Частотный датчик виброускорений Советский патент 1982 года по МПК G01P15/10 

1

Изобретение относится к измерению параметров вибраций, в частности к струнным измерителям низкочастотных виброускорений, и может быть использовано для анализа спектра инфранизкой частоты различных машин и механизмов.

Известны устройства длл измерения параметров вибраций 1 и /i .

Однако устройства не позволяют получить достоверную информацию в широком спектре частот вибраций при наличии высокочастотных перегрузок.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является частотный датчик виброускорений, содержащий инерционную массу, закрепленную в корпусе на упругом подвесе в виде биморфного пьезокерамического элемента, струнные автогенераторы, включенные ди(})ференциально, и блок сравнения частот автогенераторов, выход

которого соединен с пластинами биморфного элемента 3 .

Недостатком датчика является относительно низкая чувствительность при измерении инфранизких виброускорений в условиях высокочастотных вибрационных перегрузок. Кроме того, в таких условиях оказывается невозможным исследование с помощью датчика спектра частот измеtoряемых виброускорений.

Цель изобретения - повышение селективной чувствительности датчика в услооиях повышенного уровня

IS помех.

Поставленная цель достигается тем, что датчик снабжен последовательно соединенными полосовым фильтром, усилителем и инвертором,

20 при этом выход инвертора подключен к одному из внешних электродов биморфного элемента, а выход блока сравнения - ко входу полосового

фильтра и к другому внешнему электроду.

На чертеже представлена упрощенная функциональная схема частотного датчика виброускорений.

Устройство содержит корпус 1, два струнных резонатора 2 и 3 соединяющих инерционную массу с корпусом 1, автогенераторы 5 и б возбуждения струнных резонаторов 2 и 3 Выходы автогенераторов 5 и 6 соединены со входами блока 7 сравнения, выход которого соединен с внешним электродом 8 биморфного пьезокерамического кристалла 9 и входом полосового фильтра 1U, послед ователно соединенного с усилителем 11 и инвертором 12. Выход инвертора 12 соединен с противоположным внешним электродом 13 биморфного пьезокерамического кристалла 9.

Влок 7 сравнения представляет собой фазовый детектор, вырабатывающий сигнал, пропорциональный по амплитуде разности фаз, поступающих на него с автогенераторов 5 и 6 частотных сигналов.

Частотый датчик виброускорений работает следующим образом.

При отсутствии виброускорений собственные частоты резонаторов 2 и 3 равны и выходное напряжение блока 7 сравнения равно нулю. При воз никновении виброускорений на инерционную массу k действует инерционная сила, изгибающая биморфный кристалл 9 в направлении, противоположном ускорению. В этот момент собственные частоты резонаторов 2 и 3 начинают изменяться и на выходе блока 7 сравнения появляется напряжение. При отсутствии в анализируемом спектре виброускорений с частотой,равной частоте fmнастройки фильтра 10, сигнал с блока 7 сравнения не проходит через полосовой фильтр 10 и поступает только на внешний электрод 8 биморфного кристалла 9 в результате чего биморфный кристалл 9 воздействует на инерционную массу 4, компенсируя инерционную силу от виброускорения, т.е. имеет место отрицательная обратная связь. При этом выходной сигнал с блока 7 сравнения несет в себе информацию о текущем суммарном значении виброускорения.

При появлении в анализируемом спектре вибраций с частотой, равной частоте f«p настройки полосового фильтра 10, сигнал с этой частотой 5 проходит по цепочке: полосовой фильтр

10- усилитель 11 - инвертор 12 и поступает на другой внешний электрод 13 биморфного пьезокерамимес кого кристалла 9, в результате чего биморфный пьезокерамический кристалл 9 стремится сдвинуть инерционную массу в ту же сторону, что и виброускорение на частоте f,p. , Таким образом, в устройстве появляется положительная обратная связь на частоте f(p . Это приводит к резкому увеличению амплитуды напряжения с частотой fф на выходе блока 7 сравнения, что аналогично увеличению вь|ходного сигнала датчика с резонансным элементом при совпадении его собственной частоты с частотой вибраций. Увеличение амплитуды напряжения зависит от соотношения глубин положительной и отрицательной обратных связей, причем коэффициент усиления усилителя 11 подбирается таким образом,чтобы глубина отрицательной обратной связи была большей, . коэффициент усиления усилителя

11К . Выходным сигналом датчика служит амплитуда напряжения на выходе инвертора 12, функционально связанная с амплитудой виброускорения на частоте f.

Изобретение позволяет повысить точность измерения виброускорения в заданном учас ке спектра при высоком уровне помех на других частотах, при этом селективная чувствительность устройства повышается в 1/1-К раз.

Формула изобретения

Частотный датчик виброускоре|ний, содержащий инерционную массу, закрепленную в корпусе на упругом подвесе в виде биморфного пьезокерамического элемента , струнные автогенераторы, включенные дифференциально, и блок сравнения частот автогенераторов, выход которого

соединен с электродами биморфного элемента, отличающийся тем, что, с целью повышения селективной чувствительности датчика в условиях повышенного уровня помех, он

снабжен последовательно соединенными полосовым фильтром, усилителем и инвертором, при этом выход инвертора подключен к одному из внешних электродов биморфного элемента, а выход блока сравнения - ко входу полосового фильтра и к другому внешнему электроду.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Авторское свидетельство СССР

№ , кл. G 01 Р 15/10, 29.0i.6. с

2.Авторское свидетельство СССР № , кл. G 01 Р 15/10, 02.06.72.

3. Авторское свидетельство СССР

Н 779885, кл. G 01 Р 15/10, 23.11.78 (прототип)..