Устройство для измерения частотных характеристик колебаний вращающегося вала Советский патент 1987 года по МПК G01H11/06 

11

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано преимущественно в теплоэнергетике для определения частотных (амплитудных и фазовых) характеристик колебаний вращающегося зала, например частотных характеристик ротора турбомашины.

Целью изобретения является повышение точности определения амплитуды составляющих вибрации и расширение функциональных возможностей путем обеспечения возможности синхронного определения и регистрации амплитудной и фазовой характеристик колебаний вращающегося вала на первой (основной) и кратных гармониках.

На чертеже представлена блок-схема устройства.

Устройство содержит размещаемые на контролируемом валу датчик 1 вибрации и датчик 2 частоты вращения вала.К датчику 1 вибрации подключены последовательно соединенные аналого-цифровой преобразователь 3, цифровой вычислитель 4 (например, микроЭВМ,микрокомпрессор), блок 5 цифровой индикации и регистрации.

К выходу датчика 2 частоты вращения подключен кодоуправляемый умножи тель 6. частоты, управляющий вход которого подключен к первому управляющему выходу цифрового вычислителя 4 Между выходом умножителя 6 частоты и входом аналого-цифрового преобразователя 3 включена схема 7 синхронизации, состоящая из формирователя 8 импульсов, вход которого соединен с вторым управляющим входом хщфрового вычитателя 4, триггера 9, один из установочных входов которого соединен с выходом формирователя 8 импульсов, первой схемы И 10, один из входов которой соединен с выходом триггера 9, другой - с вькодом кодо- управляемого умножителя 6 частоты, а выход - с входом запуска аналого- цифрового преобразователя 3, второй cxehai И 11, один из входов которой соединен с вторым управляющим выходом цифрового вычитателя 4, а выход - с другим установочным входом триггера 9. Устройство содержит также преобразователь 12 частота-код, включеиньй между выходом датчика 2 частоты вращения и одним из входов блока 5 цифровой индикации и регистрации .

6442

Предлагаемое устройство работает следую1щ м образам.

Импульсы с частотой Fgp с выхода датчика 2 частоты вращения вала по- 5 ступают на вход умножителя 6.

При этом импульсы частоты Fgp генерируются датчиком 2 частоты вращения только в момент прохождения под ним метки (например, выступа О или впадины), нанесенной на поверхность вала, т.е. привязаны по фазовому углу к метке на валу. С выхода умножителя 6 импульсы частоты N-F (кратной и синфазной частоте Fgp) 5 поступают на другой вход схемы И 10. Коэффициент умножения N определяется кодом, поступающим на вход ко- доуправляемого умножителя 6 с первого управляющего выхода цифрового вы- 20 числителя 4, и может принимать значения N, 2N, 3N- и т.д.

В исходном состоянии схема И 10 закрыта запрещающим сигналом, поступающим с выхода триггера 9, а схема 25 11 - запрещающим сигналом, поступающим с второго управляющего выхода цифрового вычислителя 4.

Устройство работает в двух циклах .

30

5

0

5

0

5

Первый цикл (ввод информации) начинается в момент снятия цифровьм вычислителем 4 с входа схемы И 11 запрещающего сигнала. Тем самым разрешается прохождение на ее выход импульсов частоты Fgp . Первый прошедший через схему И. 11 импульс Fg- устанавливает триггер 9 в состояние, разрешающее прохождение через схему И 10 на вход запуска аналого-цифрового преобразователя 3 импульсов частоты N-Fgp .По каяадому импульсу частоты N-Fgp осуществляется выборка мгновенного значения амплитуды полигармонического сигнала U(t ), поступающего с вьпсода датчика 1 вибрации на вход аналого-цифрового преобразователя 3.

Таким образом осуществляется синхронизация процесса выборки значений амплитуды полигармонического сигнала с частотой вращения вала, т.е. фазовая привязка первой и, соответственно, последующих выборок к метке на валу. При этом независимо от текущего значения частоты вращения вала на вход цифрового вычислителя 4 за один период частоты вращения вала поступает N выборок.

Цикл ввода информации заканчивается вьщачей со второго управляющего выхода вычислителя 4 на вход схемы И 1 1 запрещающего сигнала. В момент перехода этого сигнала с разрешающего на запрещающий формирователь 8 формирует сигнал, который устанавливает триггер 9 в положение, запрещающее прохождение импульсов частоты N Fgp на вход запуска аналого-цифрового преобразователя 3.

