Ультразвуковой фазовый измеритель виброперемещений Советский патент 1989 года по МПК G01B17/00 

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к виброметрии, и может быть использовано в различных отраслях машиностроения и приборостроения

Цель изобретения - повышение точности измерения.

На чертеже представлена структурная схема ультразвукового фазового измерителя виброперемещений.

Устройство содержит последовательно соединенные задающий генератор 1, линию 2 задержки и основной излучающий преобразователь 3, взаимодействующий с исследуемым объектом 4, последовательно соединенные приемный преобразователь 5, фазовый детектор 6, элемент И 7 аналого- цифровой преобразователь 8 и блок 9 обработки информации. Выход фазового детектора 6 через элемент И 7 соединен со входом компаратора 10, выход которого соединен со входом коммутатора 11 и вторым входом блока 9 обработки информации. Другие входы компаратора 10 соединены с выходами источника 12 опорного напряжения. Выходы коммутатора 11 соединены с управляющими входами линии 2 задержки. Выход приемного преобразователя 5 подключен к последовательно соединенным элементу И 13 интегратору 14, аналого-цифровому преобразователю 15, коммутатору 16, схеме 17 сравнения кодов, триггеру 18 управления, генератору 19 тактовых импульсов, блоку 20 уп равления шаговым двигателем, шаговому двигателю 21, преобразователю 22 угол-линейное перемещение, который кинематически соединен с дополнительным излучающим преСО

ю

образователем 23, выполненным в виде кольца, внутри которого помещен основной излучающий преобразователь 3.

Устройство работает в двух режимах.

В первом режиме устройство работает следующим образом.

Выходной сигнал задающего генератора 1 через линию 2 задержки поступает одновременно на основной и дополнительный излучающие преобразователи 3 и 23. Последний выполнен в виде концентрического кольца, охватывающего основной преобразователь 3 и электрически с ним развязанного. , При отсутствии исследуемого объекта 4 отсутствует и отраженный сигнал на входе приемного преобразователя 5. Однако, из- за наличия боковых составляющих диаграмм направленности преобразователей 3 и 5, на приемном преобразователе 5 наводится электрический сигнал основной гармоники, который при измерениях виброперемещений вносит существенную погрешность, так как из-за этого возникает ошибка в выборе рабочей точки. Принятый преобразователем 5 акустический сигнал поступает через элемент И 13 на интегратор 14 Элемент И 13 находится в открытом состоянии до тех пор пока на втором его входе присутствует сигнал логической единицы прямого (единичного) выхода триггера 18 управления. В интеграторе 14 происходит интегрирование по мощности синусоидального сигнала с приемного преобразователя. Выходной сигнал интегратора пропорционален мощности принятого приемным преобразователем 5 сигнала.

Электрический сигнал с приемного преобразователя 5 поступает также и на первый вход фазового детектора 6, на второй вход которого поступает опорный сигнал с выхода линии 2 задержки. Чтобы исключить прохождение выходного сигнала фазового детектора 6 на компаратор 10, и, тем самым, предотвратить изменение времени задержки опорного сигнала на данной стадии работы измерителя, на второй вход элемента И 7 поступает запрещающий сигнал логического нуля с инверсного входа триггера 18 управления. Проинтегрированный аналоговый сигнал далее преобразуется в аналого-цифровом преобразователе 15 в цифровой код. Затем значения цифрового кода, соответствующие двум ближайшим значениям аналогового сигнала, разделяются коммутатором 16 на два канала и подаются поочередно на первый и второй входы схемы 17 сравнения кодов. Алгоритм работы схемы 17 сравнения кодов выбран таким, что на ее выходе сигнал логической единицы появится в том случае, когда значение цифрового кода, занесенное по второму каналу, превысит значение предыдущего цифрового кода, занесенного по первому каналу.

0

5

0

5

0

5

0

5

0

5

Выбор такого алгоритма основан на том, что пока излученные акустические сигналы основного излучающего преобразователя 3 и дополнительного преобразователя 23, выполненного в виде кольца, находятся в фазе, или, что то же самое, их излучающие поверхности расположены в одной плоскости, аналоговый сигнал на выходе приемного преобразователя 5 имеет максимальное значение.

Условие расположения излучающих по- верхностей в одной плоскости перед началом работы является необходимым. При наличии перемещения плоскости дополнительного излучающего преобразователя 23 относительно основного в любом направлении между ультразвуковыми сигналами, излученными основным и дополнительным преобразователями, появляется фазовое рассогласование, которое увеличивается при дальнейшем перемещении. При этом, ультразвуковой сигнал дополнительного преобразователя 23 начинает ослаблять влияние боковых лепестков основного преобразователя 3 и, тем самым, уменьшать аналоговый сигнал по абсолютной величине на выходе приемного преобразователя 5. Следовательно, по мере перемещения плоскости дополнительного излучателя от начального положения каждое последующее значение цифрового кода будет меньше предыдущего до тех пор, пока не будет достигнут минимум сигнала на приемном преобразователе 5 за счет исключения влияния боковых лепестков. Поэтому превы-- шение значения цифрового кода, занесенного по второму каналу над предыдущим, свидетельствует о достижении такого фазового соотношения сигналов с преобразователей. 3 и 23, когда влияние боковых лепестков на входной сигнал приемного преобразователя будет минимальным.

