Устройство для бесконтактного измерения параметров вибрации Советский патент 1988 года по МПК G01H1/00 

т

сл

4

о

00 ГчЭ

со оо

t5

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для бесконтактных измерений нараметров вибра- ций различных объектов, Целью изобретения является повышение точности измерения параметров вибрации за счет исключения влияния низкочастотных колебаний корпуса устройства и чувствительного элемента на результаты измерений.

На чертеже представлено устройство для ю бесконтактного измерения параметров вибрации.

Устройство содержит корпус 1 с закрепленной на нем микрометрической головкой 2, стержень 3, расположенный на его конце чувствительный элемент 4, две направляющие 5, взаимодействующую с ними микрометрической головкой 2 каретку 6, подпружиненную относительно корпуса 1, би- морфную пьезопластину 7 с электродами 8, упруго закрепленную с помощью зажимов 9 20 внутри каретки 6 и жестко прикрепленную к стержню 3 посредством диэлектрической втулки 10. Кроме того, устройство содержит предварительный усилитель 11, вход которого соединен с чувствительным элементом 4, и блок 12 компенсации, соеди- 25 ненный с электродами б-иморфной пьезо- пластины 7 и выходом усилителя 11.

Блок 12 компенсации содержит последовательно соединенные переключатель 13, интегратор 14 и сумматор 15, второй вход которого предназначен для подключения к усилителю 11, первый вход переключателя 13 предназначен для подключения к источнику калибровочного сигнала, а второй вход - к электродам биморфной пьезопластины 7, а выход сумматора является выходом устройства. Для уменьщения паразитных связей пьезокерамическая пластина 7 экранирована экраном, а стержень - корпусом 1. Соотношение длины и диаметра стержня находится в пределах 10-30.

Устройство работает следующим образом. Предварительно для устройства определяется калибровочная константа. Для этого переключатель 13 устанавливается в первое положение, соответствующее режиму калибровки. На прямоугольную биморфную пьезокерамическую пластину 7 через электроды 8 подается переменное напряжение U«ui известной частоты и величины. При этом указанная пластина начинает колебаться, вызывая продольные колебания стержня 3. Для данной частоты и величины калибровочного напряжения UKM одним из известных методов, например с помощью микроскопа, определяют амплитуду продольных колебаний стержня 3, которая пропорциональна Укал. Определенное таким образом значение амплитуды колебаний стержня 3 для данной величины и частоты калибровочного напряжения икал является калибровочной константой данного устройства.

40

30

35

45

50

55

5

0 5

В рабочем положении устройство .устанавливается над неподвижным объектом (не показан) так, чтобы конец стержня 3 с чувствительным элементом 4 в виде поляризованной фторопластовой пленки находился против поверхности исследуемого объекта с зазором (заведомо больщим ожидаемых перемещений при вибрации). При первом положении переключателя 13 отключается вход интегратора 14 от электродов 8 прямоугольной биморфной пьезокерамической пластины 7, и на электроды подается напряжение Укал.

При этом в стержне 3 из-за изменения зазора между объектом и поляризованной фторопластовой пленкой наводится переменное напряжение, которое подается на вход предусилителя 11 с регулируемым коэффициентом усиления. С выхода последнего усиленное напряжение поступает на второй вход сумматора 15, на первый вход которого подается нулевое напряжение с выхода интегратора 14, так как его вход отключен. В результате на выходе сумматора 15 получается сигнал Ывых, величину которого изменяют, перемещая каретку 6 с помощью микрометрической головки 2. При этом с учетом калибровочной константы устанавливают необходимый рабочий зазор, а регулировкой коэффициента усиления - необходимую чувствительность, при которой .масштаб сигналов на обоих входах сумматора 15 при измерении одинаковый. Затем переключатель 13 ставят во второе положение, соответствующее режиму измерения, и возбуждают вибрацию исследуемого объекта. При этом в стержне 3 возникает переменный сигнал. При измерении низкочастотных вибраций их энергия может оказаться значительной, и они оказывают влияние на точность измерения, например, воздействуя на корпус 1 устройства через фундамент. В этом случае возникают продольные колебания 0 стержня 3, которые, воздействуя на прямоугольную биморфную пьезокерамическую пластину 7, вызывают ее переменную деформацию. При рассматриваемом положении переключателя 13 сигнал с пьезопластины 7 подается на интегратор 14, где интегрируется и получается сигнал, пропорциональный виброскорости стержня 3. Этот сигнал в про- тивофазе подается на первый вход сумматора 15, на второй вход которого поступает сигнал от стержня 3, усиленный предусили- телем 11. На выходе сумматора 15 получается сигнал UBUX, который пропорционален виброскорости объекта и свободный от помехи, связанной с передачей вибрации через фундамент на корпус 1 и стержень 3. При высоких частотах, вибрации объекта его колебания быстро гаснут, так как демпфируются корпусом 1 и другими элементами устройства, поэтому они не вызывают колебаний стержня 3. Тогда на выходе интегра0

