Устройство для измерения величины и угла дисбаланса изделий Советский патент 1982 года по МПК G01M1/22 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в технологии машино- и агрегатостроения для дина шческой балансировки вращающихся изделий, таких как роторные турбины, генераторы, электродвигатели и т.д.

Известно устройство для измерения величины и угла дисбаланса изделий, содержащее вибродатчик,два канала измерения ортогональных составляющих дисбёшанса, выполненных каждый в виде последовательно соединенных .аналоговых умножителя, связанного выходом с вибродатчиком, и интегратора, сумматор, связанные с ним регистратор величины дисбаланса и блок измерения угла дисбаланса, а также последовательно соединенные датчик опорного сигнала и формирователь ортогональных опорных сигналов, выходы которого связаны со згорамк входами аналоговых ножителей и блока измерения угла дисбаланса, а входы сумматора подключены к выХОДЕ1М аналоговых интеграторов 1 .

Недостатком устройства является пониженная точность измерения величины угла дисбашанса, связанная с погрешностями нелинейных преобразований в сумматоре и блоке измерения угла дисбаланса.v

Наиболее близким к изобретению является устройство для измерения величины и угла дисбаланса изделий, содержсццее вибродатчик, соединенный с ним масштабно-временной преобразователь, два канала измерения ортогональных составляющих да1сбаланса,

10 каждый из которых выполнен в виде последовательно соединенных аналоговых умножителя, связанного с выходом масштабно-временного преобразователя, и интегратора, сумматора, регистратор величины дасбаланоа,

блок измерения угла дисбаланса, датчик опорного сигнала и связанный с ним формирователь ортогональных опорных сигналов, выходы которого связа20ны с ВТОР1ЯЛИ входс1ми анёшоговых умножителей 2. .

Каждый канал измерения ортогональных составляющих дисбсшанса содержит также второй умножитель, входы