Во втором цикле (обработка информации) цифровой вычислитель 4, используя полученные в первом цикле выборки амплитуды полигармонического сигнала U(t), вычисляет коэффициенты его разложения в ряд Фурье С и Вц ( k - номер k -и гармоники):

с 1

2

N

N-1

21Т

2k M

Устройство для измерения частотн характеристик колебаний вращающегос вала, содержащее датчик вибрации ва ла, аналого-цифровой преобразовател

- IT/- -л / ikil . - --- 2 1) cost.----1)20 последовательно соединенные датчик

частоты вращения вала, преобразователь частота-код и блок пифровой ин дикации и регистрации, отлича ющееся тем, что, с целью повы

2

N

ни

i:O

.., 27 ., . ., 2k ir ., U(--- i.)-sin(--- i).

Дискретные значения синусной и косинусной составлякяцих опорного сигнала в вычислитель в цикле ввода информации не вводятся, а хранятся в памяти вычислителя. В процессе вычисления выборки с номером всегда умножается на i-e значение синусной или косинусной составляющей сигнала Значение первой выборки умножается на синусную и косинусную составляющие с , т.е. начальный фазовый угол опорного сигнала привязан к метке на валу.

По найденным значениям С и В вычисляют амплитуду и фазовый угол данной гармоники:

-кЧ

+ в

/С./ arctg j-Номер выделяемой гармоники определяется программно-задаваемым коэффициентом умножения N умножителя 5: при N вычисляется амплитуда и фазовый угол первой гармоники; 2N - второй гармоники; 3N - третьей гармоники и т.д.

Вычисленные параметры полигармонического сигнала U(t) (например, Um Cf, ; Um,cp2 ; , ) с выхода цифрового вычислителя 4 поступают

ВНИИШ Заказ 1880/36 Тираж 500

Подписное

Произв.-полигр пр-тие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

0

5

на один их входов блока 5 цифровой индикации и регистрации. Одновремеь но на его другой вход поступает с выхода преобразователя 12 частота - код значение кода частоты вращения вала, соответствующее моменту измерения указанных выше параметров.

По окончании выдачи информации для регистрации гшфровой вычислитель 4 снова устанавливает на входе схемы И 11 разрешающий сигнал и описанные выше циклы повторяются.

Формула изобретения

Устройство для измерения частотных характеристик колебаний вращающегося вала, содержащее датчик вибрации вала, аналого-цифровой преобразователь.

0 последовательно соединенные датчик

частоты вращения вала, преобразователь частота-код и блок пифровой индикации и регистрации, отличающееся тем, что, с целью повы25 шения точности и расширения функциональных возможностей устройства, в него введены цифровой вычислитель, включенньм между выходом аналого- цифрового преобразователя и одним из

30 входов блока цифровой индикации и регистрации, кодоуправляемый умножитель частоты, подключенный информационным входом к выходу датчика частоты вращения вала, а управляемым 35 к первом управляющему выходу цифрового вычислителя, схема синхронизации, состоящая из формирователя импульсов, вход которого соединен с вторым управляющим входом цифрового

40 вычислителя, триггера, один из установочных входов которого соединен с выходом формирователя импульсов,первой схемы И, один из входов которой соединен с выходом триггера, второй45 с выходом кодоуправляемого умножителя частоты, а выход - с входом запуска аналого-цифрового преобразователя и второй схемы И, один из входов которой соединен с вторым управляющим

50 выходом цифрового вычислителя, второй - с выходом датчика частоты вращения, а выход - с другим установочным входом триггера, при этом .выход датчика вибрации соединен непосред55 ственно с информационным входом аналого-цифрового преобразователя.

Подписное

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано преимущественно в теплоэнергетике для определения частотных.характеристик ротора турбомашины. Повышение точности определения амплитуды составляющих вибрации и расширение функциональных возможностей достигается за счет того, что на вход запуска аналого-цифрового преобразователя 3 подаются импульсы частоты, кратной частоте вращения дала с умножителя 6 частоты через схему И 10. По каждому импульсу осуществляется выборка мгновенного значения амплитуды полигармонического сигнала с датчика 1 вибрации. В вычислителе 4 определяются амплитуда и фаза гармонических составляющих вибрации. 1 ил. с (Л з: 4