5

5

0

5

тора 14 напряжение равно нулю, и выходной сигнал сумматора 15 также пропорционален виброскорости исследуемого объекта, так как измерения проводятся при одной

I,

и той же чувствительности, следовательно, выходной сигнал устройства Цвых может быть сравнен с сигналом и амплитудой, полученными при калибровке устройства. Таким образом, можно установить амплитуду в.иб- рации исследуемого объекта. Для обеспечения измерения в труднодоступных местах конструкции чувствительный элемент 4 в виде поляризованной фторопластовой пленки закреплен на конце стержня 3, длина которого позволяет реализовать такие измерения. Однако из-за невозможности обеспечения абсолютно одинаковых условий закрепления концов прямоугольной биморф- ной пьезокерамической пластины могут появиться поперечные колебания стержня 3, влияющие на точность измерения, поэтому

ческой головкой, стержень, на конце которого расположен чувствительный элемент, подключенный к нему и размещенный в корпусе предусилитель, отличающееся тем, что, с I, целью повышения точности измерения, устройство снабжено двумя направляющими, взаимодействующей с ними и микрометрической головкой кареткой, подпружиненной относительно корпуса, размещенной внутри каретки биморфной пьезопластиной с электродами, жестко соединенной со стержнем и электрически изолированной с ним, блоком компенсации, соединенным с электродами биморфной пьезопластины и выходом усилителя.

|5 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что блок компенсации содержит последовательно соединенные переключатель, интегратор и сумматор, второй вход которого предназначен для подключения к усилителю, первый вход переключателя предназначен

10

выбрано соотношение длины стержня и его 20 для подключения к источнику калибровоч- диаметра в пределах 10-30.ного сигнала, второй вход - к электродам биморфной пьезопластины, а выход сум- Формула изобретенияматора является выходом устройства.

ческой головкой, стержень, на конце которого расположен чувствительный элемент, подключенный к нему и размещенный в корпусе предусилитель, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерения, устройство снабжено двумя направляющими, взаимодействующей с ними и микрометрической головкой кареткой, подпружиненной относительно корпуса, размещенной внутри каретки биморфной пьезопластиной с электродами, жестко соединенной со стержнем и электрически изолированной с ним, блоком компенсации, соединенным с электродами биморфной пьезопластины и выходом усилителя.

|5 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что блок компенсации содержит последовательно соединенные переключатель, интегратор и сумматор, второй вход которого предназначен для подключения к усилителю, первый вход переключателя предназначен

10

20 для подключения к источнику калибровоч- ного сигнала, второй вход - к электро

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для бесконтактных измерений параметров вибрации различных объектов. Целью изобретения является повышение точности измерений параметров вибраций за счет исключения влияния низкочастотных колебаний корпуса устройства и чувствительного элемента на результаты измерений. Положительный эффект в данном устройстве создается за счет установки биморфной пье- зопластины 7 и компенсатора 12, которые позволяют устранить погрешности измерений, возникающие при измерении низкочастотных колебаний объекта, за счет передачи этих колебаний через фундамент на корпус устройства и далее на чувствительный элемент. Это приводит к тому, что точность измерения зависит только от точности определения калибровочного напряжения. 2 з.п. ф-лы, 1 ил. Ф

1. Устройство для бесконтактного изме- 25 рения параметров вибрации, содержащее пус с закрепленной на нем микрометри3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что длина и диаметр стержня выбраны в соотношении 10-30.