Ультразвуковой фазовый измеритель виброперемещений Советский патент 1983 года по МПК G01H11/08 G01B17/00 

Изобретение относится к измеритель ной технике и может быть использова но в любой отрасли машиностроения при вибрЪиспытаниях, Известен ультрозвуковой фазовый измеритель виброперемещений, содержащий последовательно соединенные задающий генератор, излучаю1ций преобразователь, приемный преобразователь и фазовый детектор, второй вхо которого подключен к выходу задающего генератора tl 3 Недостатками измерителя являются низкая чувствительность и точность измерений из-за наличия нелинейных искажений выходного сигнала за счет произвольного выбора рабочей точки излучающего и .приемного преобразователей. Оптимальным режимом рабо ты устройства являетря режим, когда рабочая точка находится в середине линейного участка излученного ультр звукового сигнала. Так как линейный участок составляет -х дл 1на волны ультразвука, озо вероятность попадания в область линейного участка составляет 25%. Погрешность выбора рабочей точки в середине линейного участка составл ет (min) 5-10 мм и вероятность попадания в эту область составляет 8-10-4%. Следовательно измеритель практиче ки всегда.работает в нелинейном реж ме, поэтому чувствительность его невелика, а наличие нелинейных иска жений увеличивает .погрешность измeрения. Д1айболее близким к изобретению по технической сущности является ультразвуковой фазовый измеритель виброперемещений, содержащий последовательно соединенные задающий генератор и излучающий преобразователь, приемный преобразователь и фа зовый детектор, второй вход которог подключен к выходу задающего генератора, генератор тактовых импульсов и последовательно соединенные схему И, коммутатор и шаговый двигатель. Принцип действия измерителя осно ван на измерении разности фаз излученного и отраженного от исследуемого объекта ультразвукового сигнала, по величине которой судят о смещении объехта. Он работает в линейном режиме. Для измерения с вы .сокой точностью необходимо, чтобы в процессе измерений частота задающего генератора была равна резонаио ной частоте системы излучательобъект-приемный преобразователь. Точность настройки частоты задающего генератора на резонансную частоту этой системл зависит от измене ния температуры, влажности и других параметров окружающей среды Незначительные отклонения частоты от резонансной ведут к резкому снижению уровня выходного сигнала, что приводит к снижению чувствительности и точности измерителя. Так полоса пропускания системы излучатель-объект-приемник на уровне 0,707 составляет 0,5 кГц 2J. В процессе работы вследствие изменения температуры основная резонансная частота системы излучатель-объект-приемник смещается на 2 кГц. При уровне звукового сигнала излучателя, равном 1, и смещении полосы на 2 кГц уровень выходного сигналапонижается примерно-в 3 рэ-гза, следовательно чувствительность вибросигнала и точность измеряемой величины также снижаются в 3 раза. На точность настройки частоты задающего генератора на резонансную час- то.ту системы излучатель-объект-прием ник влияет также ошибка оператора. Кроме того, низкий уровень выходного излученного ультразвукового сигнала не позволяет располагать систему излучатель-приемник вдали от и следуемргоОбъекта. Все это резко снижает чувствительность и точность измерения измерителя, что является его недостатком. Недостатком известных устройств является низкая чувствительность и точность измерения. Цель изобретения - повышение чувствительности и точности измерителя. .. Поставленная цель достигается тем, что ультразвуковой фазовый измеритель виброперемещений, содержащий последовательно соединенные задающий генератор и излучающий преобразователь , приемный преобразователь и фазовый дет-ектор, второй вход которого подключен к выходу задающего генератора, генератор, тактовых импульсов и последовательно соединенные схему И, коммутатор и шаговый двигатель, он снабжен схемой И-ЯЕ, подключенными -к выходуприемного преобразователя последовательно соединенными интегратором, преобразователем аналог-ступенька, дифференциатором, диодом и тиггером, инверсный выход которого соединен со входами схем И И-НЕ, вторые входы которых подключены к выходу генератора такто вых импульсов, синхронизирующий вход которого соединен с входом триггера, а выход йагового двигателя соединен, с управляющим йходом задающего генератора.; На фиг. 1 представлена блок-схема устройства.на фиг. 2 - эпюры напряжений, поясняющие работу измерителя . ,

Ультразвуковой фазовый измеритель виброперемещений содержит последовдтельно соединенные задающий генератор 1, излучающий преобразователь 2, взаимодействуквдий с иссле;дуемым объектом 3, приемный преобразователь 4, J3)aзoвый детектор 5, второй входкоторого подключен к выходу задающего генератора 1, последовательно соединенные интегратор 6, преобразова.тель 7- аналог-ступенька, дифференциатор 8, выход которого через диод 9 соединен с триггером 10 и генератором 11 тактовых импульсов. Инверсный выход триггера 10 подключен ко входам схемы 12 И и схемл 13 И-НЕ, другие входы которы соединены с выходом . генератора. Ц тактовых импульсов, а выходы подключены к коммутатору 14, который сое-; динен с шаговым двигателем 15, выхрд которого соединен с управляющим вхЬдомзадающего генератора 1,

Измеритель работает следующим образом.

