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

Изобретение относи 1ч;я к приборсзстрое 1ию и может быт1) использовано для исследования неравномерности вращения вала малогабаритных i)pe- цизионных механизмов, применяемых, например, в аппаратах магнитной за- писи, в которых предъявляются повышенные требования к стабильности 1

параметров движения посителя инфор- мадии и вращающихся элементов меха- низма транспортирования.

Цель изобретения - повышение информативности путем получения инфор мадий о средней скорости враще1 ия и ее нестабильности и производитель- ности измерений.

На фиг. 1 представлена конструктивная схема высокочастотного индуктивного датчика и соединительного узла , на фиг. 2 - высокочастотный индуктивный датчик, вид со стороны

снятой крышкиJ па фиг. 3 - электрическая принципиальная схема соединительного узла с катушками индук- тивности на фиг. 4 - блок-схема предлагаемого устройства.

Устройство состоит из высокочастотного индуктивного датчика, содержащего установочную дангу 1, крьш- ку 2 подвижного корпуса датчика, корпус 3 датчикаJ подшипники 4 и 5, в которых установлен цилиндрический инерционный элемент 6 с злектропро- водными немагнитными якорями 7 и 8, закрепленными в пазах дилиндричес- кого инерционного элемента 6 и расположенных против плоских спиральных секций 9 и 10 излучающей катушки индуктивности , приклееннЕ)1Х к изоляторам 11 и 12, расположеннььч соосно в гнездах на боковой поверхности кор пуса 3. Секции 9 и 10 излучающей катушки индуктивности соединены последовательно и подключены в депь высокочастотного генератора 13; установ- леппого на подвижном корпусе 3 под текстолитовой крышкой 14 фотоэлектри ческого преобразователя IS, которьм через стабилизатор 16 напряжения

электрически соединен с высокочастот-.

ным генератором 13. Высокочастотный генератор 13 и стабтшизатор напряжения 16 выполнены в виде интегральной MHKpocxeMbij а фотоэлектрический преобразователь выполнен на основе кремниевых кристаллов 17, закрепленных на текстолитовой крьш1ке 14 и соединенных последователыю (фиг, 3)

о

5

5

0

-

10

Плоские (-11ирг1лт.ные секции 9 и 10

излучающЕ .й катушки индуктивности и фотоэ1:ектрический преобразователь 15 относятся к подвижной части бесконтактного соединительного узла. На корпусе датчика укреплен кронштейн 18 (фиг. 2) с магнитомягкими пластинами 19 и 20, которые расположены соосно с постоянными магнитами 21 и 22, установленными в гнездах на торцовой плоскости инерционного элемента 6. В частном случае возможно использование торсиона.

Неподвижная часть бесконтактного соединительного узла выполнена в виде источника 23 светового излучения (фиг. 1), построенного, например, ка базе лампы типа А 12-21, закрепленной в патроне неподвижного крон- П1тейна 24 над фотоэлектрическим преобразователем 15 и соосно с ним, а катушка 25 индуктивности установлена на кольцевом каркасе 26, охватывающем корпус высокочастотного индуктивного датчика, и закреплена коакси;ально с ним также на неподвижном кронштейне 24.

Стабн.аизатор напряжения выполнен на базе резистора 27 и бескорпусных транзисторов 28 - 31 (фиг. 3). Генератор построен по схеме емкостной трехточки на базе бескорпусного транзистора 32,, в коллекторную цепь которого включены плоские спиральцые секции 9 и 10 катушки индуктивности,.

Блок преобразования и измерения сигнала датчика состоит из источника 33 питания постоянного тока (фиг. 4), соединенных последовательно усилителя 34 высокой частоты, усилителя-ограничителя 35, частотного дискриминатора 36, схемы 37 согласования и измерительного прибора (не показан). Источник 23 светового излучения электрически связан с источником 33 питания постоянного тока, а катушка 25 индуктивности соедине} а с усилителем 34 высокой частоты. Усилитель 34 высокой частоты, усилитель-ограничитель 35, частотный дискриминатор 36 и схема 37 согласования смонтированы на плате 38, установленной на кронштейне 24 под кожухом 39.

Устройство для измерения неравномерности вращения вала работает следующим образом.

Вгзюокочастотный индуктивный датчик с; помощью установочной цанги 1

3

закрепляется на исследуемый вал. Неподвижный кронштейн 24 с помощью любого известного способа, например реечной.передачи, подводится к высокочастотному индуктивному датчику и устанавливается относительно него как показано на фиг. 1. Это печивает фиксированное положение источника 23 светового излучения и кольцевого -аркаса 26 с катушкой 25 индуктивности и платой 38 блока преобразования и измерения под кожухом 39 относительно высокочастотного индуктивного датчика.

При включении источника 33 постоянного тока напряжение питания поступает на источник 23 светового излучения. Световой поток, попадая на фо тоэлектрический преобразователь 15, освещает кристаллы 17, которые преобразуют световую энергию в электрическую и обеспечивают подачу напряжения постоянного тока U, 2 В на параметрический стабилизатор 16 напряжения.

