Устройство измерения параметров дисбаланса Советский патент 1993 года по МПК G01M1/22 

Изобретение относится к измеритель- нойтехнике и может найти применение при проектировании и реализации станков для динамической балансировки якорей коллекторных электродвигателей.

Известно устройство измерения параметров дисбаланса изделий, содержащее датчик дисбаланса, два канала измерения ортогональных составляющих дисбаланса, выполненные каждый в виде последовательно соединенных аналоговых умножите- ля, связанного выходом с датчиком дисбаланса и интегратора, сумматора, связанные с ним регистратор величины дисбаланса, а также последовательно соединенные датчик опорного сигнала и формирователь ортогональных опорных сигналов, выходы которого связаны со вторыми входами аналоговых умножителей и блока измерения угла дисбаланса, а входы сумматора

подключены к выходам аналоговых интеграторов.

Недостатком известного устройства является погрешность измерения угла дисбаланса, обусловленная нелинейностью сумматора и блока измерения угла дисбаланса.

Известно также устройство для измерения параметров дисбаланса, содержащее датчик дисбаланса, соединенный с ним масштабно-временной преобразователь, два канала измерения ортогональных составляющих дисбаланса, выполненные каждый в виде последовательно соединенных аналоговых умножителей, связанных входом с выходом масштабно-временного преобразователя, двух интеграторов, двух инверторов, двух ключей, а также двух вторых аналоговых ключей, связанных сигнальными входами с выходами интеграторов соответственно, а выходами - с выходами первых

Ч

ю ел ы

со

ключей соответственно, датчик опорного сигнала, связанный с ним формирователь ортогональных опорных сигналов, входы которого связаны со вторыми входами аналоговых умножителей, последовательно соединенный сумматор, фильтр низких частот и регистратор величины дисбаланса, последовательно соединенный импульсный генератор, делитель частоты и дешифратор, выходы которого соответственно подключены к объединенным вместе управляющим .входам ключей, причем выходы последних связаны со входами сумматора. Кроме того, устройство содержит блок измерения угла дисбаланса, выполненный в виде последовательно соединенных ограничителя, RS- триггера, ключа, счетчика импульсов и цифрового индикатора угла, вход ограничителя связан с выходом фильтра низких частот, второй вход RS-триггера - с первым входом дешифратора, сигнальный вход ключа-с пыходом импульсного генератора 121.

Преимуществом известного устройства является исключение погрешностей, обусловленных зависимостью коэффициента преобразования дополнительных аналоговых умножителей от амплитуды опорного сигнала.

Однако известное устройство обладает погрешностями измерения величины угла дисбаланса, свойственными аналоговым решающим цепям, Эти погрешности определяются температурной зависимостью параметров -аналоговых электронных элементов, а также влиянием величины напряжения ГШТсЭНИЯ.

Наиболее Слизким по технической сущности к предлагаемому устройству является устройство, содержащее датчики дисбаланса, связанный с ними измерительный прибор с аналого-цифровым преобразователями, дагчик отметки угла, соединенный с ним счетчик, генератор опорного сигнала, выход которого соединен со вторым входом счетчика и приемник информации, а также процессор с блоком памяти, связанными с выходом счётчика двумя угловыми и одним частотным буферными регистрами, входы разрешения записи двух первых регистров соединены с измерительным прибором, а третьего - с датчиком отметки угла, модулем интерфейса, связывающим входы всех буферных регистров и аналого-цифровых преобразователей с процессором и приемником информации и элементом задержки; вход которого соединен с выходом датчика отметки угла, а выход - с обнуляющим входом счетчика, генератор опорного сигнала выполнен в виде электронного блока с фиксированной рабочей частотой, лежащей в пределах

. V f

V,

где п - разрядность счетчика и процессора, V- частота вращения якоря, Гц. Работает известное устройство следующим образом,

Балансируемый якорь устанавливают в опоры и разгоняют до частоты вращения при балансировке. Затем процессор через интерфейс опрашивает анэлого-цифровые преобразователи и буферные регистры.

5 Счетчик регистрирует импульсы генератора опорного сигнала и передзет код в регистры при поступлении сигнала разрешения записи, который формируется из импульсов дисбаланса. Запись в буферные регистры

0

5

осуществляется сигналом с датчика отметки угла. Тем же сигналом, задержанным во.вре- мени, производится обнуление счетчика. Код из буферных регистров процессор делит на код частоты вращения, в результате чего получает нескорректированные углы

дисбаланса для обеих плоскостей коррекции. Далее в цикле повторяется опрос буферных регистров. В этом же цикле вычисляются и накапливаются значения не0 корректированных углов, которые в конце цикла усредняются, а результат умножается на 360° для получения значения этого угла в градусах, Далее устройство производит по эталонному якорю определение константы

5 для коррекции фазового сдвига. После измерения процессор производит коррекцию угла дисбаланса обеих плоскостей и выдает их значения через интерфейс в регистрирующее устройство.

