Устройство для измерения параметров вибрации Советский патент 1986 года по МПК G01M7/00 

Изобретение относится к вибрационным измерениям и испытаниям, а именно к устройствам для измеренпл параметров вибрации и обработки результатов с помощью вычислительной техники.

Целью изобретения является повышение точности измерения параметров вибрации путем автономной калибровки устройства с запоминанием разностного сигнала в памяти, что позволяет измерить параметры вибрации с высокой точностью в течение одного полупериода.

На фиг. 1 приведена блок-схема устройства для измерения параметров вибрации; на фиг. 2 - блок-схема преобразователей амплитуды ускорения и частоты в код.

тактового генератора 24, элемента НЕ 25, двух элементов ИЛИ 26 и 27 и элемента ИЛИ 28, счетчика 29, регистра 30 сдвига, микропроцессора 3 и триггера 32, причем сигнальные входы компараторов 22 и 23 соединены между собой и служат входом преобразователей 13 и 15, выход первого компаратора 22 соединен с первым входом первого элемента ИЛИ 26, к второму входу которого через элемент ИЛИ 28 подключен 10 выход второго компаратора 23, первый вход второго элемента ИЛИ 27 соединен с выходом триггера 32, а второй вход - с выходом второго компаратора 23, третьи входы первого и второго элементов ИЛИ 26 и 27 соединены между собой и подключены к тактоУстройство для измерения параметров 5 вому генератору 24, выход первого элемента вибрации содержит вибратор 1, на столе ко-ИЛИ 2(J соединен с первым входом счетчиторого размещен вибродатчик 2, задающий генератор 3, подключенный через последовательно соединенные первый делитель 4 нака 29 и первым входом триггера 32, выход второго элемента ИЛИ 27 соединен с входом регистра 30 сдвига, первый выход которого

пряжения и усилитель 5 мощности к виб- JQ подключен к управляющему входу элемента ратору 1, второй делитель 6 напряжения,ИЛИ 28, второй вход соединен с первым

вход которого соединен с задающим генератором 3, оптический квантовый генератор 7, фотоприемник 8, подключенный через блок 9 двойного дифференцирования к переключателю 10, основной процессор 11, формиро- 25 мента ИЛИ 28, выход которого подключен ватель 12 нулевого и единичного уровнейк второму входу микропроцессора 31.

сигнала, преобразователь 13 частоты в код,

сигнальный вход которого соединен с выхо-Устройство для измерения параметров

дом второго делителя 6 напряжения, сумма-вибрации работает следующим образом,

тор 14, к одному входу которого подклю-Задающий генератор 3 генерирует сину ен выход переключателя 10, а к другому 30 оидальный сигнал, частота которого может

входом микропроцессора 31, а третий вход регистра 30 сдвига соединен с вторым входом триггера 32 и вторым входом счетчика 29, выходы которого соединены с входами элевходу подключен выход вибродатчика 2, преобразователь 15 амплитуды ускорения в код, сигнальный вход которого соединен с выходом сумматора 14, первый блок 16 памяти, информационный вход которого соедиплавно изменяться со временем. Этим сигналом возбуждается вибратор 1, который преобразует электрический сигнал в механическую вибрацию, ускорение которой измеряется вибродатчиком 2. Последний преднен с одним выходом преобразователя 1335 .. собой пьезоэлектрический акселечастоты в код, входы считывания и пере-рометр, на выходе которого выделяется элекзаписи первого блока 16 памяти и нреоб-трический сигнал, пропорциональный ускоразователя 15 амплитуды ускорения в кодрению вибрации. Точность измерения вибсоединены между собой первой щиной 17

рации зависит от амплитудно-частотной

передачи данных, второй блок 18 памяти, до характеристики тракта усилитель о мощ- входы считывания и перезаписи которогоности - вибратор 1, которая имеет на отсоединены второй шиной 19 передачи данных

с входами считывания и перезаписи преобразователя 13 частоты в код, и третий блок 20 памяти, информационный вход которого соединен с выходом преобразователя 45 13 частоты в код, входы считывания и переза писи третьего блока 20 памяти и основного процессора 11 соединены между собой третьей щиной 21 передачи данных, выход преоб- |)азователя 15 амплитуды, ускорения в код

дельных частотах резонансы и антирезонан- сы, а также от нестабильности коэффици ента передачи вибродатчика 2.

