ДИАГНОСТИЧЕСКАЯ ИЗМЕРИТЕЛЬНАЯ СИСТЕМА Российский патент 2004 года по МПК G01H9/00 G01M7/02 

Изобретение относится к техническим средствам измерений и может быть использовано для измерения параметров вибраций различных конструкций, вращающихся деталей, а также смещений, скоростей и ускорений на основе компьютерной обработки измеренных значений.

Известен анализатор спектра вибрации вращающихся машин, содержащий последовательно соединенные вибропреобразователь, фильтр, аналого-цифровой преобразователь, вычислитель и регистратор с блоком управления (см. патент РФ № 1663467, кл. G 01 М 7/00, опубл. 1991).

Однако такое устройство не обеспечивает измерение шумовой составляющей вибрации, что делает его малопривлекательным.

Наиболее близкой из известных по своей технической сущности и достигаемому результату является выбранная в качестве прототипа диагностическая измерительная система, содержащая оптический контур с источником излучения оптического диапазона, выполненным в виде лазера непрерывного действия, конденсором из оптических призм и датчиком возмущения и электрический контур преобразования светового излучения в информативные электрические сигналы с аналого-цифровым преобразователем и устройством регистрации, записи и воспроизведения измеряемых параметров (см. патент РФ № 2141102, кл. G 01 D 5/353, опубл. 1997).

Однако данная система достаточно сложна в конструктивном отношении и обеспечивает измерение лишь статических параметров, что ограничивает область ее применения.

Сущность заявляемого изобретения выражается в совокупности существенных признаков, достаточных для достижения обеспечиваемого предлагаемым изобретением технического результата, который выражается в расширении технологических возможностей за счет обеспечения отслеживания изменения статических и измерения динамических деформаций, а также упрощении конструкции и повышении эксплуатационной надежности и срока службы.

Указанный технический результат достигается тем, что в диагностической измерительной системе, содержащей оптический контур с источником излучения оптического диапазона, выполненным в виде лазера непрерывного действия, конденсором из оптических призм и датчиком возмущения и электрический контур преобразования светового излучения в информативные электрические сигналы с аналого-цифровым преобразователем и устройством регистрации, записи и воспроизведения измеряемых параметров, датчик возмущения выполнен в виде светоотражающей пленки, нанесенной на рабочую поверхность детали, установленной с возможностью вращения, при этом источник излучения, конденсор из оптических призм и датчик возмущения размещены на одной прямой линии.

Кроме этого, электрический контур подключен к источнику излучения для отслеживания изменения статических и измерения динамических деформаций, а устройство регистрации, записи и воспроизведения измеряемых параметров выполнено в виде персонального компьютера.

Сравнение заявленного технического решения с прототипом позволило установить соответствие его критерию "новизна", так как оно не известно из уровня техники.

Предложенное устройство является промышленно применимым существующими техническими средствами и соответствует критерию "изобретательский уровень", т.к. оно явным образом не следует из уровня техники, при этом из последнего не выявлено каких-либо преобразований, характеризуемых отличительными от прототипа существенными признаками, на достижение указанного технического результата.

Таким образом, предложенное техническое решение соответствует установленным условиям патентоспособности изобретения.

Других известных технических решений аналогичного назначения с подобными существенными признаками заявителем не обнаружено.

На чертеже представлена функциональная схема предложенной системы.

Диагностическая измерительная система для измерения нестационарных параметров с линейной амплитудной и частотной модуляциями содержит оптический контур с источником 1 излучения оптического диапазона, выполненным в виде газового лазера непрерывного действия с перенастраиваемой длиной волны в диапазоне 0,1-2000 Гц, и конденсором из оптических призм 2 и 3, направляющих пучок излучения на деталь (исследуемый объект) 4, установленную с возможностью вращения. Рабочая поверхность детали (исследуемого объекта) 4 снабжена датчиком возмущения, выполненным в виде наклеенной отражательной пленки с внедренными элементами сферической формы для обеспечения адаптивной диаграммы отражения с максимумом энергии отраженного луча в направлении приемника, совмещенного с источником излучения, поскольку источник 1 лазерного излучения, конденсор из оптических призм 2 и 3 и датчик возмущения детали (исследуемого объекта) 4 должны быть расположены на одной прямой линии.

