Устройство для измерения вибросмещений элементов в аппарате магнитной записи Советский патент 1989 года по МПК G01H11/00 

Изобретение относится к контрольно-измерительной : технике, может, быть использовано для измерения виброперемещений электропроводящих предметов, в частности для измерения вибросмещений элементов в аппарате магнитной. записи, и является усовершенствованием известного устройства по авт. св. № 788169.

Целью изобретения является повышение точности и достоверности за счет контроля совпадения реальной функции преобразования с экспоненциальной функцией.

На чертеже представлена функциональная схема устройства.

Устройство содержит вихретоковый преобразователь 1 (ВТП), состоящий

INJ

3 , 146 из основной измерительной катушки 2, возбуждающей катушки 3, расположенной соосно основной измерительной катушке 2, две дополнительных измерительных катушки 4 и 5, расположенные по обе стороны от основной измерительной катушки 2 на одинаковом расстоя-м

НИИ от нее, последовательно соединен

ные генератор 6 и модулятор 7, выходом подключенным к возбуждающей ка- тущке 3, последовательно соединённые первый регулируемый усилитель 8, первым входом подключенный к основной измерительной катушке 2, первый ли- нейный усилитель 9, первый детектор 10, первый фильтр 11 нижних частот (ФНЧ), усилитель 12 переменного напряжения и регистратор 13, последовательно соединенные источник 14 опор- ного напряжения, блок 15 сравнения и интегратор 16, выходом подкл}оченный к управляющему входу модулятора 7, при этом второй вход блока 15 сравне ния подключен к выходу первого ФНЧ, последовательно соединенные второй регулируемый усилитель 17, первым входом подключенный с дополнительной катушке 4, второй линейный усилитель 18, второй детектор Г9, второй ФНЧ 20, первый блок 21 вычитания,первый блок 22 деления, второй блок 23 вычитания, двухпороговый компаратор 24 и индикатор 25, последовательно соединенные третий регулируемый усилитель 26, первым входом подключенный к дополнительной катутаке 5, третий линейный усилитель 27j третий детектор 28, третий блок 30 вычитания и второй блок 31 деления, выходом подключен- ный к второму входу второго блока 23 вычитания, при этом вторые (управляющие) входы первого, второго и третьего регулируемых усилителей 8, 17 и 26 подключены к выходу интегратора 16, вторые входы первого блока 21 вычитания,, первого блока 22 деления и третьего блока 30 вычитания подключе-« ны к выходу источника 14 опорного :( напряжения, а второй вход второго блока 31 деления подключен к выходу третьего ФНЧ 29.

Измерение виброперемещений в устройстве основано на том, что,если 1ФУНКЦИЯ преобразования устройства f(h), где h - расстояние между контролируемым предметом 32 и ВТП 1, удовлетворяет соотношению

f(h) ТГ

f(h).

(1)

где с - коэффициент пропорциональности, то путем изменения величины коэффициента передачи первого регулируемого усилителя 8 и изменения амплитуды тока питания ВТП 1 можно под- деряотвать среднее значение напряжения ифнч «fp на выходе первого ФНЧ Т1 постоянным и равным величине опорного напряжения UQ на выходе источника 14 опорного напряжения, а следовательно, поддерживать стабильной и ве- личину дифференциальной чувствительaf (h)

ности к вибрации ---. Учитывая, что

соотношение (1) справедливо только дпя экспоненциальных функций, зависимость величины выходного напряжения Ugrn вихретокового Преобразователя от величины h может быть для определенного диапазона .значе1шй установочного зазора ho аппроксимирована экспоненциальной функцией

з

У ВТП ,

2)

где

постоянный коэф циент; коэффициент, величина которого пропорциональна амплитуде возбуждающего вихретол ковый преобразователь .тока, а величина при наличии вибрации определяется соотношением

ho

h

л

(3)

2025 35 40 дз

0

где h - вибросмещение,. получим, что напряжение . на выходе первого ФНЧ 11 определяется соотношением

ифнч (4) где К г- коэффициент преобразования последовательно соединенных первого регулируемого усилителя 8, первого линейного усилителя 9, первого детектора 10 и первого ФНЧ 11. Если, согласно сказанному, меняя величины К, и K,j, обеспечить равенство ор то будет справедливым соотношение

Uon

к,..:к,

.-all

(5)

Тогда чувствительность устройства к вибрации определяется с учетом (4) и (5) соотношением

ЙЦфнч dl.

