Устройство для измерения неравномерности скорости вращения вала Советский патент 1986 года по МПК G01P3/36 G01P15/93 

1216727

кий сигнал, пропорциональный нерав- положении вала 2 произоишо отклоне- номерности скорости вращения вала. ние скорости его вращения от сред- Датчик 12 дает информацию, в каком ней. 4 ил.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения неравномерности скорости вращения валов.

Цель изобретения - повышение точности измерения.

На,фиг. 1 представлена конструктивная .схема устройства; на фиг. 2- 4 - ход пуч&й при работе устройства

YCTpoficTBo содержит источник 1 света, расположенный соосно с валом

2,неравномерность скорости вращени которого измеряется. На валу 2

под углом 45 к оси вращения установлено наклонное плоское зеркало

3,через которое источник 1 света оптически связан с фотоприемником

4,выход которого связан с входом измерительно-регистрирующего блока

5,На валу 2 закреплен маховик 6 имегадий возможность свободно вращатся и связанный с ним упругим элементом 7.

Плоское зеркало 8 жестко закреплено на маховике 6 перпендикулярно лучу, отрахсенному от наклонного зеркала 3, неподвижное полупрозрачное зеркало 9, расположено наклонно к оси вращерпгя вала источником 1 и оптически связывает фото- приемшгк 4 с источником 1 света через систему .зеркал 3 и 8. При этом между фотоприемником 4 и полупрозрачным зеркалом 9 последовательно установлены фокусирующая система 10 и круговая диафрагма 11, а синхронизирующий вход блока 5 через датчик 12 положения связан с валом

Источник 1 света создает -остро направленньй световой поток, который наклонным зеркалой 3 разворачивается в плоскость. Фотоприемш1к 4 предназначен для преобразования светового сигнала в электрический, параметры которого измеряются и при необходимости ре1 истрируются блоком 5. В качестве фотоприемника 4 может

быть использован фотоэлектронньй умножитель, фотодцод, фототранзистор, фотоэлемент и т.п., в качестве измерительно-регистрирующего блока 5 - самописец, осциллограф, анало- го-и 1фровой преобразователь и т.п. Маховик 6 вместе с упругим элементом

7предназначен для выделения средней скорости вращения вала 2, т.е.

действует как фильтр нижних частот для колебаний скорости вала 2: изменение средней скорости вращения вала 2 передается маховику 6, а быстрые мгновенные колебания практически не влияют на его двIiжeниe (для этого момент инерции маховика и жесткость упругого элемента 7 выбраны соответствующим образом). Дополнительно введенное зеркало

8 предназначено для отражения светового луча от зеркала 3 снова к нему и затем на полупрозрачное зеркало 9, в качестве которого может быть использована, например, стеклянная

плоскопараллельная пластинка.

Датчик 12 положения предназначен для ввода отметок о положении вапа 2 в блок 5,-что необходимо для идентификации кривой мгновенной скорости

вращения, в каком положении вала его скорость превышает среднюю, в каком - ниже средней и т.д. В качестве этого датчика может быть использован любой преобразователь угла поворота вала в электрический сигнал.

8простейшем случае это может быть электромагнитный датчик, регистрирующий момент прохождения какой-либо метки, нанесенной на вал 2. Сигнал

с этого датчика может, например, запускать ждущую развертку осциллографа - блока 5, производящую прямой ход луча за период вращения вала 2. Если меток на валу несколько, то

их сигналами можно произвести яркост- ную модуляцию осциллографа, создающую шкалу углового положения вала.

Круговая диафрагма 11, фокусирующая система 1П и фотоприемник 4 предназначены для преобразования пространственного положения луча света от зеркала 9 в электрический сигнал пропорциональный неравномерности скорости вращения.

В исходном состоянии устройства световой поток от источника 1 света проходит через зеркало 9 (часть его отражается вправо по чертежу), отражается от наклонного зеркала 3 на зеркало 8 и, еще раз отразившись от зеркала 3, снова попадает на зеркало 9 и отражается, например, на фотоприемник 4 (часть светового потока проходит прямо, т.е. к источнику 1 света, и в работе устройства не участвует). Круговая диафрагма 11, установленная перед фотоприем1шком 4, осуществляет амплитудную модуляцию светового потока при перемещении луча в пространстве, а фокусирующая система 10 служит для передачи всего прошедшего через диафрагму светового потока на чувствительную поверхность фотоприемника.

, Устройство работает следующим образом.

Вал 2 и маховик 6 вращаются с оди наковььми средниьп скоростями, поскольку они связаны упругим элементом 7. Равномерность вращения маховика при этом значительно выше, так как его движение возмущается лишь силами трения о воздух и угловыми качаниями вала, передаваемыми через упругий элемент и подшипник. Следовательно, неравномерность скорости вращения можно измерить по угловым качаниям вала 2 относительно маховика 6.

