Устройство для измерения и регистрацииВибРОудАРНыХ СигНАлОВ Советский патент 1981 года по МПК G01R19/00 G06F3/00 

Изобретение относится к электроизмерительной технике и предназначено для использования при эксперименташьном исследовании устойчивости различных агрегатов к воздействиям типа ударов, предусматривающим ввод информации от цифровых регистраторов импульсных процессов. Известно устройство для ввода информации в импульсных процессах, содержащее в числе других составных узлов аналого-цифровой преобразователь соединенный с блоком , и пороговый блок, выход которЪго подключен ко входу блока управления записью. Такое устройство может быть использовано для измерения и регистрации виброударных сигналов в широкой полосе частот 1 . Однако его точность оказывается в ряде случаев недостаточной.С большими погрешностями осуществляется, в частности, измерение низкочастотных составляющих сигналов. Кроме того, при применении этого устройства для. выполнения отмеченных выше функций в нем предусматривается большой объе памяти, поскольку частота дискретиза ции выбирается обычно с учетом верхней границы полосы пропускания измерительного тракта. Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является устройство для измерения и регистрации виброударных сигналов, содержащее аналого-цифровой преобразователь, вход которого соединен со входом порогового блока, а выход - с первьвл входом блока памяти, блок управления записью, вход которого подключен к выходу порогового йпока, формирователь адреса, выход которого соединен со вторым входом блока памяти, блок переключения частот, состоящий из дешифратора, подключенного к выходам счетчика импульсов, и ключей, установленных между выходами дешифратора и третьим входом блока памяти I2j. Недостатки указанного устройства также связаны с невысокой точностью измерения низкочастотных составляющих колебаний, содержащихся в широкополосном виброударном .сигнале, на фоне высокочастотных колебаний и с большим объемом регистрируемой информации, обуславливающим нгшичие блока памяти большой емкости. Целью изобретения является повышение точности измерения и сокращение избыточности регистрируемой информа ции. Посхавленная цель достигается те что в устройство для измерения и ре гистрации виброударных сигналов, со держащее аналЬго-цифровой преобразо ватель, вход которого соединен со входом порогового блока, а выход - с первым входом блока памяти, блок управления записью, вход которого подключен к выходу порогового блока формирователь адреса, выход которого соединен со вторым входом блока памяти, блок переключения частот, состоящий из дешифратора, подключенно го к выходам счетчика импульсов, и ключэй, установленных между выходам дешифратора и третьим входом блока памяти, введены полосовые фильтры, усилители, блоки задержки, делитель частоты и дополнительные ключи, причем входы всех полосовых фильтров соединены с общим входом устройства выход первого полосового фильтра под ключен ко входу аналого-цифрового преобразователя через соответствующи усилитель и дополнительный ключ, а выход каждого из остальных полосовых фильтров - через соответствующие уси литель, блок задержки и дополнительн|з1й ключ, выход блока управления записью соединен со входом счетчика им пульсов, входом делителя частоты и четвертым входом блока памяти, выход делителя частоты подключены к управляющим входам блоков задержки и сигнальным входам ключей блока переключения частот, управляющие входы кото рых соединены с выходами дешифратора, а выходы - со входом формирователя адреса. На чертеже представлена функциональная схема предлагаемого устройства для измерения и регистрации виб роударных сигналов. Устройство содержит полосовые фильтры 1,-lj,, усилители , блоки задержки, ключи , аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 5, блок 6 памятиJпороговый блок 7, блок 8 управления записью, счетчик 9 импульсов, делитель частоты 10, блок 11 переключения частот с дешифратором 12 и ключами , формирователь 14 адреса. При реализа дни предлагаемого устройства широкая полоса частот (от нижней границы F до верхней границы Fj), в которой необходимо регистрировать видроударный процесс, разбивается на ряд узких полос f - f. Если -р- К, а число узких полос составляет п, то необходимое число регистрируемых точек процесса N определится выра-; жением N л)- К п , (1) где - - избыточность по опросу. vт. Поскольку к выражение(1 можно переписать в В1аде Минимум N достигается при р L и При измерении и регистрации виброударного сигнала с помощью известных устройств обычно регистрируется процесс на временном участке, равном периоду колебаний на нлжнеГ: частоте, с частотой опроса, выбранной исходя из значения верхней частоты. В этом случае число точек N, которое необходимо зарегистрнроБать, будет разно ,. f;. Разделив выражение (4) на выражение (2) с учетом соотногиения (3) , можно для значений С,. выявить коэффициент выигрыша в объеме регистрируемой информации р . е - , Гц где И - основание натурального логарифма. Известно, что амплитуда ударьюго ускорения является функцией хвадрата частоты колебаний. Поэтому для увеличени точности измерения козффициент усиления сигнала на разных частотах должен быть функцией, об- ратно пропорциональной квадрату частоты. В зтом случае при оптимальном (с точки зрения объема регистрируемой информации) разделений полосы измерения. F,-Fg на п узких полос коэфф.