Устройство для бесконтактного измерения механических колебаний и перемещений Советский патент 1993 года по МПК G01B21/00 

со

О

VJ

со

о

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в приборах для контроля динамических характеристик элементов приборов и аппаратуры при испытаниях на вибропрочнбсть и ударную прочность, а также для контроля толщины диэлектрических материалов.

Целью изобретения является увеличе-. ние точности и расширение диапазона измерений механических колебаний и перемещений устройства за счет широких пределов рабочего участка передаточной характеристики.

На фиг. 1 представлена функциональная схема устройства для бесконтактного измерения механических колебаний и перемещений; на фиг. 2 - передаточная характеристика устройства для бесконтактного измерения механических колебаний и перемещений,

Устройство для бесконтактного измерения механических колебаний и перемещений содержит генератор 1 опорной частоты, выход которого соединен с вторым входом фазового детектора 2, первый вход фазового детектора соединен с выходом автогенератора 3, с которым связан параметрический датчик смещений А и варикап 11 через емкость С, вход фильтра 5 нижних частот связан с выходом фазового детектора 2, а выход фильтра 5 - с входом усилителя постоянного тока б, который связан с еарикапом 11, первый выход усилителя постоянного тока б соединен с входом анало- го-цифрового преобразователя 7, его выход соединен с входом вычислительного блока 8, выход которого связан с первым входом управляемого усилителя 9, второй вход которого соединен с вторым выходом усилителя постоянного тока 6, выход управляемого усилителя 9 соединен с входом индикатора 10. Последовательно, соединенные фильтр нижних частот 5, усилитель постоянного тока 6 и варикап 11 образуют петлю фазовой автоподстройки частоты.

Устройство для бесконтактного измерения механических колебаний и перемещений работает следующим образом.

Параметрический датчик смещений 4 устанавливают на определенном рабочем расстоянии от контролируемой поверхности. В момент включения устройства для бесконтактного измерения механических колебаний и перемещений возбуждается генератор 1 на частоте f. Элементами настройки частоту автогенератора 3 устанавливают близкой к f. При этом сигналы генератора 1 и автогенератора 3 подаются на фазовый детектор 2, из выходного сигнала которого с помощью фильтра нижних частот 5 выделяется постоянная составляющая, которая усиливается усилителем постоянного тока 6 и воздействует на варикап 11. Его емкость, включенная в контур автогенератора, изменяется таким образом, что фазовый сдвиг между колебаниями генератора опорной частоты 1 и автогенератора 3 устанавливается равным некоторой постоянной величине, необходимой для вхождения системы фазовой автоподстройки частоты в режим захвата. При этом частоты колебаний генераторов 1 и 3 устанавливаются равными f, а фазы колебаний имеют постоянный сдвиг. При перемещениях кон5 тролируемой поверхности относительно параметрического датчика 4 изменяется реактивное сопротивление последнего. Синхронно с изменением реактивного сопротивления параметрического датчика

0 смеще.ний 4 изменяется постоянное напряжение на выходе фазового детектора 2, которое, проходя через фильтр нижних частот 5 и усилитель постоянного тока 6, воздействует на варикап 11 изменяет его емкость

5 таким образом, что мгновенная разность частот колебаний генератора опорной частоты

I и автогенератора 3 остается неизменной. Напряжение, воздействующее на варикап

II и пропорциональное закону перемеще- 0 ний контролируемой поверхности относительно параметрического датчика смещений 4, определяется формулой

Uynr -1/yLn(Ca+/3/ 5), где б - расстояние между контролируемой

5

поверхностью и параметрическим датчиком

смещений 4;

у-параметр варикапа; а - отношение минимальной и максимальной емкости варикапа;

0 ft- коэффициент, зависящий от максимальной емкости варикапа, площади поверхности параметрического датчика смещений.

Данная зависимость является переда

5 точной характеристикой устройства для бес- контактного измерения механических колебаний и перемещений. На характеристике (фиг. 2) точке А соответствует рабочий зазор между датчиком 4 и контролируемой

0 поверхностью. При изменении этого расстояния рабочая точка перемещается между точками В и С, которые соответствуют границам рабочей части передаточной характеристики. Переменная составляющая этого

5 выходного напряжения подается на второй вход управляемого усилителя 9, где усиливается и подается на индикатор 10. Индикатор проградуирован в единицах длины. Для сохранения линейности преобразования в широком диапазоне измеряемых перемещений сигнал с первого выхода усилителя по- стоянного тока 6 подается на вход аналого-цифрового преобразователя 7. Цифровой код, соответствующий положению точки А на передаточной характеристике, подается на вход вычислительного блока 8, где формируется корректирующий сигнал. Корректирующий сигнал подается на первый вход управляемого усилителя 10 и изменяет его коэффициент усиления таким образом, что зависимость между выходным сигналом управляемого усилителя 9 и измеряемым перемещением линейна.

Устройство для бесконтактного измерения механических колебаний и перемещений имеет большой динамический диапазон благодаря широким пределом рабочего участка передаточной характеристики устройства. Высокая помехоустойчивость устройства для бесконтактного измерения механических колебаний и перемещений обеспечивается применением кварцевой стабилизации частоты генератора опорной частоты и использованием принципа фазовой автоподстройки частоты. Так как зависимость между выходным сигналом управляемого усилителя 9 и измеряемым перемещением линейна и стабильна благодаря высокой помехоустойчивости

устройства, отпадает необходимость в периодической градуировке прибора в отличие от известных устройств. Эксплуатация показала высокую надежность и оперативность устройства.

Формула и зобретения Устройство для бесконтактного измерения механических колебаний и перемещений, содержащее автогенератор, индуктивность колебательного контура которого является параметрическим датчиком смещений, последовательно соединенные фильтр нижних частот, усилитель постоянного тока, управляемый усилитель и индикатор, варикап, связанный с усилителем постоянного тока, отличающееся тем, что, с целью увеличения точности и расширения диапазона измерений, оно снабжено последова- тельно соединенными генератором

опорной частоты и фазовым детектором, последовательно соединенными аналого- цифровым преобразователем и вычислительным блоком, второй вход фазового детектора соединен с выходом автогенератора, выход фазового детектора соединен с входом фильтра нижних частот, вход аналого-цифрового преобразователя соединен с выходом усилителя постоянного тока, выход вычислительного блока соединен с входом

управляемого усилителя.

Изобретение относится к средствам вибрационных измерений и может найти применение для измерения перемещений в любой отрасли машиностроения и приборостроения. В известное устройство введены генератор 1 опорной частоты, фазовый детектор 2, автогенератор 3, фильтр 5 нижних частот, усилитель 6 постоянного тока и ва- рикап 11, который включен в контур автогенератора. Эти элементы образуют систему, реализующую один из возможных методов осуществления принципа фазовой автоподстройки частоты, применение которого позволяет расширить диапазон измеряемых перемещений. 2 ил. ел с