При равномерном вращении исследуемого вала инерционный элемент 6 с электропроводными немагнитными якорями 7 и 8 занимает определеяное положение относительно соединительного узла. Это положение определяется условием статического равновесия инерционного элемента 6, которо определяется взаимодействием магни- томягких пластин 19 и 20 с постоянными магнитами 21 и 22 (фиг. 2), При статическом равновесии индуктивность секций 9 и 10 катушки индуктивности, включенной в коллекторную цепь транзистора -32 высокочастотного генератора 13, остается постоянной, и частота сигнала высокочастотного генератора 13 имеет значение 5 МГц. Поскольку четыре кристалла 17 фoт тpиeмникoв расположены по окружности радиуса R, например, через 90, то при вращении корпуса датчика имеет место амплитудная модуляция напряжения питания высокочастотного генератора 13, что приводит к амплитудной модуляции выходного сигнала генератора 13. Сигнал, пропорциональный огибающей ам- плитудно-модулированных колебаний, зьщеляется в усилителе 34 высокой частоты за счет того, что транзистор каскада усиления работает в режиме АВ (с отсечкой). Необходимый

1246010 4

режим работы транзистора обеспечивается установкой определенного напряжения смещения на базе транзис - тора усилителя 34 высокой частоты. 5 При этом сигнал, пропорциональньй частоте вращения нала, снимается с эмиттера транзистора усилителя 34 высокой частоты.

10

15

20

В случае неравномерного вращения вала связанные с ним крышка 2 и корпус 3 датчика с изоляторами 11 и 12 и текстолитовой крьш1кой 14 воспринимают все угловые колебания этого вала и смещаются на соответствующий угол относительно инерционного элемента 6, который развязан с корпусом датчика через подшипники 4 и 5 и вращается с постоянной средней скоростью. Такое взаимное угловое смещение приводит к изменению начального угла перекрытия ot секций 9 и 10 катушки индуктивности якорями 7 и 8, и, соответственно, к изменению величины их индуктивности, что приводит к изменению частоты высокочастотного генератора относительно центральной частоты 5 МГц.

Плоские спиральные секции 9 и 10 катушки индуктивности выполняют по 0 сравнению с известным устройством свою новую функцию в предлагаемом устройстве. Являясь составной частью контура частотно-модулированного генератора, эти секции излучают частот- 5 но-модулированный сигнал в окружающее пространство, который принимается катушкой 25 индуктивности неподвижной части соединительного узла. ,Принятый сигна-л устанавливается в О усилителе 34 высокой часто-ты, ограничивается по амплитуде в усилителе-ограничителе 35 и поступает на частотный дискриминатор 36, где.происходит выделение сигнала, пропрр- 5 ционального величине углового отклонения контролируемого вала от его положения при равномерном вращении. Далее сигнал поступает на схему 37 согласования и индикатор (не пока- 0 зан). Устройство имеет аналоговый выход для подключения аппаратуры гармонического анализа, при подключении аналогового выхода к аналого- цифровому преобразователю информа- 5 ция может обрабатываться с помощью ЭВМ.

При прекращении возмущений со стороны исследуемого вала инерцион5

ный элемент 6 за счет тангенциальных сил, возникающих в магнитоз пругих элементах, вoзвpaD aeтcя в исходное положение, обеспечивая начальное перекрытие якорями 7 и 8 плог.ких спиральных секций 9 и 10.

Формула изобретения

Устройство длл измерения нерав- номер1 ости вращения вала, содержащее высокочастотный индуктивньй датчик, расположенный в подвижном корпусе, закрепленном с помощью панги на контролируемом валу, блок преобразования и измерения сигнала датчика и бесконтактные узел съема информации, выполненный в виде излучающей и приемной катушке, и узел электропитания, излучающая катушка расположена на подвижном корпусе и подключена к генератору высокочастотного- индуктивного датчика, установленного на торце подвижного корпуса, приемная катушка высокочастотного индуктивного датчика выпохп1ен- ная в виде цилиндрической рамки, закреплена на неподвижном корпусе и

246010Ь

подключена к блоку преобразования и измерения сигнала датчика, инерционный элемент с электропроводным немагнитным якорем установлен в под- J шипниках подвижного корпуса и связан с ним через торсионы, отличающ е е с я

тем, что, с целью повышения информативности и производительности измерения, бесконтактный

узел электропитания выполнен в виде источника светового излучения, установленного в неподвижном корпусе, и дискретного фотоэлектрического преобразователя с равномерно расположенными по окружности фотоэлементами, установленного на торце подв1 жного корпуса, при этом один фотоприемник установлен в центре по оси вращения корпуса, выходы фотоприемников соединены последовательно и подключены через стабилизатор напряжения к генератору высокочастотного индуктивного датчика, излучающая катушка которого выполнена в виде двух последовательно соединенных соосных спиральных секций, расположенных диаметрально на поверхности подвижного корпуса.

, I

/8

19

2/

Фиг,.г

1 l AJUUL O AAJUUU4A J I

УГ 1

, -r--y7 T{L lJL g.j

1

I

.:.jL.

УГ

291

I

J2

Dt Or

и 1

28 I I

.ii

-iij

Фиг. 3

Фиг.

Изобретение относится к измерительной технике и позволяет повысить информационность путем получения информации о средней скорости вращения и ее нестабильности и производительности измерений. При включении источника 33 постоянного тока напряжение питания поступает на источник 23 светового излучения. Световой поток, попадая на фотоэлектрический преобразователь 15, освещает кристаллы, которые преобразуют световую энергию в электрическую, и обеспечивает подачу напряжения постоянного тока на параметрический стабилизатор 16 напряжения. Плоские спиральные секции 9 и 10 катушки индуктивности являются составной частью контура частотно-модулированного генератора и излучают сигнал в окружающее пространство, принимаемый катушкой индуктивности 25 неподвижной части соединительного узла. Принятый сигнал устанавливается в усилителе 34 высокой частоты, ограничивается по амплитуде в усилителе 35 и поступает на частотный дискриминатор 36, где выделяется сигнал, пропорциональный величине углового отклонения вала от его положения, при равномерном вращении. 4 ил. О) N9 4: Од