Ультразвуковой фазовый измеритель виброперемещений Советский патент 1986 года по МПК G01M5/00 

тельной те хнике. в частности к виброметрии, и может быть использовано

в мап.гииостроении при виброиспытаниях

Целью изобретения является повышение ТОЧ1ТОСТИ и достоверности измерения пг1раметров нестационарных вибропроцессов .

Яа фиг„1 представлена блок-схема ультразвь колого фазового измерителя виброперемещений; на фиг.2а - линейная чггсть опорного сиг,-шла; на фиг., Zfi- линейная часть отраженного сигнала, искаженная вследствие эффекта Доплера,

Ультразвуковой фазовый измеритель виброперемещепий содержит ггос.иедова- тельно соед итег- Пые задающий генератор , 1злучаю1( преобразователь 2, взаимодействук;П,ий с исследуемым объектом 3, приемнып преобразователь 4j фазовый детектор 5, второй вход которого подключен к выходу задаю- nt,ero генератора , последовательно ,соединеннь е интегратор 5, преобразователь 7 аналот -ступенька, дифферен- I tHaTop 8j выход которого через диод 9 соединен с триггером 10 и генератором 11 тактовых импульсов. Инверсный выход триггера 10 подключен к входам схемы И 12 и схемы И-НЕ 13, другие входы которых соединены с выходом генератора 11 тактовых импульсов, а выходы подключены к коммутатору 14, который соединен с шаговым двигателем 15, выход которого соединен с управляю1. входом задающего генератора 1 , Вьтходл, генератора 1 соединен с одним из входов экстремального регулятора 16 и информационным входом ключа 17, инфор- мai.I o ньтй вход ключа 18 подключен к .входу интегратора 6, управляющие входы ключей 17 и 18 соединены с выходо блока 19 эталон}шх уровней. Выходы ключей 17 и 18 через соответствуюп1ие аналого-цифровые преобразователи 20 и 21 подключены к блоку 22 сравнения, соединенному с цифроаналоговым преобразователем 23, соединенным с шлейфовь м осциллографом 24, второй вход которого подключен к выходу фазового детектора 5.

Измеритель работает следующ,им образом.

Выходной сигнал задающего генератора 1 поступает одновременно на вход нзлучаюп),его преобразователя 2, на вход экстремального регуклгоча 17 и на второй вход фазового детектора 5, Излучающий преобразователь 2 преобразует электрический сигнал в акустический сигнал ультразвуковой частоты, который, отражаясь от исследуемого объекта 3, поступает на вход приемного преобразователя 4, где снова преобразуется в электрический сигнал, который регулируется ло ат-тлитуде выходным сигналом рассогласования экстремального регулятора б„ Экстремальный регулятор 16 сравнивает по амплитудному значению

r выходные сигналы задающего генератора 1 и приемного преобразователя 4 и поддерживает их равенство. Это обеспечивает работу фазового детектора 5 в линейном режиме, что снижает

„ нелинейные искажения, возни саю1цие за счет превышения амплитуды сигнала на выходе приемного преобразователя 4 линейного участка характеристики фазового детектора 5, а следовательно,

5 повышает точность работы устройства. Выходной сигнал экстремального регулятора 16 поступает на первый вход фазового детектора 5, на второй вход которого поступает опорный сигнал с выхода генератора 1, Выходной сигнал приемного преобразователя 4 поступает также на интегратор 6, где ок преобразуется в монотонно возрастающее напряжение, которое преобразователем 7 аналог-ступенька преобразуется в ступенчато изменяющееся напряжепие. Сигналы с выхода преобразователя 7 поступают на вход диф(|)еренциатора 8, где преобразуются в импульсную последовательность. Причем импульсы данной последовательности имеют пололдательную полярность при возрастании выходного сигнала интегратора 6 и отрицательную при его уменьшении. Первый же отрицательный импульс, прошедший через диод 9, опрокидывает триггер 10 и одновременно запускает генератор 11 тактовых импульсов.Сигнал логической единицы с инверсного