С выхода задающего генератора 1 электрический сигнал, поступал на излучающий преобразователь 2, преобразуется в акустические ультразву- ковые колебания, которые достигают поверхности исследуемого объекта 3, отражаются от него и поступают ffa один из входов фазового детектора 5 (фиг. 2, 16 ), на другой вход которого поступает опорный сигнал с вы,хода задающего генератора 1. Выход1ной сигнал с приемного прео.бразова.теля 4 поступает на интегратор б, , где он преобразуется в монотонно возрастающее напряжение (фиг. 2.17), которое преобразователем 7 ангшогступенька преобразуется в ступенчато изменяющееся, напряжение (фиг, 2.18).Сигналы с выхода преобразователя 7 аналог-ступенька поступают на вход дифференциатора 8, с выхода которого импульсы Сфиг,2, 19 через диод 9- поступают на триггер 10 и синхронизирующий вход генератора 11 тактовых импульсов. Сигналы с инверсного выхода триггера 10 и генератора 11 одновременно поступают на входы схемы 12 Ни схемы 13 И-НЕ, В зависимости От изменения несущей частоты относительно резонан.сной, срабатывает одна из схем, с выхода которой сигнал через коммутатор 14 поступает на шаговый двигатель 15 для управления режимом его работы.

В начальный момент включения измерителя вращение вала шагового двигателя 15 происходит в направлении уменьшения частоты задающего генератора 1 относительно резонансной.

8таком случае сигнал на выходе интегратора 6 начинает монотонно убывать. Первая ступенька ступенчато убывающего напряжения преобразова.теля 7 через дифференциатор 8 и диод

9поступает на счетный вход триггера 10 и опрокидывает его. Сигнал логической единицы, появляющийся

на инверсном выходе триггера 10, закрывает логическую схему 13 И-НЕ и открывает логическую схему 12 И. Последовательность тактовых импульсов генератора 11 через открытый злемент 12 И поступает на первый вход коммутатора 14 и шаговый двигатель 15, Вал шагового двигателя 15 изменяет направление вращения. Вследствие зтого изменение частоты задающего генератора 1 происходит в сто рону приближения к резона;нсной частоте системы излучатель-объект-приемник. На выходе интегратора, б появляется монотонно возрастающее напряжение, которое затем трансформируется после преобразователя 7 и дифференциатора 8 в импульсы положительной полярности, диод 9 закрыт и отсекает их от триггера 10, Устройство работает- в таком режиме до момента перехода частоты задающего генератора 1 через резонансную. Первый же отрицательный импульс с выхода дифференциатора 8 опрокидывает триггер 10, и вал шагового двигателя 15 изменяет направление вращения. При этом частоту дискретизации выбирают из условия где Тцпериод максимальной.из частот задаюIщего генератора.

Таким образом, .в процессе измерений значение несущей частоты задающего генератора автоматически под|держивается равным резонансной частоте системы излучатель-объект-прйемннй преобразователь,

Использование ультразвукового фазового измерителя виброперемещений позволяет повысить в несколько раз чувствительность и точность измерения ,

UflpueHHOiQ преоВразоВате/1Я

16

iiBpeM)

UuHmtzjjamoffa

f7

i()

иnt)bo5pa3oSatne/i/i аналог-cmyrreHtfOfnuii сигнал

18

(iduip f l Hi4uafnopa

i(8peM)

УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ФАЗОВЫЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ ВИБРОПЕРЕМЕЩЕНИЙ, содержащий последовательно соединенные задающий генератор и излучающий преобразователь, приемный преобразователь и фазовый детектор, второй вход которого подключен к выходу задающего генератора, генератор тактовых импульсов и последовательно соединенные схему И, коммутатор и шаговйй двигатель, отличающийся тем, что, с целью повышения чувствительности, он снабжен схемой И-НЕ, подключенными к выходу приемного преобразователя последовательно соединенными интегратором, преобразователем аналог-ступенька, дифференциатором, диодом и триггером, инверсный выход которого сое- . динен с входами схем И и И-НЕ, вторые входы которых подключены к выходу Генератора тактовых импульсов, синхронизирующий вход которого соединен с входом триггера, а выход шагового двигателя соединен с управляющим входом задающего генератора. 4: 00 оо со

Kkkk

IS

rj r r к

Pui.2

-Э

i{bf)eMft)