Чтобы исключить эти HorpeiJiHocTH, в устройстве используется автоматическая коррекция при измерении ускорения на каждой частоте, причем с высоким быстродействием в течение одного полупериода колебаний.

В памяти основного процессора 11 заложено математическое обеспечение, програмсоединен с информационным входом основ-мы которых управляют работой преобразова

ного процесора 11, управляющий вход кото-телей 15 и 13 и вычислением результа-а.

рого соединен через переключатель 10 с формирователем 12 нулевого и единичного уровИзмерение частоты и амплитуды вибрации осуществляется двумя этапами, ней сигнала.На первом этапе переключатель 10

Кроме того, в устройстве для измерения 55 (фиг. 1) устанавливают в положение, при параметров вибрации преобразователи 15котором к управляющему входу основного

и 13 амплитуды ускорения и частоты в код выполнены из двух компараторов 22 и 23,

процессора 11 подключается нулевой выход формирователя 2 нулевого и единичного

тактового генератора 24, элемента НЕ 25, двух элементов ИЛИ 26 и 27 и элемента ИЛИ 28, счетчика 29, регистра 30 сдвига, микропроцессора 3 и триггера 32, причем сигнальные входы компараторов 22 и 23 соединены между собой и служат входом преобразователей 13 и 15, выход первого компаратора 22 соединен с первым входом первого элемента ИЛИ 26, к второму входу которого через элемент ИЛИ 28 подключен выход второго компаратора 23, первый вход второго элемента ИЛИ 27 соединен с выходом триггера 32, а второй вход - с выходом второго компаратора 23, третьи входы первого и второго элементов ИЛИ 26 и 27 соединены между собой и подключены к тактовому генератору 24, выход первого элемента ИЛИ 2(J соединен с первым входом счетчи подключен к управляющему входу элемента ИЛИ 28, второй вход соединен с первым

мента ИЛИ 28, выход которого подключен к второму входу микропроцессора 31.

входом микропроцессора 31, а третий вход регистра 30 сдвига соединен с вторым входом триггера 32 и вторым входом счетчика 29, выходы которого соединены с входами элеплавно изменяться со временем. Этим сигналом возбуждается вибратор 1, который преобразует электрический сигнал в механическую вибрацию, ускорение которой измеряется вибродатчиком 2. Последний пред .. собой пьезоэлектрический акселерации зависит от амплитудно-частотной

характеристики тракта усилитель о мощ- ности - вибратор 1, которая имеет на отдельных частотах резонансы и антирезонан- сы, а также от нестабильности коэффици ента передачи вибродатчика 2.

Чтобы исключить эти HorpeiJiHocTH, в устройстве используется автоматическая коррекция при измерении ускорения на каждой частоте, причем с высоким быстродействием в течение одного полупериода колебаний.

В памяти основного процессора 11 залопроцессора 11 подключается нулевой выход формирователя 2 нулевого и единичного

уровней сигнала, а к одному из входов сумматора 14 - выход блока 9 двойного дифференцирования.

При этом на управляющий вход основного процессора 11 поступает нулевой сигнал от формирователя 12, разрешающий запись данных в блок 20 памяти. Электрический сигнал от задающего генератора 3 через делитель 6 напряжения поступает на вход преобразователя 13, измеряющего и преобразующего частоту задающего генератора в цифровой код. При этом первым срабатывает компаратор 22 (фиг. 2), имеющий более нижний порог срабатывания, и открывает трехвходовой элемент ИЛИ 26. Импульсы тактового генератора 24 начинают заполнять счетчик 29. Этот процесс происходит до тех пор, пока величина напряжения с генератора 3 (фиг. 1) не достигнет порога срабатывания второго компаратора 23 (фиг. 2). При срабатывании компаратора 23 сигнал с его выхода через элемент НЕ 25 закрывает трехвходовой элемент ИЛИ 27, через который импульсы с тактового генератора 24 начинают поступать на вход регистра 30 сдвига.. Сигнал с второго выхода регистра 30 сдвига производит перезапись данных счетчика 29 в микропроцессор 31. В аккумулятор этого микропроцесора постоянно записывают определенное число из блока 18 памяти (фиг. 1). Управляющим сигналом с третьего выхода регистра 30 сдвига производится математическая операция деления числа аккумулятора на число, занесенное в регистр микропроцессора 31 преобразователя 13. Сигнал с второго выхода регистра 30 сдвига устанавливает в начальное состояние счетчик 29, триггер 32, который закрывает элемент ИЛИ 27 от прохождения импульсов от тактового генератора 24 и останавливает работу регистра 30 сдвига.