0 выхода триггера 10 поступает на первые входы элементов И 12 и И-НЕ 13, на вторь е входы которых поступает сигна; генератора 11 тактовых импульсов. При подстройке частоты задаю5 щего генератора 1 в сторону резонанса выходной сигнал интегратора 6 возрастает по абсолютной величине, и полярность импульсов на выходе

0

5

0

3

3

дифференциатора 8 положительная. Черед диод 9 они не проходят, и триггер 10 сохраняет свое состояние. При достижении аналоговым выходным сигналом интегратора 6 экстремальной точки, соответствующей резонансной частоте, первый отрицательный импульс, пройдя через диод 9, изменит состояние триггера 10, сигнал с инверсного выхода которого закроет элемент И-НЕ t3 и откроет элемент И 12. Импульсы генератора 11 в этом случае начнут поступать через открытый элемент И на первый вход коммутатора 1А. В результате этого шаговый двигатель 15 сменит направление вращения и вследствие этого изменение частоты задающего генератора 1 будет происходить в обратную сторону, т.е. стремиться к резонансной. Выходной сигнал интегратора 6 снова начнет возрастать, импульсы дифференциатора 8 будут положительной полярно сти, и диод 9 закроется. Таким образом, система излучатель- объект-приемник будет работать на частоте задающего генератора 1,.максимально приближенной к ее резонансной частоте. Выходной сигнал генератора 1 поступает на первый вход ключа 17, а на первый вход ключа 18 поступает пронормированный по амплитуде сигнал с выхода приемного преобразователя Д. Так как между этими сигналами фазовый сдвиг не остается постоянным, а зависит от параметров вибросигнала исследуемого объекта, ключи 17 и 18 срабатывают только в том случае, когда поступающие на их первые входы сигналы превьшают эталонный уровень ли (фиг.26 ) на вторых входах, задаваемый блоком 19 эталонных уровней. В зависимости от того, на каком из ключей 17 и 18 начинает превалировать входной сигнал, превьшающий эталонный уровень ди, начинает работать АЦП 20 или 2. Кодовые слова, соответствующие аналоговым величинам выходного сигнала задающего генератора 1 и выходного сигнала приемного преобразователя 4, поступают в цифровом виде в перепрограммируемые логичесйие матрицы блока 22 сравнения кодов. На частотах вибросигнала 200 Гц эффект Доплера не проявляется и в этом случае при последовательном сравнении кодов в перепрограммируемых матрицах по суммирующему и вычитающему входам, раз54334 , 4

ница кодов йП 0. В этом случае вся информация о вибропроцессе заключается в выходном сигнале фазового детектора 5, поступающем в блок 23 обработки информации. При достижении сигналами на первых входах ключей 17 и 18 величиш второгб порога (фиг.25) ключи закрываются, и работа соответствующих АЦП прекращается. (Q При работе измерителя в режиме, при котором имеет место эффект Доплера, при поразрядном сравнении кодов в блоке 22 разница кодов пфО.Информа- ipioHHbiM сигналом является величина с &п, которая пропорциональна виброскорости диагностируемого объекта (знак 4П показывает направление движения объекта). В данной блок-схеме (фиг.1) при движении объекта навстре- ,Q чу падающему лучу превалирует число дп на отрицательном входе блока 2 сравнения кодов и знак отрицательный. При достижении объекта от излучателя знак 4П положительный. Эта

J величина преобразуется на ПАИ и выводится на шлейфовый осциллограф 24, оценивается величина и знак лп, следовательно, учитывается погрешность, обусловленная эффектом Доплера, и повышается точность измерения.

Введение в ультразвуковой фазовый измеритель виброперемещений новых элементов - экстремального регулятора, соединенных в кольцо блока эталонных уровней, ключа, анало го-цифрового преобразователя, блока сравнения, второго аналого-цифрового преобразователя и второго ключа, а также цифроаналогового преобразователя и пшейфового осциллографа обеспечивает нормирование сигнала приемного преобразователя по амплитуде, что снижает нелинейные искажения, обусловленные превышением амплитуды сигнала на выходе приемного преобразователя линейного участка характеристики фазового детектора. Введение указанных блоков позволяет выявить границу возникновения эффекта Доплера, оценить и учесть при обработке

информации величину нелинейных искажений, обусловленных этим эффектом, что повышает точность измерения.

