Ультразвуковой измеритель виброперемещений Советский патент 1990 года по МПК G01B17/00 

тельно

излучающего и приемного преоб- - ного преобразователя 6 примет лид

10

25

30

разователей. При равномерном и прямолинейном движении объекта 5 фазовый сдвиг a if изменяется по синусоидальному закону, частота которого зависит от скорости движения объекта При исследовании вибраций, имеющих случайный характер, изменение л ц однозначно соответствует смещению объекта. При этом выходной сигнал фазового детектора 8 через открытый ключ J5 15 поступает на первый вход графопостроителя 14. В этом случае на i графопостроителе записывается процесс, соответствующий местонахождению объекта в пространстве. В этом режиме 20 устройство работает только тогда,когда не сказывается частотная модуляция отраженного сигнала. Она начинает проявляться на высоких скоростях движения объекта. С целью контроля за этим процессом в вибропреобразователе осуществляется сравнение периодов опорного (излученного) и отраженного сигналов. Это реализуется следующим образом. Выходные сигналы делителя 3 частоты (опорный) и экстремального регулятора 7 (отраженный) поступают на первые входы блоков 9 и 10 измерения периодов опорного и отраженного сигналов соот- . ветственно. Формирователи 16 и 17 в блоках 9 и 10 измерения периодов формируют периодическую последовательность прямоугольных импульсов, которые затем в измерителях 18 и 19 временных интервалов заполняются высокочастотными импульсами с выхода счетчика 2. Выходные сигналы измерителя 13 и 19 в цифровом виде несут информацию о длительности периодов опорного и отраженного сигналов.

В том случае, когда скорость движения объекта достаточно мала и частотная модуляция отраженного сигнала не проявляется, то равны цифровые эквиваленты длительностей периодов опорного и отраженного сигналов, поступающие на входы блока 11 сравнения кодов. На обоих выходах блока 11 в этом случае логические нули. Вибропреобразователь работает в режиме измерения виброперемещений.

Второй режим работы измерителя характеризуется высокими скоростями

40

45

50

55

U(О (ш) +

+ Х1п(т) Sin (Ыд + nflt + fit

+ lln(-1)sin ( - пЯО,

где cJj, - основная гармоника излу ченного сигнала;

М m --- - индекс частотной

модуляции; ДЮр- девиация частоты.

Из этого выражения ясно,что погрешность измерения фазы значитель но возрастает из-за наличия в сигнале множества гармонических состав ляющих .

Допустим, что объект удаляется ог приемника, тогда частота отраженного сигнала понижается (известный эффект Допплера), а период возрастает. В этом случае цифровой эквивалент, соответствующий периоду отраженного сигнала, начинает превалировать над цифровым эквивалентом опорного сигнала с делителя 3 часто ты. На втором выходе блока 11 сравнения кодов появляется сигнал логической единицы, на первом входе эле мента ИЛИ 12 присутствует, в этом случае, сигнал логического нуля, а на втором - логической единицы и, следовательно, выходной сигнал элемента 12 логическая единица. Сигналом этой логической единицы тактиру ется работа ДАЛ 13, который преобразует цифровой эквивалент периода отраженного сигнала в пропорциональ ную величину аналогового сигнала. Т кущее значение аналогового сигнала, в этом случае, пропорционально скорости удаления объекта. Закон изменения скорости по второму каналу записывается в регистраторе 14. Одновременно с появлением логической единицы на выходе элемента ИЛИ 12 закрывается ключ 15, так как на его управляющем входе присутствует логи ческая единица. Следовательно, на

U(О (ш) +

+ Х1п(т) Sin (Ыд + nflt + fit

25

30

J5 20 .

40

45

0

5

+ lln(-1)sin ( - пЯО,

где cJj, - основная гармоника излученного сигнала;

М m --- - индекс частотной

модуляции; ДЮр- девиация частоты.

Из этого выражения ясно,что погрешность измерения фазы значительно возрастает из-за наличия в сигнале множества гармонических составляющих .

Допустим, что объект удаляется ог приемника, тогда частота отраженного сигнала понижается (известный эффект Допплера), а период возрастает. В этом случае цифровой эквивалент, соответствующий периоду отраженного сигнала, начинает превалировать над цифровым эквивалентом опорного сигнала с делителя 3 частоты. На втором выходе блока 11 сравнения кодов появляется сигнал логической единицы, на первом входе элемента ИЛИ 12 присутствует, в этом случае, сигнал логического нуля, а на втором - логической единицы и, следовательно, выходной сигнал элемента 12 логическая единица. Сигналом этой логической единицы тактируется работа ДАЛ 13, который преобразует цифровой эквивалент периода отраженного сигнала в пропорциональную величину аналогового сигнала. Текущее значение аналогового сигнала, в этом случае, пропорционально скорости удаления объекта. Закон изменения скорости по второму каналу записывается в регистраторе 14. Одновременно с появлением логической единицы на выходе элемента ИЛИ 12 закрывается ключ 15, так как на его управляющем входе присутствует логическая единица. Следовательно, на