ициент усиления М в каждой полосе частот будет определяться выражением м м, е где г - порядковый номер узкой полосы, начиная с нижней частоты F. (г 1,2,3,.. .,п) . Предлагаемое Устройство работает следующим образом. Электрический сигнал, зквивалентный физической в.еличине виброударного процесса, поступает на п параллельных входов полосовых фильтров , С выхода самого высокочастотного полосового фильтра сигнал направляется ко выходу усилителя 2, усиливается в М, раз и дальше через открытый в это время ключ 4 поступает на вход АЦП 5. Мх новенные значения входного сигнала, представленные в цифровом коде, с выхода АЦП 5 подводятся к блоку 6 памяти. Если амплитуда входного импульсного сигнала превышает уровень запуска порогового блока 7, то последний срабатывает и на блок 8 управления записью поступает разрешение на регистрацию импульса, т.е. блоком 6 памяти начинают записывать ся мгновенные значения импульсного процесса с шагом дискретизащ;и ut . Шаг дискретизации задается блоком 8 управления записью и делителем 10 частоты. На выходе делителя 10 частоты формируется ряд пропорциональных частот дискретизации связанных между собой соотношением Г - Fe , Ч 2 -а где q 1, 2 , . .. ,п. Ряд частот F ,F поступает на Еходы соответствующих ключей ,. Управление ключами 131-13„ осуществляется с помощью дешифратора 12, выходные сигналы которого от крывают тот или иной ключ. При нача ле регистрации виброударного сигнал открыт ключ 13|-, . В связи с этим через него проходят на входы формирователя 14 адреса и блока б памяти синхроимпульсы с частотой следовани Ff, , с помощью которых и задается тр буемый шаг дискретизации сигнала После записи в блоке 6 памяти А выборок (А е V ) счетчик 9 импульсов, наВХОД которого с выхода блока управления записью S поступают импульсы с частотой Ff, -О , переключается и ко входу дешифратора 12 будет подведена другая кодо.зая комбинация. В соответствии с этой новой кодовой комбинацией дешифратор 12 закрывает ключи 4„ и 13 и открывает и 13п--1. К этому времени ключи 4 на- вход ключа 4,, , а следовательно и в ЛЦП 5, поступает измеряемый сигнал, прошедший через более низкочастотный полосовой фильтр 1п--1 7 усилен ный в , раз усилителем 2(,-- и задержанный на время t р блоком 3t задержки. Время задержки входного измеряемого сигнала каждым из блоков задержки задается тактовой частотой, которая подводится к их управляющим входам с делителя 10 частоты и составляет величинуt-,. г- (9) Таким образом, в каждой полосе частот измеряемый сигнал задерживает ся на время,- равное максимальному пе риоду колебаний в предьвдущей более высокой полосе частот. С выхода ключ выборки импульсного измеряемого сигнала с шагом дискретизации, рав2Д1иНЬДМ At и помощью АЦП 5 преобразуются в цифровой код и записываются в блоке памяти 6. В это время на входы формирователя 14 адреса и блока б памяти поступают синхроимпульсы с выхода ключа с частотой следования F . Пос ле записи в блоке б памяти А выборок с частотой дискретизации срабатьавает счетчик 9 импульсов и вышеописанный процесс измерения и регистрации импульсного сигнала в следующей полосе частот повторяется снова, но уже с частотой дискретизации Рц о Fnп-л Регистрация виброударного сигнала будет закончена после того, как в блоке б памяти будут записаны последние Л выборок мгновенных значений импульс ого сигнала в самой низкочастотной полосе, а именно, сигнала, прошедшего через полосовой фильтр 1, усилитель 2 с коэффициентом усиления Л.,, блок 3 задержки с Е 5аА 1 F- ключ 4 и записанного б с шагом дискретизации At.-, Atj-;. Формула изобретения Устройство для измерения и регистрации виброударных сигналов, содержащее аналого-цифровой преобразователь, вход которого соединен со входом порогового блока , а выход - с первым входом блока памяти, блок , управления записью, вход которого под слючен к выходу порогового блока формирователь адреса, выход которого соединен со вторым входом блока памяти, блок переключения частот, состоящий из дешифратора, подключенного к выходам счетчика импульсов,и ключей, установленных между выходами дешифратора и третьим входом блока памяти, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерения и сокращения избыточности регистрируемой информации, в него введены полосовые фильтры, усилители, блоки задержки, делитель частоты и дополнительные ключи, приче входы всех полосовых фильтров соединены с общим входом устройства, выход первого полосового фильтра подключен ко входу аналого-цифрового преобразователя через соответствующие уси;|итель и дополнительный ключ, а выход каждого из остальных полосовых фильтров - через соответствующие усилитель, блок задержки и дополнительный ключ. выход блока управления записью динен со входом счетчика импульсов, входом делителя частоты и четвертым , блока памяти, выходы делителя

частоты подключены к управлянидим входам блоков задержки и сигнальным входам блока переключения частот,, управляющие входы которых соединены с выходами дешифратора, а выходы со входом формирователя адоеса.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Патент США ( 3483528, кл. 340-173, 1972.

2.Авторское свидетельство СССР 618734, кл. G 06 F 3/00. 1977.