25 которогосвязаны с выходом аналогового интегратора и соответствующим выходом формирователя ортогональных опорных сигналов, а выход - со входом сумматора, выход сумматора под30ключен ко входам измерителя величины дисбаланса и блока измерения угла дисбаланса, а второй вход последнего связан с одним из выходов формирователя ортогональных опорных сигналов Применяемая в данном устройстве схема преобразования сигналов, пропорциональных ортогональным составляющим дисбаланса, в сигнал, пропорциональный величине и углу дисбаланс (Имеет следующие недостатки, снижающие точность и производительность ба лансировки: имеет место погрешность измерения величины дисбаланса вноси мая зависимостью величины ортогональ ных составляющих сигнала дисбаланса Ux и и от амплитуды U опорного. сигнала, вырабатываемого формирователем ортогональных опорных сигналов имеет место погрешность, вносимая самими аналоговыми умножителями из за зависимости их коэффициентов передачи К от температуры, амплитуды входных сигналов и других параметров большое время измерений, особенно при балансировке на низких частотах вращения, определяемое необходимыми постоянными времени измерителя величины дисбаланса и, в особенности, аналогового интегратора, производящего усреднение при измерении сдвига угла. Целью изобретения является повышение точности и производительности балансировки. Поставленная цель достигается те что для измерения величины и угла дисбаланса изделий устройство, содержащее вибродатчик, соединенный с ним масштабно-временной преобразователь , два канала измерения ортого нальных составляющих дисбаланса, каждый из которых выполнен в виде последовательно соединенных аналого вых умножителя, связанного с выходом масштабно-временного преобразователя и интегратора, суммаюр, регистратор величиньа дисбаланса, блок измерения угла дисбаланса, датчик опорного сигнала и связанный с ним формирователь ортогональных опорных сигналов, выходы которого связаны с вторыми входами аналоговых умножителей, снабжено последовательно соединенными импульсным генератором, делителем частоты и дешифратором, фильтром нижних частот, вход которого связан с выходом сумматора, а йыход подключен к регистратору, величины дисбаланса и первому входу блока измерения угла дисбаланса, второй вход которого связан с первы выходом дешифратора, а третий - с выходом импульсного генератора, а каждый канал измерения ортогональны составляющих дисбалансадополнитель но снабжен подключенным к выходу ин тегратора аналоговым инвертором и двумя аналоговыми ключами, сигнальные входы которых.подключены к выодам инвертора и интегратора, управляющие входы объединены вместе и связаны с соответствующим выходом дешифратора, а выход соединен с входом сумматора. На чертеже приведена структурная схема устройства. Устройство содержит вибродатчик 1, соединенный с ним масштабно-временной преобразователь 2, два канала 3 и 4 измерения ортогональных составляющих дисбаланса, выполненные каждый, в виде последовательно соединенных аналоговых умножителей 5 и б, связанных входом с выходом масштабно-временного преобразователя 2, интеграторов 7 и 8, инверторов 9 и 10, и ключей 11 и 12, а также вторых аналоговых ключей 13 и 14 связанных сигнальными входами с выходами интегра,торов 7 и 8 соответственно, а выходами - с выходами первых ключей 11 и 12 соответственно, датчик 15 опорного сигнала, связанный с ним формирователь 16 ортогональных опорных сигналов, выходы которого связаны со вторыми входами аналоговых умножителей 5 и б,, последовательно соединенные сумматор 17, фильтр 18 низких частот и регистратор 19 величины дисбаланса, последовательно соединенные импульсный генератор 20, делитель 21 частоты и дешифратор 22, выходы которого соответственно подключены к объединенным вместе управляющим входам ключей 11 и 13, 12 и 14, причем выходы последних связаны со входами сумматора 17. Устройство содержит также блок 23 измерения угла дисбаланса, выполненный в виде последовательно соединенных ограничителя 24, RS-триггера 25, ключа 26, счетчика 27 импульсов и цифрового индикатора 28 угла, вход ограничителя связан с выходом фильтра 18 нижних частот, второй вход RS-триггера 25 - с первым выходом дешифратора 22, сигнальный вход ключа 26 - с выходом импульсного генератора 20. Устройство работает следующим образом. Сигнал с вибродатчика 1 через масштабно-временной преобразователь 2 поступает на входы аналоговЕлх умножителей 5 и 6, каналов 3 и 4 измерения ортогональных составляющих дисбаланса. На другие входы зтих умножителей 5 и 6 поступают сигналы с формирователя 16 ортогональных сигналов , сдвинутые друг относительно друга на угол /2 и с частотой, равной частоте вращения балансируемого изделия. На вход формирователя 16 поступает сигнал с импульсного датчика опорного сигнала 15, вырабатывающего один импульс за один оборот балансируемого изделия. К выходам умножителей 5 и 6 подключены аналого вые интеграторы 7 и 8, которые вырабатывают постоянные напряжения про порциональные синфазной и квадратурной составляющим вектора дисбаланса, т.е. соответственно Uj и U(. K AoCOS /, где К - коэффициент передачи аналоговых умножителей; АО - величина дисбаланса; tf - фазовый сдвиг между вектором дисбаланса и импульсом, вырабатываемым датчиком 15 опорного сигнала, К выходам интеграторов 7 и 8 подключены аналоговые инверторы 9 и 10, представляющие собой усилители с коэффициентами передачи равными 1. Таким образом, на выходах инверто ров 9 и 10 образуются постоянные напряжения - Ug и -U. Входы аналогового сумматора 17, имеющего коэффициент передачи, равный единице, с помощью ключей 11 и 13, 12и 14 могу подключаться либо на выходы интеграт ров 7 и 8, либо на выходы инверторов 9 и 10. Ключи 11-14 управляются прямоугольными импульсами типа меандр, сдвинутыми по фазе друг относительно друга на 1/4 периода и с частотой u) Эти импульсы вырабатываются дешифра.тором 22, подключенным к делителю 21 частоты с коэффициентом деления равным 360. Делитель 21 частоты управля ется импульсным генератором 20, кото рый вырабатывает сигналы с фиксированной частотой и)2-360ю. Для увеличения быстродействия частота выбирается достаточно высокой и не зависит от частоты вращения баЛансиРУемого изделия. Ключи 11 и.13, 12 и 14 переключают входы сумматора 17 таким образом, что на один вход подается напряжение в течение времени О f tfi и -U в те Т чение времени - t а на второй Т . . 3, течение времени т t тТ вход - и. + Uc. в течение времени - и t . Т, где Т Таким образом, на входы сумматора 17 поступают двуполярные прямоугольные импульсы типа меандр, сдвинутые друг относительно друга на четверть периода и имеющие одинаковые положительные амплитуды. Известно, что такие импульсы содержат кроме основной гармоники с частотой w только нечетные гармоники.. Разложение в ряд Фурье импульсов, поступающих на первый вход сумматора 17, показывает, что спектр состоит из составляющих SinuJ t + 00 t, + d - sin rou),t, тг5 m где m 3, 5, 7... Т.е. имеется гармонический сигнал с частотой и амплитудой UQ j Аналогично на втором входе сумматора 17спектр имеет вид .5и,,..,„,,, в сумматоре 17 происходит векторное сложение составляющих всех присутствующих гармоник. Спектр сигнала на выходе сумматора 17 имеет вид со (J .U2:UjjSin( + t/)+Ii: - 9intn(i4,, о К выходу сумматора 17 подключен Ф ильтр 18 нижних частот с частотой среза 10, фильтрующий все высшие гармоники. На выходе фильтра нижних частот образуется чисто синусоидальное напряжение U{t) ( IV)- К АО 9in( , где К 0:,707 К,. Таким образом, на выходе фильтра 18 нижних частот образуется переменное напряжение с частотой ы, амплитудой, пропорциональной величине дисбаланса, и сдвигом фазы, равным сдвигу фазы между вектором дисбаланса и опорным импульсом, вырабатываемым датчиком 15 опорного сигнала. Регистратор 19 величины дисбаланса регистрирует амплитудное значение Ug. Измерение угла дисбаланса проис.ходит следующим образом. К выходу фильтра 18 нижних частот подключен ограничитель 24, который преобразует синусоидальный сигнал в прямоугольные импульсы с фазой, соответствующей переходу переменного напряжения через нуль. Эти импульсы поступают на S - вход RS - триггера 25. На R - вход этого триггера 25 поступают импульсы с дешифратора 21, управляющие ключами 11 и 13. Выход RS триггера 25 также управляет ключом 26, который.открывается при приходе переднего фронта импульса с дешифратора 22 и закрывается при приходе переднего фронта импульса с ограничителя 24. Таким образом, время открывания ключа 26.пропорционально углу дисбалансаерез ключ 26 импульсы с. импульсного генератора 20, работающего с часто