Таким образом, преобразователь 13 выдает данные частота-код, являющиеся адресами ячеек блока 34 памяти, в которых записаны определенные числа для измерения преобразователем 15 амплитуды и ячеек блока 18 памяти, для записи разностного сигнала во время коррекции при измерениях амплитуды ускорения вибрации.

На входы сумматора 14 подаются сигналы от вибродатчика 2 и от блока 9 двойного дифференцирования (фиг. 1).

Сигнал от вибродатчика 2 пропорционален ускорению вибрации стола вибратора 1. Сигнал на выходе блока 9 также пропорционален ускорен11Ю вибрации, но сформирован он путем бесконтактного измерения абсолютных переме цений поверхности вибродатчика 2. Для этого луч от оптического квантового генератора 7 направляют на зеркало, расположенное на поверхности вибродатчика 2. При вибрации отраженный от зеркала луч перемен1ается в пространстве и эти перемещения измеряются позиционно-чувст- вительным фотоприемником 8. На выходе

0

5

фотоприемника 8 выделяется сигнал, пропорциональный размаху перемещения поверхности вибродатчика 2. После д.войного дифференцирования в блоке 9 этот сигнал пропорционален абсолютному значению ускорения вибрации поверхности вибродатчика 2.

Сигналы с вибродатчика 2 и выхода блока 9 поступают на входы сумматора 14, выполненного по схеме дифференциального усилителя. Полученная разность сигналов подается на вход преобразователя 15 амплитуды ускорения в код. Работа преобразователя 15 аналогична работе преобразователя 13, но на его выходе формируется код измеренного значения ускорения вибрации или код сигнала коррекции.

Кроме того, в аккумулятор памяти микропроцессора преобразователя 15 на каждой частоте измерения записываются числа, пропорциональные этой частоте из памяти блока 16 по адресам, указанным преобразователем 3 частоты в код. Затем данные преобразователя 15 амплитуды ускорения в код переписываются основным процессором 1 в память блока 20 по адресам, указанным преобразователем 13 частоты в код.

Преобразователь 3 частоты в код после измерения частоты сигнала генератора 3 с микропроцессора 31 по шине данных передает числа-код в блок 16 памяти преобразователя 5 амплитуды ускорения вибрации, которые являются адресами определенных чисел во время измерения амплитуды разностного сигнала, и в блок 20 памяти основного процессора 11, которые являются адресами для записи в эти ячейки при коррекции сигнала от вибродатчика 2 и при измерениях амплитуды ускорения вибрации.

При новых значениях частоты по щине данных от микропроцессора 31 преобразователя 13 частоты в код в блоках 16 и 20 памяти появляются другие адреса для новых значений разностного сигнала при коррекциях и измерениях амплитуды ускорения вибрации.

На втором этапе при измерении параметров вибрации переключатель 10 (фиг. 1) устанавливают в положение, при котором на управляюншй вход основного процессо- ра 11 подается единичный уровень сигнала от формирователя 2, разрешающий считывание данных блока 20 памяти. Блок 9 двойного дифференцирования при этом отключается от входа сумматора 14. Электрический сигнал.от задающего генератора 3 через делитель 6 напряжения поступает на вход преобразователя 13. Происходит процесс измерения и преобразования частоты, как на первом этапе работы. Полученный код от частоты поступает по адресным шинам 19 и 21 на блоки 18 и 20 памяти. Одновременно сигнал от вибродатчика 2 через сумматор 14, работающий как усилитель, поступает на преобразователь 15. Преобразование этого

0

0

0

5

сигнала осуществляется так же, как и преобразование разностного сигнала. При определенном значении частоты блок 18 выдает в аккумулятор микропроцессора преобразователя 13 соответствующее число, и после выполнения арифметического действия умножения значений регистра и аккумулятора результат по шине данных переписывается в регистр основного процессора 11. Из блока 20 по адресу, одновременно определенному преобразователем 13 частоты в код, приращения сигнала, записанного в ячейки памяти блока 20 при калибровке (на первом этапе работы), переписываются в аккумулятор процессора 11. Процессор 11 программно производит умножение значения данных регистра на значения данных в аккумуляторе, и скорректированный результат переписывается на выход устройства.

