Радиоволновый тахометр Советский патент 1991 года по МПК G01P3/48 

Изобретение относится к измерительной технике, в частности используется для бесконтактного измерения частоты вращения валов различных машин и агрегатов.

Цель изобретения - повышение достоверности измерений путем аппаратной настройки системы фазовой автоподстройки на нужную частоту измерения.

На чертеже представлена структурная схема радиоволнового тахометра.

Радиоволновый тахометр содержит приемопередающую антенну 1 с подключенными к ней генератором 2 сверхвысокой частоты (СВЧ) и смесителем 3, полосовой перестраиваемый фильтр 4, включенный между выходом смесителя 3 и входом усилителя 5 с автоматическим регулированием усиления (АРУ), выход которого соединен со входами порогового формирователя 6, формирователя 7 импульсов по огибающей выходного сигнала, фазового детектора 8, синхронного детектора 9, выход которого соединен с индикатором 10, выход порогового формирователя 6 соединен с входом преобразователя 11 частота - напряжение, выход которого соединен с вторым входом формирователи 7 импульсов по огибающей входного сигнала, выход которого соединен с входом преобразователя 12 частота - напряжение, выход которого соединен с вторым входом генератора 13. управляемого напряжением (ГУН), между первым входом которого и выходом фазового детектора 8 включен фильтр 14 низкой частоты. Выход ГУН 13 соединен с делителем 15 частоты на п и блоком 16 ввода коэффициентов деления, к выходу которого подключен частотомер 17. Выход делителя 15 частоты на п соединен с входом фазовращателя 18 на 90°и вторым входом фазового детектора 8.

О XI О О

Второй вход синхронного детектора 9 соединен с выходом фазовращателя 18.

Радиоволновый тахометр работает следующим образом.

СВЧ-энергия с выхода генератора 2 по- ступает в приемопередающую антенну 1, которая излучает энергию в направлении объекта измерения. Отраженный промоду- лированный сигнал принимается на антенну и поступает в смеситель 3. С выхода смесителя низкочастотный сигнал поступает на вход полосового фильтра 4, где осуществляется предварительная грубая его фильтрация. С выхода фильтра сигнал поступает на вход усилителя с АРУ 5. С выхода усилителя с АРУ 5 сигнал поступает на входы синхронного детектора 9, фазового детектора 8, формирователя 7 импульсов по огибающей входного сигнала и порогового формирователя 6. Формирователь 7 импуль- сов формирует на своем выходе прямоугольные импульсы с частотой, соответствующей частоте первой гармоники входного сигнала. Так как радиоволновый тахометр работает в широкой полосе частот (типовое значение 5 Гц - 20 кГц), существует необходимость хотя бы грубой (в пределах декады) подстройки постоянной времени разряда пиковых детекторов в формирователе импульсов по огибающей входного сигнала в зависимо- сти от частоты входного сигнала. Пороговый формирователь 6 и подключенный к его выходу преобразователь 11 частота - напряжение выполняют эту функцию. Пороговый формирователь 6 по входному сигналу, по- ступающему с выхода усилителя 5 с АРУ, формирует последовательность импульсов с частотой, равной (в случае монохроматического входного сигнала) или кратной (в случае входного сигнала сложного спект- рального состава) частоте первой гармоники входногосигнала. Эта последовательность поступает на вход преобразователя 11 частота - напряжение, на входе которого формируется постоянное напряжение, пропорциональное частоте входных импульсов. Выход преобразователя 11 частота - напряжение подключен к второму входу формирователя 7 импульсов по огибающей входного сигнала Этот вход и является входом подстройки постоянной времени этого формирователя. С увеличением частоты входного сигнала увеличивается постоянное напряжение на выходе преобразователя 11 частота - напряжение и, соответ- ственно, на затворах полевых транзисторов в формирователе 7 импульсов по огибающей входного сигнала, подключенных параллельно емкости в пиковых детекторах этого формирователя. Сопротивление полевых