В момент превышения схема 17 сравнения кодов вырабатывает сигнал логической единицы, который, поступая на счетный вход триггера 18 управления, меняет его состояние. На инверсном выходе триггера 18 управления появляется сигнал логической единицы, который, поступая на второй вход логического элемента И 7, открывает его для прохождения сигнала с выхода фазового детектора 6 на вход аналого-цифрового преобразователя 8. Одновременно при появлении на выходе триггера 18 логического нуля отключается генератор 19 тактовых импульсов и закрывается логический элемент И 13 для прохождения сигнала с выхода приемного преобразователя 5. При отсутствии управляющих импульсов с генератора 19 блок 20 управления шаговым двигателем прекращает работу, вал шагового двигателя 21 зафиксируется в определенном положении, и с помощью преобразователя 22 угол-перемещение зафиксируется в пространстве положение излучающей поверхности дополнительного излучающего преобразователя 23.

Далее работа устройства продолжается во втором режиме. Выходной сигнал задающего генератора 1 через линию 2 задержки поступает на излучающие преобразователи

3и 23. Отраженный от исследуемого объекта

4акустический сигнал преобразуется в приемном преобразователе 5 в электрический и поступает на первый вход фазового детектора 6, на второй вход которого поступает опорный сигнал с выхода линии 2 задержки.

Через открытый первый элемент И 7 изменяющийся по амплитуде выходной сигнал фазового детектора 6 поступает одновременно на компаратор 10 и на аналого-цифровой преобразователь 8. На компаратор подаются также сигналы с источника 12 опорного напряжения двух уровней, соответствующих нижнему и верхнему пределам, за которыми заметно влияние нелинейных искажений. При возрастании выходного сигнала фазового детектора 6 на величину, соответствующую смещению исследуемого объекта 4 на величину d , где Я длина волны ультразвука в воздухе, за пределами которой заметны нелинейные искажения, выходной сигнал фазового детектора 6 в компараторе 10 достигает одного из пороговых уровней. Тогда на выходе компаратора 10 появляется управляющий сигнал, изменяющий время задержки на значение, соответствующее изменению фазы сигнала на входе фазового детектора 6 на 5f/4. Таким образом, рабочая точка измерителя смещается на Я /8, что устраняет нелинейные искажения. При уменьшении значения входного сигнала и, следовательно, уменьшении изменения фазы до значения 5Г /4, величина выходного сигнала фазового детектора 6 уменьшается до величины одного из пороговых напряжений, что вызывает появление отрицательного импульса на выходе компаратора 10, который переключает коммутатор 11 в исходное состояние. Линия 2 задержки меняет фазу на fi/4, но в обратном направлении. Информация о перемещении объекта с фазового детектора 6 через аналого0

0

цифровой преобразователь 8 заносится в блок 9 обработки данных.

Использование предложенного измерителя позволяет повысить точность измерения параметров нестационарных вибропроцессов.

Формула изобретения Ультразвуковой фазовый измеритель виброперемещений, содержащий последовательно соединенные задающий генератор, линию задержки с управляющими входами и основной излучающий преобразователь, последовательно соединенные приемный преобразователь, фазовый детектор, первый аналого-цифровой преобразователь и блок

5 обработки информации, последовательно соединенные источник опорного напряжения, компаратор и первый коммутатор, выходы которого соединены с управляющими входами линии задержки, вход первого аналого- цифрового преобразователя соединен с вторым входом компаратора, выход которого подключен к второму входу блока обработки информации, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения, он снабжен первым элементом И, включенным

5 между фазовым детектором и первым аналого-цифровым преобразователем, последовательно соединенными вторым элементом И, интегратором, вторым аналого-цифровым преобразователем, вторым коммутатором, схемой сравнения кодов, триггером управле0 ния, генератором тактовых импульсов, блоком управления шаговым двигателем, шаговым двигателем, преобразователем угол - линейное перемещение и дополнительным излучающим преобразователем, соединенным с выходом линии задержки и выполненным в виде кольца, внутри которого концент- рично с ним размещен основной излучающий преобразователь, первый вход второго элемента И соединен с выходом приемного преобразователя, а его второй вход - с пер0 вым выходом триггера управления, второй выход которого подключен к второму входу первого элемента И.

5

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к виброметрии, и может быть использовано в различных отраслях машиностроения и приборостроения. Целью изобретения является повышение точности измерения. Работа устройства осуществляется в двух режимах. В первом режиме производится установка основного излучающего преобразователя относительно дополнительного излучающего преобразователя, выполненного в виде кольца, внутри которого концентрично с ним размещен основной излучающий преобразователь, по критерию минимального влияния боковых лепестков диаграмм направленности преобразователей. Во втором режиме фазовым способом измеряются виброперемещения контролируемого объекта. 1 ил.