Устройство для бесконтактного измерения частоты вращения роторных машин Советский патент 1992 года по МПК G01P3/48 

. Л

Фиг 1

xj О СЛ

XI Оч

ю

Изобретение относится к средствам контрольно-измерительной технике и может быть использовано для измерения бесконтактным путем частоты вращения роторных машин, например турбокомпрес- соров дизелей.

Известно устройство для бесконтактного измерения частоты вращения турбокомпрессора, содержащее магнитный замыкатель, индуктивный датчик, усилитель, формирователь, импульсный счетчик 1.

Недостатком устройства являются большая трудоемкость при установке магнитного замыкателя и индуктивного датчика на объекте, а также узкие функциональные возможности использования, так как большинство конструкций турбокомпрессоров не обеспечивает требуемой контролепригодности.

Наиболее близким по технической сущ- ности является устройство для бесконтакт- ного измерения частоты вращения роторных машин, содержащее последовательно соединенные микрофон, усилитель, смеситель, выход которого соединен с вхо- дом фильтра нижних частот, выход которого соединен с входом амплитудного детектора, перестраиваемый генератор, выход которого соединен с вторым входом смесителя, регистратор 2.

С помощью этого устройства регистрируют спектрограмму шума машины и определяют роторную частоту.

Недостатком устройства является низкая точность при большой девиации контро- лируемой частоты вращения.

Целью изобретения является повышение точности измерений.

Цель достигается тем, что в устройство для бесконтактного измерения частоты вра- щения роторных машин, содержащее по- cлeдoвateльнo соединенные микрофон и усилитель, двухвходовой смеситель, выход которого подсоединен через фильтр нижних частот к входу амплитудного детектора, ча- стотомер, перестраиваемый генератор, выход которого подключен к первому входу смесителя и частотомеру, дополнительно введены фильтр верхних частот и последовательно соединенные амплитудный диск- риминатор и интегратор, при этом выход усилителя через фильтр верхних частот подсоединен к, второму входу смесителя, а выход амплитудного детектора подсоединен к входу амплитудного дискриминатора, при- чем вход перестраиваемого генератора подключен к выходу интегратора.

На фиг. 1 представлена структурная схема устройства; на фиг. 2 даны временные диаграммы, поясняющие его работу.

Устройство содержит микрофон 1, усилитель 2, фильтр 3 верхних частот, смеситель 4, фильтр 5 нижних частот, амплитудный детектор 6, амплитудный дискриминатор 7, интегратор 8, перестраиваемый генератор 9, частотомер 10. Выход микрофона 1 соединен последовательно через усилитель 2, фильтр 3 верхних частот с первым входом смесителя 4, выход которого соединен последовательно через фильтр 5 нижних частот, амплитудный детектор 6 с входом амплитудного дискриминатора 7. Выход амплитудного дискриминатора 7 соединен с входом интегратора 8, выполняющего функцию элемента, управляющего перестраиваемым генератором. Выход интегратора 8 соединен с управляющим входом перестраиваемого генератора 9, выход которого соединен с вторым входом смесителя 4 и входом частотомера 10.

Устройство работает следующим образом. При измерениях частоты вращения, например по лопаточной частоте турбокомпрессора, микрофон 1 устанавливают вблизи воздухозаборной части. Аэродинамический шум, сопровождающий работу турбокомпрессора, преобразуется с помощью микрофона 1 в электрический сигнал, который усиливается усилителем 2 и поступает на вход фильтра 3 верхних частот. С выхода фильтра верхних частот сигнал, содержащий шумовую составляющую и периодическую составляющую, частота которой пропорциональна измеряемой скорости вращения, поступает на один из входов смесителя 4 (фиг. 2а). При запуске с момента t to напряжение, меняющееся по линейному закону от времени, с выхода интегратора 8 поступает на управляющий вход перестраиваемого генератора 9 (фиг. 26). Закон изменения частоты перестраиваемого генератора 9 аналогичен закону изменения напряжения на его управляющем входе (фиг. 2в). С выхода перестраиваемого генератора 9 сигнал с частотой, линейно изменяющейся во времени, поступает на другой вход смесителя 4. Вследствие инерционности фильтра 5 нижних частот и амплитудного детектора 6 сигнал на его выходе имеет временную задержку At относительно сигнала на выходе смесителя 4. Через время задержки после совпадения частоты генератора fr с лопаточной частотой fn турбокомпрессора на выходе фильтра 5 нижних частот имеем сигнал с нулевой разностной частотой, а через время А т на выходе амплитудного детектора 6 получим максимальный отклик сигнала, затем амплитуда сигнала будет уменьшаться (фиг. 2г).3а время A t частота fn генератора 9 превысит лопаточную на величину A f. После получения максимального отклика сигнала на входе амплитудного детектора срабатывает амплитудный дискриминатор 7 и сигнал вы- сокого уровня с его выхода поступает на вход интегратора 8 (фиг. 2д). По этому сигналу напряжение на выходе управляющего элемента начинает линейно уменьшаться во времени, вследствие чего уменьшается частота перестраиваемого генератора 9. Амплитуда сигнала на выходе амплитудного детектора 6 начинает возрастать, при этом лопаточная частота f л вследствие инерционности схемы превы- сит частоту генератора fr2 на величину Af. После прохождения минимальной амплитуды сигнала на выходе детектора 6 вновь срабатывает амплитудный дискриминатор 7 и по его сигналу низкого уровня формирует- ся линейно возрастающее во времени напряжение на выходе интегратора 8, а частота генератора 9 начинает возрастать, и цикл работы устройства повторяется. Таким образом, частота перестраиваемого ге- нератора 9 качается около лопаточной частоты.

Отсчет измеренной лопаточной частоты турбокомпрессора по показаниям частотомера производится по формуле fn -

fri + fr2 и

я--. Частота вращения турбокомпрессора ft fn/m, где т - число лопаток его рабочего колеса.

Изобретение позволяет многократно сократить время измерений и повысить точность, снизить погрешность измерения частоты турбокомпрессора до 0,1-0,5%, повысить возможности контроля, обеспечить возможность диагностирования дизельных двигателей по параметрам частоты вращения турбокомпрессора на переменных режимах.

Формула изобретения Устройство для бесконтактного измерения частоты вращения роторных машин, содержащее последовательно соединенные микрофон и усилитель, двухвходовой смеситель, выход которого подсоединен через фильтр нижних частот к входу амплитудного детектора, частотомер, перестраиваемый генератор, выход которого подключен к первому входу смесителя и входу частотомера, отличающееся тем, что, с целью повышения точности, оно дополнительно содержит фильтр верхних частот и последовательно соединенные амплитудный дискриминатор и интегратор, при этом выход усилителя через фильтр верхних частот подсоединен к второму входу смесителя, а выход амплитудного детектора подсоединен к входу амплитудного дискриминатора, причем вход перестраиваемого генератора подключен к выходу интегратора.

Использование: измерительная техника, измерение частоты бесконтактным способом. Сущность изобретения: устройство содержит микрофон 1, усилитель 2, фильтр верхних частот, смеситель 4, фильтр 5 нижних частот, амплитудный детектор 6, амплитудный дискриминатор 7, интегратор 8, перестраиваемый генератор 9, частотомер 10. 2 ил.

°,

Л lAMMMiW- WWWvWv7

Фиг.