Устройство содержит также электрический контур, включающий гетеродин 5, модулирующий поток направленного излучения от оптической призмы 2 на двухвходовый фотодетектор 6, преобразующий оптический поток в электрический опорный согнал, усилитель 7 мощности сигнала, аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 8 и персональный компьютер 9 для регистрации, записи и воспроизведения измеряемых параметров, подключенный также к входу источника 1 лазерного излучения с образованием замкнутой исследовательской системы для отслеживания изменения статических и измерения динамических деформаций.

Система может быть выполнена как в стационарном, так и переносном вариантах.

Работа предложенного устройства осуществляется следующим образом.

От источника 1 лазерного излучения квантовый поток энергии попадает через конденсор из оптических призм 2 и 3 на датчик возмущения вибрирующей рабочей поверхности детали (исследуемого объекта) 4, частично отражаясь от его отражательной пленки, вновь попадает на оптическую призму 3 и далее на первый вход фотодетектора 6, в силу чего этот оптический сигнал является отраженным от рабочей поверхности детали (исследуемого объекта) 4.

Одновременно с этим часть светового потока излучения, отражаясь от оптической призмы 2, через гетеродин 5 поступает на второй вход фотодетектора 6, в силу чего этот оптический сигнал является опорно-модулированным.

Оба полученных оптических сигнала в фотодетекторе 6 преобразуются в электрические, которые через усилитель 7 мощности сигнала поступают далее в АЦП 8 для соответствующей обработки и последующего отображения на мониторе персонального компьютера 9 для отслеживания изменения статических и измерения динамических деформаций.

Таким образом, классически манипулируя входным и двумя выходными параметрами с образованием постоянного сдвига по частоте в сигнале, на основе локальных аппроксимаций с допустимой погрешностью и уровнем шума возможно получение взаимосвязи между наблюдаемыми обрабатываемыми и измеряемыми вибрационными сигналами с последующим оцениванием (измерением) путем цифровой обработки взаимоувязанных сигналов.

Предложенное устройство:

- благодаря наличию специальных отражательных пленок с адаптивной диаграммой отражения не требует юстировки устройства по отношению к вибрирующей поверхности, что обеспечивает большие функциональные возможности измерений по сравнению с лазерными доплеровскими интерферометрами, работающими с традиционными зеркальными отражателями;

- благодаря реализации компьютерной обработки информации осуществляет измерение спектров вибраций, которые не могут быть получены с помощью существующих интерференционных виброметров;

- реализует большую дальность измерений по сравнению с лазерными виброметрами, работающими от диффузных поверхностей;

- обеспечивает сканирующий режим многоточечных виброизмерений.

Диагностическая измерительная система содержит оптический контур с лазерным излучателем, светоотражающую пленку, блок оптических призм с фотодетектором, обеспечивающих гетеродирование отраженного излучения, и электрический контур преобразования оптического излучения в измеренные информационные электрические сигналы с аналого-цифровым преобразователем, устройством записи и цифровой обработкой измеренных сигналов. Светоотражающая пленка выполнена с внедренными элементами сферической формы и обеспечивает адаптивную диаграмму отражения, нанесена на вибрирующую поверхность объекта, состояние которого диагностируется, при этом лазерный излучатель, блок призм и светоотражающая пленка размещены на одной прямой линии. Технический результат - отслеживание изменения статических и измерение динамических деформаций, упрощение конструкции, повышение надежности. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Диагностическая измерительная система, содержащая оптический контур с лазерным излучателем, светоотражающую пленку, блок оптических призм с фотодетектором, обеспечивающих гетеродирование отраженного излучения, и электрический контур преобразования оптического излучения в измеренные информационные электрические сигналы с аналого-цифровым преобразователем, устройством записи и цифровой обработки измеренных сигналов, отличающаяся тем, что светоотражающая пленка выполнена с внедренными элементами сферической формы для обеспечения адаптивной диаграммы отражения, нанесена на вибрирующую поверхность объекта, состояние которого диагностируется, при этом лазерный излучатель, блок призм и светоотражающая пленка размещены на одной прямой линии.2. Система по п.1, отличающаяся тем, что электрический контур соединен с лазерным излучателем и со светоотражающей пленкой для обеспечения измерения параметров вибраций на основе оценки частоты отраженного от пленки оптического сигнала.3. Система по п.1, отличающаяся тем, что устройство записи и цифровой обработки измеренных сигналов для реализации процедуры вибрационной диагностики выполнено в виде персонального компьютера.