0 Недостатком известного устройства является то, что погрешность определения угла обусловлена погрешностью формирования импульсов дисбаланса, особенно при наличии шумов в сигнале дисбаланса. Кро5 ме того, применение нескольких анэлого- цифровых преобразователей усложняет схему устройства и вносит дополнительные погрешности в результаты определения величины дисбаланса.

0 Цель изобретения - повышение точности и надежности.

Эта цель достигается тем, что устройство снабжено аналоговым коммутатором, входы которого соединены с датчиком дис5 баланса, а выход - с входом аналого-цифро- вого преобразователя, и соединенными датчиком углового положения и делителем частоты, которого соединен с интерфейсом, а вход - с входом пуска анэлогоцифрового преобразователя, соединенного через интерфейс с микропроцессором, порт вывода которого соединен с управляющим входом аналогового коммутатора и входами блока отображения информации.

Структурная схема предлагаемого устройства приведена на фиг. 1. Устройство содержит датчики 1 и 2 дисбаланса, взаимодействующие с технологическими опорами (условно не показано), аналоговый коммутатор 3, аналоговые входы которого соединены с выходами датчиков 1 и 2 дисбаланса, датчик А углового положения, взаимодействующий с пазами балансируемого якоря, делитель частоты 5, вход которого соединен с выходом датчика 4 углового положения, аналого-цифровой преобразователь б, аналоговым входом соединенный с выходом аналогового коммутатора 3, а входом пуска - с выходом датчика 4 углового полржения, а также микроЭВМ 7, соединенная через интерфейс 8 выходом делителя частоты 5, выходом сигнала готовности и с шинной информационного выхода аналого- цифрового преобразователя 6, при этом по pi вывода микроЭВМ 7 подключен к управляющему входу аналогового коммутатора .3 и к устройству отображения информации 9.

Предлагаемое устройство работает еле- дующим образом. Балансируемый якорь устанавливают в технологические опоры и приводят во вращение. Колебательные движения опор, взаимодействующих с датчика- ми 1 и 2 дисбаланса, преобразуются последними в электрический сигнал. По сигналу из внешнего устройства (условно не показано) микроЭВМ 7 начинает выполнять процедуру приема и обработки измерительной информации, которая заключается в следующем, При вращении якоря (условно не показано) датчик 4 углового положения взаимодействует с пазами вращающегося якоря, например, с пазами коллектора. На выходе датчика 4 углового положения при- сутстйуют импульсы напряжения с частотой следования в Р раз больше частоты вращения яКоря (Р - число пазов). МикроЭВМ 7 через порт вывода подает сигнал управления на управляющий вход аналогового ком- мутатора 3, при этом выход датчика 1 дисбаланса подключается к аналоговому входу аналого-цифрового преобразователя 6. Затем микроЭВМ 7 через интерфейс 8 ожидает появления логической единицы на выходе делителя частоты 5, коэффициент деления которого задается равным Р. Таким образом микроЭВМ 7 осуществляет синхро- низац ю приема измерительной информации с началом каждого периода вращения

якоря. Для того, чтобы начало каждого периода вращения якоря имело соответствие с системой координат якоря, вращающейся вместе с ним, на якорь наносят каким-либо способом, например крашением, метку и перед измерением параметров дисбаланса якорь устанавливают в технологических опорах так, чтобы метка располагалась напротив чувствительного элемента датчика 4 углового положения. После появления логической единицы на выходе делителя частоты 5 микроЭВМ 7 переходит к ожиданию сигнала готовности от аналого-цифрового пре- об.разовэтеля 6. Запуск последнего осуществляется импульсами с выхода датчика 4 углового положения. Получив сигнал готовности от аналого-цифрового преобразователя 6, микроЭВМ 7 через интерфейс 8 принимает значение цифрового отсчета сигнала дисбаланса., после чего происходит сброс сигнала готовности аналого-цифрового преобразователя 6. Принятое значение отсчета запоминается в блоке памяти микроЭВМ 7, которая вновь переходит к ожиданию сигнала готовности от аналого-цифрового преобразователя 6, и микроЭВМ 7 каждый раз осуществляет через интерфейс 8 прием и запоминание значения отсчета аналогового сигнала дисбаланса. Таким образом микроЭВМ 7 последовательно вводит и запоминает данные с аналого-цифрового преобразователя б во всех Р точках отсчета первого оборота якоря. После этого микро- ЭВМ вновь переходит к ожиданию логической единицы на выходе делителя частоты 5. По получении этого сигнала микроЭВМ 7 опять через интерфейс 8 последовательно вводит данные с аналого-цифрового преобразователя 6, полученных в Р последовательных точках отсчета второго периода. При этом производится подсуммирование значений каждой точки отсчета к предыдущим значениям в этой точке отсчета. Таким образом в течение М периодов микроЭВМ 7 формирует Р сумм отсчетов сигнала дисбаланса. Затем каждая сумма преобразуется в среднее арифметическое значение по формуле:

Ui(2)

:.-,ls

м

где Ui{2) - среднее арифметическое значение суммы 1-го отсчета 0 0, 1, 2... Р-1) первой (второй) плоскости измерения.