При новых значениях частоты задающего генератора 3 процесс измерения и преобразования ускорения частоты вибраций повторяется. На выходе устройства появляется новое значение измеряемой величины, скорректированное основным процессором 11.

Формула изобретения

1. Устройство для измерения параметров вибрации, содержащее вибратор, на столе которого размещен вибродатчик, задающий генератор, соединенный через последовательно соединенные первый делитель напряжения и усилитель мощности с вибратором, второй делитель напряжения, вход которого соединен с задающим генератором, оптический квантовый генератор, фотоприемник, подключенный через блок двойного дифференцирования к переключателю, вибродатчик, основной процессор и формирователь нулевого и единичного уровней сигналов, отличающееся тем, что, с целью повыщения точности измерения, оно снабжено преобразователем частоты в код, сигнальный вход которого соединен с выходом второго дели- теля напряжения, сумматором, к одному входу которого подключен выход переключателя, а к другому входу подключен выход вибродатчика, преобразователем амплитуды ускорения в код, сигнальный вход которого соединен с выходом сумматора, первым бло- ком памяти, информационный вход которог о

соединен с выходом преобразователя частоты в код, вход считывания и перезаписи первого блока памяти и преобразователя амплитуды ускорения в код соединены между собой первой шиной передачи данных, вторым блоком памяти, входы считывания и перезаписи которого соединены второй щипой передачи данных с входами считывания и перезаписи преобразователя частоты в код, и третьим блоком памяти, информационный вход которого соединен с выходом преобразователя частоты в код, входы считывания и перезаписи третьего блока памяти и основного процессора соединены между собой третьей шиной передачи данных, выход преобразователя амплитуды ускорения в код соединен с информационным входом ociiOBHoro процессора, управляющий вход которого соединен через переключатель с формирователем нулевого и единичного уровней сигналов.

0

0

5 о 5

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что в нем преобразователи амплитуды ускорения и частоты в код выполнены в svnc двух компараторов, трех элементов ИЛИ, элемента НЕ, триггера, счетчика, регистра 5 сдвига, тактового генератора и микропроцессора, сигнальные входы компараторов соединены между собой и служат входом преобразователей, выход первого компаратора соединен с первым входом первого э:;е- мента ИЛИ, к второму входу которого через элемент НЕ подключен выход второго компаратора, первый вход второго элемента ИЛИ соединен с выходом Tpnr., а иторой вход - с выходом второго компаратора, третьи входы первого и второго э, 1ементов ИЛИ соединены между собой и подключены к тактовому генератору, выход первого элемента ИЛИ соединс с г-ервым входом счетчика и с первым входом трчп-ера, выход второго элемента ИЛИ соединен с зхол.ом регистра сдвига, первый вход которого подключен к управляющему иходу третьего элемента ИЛИ, второй вход соединен с первым входом микропроцессора, а третий выход регистра сдвига соединен с вторым входом триггера и с вторым входом счетчика, Bfjixo- ды которого соединены е входами третьего э.пемента ИЛИ, выход которого подключен к )зторому входу микропроцесеора.

V Buffpodamvuff

Ви5ра/г}ор 1

Изобретение относится к области вибрационных измерений и испытаний. Цель изобретения - повышение точности измерения и быстродействия устройства для измерения параметров вибрации. Устройство отличается введением в него преобразователей амплитуды ускорения и частоты в код и дополнительных блоков памяти. Кроме того, в устройстве преобразователи амплитуды ускорения и частоты в код выполнены в виде двух компараторов, связанных через элементы И и НЕ, счетчика, регистра сдвига и микропроцессора. Устройство позволяет производить динамическую коррекцию амплитудно-частотной характеристики системы усилитель мошности - вибратор в течение одного полупериода колебаний и автоматическую калибровку вибродатчика. 1 з.п. ф-лы, 2 ил. (Л ьо со со а:

HOCHOSHOMI/

npotfeccopy

От Г7амлл7а /4

фиг.2