Ультразвуковой фазовый измеритель виброперемещений Советский патент 1987 года по МПК G01H5/00 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть исполь зёвано для измерения вибраций в различных отраслях народного хозяйства: машиностроении, судостроении и т.д.

Целью изобретения является повышение быстродействия контроля за счет исключения из электрической схемы устройства элемента задержки.

На фиг. 1 приведена блок-схема предлагаемого измерителя; на фиг.2 - диаграммы напряжений, поясняющих работу измерителя.

Диаграммы q и S поясняют формирование- сигнала предустановки: а - выходное напряжение U,(t) фазовогю детектора, где t - время; - выходное напряжение U,(t) генератора одиночных импульсов в зависимости от исходного напряжения U,(t) фазового детектора.

Диаграммы Ь - г. поясняют процесс восстановления рабочей точки фазового дед-ектора на заданном линейном участке амплитудной характеристики фазового детектора при выходе ее за пределы указанного участка: Ь - выходное напряжение U,(t) приемного преобразователя; 1 -.выходное напряжение ) задающего генератора, а - выходное напряжение Uj-Ct) гене- ратора одиночных импульсовj е - выходное напряжение Ug(t) второго делителя; к - выходное напряжение фазовращателя - ч - выходное напряжение U-Ct) первого делителя частоты.

о

Ультразвуковой фазовый измеритель виброперемещений содержит задающий генератор 1, соединенный с. излучаю- преобразователем 2, излучающим ультразвуковую волну в направлении объекта 3, приемный преобразователь 4 и фазовый детектор 5. Выход фазового детектора 5 подключен к блоку 6 обработки информации и компаратору 7, другой вход которого - соединен с источником 8 опорного напряжения. Два делителя 9 и 10 частоты с одинаковыми коэффициентами деления управляющими входами подключения к гене- ратору 11 одиночных импульсов, подключенному к выходу компаратора 7. Первый делитель 9 частоты сигнальным входом подключен к выходу задающего генератора 1, выходом - к первому входу фазового детектора 5. Второй делитель , 10 частоты сигнальным входом подключен к приемному преобразо

вателю 4, выходом - к фазовращателю 12, подключенному к второму входу фазового детектора 5 Задающий генератор 1 предназначен для работы в непрерывном режиме на частоте f. Вы- бор величины коэффициента N деления делителей 9 и 10 определяется выполнением условия однозначности фазовых измерений, удовлетворяющих в данном

случае соотношению N ; 8 г

МП КС

,где

5

0

5

0

5

0

5

0

москс максимальная амплитуда измеряемых перемещений, - длина ультразвуковой волны.

Управляющие входы делителей 9 и 10 частоты предназначены для управления моментом времени начала деления частоты поступающих на них сигналов.

Ультразвуковой фазовьш измеритель .виброперемещений работает следуюш м образом.

Предварительно сигнальные входы делителей 9 и 10 подключаются к задающему генератору 1, тем самьм обеспечивается одновременность начала работы делителей 9 и 10 частоты и с помощью фазовращателя 12 устанавливается сдвиг фаз между выходными сигналами делителей 9 и 10, обеспечивающий положение рабочей точки фазового детектора 5 в нуле его амплитудной характеристики .

Выходной сигнал U4(t) з адающего генератора 1 частоты f (фиг.2г) поступает на излучающий преобразователь 2, излучающий ультразвуковую волну частоты f в направлении объекта 3, и одновременно на вход первого дели;- теля 9 частоты. Отраженная от объекта 3 ультразвуковая волна принимается приемным преобразователем 4. Выходной сигнал и,(t) преобразователя 4 (фиг. 2в) поступает на второй делитель 10 частоты, с выхода которого сигнал UgCt) частоты f/N (фиг. 2е) поступает на фазовращатель 12, изменяющий фазу сигнала Ug(t) на постоянную величину tf (на фиг.2ж). С выхода делителя 9 частоты сигнал Ug(t)

частоты f/N (фиг. 2з) поступает на первый вход фазового делителя 5, с выхода фазовращателя 12 сигнал U7(t) частоты f/N, (фиг., 2ж) поступает на второй вход фазового детектора 5. Из- .меняющийся по амплитуде выходной сиг- нал фазового детектора 5, несущий информацию о перемещении объекта 3, поступает на блок 6 обработки информа