М - число периодов, в течение которых проводилось формирование отсчетов;

Ut(2) - 1-е значение отсчета в j-м периоде первой (второй) плоскости (j О, 1, 2..., М-1).

Далее микроЭВМ 7 через порт вывода подает управляющий сигнал на вход управления аналогового коммутатора 3, при этом происходит отключение выхода датчика 1 дисбаланса от аналогового входа аналого- цифрового преобразователя 6 и подключение к этому входу выхода датчика 2 дисбаланса. МикроЭВМ 7 вновь переходит в режим синхронизации, ожидая логической единицы на выходе делителя частоты 5. по обнаружению которого производит прием и подсуммирование Рх М выборок аналогового сигнала датчика 2 дисбаланса. По окончаний приема и подсуммирования данных M-го периода микроЭВМ.7 вычисляет по формуле (1) среднее арифметическое значение для каждого из Р-отсчетов,

Затем из полученных усредненных значений Р отсчетов для каждой плоскости измерения микроЭВМ 7 производит вычисление синусной Ai{2) и косинусной В 1(2) составляющих ряда Фурье в соответствии с соотношениями:

A1{2)PЈ1 U 1(2) Singer-1 .

U 1(2} COSI

Индексы 1 и 2 указывают, что соотношение относится в первой (второй) плоскости измерения соотпетственно.

Для исклщчения сложных арифметических вычислений и сокращения времени

функции sin ---р--. cos -р- представлены таблично и хранятся в блоке памяти микроЭВМ.

Значение арктангенса угла дисбаланса для кэхсдой плоскости измерения вычисляется rio следующему соотношению:

min

-Mil1 Bl(lii

(-Тйв5Гт ТГ7ГВТЩ

Полученное по данному соотношению значение арктангенса угла дисбаланса для

обеих плоскостей измерения являются нормированными в пределах арктангенсов угЖ лов 0 - -тт. Из таблиц, хранящихся в блоке

памяти, микроЭВМ 7 в однозначном соответствии с полученными значениями арктангенсов выбирает нормированные

„ ft значения углов в пределах 0 - и соответствуЮщие им коэффициенты нормирования модуля дисбаланса. Затем микроЭВМ 7 производит вычисление модуля Dtp) дисбаланса для каждой плоскости по формуле:

Di(2) max{ Ai(2) I, iBip) (2)

где Ki( коэффициент нормирования модуля для первой (второй) плоскости измерения. - ,,-..

По соотношению между модулями тригонометрических составляющих каждой плоскости измерения с учетом их знака мик- j роЭВМ 7 определяет реальный угол дисба-. ланса в каждой плоскости.

Полученные таким образом значения величины и фазы дисбаланса обеих плоскостей измерения передаются через порт вывода в устройство 9 отображения информации. При необходимости может

быть произведена коррекция вычисленных значений углов,

Предлагаемое устройство обладает рядом преимуществ: простота конструкции

обеспечивает повышенную надежность; измерительная цепь не содержит частотно-зависимых, компонентов, следовательно - она не вносит амплитудно-фазовых погрешностей э конечный результат измерения; применение операции усреднения значений отсчетов и дискретного преобразования Фурье позволяет достаточно эффективно выделять полезны-й сигнал в условиях наличия помех, в том числе и с кратными частотами; формирование импульсов запуска аналОго-цифрового преобразователя 6 осуществляется посредством взаимодействия пазов якоря и датчика углового положения, что также приводит к повышению точности

и надежности результатов измерения в условиях непостоянства частоты вращения якоря.

Формула изобретения Устройство измерения параметров дисбаланса, содержащее датчики дисбаланса, анэлого-цифровой преобразователь, микропроцессор с блоком памяти и портом выво- дЈ, связанный с микропроцессором интерфейс и блок отображения информации, отличающееся тем, что, с целью повышения точности и надежности, оно снабжено аналоговым коммутатором, входы которого соединены с датчиками дисбаланса, а выход - с входом анялого-цифрового преобразователя, и соединенными датчиком углового положения и делителем частоты, выход которого соединен с интерфейсом, а вход с входом пуска ана- лого-цифрового преобразователя, соединенного через интерфейс с микропроцессором, порт вывода которого соединен с управляющим входом аналогового коммутатора и входами блока отображения информации.

Изобретение относится к балансировочной технике. Цель изобретения - повышение точности и надежности в условиях изменения частоты вращения. Колебания опор воспринимают датчики 1, 2 дисбаланса, а информацию о частоте вращения - датчик 4 углового положения. МикроЭВМ 7 через порт вывода управляет работой аналогового коммутатора 3. соединенного с аналого-цифровым преобразователем 6. Результаты с выхода микроЭВМ 7 поступают на блок 9 отображения информации. 1 ил.