Устройство для измерения виброускорения Советский патент 1980 года по МПК G01P15/08 

Изобретение относится к области измерения параметров движения, в частности к измерителям виброускорения.

Известны измерители ускорения, содержащие измерители скор;ости с частотным выходом и опорным Генератором. Для повышения быстродействия таких измерителей в качестве частотного датчика скорости используют источник электромагнитных колебаний, в частности оптический квантовый генератор, приемник излучения и блок обработки частотных сигналов 1. Недостатком известного устройства является трудность фокусировки на объекте измерения из-за конструктивного разделения источника и приемника излучения, возможность измерения только амплитуды виброускорения и малая дальность действия в средах с ограниченной прозрачностью.

Предлагаемое устррйство снабжено последовательно соединенными четырьмя время-импульсными преобразователями и блоком памяти, а также вычитателем, входы которого подключены к выходам четвертого преобразователя и блока памяти, а выход связан с индикатором виброускорения.

На фиг. 1 представлена упропденная схема предложенного устройства; на фиг. 2 - то же, структурно-функпиональная схема.

Устройство для измерения виброускорений (фиг. 1) содержит блок 7 излучения и приема электромагнитных колебаний, СВЧ-генератор 2, У-циркулятор 3, смсси5 тель 4, амплитудный селектор 5, блок 6 обработки импульсных сигналов н индикатор 7 виброускорений. Исследуемый объект 8 крепится на вибростене 9 или каком-либо ином источнике вибраций.

10 Блок обработки импульсных сигналов (фиг. 2) образован время-импульсными преобразователями 10-13, блоком памяти 4 и вычитателем /5. Каждый преобразователь 10 (11-13) содержит операционный усилитель ОУ1 (ОУ2, ОУЗ. ОУ4) с выходньш сопротивлением R1 (R3, R6, R8) и интегрирующей цепочкой обратной связи CIR2 (C3R4, C4R5, C6R7) и два ключа Кл.1. Кл.2 (Кл.З, Кл.4, Кл.5, Кл.6, Кл.7, Кл.8). К выходу первого 10 и третьего 12 преобразователей подключены конденсаторы С2 и С5. Второй преобразователь // снабжен управляющим триггером Тр и блоком уставки 16, который устанавливает порог срабатывания

25 ключа Кл.4. Входные сопротивления R1, R6 преобразователей 10 « 12 подключены к источнику эталонного напряжения ЕО (на фиг. 2 не показан).

Устройство работает следующим обра30 зом (см. фиг. 2). Генератор электромагнитных волн S является источником СВЧ-колебаний. Его энергия поступает в нервое плечо У-циркулятора 3 и передается далее во второе плечо, не поступая в третье. Развязка плеч У-циркулятора обеспечивается за счет различия фазовых скоростей волн, обегающпх ферритовый стержень. Измеряемый объект, находящийся в движении, облучается сфокусированными блоком излучения и приема электромагнитных волн /, СВЧ-колебаниями. В результате /асть электроэнергии отрал ается и в сторону блока /. Смещение фазы г отраженном колебании при движении объекта составит -г-5.,.р(/;, где Sn,,,(t) - закон движения исследуемого объекта. Изменение фазы во времени эквивалентно возникновению колебаний с частотой: -rru(5iicp(0 dt где АО - длина волны генератора электромагнитных волн. За счет конечной величины развязки между первым и третьим плечами У-циркулятора 3 в третье плечо К-циркулятора поступает отраженный от объекта сигнал и просочившийся от генератора за счет конечной развязки плеч циркулятора сигнал. В результате этого на выходе смесителя 4 имеем: f/r/j -j f Uo(i) U.,(t)dt. В селекторе 5 из сигнала, поступившего со смесителя 4, формируются импульсы, фроиты которых соответствуют моментам перехода фазы через ноль, а частота этой импульсной последовательности характеризует скорость объекта: где Vf - радиальная скорость объекта измерения.