0

0

5

Формула изобретения

Ультразвуковой фазовый измеритель виброперемещений, содержащий последовательно соединенные задающий генератор, излучающий преобразователь, взаимодействующий с исследуе иым объектом, и приемный преобразователь, фазовый .детектор, вход которого подключен к выходу задающего генератора, последовательно соединенные интегратор, преобразователь аналог-ступенька и дифференщ атор, выход которого через диод соединен с входом .триггера и входом генератора тактовых импульсов, инверсный выход триггера подключен к входам схемы И и схемы , другие входы которых соединены с выходом генератора тактовых импульсов, а выходы подключены к татору, который соединен с шаговым двигателем, выход которого соединен ,с управляюгетм входом задаюЕ1;его генератора, о т л и ч а ю щ и и с я тем,

что, с 1з;елью повышения точности и достоверности измерений параметров нестатдаонарных вибропродессоров, ок

-9Ц fC

|gj

0

снабжен экстремальным регулятором, первый вход которого соединен с вьг- ходо.м задающего генератора, второй вход соединен с выходом приемного преобразователя, а вьпсод подключен к второму входу фазов ого детектора, последовательно соединенными первым ключом и первьм аналого-цифровы}- преобразователем (А1Щ), последовательно coeдипeнны и вторым ключом и вторым А1-Щ, блоком эталонных уровней, выходы которого соединены с управляющими входами первого и BTopoi o ключей, вторые входы которых соединены соответственно с выходаьа-т задающего генератора и экстремального регулятора, а выходы - с Бходалда блока сравнения, вькод которог о подключен к последовательно соедигьелптым цифро- аиалоговоку преобразователю и шлей- фовому осциллографу (Второй вход которого подключен к выходу фазового ,1 етектора

,И1 .||,ц,.

м .

Изобретение относитсч к измерительной технике, в частности к виб- рометрии, может быть использовано в машиностроении при виброиспытаниях. Целью изобретения является повьгазе- ние точности и достоверности измерения параметров нестационарных вибропроцессов. Ультразвуковой фазовый измеритель виброперемещений содержит последовательно соединенные задающий генератор, излучаюадай преобразователь, взаимодействующий с исследуемым объектом, приемный преобразователь, фазовый детектор, второй вход которого подключен к выходу задающего генератора, последовательно соединенные интегратор, преобразователь аналог-ступенька, дифференциатор, выход которого через диод соединен с триггером и генератором тактовых импульсов. Инверсный выход триггера подключен к входам схем И и И-НЕ, другие входы которых соединены с выходом генератора тактовых импульсов, а выходы подключены к коммутатору, который соединен с шаговым двигателем, выход которого соединен с управляюпщм входом задающего генератора. Выход задающего генератора соединен с одним из выходов экстремального регулятора и информа- ujioHmjM входом первого ключа, информационный вход второго ключа подключен к входу интегратора, управляю- щие входы ключей через аналого-цифровые преобразователи (АЦП) подключены к блоку сравнения, соединенному с цифроаналоговым преобразователем (П.ДГТ), соединенным со шлейфовым осциллографом, второй вход которого подключен к выходу фазового детектора. Введение экстремального регулятора, который сравнивает по амплитудному значению выходные сигналы задакяцего генератора и приемного преобразователя и поддерживает их равенство, обеспечивает работу фазового детектора в линейном режиме. Это снижает нелинейные искажения на выходе фазового детектора, а следовательно, повьшает точность работы устройства. За счет введения двух ключей, блока эталонных уровней, двух АЦП, блока сравнения и ЦАП удается выделить сигнал, который несет информацию о текущем значении виброскорости и ее направлении и записать на шлейфовый осциллограф, на который также пишется информация с шлейфо- вого осциллографа. По этим характеристикам можно оценить величину нелинейных искажений, вызванных эффектом Допплера. 2 ил. i (Л 1чЭ СП 4 СО 00 j;

И L

а

Редактор А.Гулько

Составитель А.Елкин Техред Л.Сердюкова

Заказ 4711/45 Тираж 778Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делан изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб,, д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г.Ужгород, ул. Проектная, 4

Риг. 2

Корректор А.Зимокосов

-..г. JMC-.