В случае равномерного вращения вала 2 взаимное расположение маховика 6 с зеркалом 8 и вала 2 с зеркалом 3 неизменно.

Для преобразования угловых качаний вала 2 относительно маховика 6 в электрический сигнал в предлагаемом устройстве служат элементы 8-11 и 4. При отклонении скорости вращения вала 2 от средней изменяется взаимное расположение зеркал 3 и 8. Так, если в исходном положении зеркало 8 строго перпендикулярно падающему на него лучу, то при качании вала отраженный от зеркала 8 луч уже не совпадет с падающим. Следовательно, изменяется и пространственное положение луча, отраженного от зеркала 9. Происход11т амплитудная модуляция этого луча диафрагмой 11,

что регистрируется блоком 5 как отклонение скорости от мгновенной. В каком положении вала 2 это отклонение происходит, устанавливается датчиком 12, вырабатывающим, например, временные метки для блока 5.

Ввиду неточной сборки и юстировки устройства отраженный от зеркала 3 на зеркало 9 световой луч даже при отсутствии неравномерности вращения

вала 2 неизбежно описывает некото- . рую кон1гческую поверхность. На фиг. 2 показан случай, когда источник света расположен соосно с валом 2, а зеркало 8 установлено перпендикулярно падающему на него световому лучу. В результате при вращении в;ша и маховика (без относительных перемещений) отраженный от зеркала 8 луч не попадает в осевую точку

зеркала (точка 0), а отражается рядом (точка О ) и описывает неко- торз ю коническую поверхность. Так что, устанавливая на месте диафрагмы 11 экран, можно наблюдать на его

поверхности светящуюся окружность (при быстром вращении вала) или же световое пятно, движущееся по окружности (при медленном вращении вала, например, при исследовании равномерности вращения диска электро- проигрывакядего устройства) , Диаметр этой окрулсности тем больше, чем больше отклонение зеркала 8 от исходного положения.

Реально остро сфокусированный

световой луч имеет конечный диаметр, поэтому при работе устройства на поверхности диафрагмы наблюдается световое кольцо (фиг.З). Ширина

кольца при этом зависит от диаметра луча, средний ра,циус - от отклонения зеркала 8 от исходного положе- н ия.

Диафрагма 11 должна быть установлена так, чтобы ее центр находился на оси конуса. Диаметр отверстия при этом выбирают равным среднему диаметру светового кольца в месте установки диафрагмы. В этом случае через диафрагму на фотоприемннк

попадает только часть светового потока, а именно половина. Если пренебречь неравномерностью распре-

5

деления энергии в потоке по его сечению, то с фотоприемника будет сниматься сигнал постоянного уровня в течение всего оборота вала.

При неравномерном вращении вала 2 радиус вращения светового пятна по диафрагме является переменным (фиг.4), происходит амплитудная модуляция потока, падающего на фотоприемник. Глубина модуляции зависит от величины угловых качаний вала, т.е. неравномерности скорости вращения.

Формула изобретени

Устройство дпя измерения неравномерности скорости вращения вала, содержащее оптически согласованные источник света, расположенный со- осно с валом, наклонное зеркало,

276

установленное на валу под углом 45° к оси вращения, и фотоприемник, подключенный к измерительно-регистрирующему блоку, а также маховик, связанный упругой связью с валом, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерения, в него введены плоское зеркало, закрепленное на маховике напротив

наклонного зеркала параллельно оси вращения вала, полупрозрачное зеркало, установленное за источником света и оптически согласованное с фотоприемником и плоским зеркалом, фокусирующая система и круговая диафрагма, последовательно установленные перед фотонриемником, а также датчик положения вала под- ключенньй вькодом к синхронизирую-

щему входу измерительно-регистрирующего блока.

Изобретение относится к измерительной технике и позволяет повысить точность измерений неравномерности скорости вращения вала. Источник 1 света, установленный соосно с исследуемым валом 2, через наклонное плоское зеркало 3, размещенное па валу под углом 45 к его оси вращения, оптически связан с фотоприемником 4, подключенным к измерительно-регистрирующему блоку 5. На валу установлен маховик 6, связанный с ним упругим элементом 7 и имеющий возможность свободно вращаться. На маховике жестко закреплено плоское зеркало 8. При отклонении скорости вращения вала 2 от средней, приводящем к изменению взаимного расположения зеркал 3 и 8, отраженный от зеркала 8 и от неподвижного полупрозрачного зеркала 9 луч попадает на круговую диафрагму 11, которая вместе с фокусирующей системой 10 и фотоприемником 4 преобразует пространственное положение луча в электричес- i сл с

фиг.З

ВНИИПИ Заказ 997/55 Тираж 778 Подписное Филиал ШШ Патент, г.Ужгород, ул.Проектная, 4

ФигЛ