Эта импульсная последовательность далее поступает на преобразователь 10. В исходном состоянии Кл.1 открыт, а Кл.2 закрыт. При поступлении на вход преобразователя 10 импзльса длительностью Т Кл.1 переходит в закрытое состояние, а Кл.2 открывается. В результате на преобразователе 10 появляется линейно изменяюш;ееся напряжение:

(8)

tEndt kf.

В результате на его выходе образуется напряжение, пропорциональное квадрату длительности импульса скорости, а следовательно, квадрату скорости, которое запоминается на блоке памяти 14 и подается на первый выход блока вычитания 15. Следующий импульс скорости выдается лишь сп сде ЕО - стабилизированное напряжение питания; Т - время интегрирования. Здесь имеет место преобразование длительности входного импульса, т. е. длительности интерзала перехода фазы сигнала, отраженного от исследуемого объекта через ноль, в соответствующее напряжение U. По окончании и.мпульса длительностью Т ключи Кл.1 и Кл.2 возвращаются в исходное состояние, в результате на конденсаторе С2 хранится напряжение lJ EuTIRlCl до прихода следующего импульсного сигнала. Обнуление С2 осуществляется низкИ|М выходным сопротивлением операционного усилителя ОУ. Сигнал с С2 поступает на вход преобразователя //. В исходном состоянии Кл.З открыт, а Кл.4 закрыт. На вход операционного усилителя ОУ2 через R3 и Кл.З поступает напряжение е С2. В результате на выходе ОУ2 появляется напряжение f/2, скорость из.менения которого пропорциональна а.мплитуде и. При достижении напряжением U- значения, заранее установленного в блоке уставки 16 и заведенного в Кл.4 напряжение С/пор, последний открывается и переворачивает триггер Тр, который закрывает при этом Кл.З. Таким образом на выходе преобразователя // образуется импульс длительностью:Работа третьего преобразователя полностью эквивалентна работе первого преобразователя W и его выходное напряжение: - I соответствует скорости исследуемого объекта. Четвертый преобразователь 13 осуществляет преобразование вида:

тя время, необходимое для того, чтобы фаза отраженного сигнала изменилась на ть что соответствует перемещению измеряемого объекта на величину пути, равную Ло/2.

Таким образом, амплитуда напряжения на выходе блока вычитаиия пропорциональна разности квадратов амплитуд напряжений. Следовательно, образуется напряжение, соответствующее измеряемому ускорению:

(а

JS

гдеНа - ускорение объекта;

V и Vz - скорости объекта для t. и

Т соответственно; 5 - константа пути, равная ло/2. Описанное устройство позволяет производить бесконтактное определение текущего значения и знака ускорения контролируемого объекта на расстоянии О-100 м с точностью не хуже 2% в средах с нормальней и ограниченной радиопрозрачностью, что достигается использованием предложенной схемы обработки сигнала. Известное же устройство фиксирует лишь экстремальные значения ускорения для колебательных законов перемещения малой амплитуды, в частности, вследствие ограниченной апертуры приемной части.

Одновременно снижается в 3-5 раз вес за счет конструктивного объединения приемно-передающего блока и использования иолосковых и интегральных микросхем.

Формула изобретения

Устройство для измерения виброускорения, содержащее СВЧ-генератор, блок излучения и приема электромагнитных волн. Y-циркулятор, плечи которого подключены к генератору, смесителю и блоку излучения и приема, связанный с выходом

смесителя амплитудный селектор и индикатор виброускорения, отличающееся тем, что, с целью обеспечения виброускорений произвольной формы, оно снабжено последовательно соединенными четырьмя

вре.1яилгаульсными преобразователями и блоком памяти, а также вычитателем. входы которого подключены к выходам четвертого преобразователя и блока памяти, а выход связан с индикатором виброускорения.

Источник пнформацит, принятый во внимание при экспертизе:

1. Авторское свидетельство СССР

До 373624, кл G 01 Р 15/08, 08.11.71.

LiI -

М.Г1: