестве детектора сйнхронного детектора. 9 айз роляет устранить влияние . побочных составляющих, проникающих с выхода усилителя 14 на частоту вы.ходного сигнала, что повышает точ= ность-измерений.

Использование предлагаемого устройства позволяет повысить точность ,измерения параметров вибрацйи и пе:ремещения твердых тел в акустической . среде эа счет устранения эавискмости результатов измерений от физикохимических параметров этой среды и значительно расширяет диапазон измерений в область низких частот.

1. Устройство для бесконтактного измерения скорости вибрации, содержащее возбудитель синусоидальных колебаний, соединенный.с ним излу чатель| основной приемник, размещенный на фиксированном расстоянии от излучателя дополнительный приемник, усилитель, два умножителя частоты, 1О к входу одного из которых через усилитель подключен основйой приемник, детектор и регистратор, о тл и ч а ю.щ е е с я тем, что, с целью. повышения точности измерений

15 при изменении состава и температуры акустической среды, а также расшире" ния диайазона измерений в область .низких частот, оно снабжено смесителем и тремя избирательными усилите2О лями, через два иэ которых выходы. обоих умножителей подключены к соответствующим входам смесителя, а выход последнего через третий йэбирательный усилитель подключен к

25 пеРвому входу детектора.

2 . Устройство по п. 1 о т.л и,ч а ю щ е е с я тем, что., с целью создания в акустической среде режиЗ(1 ма автоциркуляции синусоидального сигнала, возбудитель выполнен в виде блока формирования положитальной обратной связи, включающего в себя последовательно соединенные избира35 тельный-усилит ль вход KQTopoFo соединен с,выжщом,донолнительного приемника, согласукщую цепь и оконеч ный усилитель, соответствукщие выходы. которого подключены к входу второго умножителя и второму входу детектора.

3. Устройство по п. 1, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что в качестве детектора использован синхронный детектор.

4. Устройство по и. 1, о- т л и45 ч а ю щ е е с я тем, что -умножители частоты имеют коэффициенты умножения частоты и и п-l.

Источники информации, 5() принятые во внимание при экспертизе

l. Приборы и системы для Измерения вибрации, шума и удара. Пад ред.:

В.В.Клюева, т. 2, M. Машиностроение, 1978, с. 55-61.

55 2. Авторское свидетельство СССР по заявке Р 2965368(18-28) кл. G Ol Н 3/06, 1980 (прототип) 994929

628/26 Тираж 871 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Заказ

Филиал ППП Патент, r. Ужгород, ул. Проектная, 4

Составитель Л.Карписонов

Редактор Г.ус Техред М.Коштура Корректор С.Шекйар