транзисторов падает, что приводит к уменьшению постоянной времени цепи разряда пиковых детекторов. С выхода формирователя 7 импульсов по огибающей входного сигнала последовательность импульсов с частотой первой гармоники входного сигнала поступает на вход преобразователя 12 частота - напряжение. Выходное напряжение преобразователя 12 частота - напряжение, пропорциональное частоте входных импульсов, поступает на второй вход ГУН 13. Сигнал с выхода ГУН 13 через делитель 16 на п подается на второй вход фазового детектора 8. При совпадении частоты сигнала на выходе делителя 15 на п с частотой первой гармоники спектра отраженного сигнала происходит захват ее на сопровождение. При этом фазовый детектор 8 через фильтр 14 нижних частот управляет частотой генератора опорного напряжения так, что частота генератора в п раз больше частоты захваченной гармоники. При изменении частоты захваченной гармоники система фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ), состоящая из фазового детектора 8, фильтра 14 низкой частоты, ГУН 13, делителя 15 на п, будет отслеживать изменение частоты входного сигнала в пределах полосы удержания. Параллельно с системой ФАПЧ отслеживание захваченной гармоники осуществляет узел захвата, состоящий из порогового формирователя 6, формирователя 7 импульсов по огибающей входного сигнала, преобразователей 11 и 12 частота - напряжение. Совместная работа узла слежения с системой ФАПЧ обеспечивает автоматическую настройку на входной сигнал и слежение за ним в пределах всего рабочего диапазона, не только в пределах полосы удержания при использовании системы ФАПЧ.

На второй вход синхронного детектора 9 подается опорный сигнал с выхода делителя 15 на п, сдвинутый по фазе на 90°. В момент захвата первой гармоники входного сигнала на выходе синхронного детектора 9 появляется постоянное напряжение, поступающее на индикатор 10 захвата на сопровождение.

Использование делителя на п позволяет подавать на частотомер сигнал с частотой в п раз выше частоты измеряемой гармоники и, следовательно, повысить точность измерения.

При малой амплитуде первой гармоники во входном сигнале по сравнению, на- пример с шестой (для шестилопастной турбины или вентилятора), что может иметь место при тщательном изготовлении турбины без биения вала или при невозможности

обеспечитьнужный угол облучения, удобно проводить измерения шестой лопаточной гармоники входного сигнала. Для приведения показаний частотомера 17 к истинному значению частоты вращения вала служит блок 16 ввода коэффициентов деления. Формула изобретения Радиоволновый тахометр, содержащий последовательно соединенные приемопередающую антенну, генератор сверхвысокочастотного монохроматического сигнала, смеситель, соединенный вторым входом с антенной, фильтр, усилитель с автоматическим регулированием усилителя, соединенный своим выходом с первыми входами фазового и синхронного детекторов, выход фазового детектора через фильтр низкой частоты соединен с первым входом генератора, управляемого напряжением, выход которого через блок ввода коэффициентов деления соединен с частотомером и через последовательно включенные делитель на п

и фазовращатель с вторым входом синхронного детектора, к выходу которого подключен индикатор, а выход делителя на п соединен с вторым входом фазового детектора, отличающийся тем, что. с целью повышения достоверности измерения за счет автоматической настройки на первую гармонику сложного входного сигнала, в него дополнительно введены пороговый формирователь, формирователь импульсов по огибающей входного сигнала, первый и второй преобразователи частота - напряжение, причем входы формирователей подключены к выходу усилителя с автоматическим регулированием усиления, выход порогового формирователя через первый преобразователь частота - напряжение соединен с вторым входом формирователя импульсов по огибающей входного сигнала, выход которого через

второй преобразователь частота - напряжение соединен с вторым входом генератора, управляемого напряжением.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для бесконтактного измерения частоты вращения валов различных машин и агрегатов. Целью изобретения является повышение достоверности измерений путем автоматической настройки на нужную гармонику входного сигнала. Поставленная цель достигается тем, что в радиоволновый тахометр дополнительно введены пороговый формирователь 6, формирователь импульсов по огибающей входного сигнала 7, первый и второй преобразователи частота - напряжение 11, 12. Пороговый формирователь 6 и подключенный к его выходу преобразователь 10 частота - напряжение осуществляют грубую подстройку постоянной времени разряда пиковых детекторов в формирователе импульсов по огибающей 7, который выделяет первую гармонику входного сигнала и через преобразователь 11 частота - напряжение настраивает систему ФАПЧ на ее автосопровождение, что повышает достоверность измерений и позволяет автоматизировать процесс измерений. 1 ил.