регистраторе 14 записывается сигнал, пропорциональный виброскорости объекта. Так как объект со значительной скоростью удаляется от излучателя с приемником, то ослабевает мощность принимаемого отраженного сигнала. Для увеличения мощности отраженного сигнала можно увеличивать мощность задающего генератора 1 .1 или при той Же мощности понизить частоту излученного ультразвукового сигнала, так Как при более низкой частоте ультразвук затухает в воздухе слабее. Поэтому для понижения частоты коэффици- ент пересчета счетчика 2 целесообразно увеличить и в соответствии с этим уменьшить частоту сигнала на его выходе:

из -где п - коэффициент пересчета счетчика 2 при тактировании его логической единицей по управляющему входу 1 и п17П6„ После делителя 3 на входе излучающего преобразователя частота сигна ла станет

ЙТ- ( П1Ко

Коэффициенты пересчета п, и k0 выбраны такими, что частота и/, соот- ветствует частоте второго резонатора излучающего преобразователя для большей эффективности его работы.

При движении объекта к излучателю с достаточной для появления частотной модуляции (эффекта Допплера) скоростью частота отраженного сигнала повышается и, следовательно, период опорного, (излученного) сигнала начинает превышать по длительности пери- од отраженного. В этом случае на выходе I блока 1 I сравнения кодов появляется сигнал логической единицы, которая по управляющему входу I переводит счетчик 2 в режим работы с ко- эффициентом пересчета пг(п г cnft). Тогда частота выходного сигнала счет™

Ш„

чика 2 равна --, а на выходе делите- пг

ля 3 станет (фиг,2)

0

c

0

5

0 5

5

, Шо

u ----- .

П2КЬ

Длительность периода отраженного сигнала, пропорциональная скорости движения объекта, представленная цифровым эквивалентом в ЦАП 13, преобразуется также, как и в случае удаления объекта, в аналоговый сигнал и записывается в регистратор 14.

Формула изобретения

Ультразвуковой измеритель виброперемещений, содержащий последовательно электроакустически соединенные излучатель, приемник, экстремальный регулятор и фазовый детектор, задающий генератор, блок сравнения кодов,ключ и последовательно соединенные цифроаналоговый преобразователь и регистратор, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, он снабжен последовательно соединенными счетчиком с переменным коэффициентом пересчета, вход которого подключен к выходу задающего генератора, и делителем, частоты, выход которого связан с входом излучателя и с вторыми входами экстремального регулятора и фазового детектора, блоком измерения периода излученного сигнала, информационный вход которого подключен к выходу делителя частоты, блоком измерения периода отраженного сигнала, информационный вход которого подключен к выходу экстремального регулятора, и элементом ИЛИ, выход которого подключен к управляющим входам цифроана- лотового преобразователя и ключа, подключенного информационным входом к выходу фазового детектора, а выходом - к регистратору, управляющие входы блоков измерения периода излучения приемного и отраженного сигналов связаны с выходом счетчика с переменным коэффициентом пересчета, а выходы - к входам блока сравнения кодов, связанного прямым и инверсным выходами с соответствующим двум управляющим входам счетчика с переменным коэффициентом пересчета и двум входам элемента ИЛИ, а выход блока измерения периода отраженного сигнала подключен к входу цифро- аналогового преобразователя.

Ml

физ.2

шг

и)

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в вибродиагностике, а именно при исследовании параметров виброперемещений. Цель изобретения - повышение точности измерения за счет исключения режима работы фазового детектора с нелинейными искажениями. Излучаемый и отраженный сигналы от объекта 5 сравниваются по фазе в фазовом детекторе 8. Экстремальный регулятор 7 поддерживает равенство амплитуд входных сигналов фазового детектора 8, что уменьшает его нелинейные искажения. При достаточно больших скоростях движения объекта 5 сказывается эффект Допплера и частотная модуляция отраженного сигнала приводит к увеличению нелинейных искажений. В этом случае срабатывает блок 11 сравнения кодов сигналов, пропорциональных частотам излучаемого и отраженных сигналов, и фазовый детектор 8 отключается от регистратора 14 с помощью ключа 15. На регистратор 14 поступает в этом случае сигнал с блока 10 измерения периода отраженного сигнала. 2 ил.

Составитель Л.Кондрыкинская Редактор Н.Бобкова Техред л.Сердюкова Корректор М.Самборская

Заказ 136

Тираж 477

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Подписное