(6)

и не зависит от величины hp устано- вечного зазора.

Устройство работает следующим образом.

ВТП запитывают током час.тотой ы и устанавливают в непосредственной близости от контролируемого предмета 32, спектр частот вибрации которого лежит в диапазоне F; - F. Если величина установочного зазора h лежит в диапазоне h,., „„„ - ,где , owotKc соответственно минимальное и максимальное значения h(,, при котором верно соотношение (2), то чувствительность устройства к вибрации постоянна и определяется соотношением (6). Обозначим а расстояние между плоскостями основной измерительной катушки 2 и дополнительной катушки 4 или 5, тогда расстояние между катушкой 5 и контролируемым предметом 32 равно Ьд-д., а между катушкой 4 и контролируемым предметом 32 - Ьд + л . Коэффициенты передач линейных усилителей 9, 18 и 27 равны между собой, одинаковы также коэффициенты передач детекторов 10, 19 и 28 и ФНЧ 11, 20 и 29. Частота среза первого ФНЧ 11 F. фнч должна удовлетворять условию F Рфнч-г а частота среза второго и третьего ФНЧ 20 и 29 - F 4.нч г - F i F фц, J F, , при этом напряжение на

налы f(ho) и f(ho-/i). Сигналы

fh, Af

поступают COOT& (hc)&f (hc-л)

выхода сигнал

3

10 15

20

f(hj f (hc-4)

ветственно на первый и второй вход второго блока 23 вычитания, а с его

d-f4ho)

rThj

uf (be-A) .

({ - 2 f поступает на вход двухпорогового компаратора 24.

Если , где и;„р, и„ор - пороги срабатьшания двухпоро- гового компаратора 24, то с выхода двухпорогового компаратора на вход индикатора 25 пройдет сигнал и индикатор 25 будет индицировать режим достоверных измерений, при котором реальная функция преобразования f(h) соответствует соотношению (4), так как только для экспоненциальной функции верно равенство

f h) (h) const

25 для всех значений h . Действительно, если реальная функция преобразования описывается выражением (4). то U ,

( , -. . л

л-f (h) а-к,-к.

а е

() - Л-К,-К.

; U;z ).

30

При этом сигналы с выхода первого блока 22 деления Л а и выхода второго блока 31 деления

выходе первого ФНЧ 11 иф„ч1 f(h,.+h.j), U

на выходе второго ФНЧ 20 - и,„,, ,, ШГ|) «б°й,

.+ A . L .„. ,.... 35 следовательно, на .входе двухпорогово f(hp+/j), а на выходе третьего ФНЧ 29 - ифнчз f(bo-d). Величины коэф- .фициентов передачи модулятора 7 и регулируемых усилителей В, 17 и 26 изменяются до тех пор, пока среднее . 40 значение напряжения на выходе первого ФНЧ 11 не будет равно опорному напряжению, т.е. f(h) Uon поэтому на выходе первого блока 21 вычитания в установившемся режиме будет сформи- 45 розан сигнал U ,f (Ьд+л)- (h,,), а на выходе третьего блока 30 вычитания - сигнал (h(3)-f (ho-4) . Согласно известным соотношениям величина

iilj idizl Ih о)

ah и

af f(ho)() Ih л

для h

ho и

50

для h hg-.

го компаратора 24 будет сигнал, равный нулю, и индикатор 25 индицирует режим достоверных измерений. В том случае, когда индикация этого режима прекратится, оператор изменяет установочный зазор hg до тех пор, пока вновь не восстановится режим достоверных измерений.

Таким образом, устройство позволяет путем задания соответствующих значений величинам порогов U , и Uf,op достигнуть необходимой точности совпадения реальной функции преобразования с функцией, описываемой соотношением (4), и, тем самым, повысить точность измерений до значения, определяемого минимально достижимой разностью (и пор - и;;,,р) а также индицировать в течение всего процесса измерений режим достоверных измерений и при необходимости восстанавливать его. Особенно целесообразно применение устройства в случае, когпоэтому и, i f (hg) и U,j i df (ho-4 ). Сигналы U и U далее поступают на первые входы первого и второго блоков 22 и 31 деления, на вторые входы которых поступают соответственно сигналы f(ho) и f(ho-/i). Сигналы

fh, Af

поступают COOT& (hc)&f (hc-л)

выхода сигнал

3

0 5

0

f(hj f (hc-4)

ветственно на первый и второй вход второго блока 23 вычитания, а с его

d-f4ho)

rThj

uf (be-A) .