ЦИИ одновременно на компаратор 7, на который от источника 8 опорного напряжения подаются нагфяжения уровней и , и Uj ,. соответствующие верхнему и нижнему пределам U,, U (фиг. 2а) линейного участка амплитудной характеристики фазового детектора 5. В случае перемещения объекта 3 на величину, меньшую NV8, и при отсутствии периодических пропаданий сигнала отраженной ультразвуковой волны рабочая точка фазового детектора 5 находится на линейном.участке его амплитудной характеристики, В этом случае фазовый детектор 5 с высокой точностью измеряет сдвиг фаз между его входными сигналами, а блок 6 регистрирует соответствующее указанному сдвигу фаз виброперемещение объекта 3. При любом выходе рабочей точ ки фазового детектора 5 за пределы лилейного участка выходной сигнал и,(t) (фиг,2а) фазового детектора 5 в компараторе 7 достигает одного из уровней и,, и2 напряжения. В этом случае на выходе компаратора 7 появляется сигнал в виде перепада напряжения, поступающий на генератор 11 одиночных импульсов, в результате чего на его выходе появляется импульсный сигнал U2(t) предустановки (фиг.26). Этот сигнал и(с) (фиг.2д) поступает на управляющие делением входы делителей 9 и 10. При отсутствии импульса .предустановки делители 9 и 10 непрерывно делят частоту поступающих йа них. сигналов, обеспечивая непрерывное измерение виброперемещений объекта 3. В момент появления импульса предустановки деление частоты делителями 9 и 10 прекращается. Сигнал на выходе делителей 9 и 10 пропадает.. По окончании импуль- са предустановки делители 9 и 10 частоты начинают деление частоты вход- ных сигналов по выбранному фронту сигналов, например по переднему фрон

ту (фиг. 2е, з) соответственно, и фазовращатель 12 сдвигает фазу выходного сигнала делителя 10 на tf (фиг.2ж). Поскольку сдвиг фазы между выходными сигналами задающего генератора 1 и приемного преобразователя 4 в общем произвольный (йЦ) 2 it), то чем больще коэффициент N деления делителей 9 и 10, тем точнее совпадает устанавливаемое после сигнала предустановки положение рабочей точки фазового детектора 5 с первоначально устанавливаемым положением его рабочей точки. Ошибка в установке первоначально устанавливаемого сдвига фаз равна , и тем меньше, чем больше N.

Формула изобретения

Ультразвуковой фазовый измеритель виброперемещений, содержащий задают щий генератор, излучающий и приемный преобразователи, фазовый детектор, подключенные к его выходу блок обработки информации и компаратор и источник опорного напряжения, соединенный с вторым входом компаратора, отличающийся тем, что, , с целью повышения быстродействия, он снабжен последовательно соединен- ными генератором одиночных импульсов, первым делителем частоты, второй вход которого связан с выходом приемного преобразователя, и фазовращателем, выход которого подключен к первому входу фазового детектора, и вторьгм делителем частоты, управляющий вход которого соединен с выходом генератора одиночных импульсов, а выход - с вторым входом фазового детектора, выход задающего генератора подключен к входам второго делителя частоты и излучающего преобразователя, а выход компаратора связан с управляющим входом генератора одиночных импульсов.

фиг. 2

Изобретение относится к измери- тельлой технике и может быть исполь.зовано при измерении вибраций в различных отраслях народного хозяйства. Цель изобретения - повьшение быстродействия контроля за счет исключения элемента задержки из схемы устройства. По сигналам с задающего генера-2 /7 тора 1 ультразвуковой излучающий преобразователь 2. излучает ультразвуковые колебания на исследуемый объект. Отраженные колебания преобразуются приемным преобразователем 4. Электрический сигнал подается для измерения через последовательно соединенные делитель 10 частоты и фазовращатель 12 на фазовый детектор 5j на другой вход которого подается сигнал с задающего генератора 1 через другой делитель 9 частоты. Работа фазового детектора 5 на линейном участке его амплитудно-частотной характеристики регулируется с помощью компаратора 7, подключенного к выходу фазового детектора 5, и генератора 11 одиночных импульсов, управляющего делителями 9 и 10 частоты. 2 ил. i СО JL / 72 / I СО ел ел еS . /