({ - 2 f поступает на вход двухпорогового компаратора 24.

Если , где и;„р, и„ор - пороги срабатьшания двухпоро- гового компаратора 24, то с выхода двухпорогового компаратора на вход индикатора 25 пройдет сигнал и индикатор 25 будет индицировать режим достоверных измерений, при котором реальная функция преобразования f(h) соответствует соотношению (4), так как только для экспоненциальной функции верно равенство

f h) (h) const

для всех значений h . Действительно, если реальная функция преобразования описывается выражением (4). то U ,

( , -. . л

л-f (h) а-к,-к.

а е

() - Л-К,-К.

; U;z ).

При этом сигналы с выхода первого блока 22 деления Л а и выхода второго блока 31 деления

35 следовательно, на .входе двухпорогово4045

0

5

го компаратора 24 будет сигнал, равный нулю, и индикатор 25 индицирует режим достоверных измерений. В том случае, когда индикация этого режима прекратится, оператор изменяет установочный зазор hg до тех пор, пока вновь не восстановится режим достоверных измерений.

Таким образом, устройство позволяет путем задания соответствующих значений величинам порогов U , и Uf,op достигнуть необходимой точности совпадения реальной функции преобразования с функцией, описываемой соотношением (4), и, тем самым, повысить точность измерений до значения, определяемого минимально достижимой разностью (и пор - и;;,,р) а также индицировать в течение всего процесса измерений режим достоверных измерений и при необходимости восстанавливать его. Особенно целесообразно применение устройства в случае, когда невозможно определить величину установочного зазора, например, при установке датчика вибрации в отвер- I стие в непрозрачном кожухе, за которым расположен контролируемый предмет.

Формула изобретения

Устройство для измерения вибросме- .щений элементов в аппарате магнитной записи по авт. св. № 788169, отличающееся тем, что, с целью 1.

повышения точности и достоверности,

оно снабжено последовательно соединенными вторым регулируемым усилителем, вторым линейным усилителем, вторым детектором, вторым фильтром нижних частот, первым блоком вычитания, первым блоком деления, вторым блоком вычит ания, двухпороговым компаратором и индикатором и последовательно

соединенными третьим регулируемым усилителем, третьим линейным усштате.- лем, третьим детектором, третьим фильтром нижних часто, третьим блоком вычитания и вторым блоком деле-ч ния, второй вход которого соединен с выходом третьего фильтра нижних частот, выход - с вторым входом второго

блока вычитания, а также двумя дополнительными измерительными катутпками, расположенными по обе стороны от основной, измерительной катушки вихрето- кового преобразователя на одинаковом

расстоянии от нее, независимо подключенными к входам второго и третьего peгyлиpye iыx усилителей, управлянщие входы которых соединены с выходом интегратора, а вторые входы первого

блока вычитания, первого блока делв М ния и третьего блока вычитания соединены с выходом источника опорного напряжения.

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике. Целью изобретения является повьшение точности и достоверности за счет контро ля совпадения реальной функции преобразования с экспоненциальной функцией. Измерение вибросмещений основано на обеспечении независимости чувствительности устройства к вибрации от величины установочного зазора h между вихретоковыми преобразователем 1 и контролируемьм предметом 32, что выполняется при условии совпадения ре- альной функции преобразования устройства с экспоненциальной функцией. Сущность изобретения состоит в том, что сигналы с дополнительных измерительных катушек 4 и 5 используются для формирования на выходе второго блока 23 вычитания дифференциального сигнала U, амплитуда которого содержит информацию о погрешности аппроксимирования реальной функции преобразования устройства экспоненциальной функцией. При условии Unop Uj Un.(, где UW и Unep - пороги срабатьшания двухпорогового компаратора 24, сигнал Us. проходит на выход двухпорогового компаратора 24, и индикатор 25 индицирует режим достоверных измерений. В случае выхода устройства из режима достоверных измерений- оператор восстанавливает этот режим путем изменения установочного зазора Ь, Уменьшением диапазона срабатывания двухпорогового компаратора (уменьшением величин порогов Unep и UjJ up) достигается повышение точности измерений . 1 ил. S (Л а 4 О to

К

уУ///ХУХ/Х/УХ/ УХ /