Устройство для бесконтактного измерения скорости вибрации Советский патент 1983 года по МПК G01H3/06 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в любой отрасли машиностроения для автоматического бесконтактного измерения параметров вибрации, в частности скорости вибрации или перемещения объекта.

Известно устройство для бесконтактного измерения параметров вибрации в акустической среде, содержащее генератор опорной частоты, соединенный с излучателем ультразвуковых колебаний, приемник ультразвуковых колебаний, соединенный с избирательным усилителем и регистрирующий прибор U .

Недостатками известного устройства являются зависимость измерений от состава и температуры акустической среды и ограниченный диапазон измерений.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению, является устройство для бесконтактного измерения скорости вибрации содержащее возбудитель синусоидальных колебаний, соединенный с ним излучатель, ociiQBной приемник/ размещенный на фиксированном расстоянии от излучателя дополнительный приемник, усилитель, два

умножителя частоты, к входу одного из которых через усилитель подключен основной приемник, детектор и регистратор 2 .

Недостатки известного устройства состоят в ;недостаточно высокой I точности измерений при -йэмен нйй состава и температуры акустической среды и ограниченности диапазона измерений

10 со стороны низких частот.

Целью изобретения является повышение точности измерений при изменении состава и температуры акустической среды и ра -ширение диапазона из15мерений в область низких частот.

Поставленная цель достигается тем что устройство для бесконтактного измерения скорости вибрации, содержащее возбудитель синусоидальных КО20лебаний, соединенный с ним излучатель, основной приемник/ размещенный на фиксированном ь асстрянии от излучателя дополнительный приемник, усилитель, два умножителя частоты,

25 к входу одного из которых через усилитель подключен основной приемник, детектор и регистратор, снабжено смесителем и тремя избирательными усилителями, через два из которых

30 выходы обоих умножителей подключены К соответствующим входам, а выход последнего через третий избирательны усилитель подключен к первому входу д€;тектора. С целью создания в акустической среде режима автоциркуляции синусоидального сигнала возбудитель выполнен в виде блока формирования положительной обратной связи включающег в себя последовательно соединенные и бирательный усилитель, вход которого соединен с выходом дополнительного приемника, согласующую цепь и оконеч ный усилитель, соответствующие выход которого подключены к входу второго умножителя и второму входу детектора При этом в качестве детектора использован синхронный детектор. Кроме того, умножители частоты имеют коэффициенты умножения п и п-1 На чертеже представлена блок- схема предлагаемого устройства. Устройство для бесконтактного измерения скорости вибрации содержит возбудитель 1 синусоидальных колебаний, соеди енный с ним излучатель 2, расположенный в акустической среде 3 основной приемник 4, размещенный на фиксированном расстоянии от излучателя 2 дополнительный приемник 5, та же расположенный в акустической ереде. 3, усилитель б, два умножителя 7 и 8 частоты, к входу умножителя 7 частоты через усилитель 6- подключен основной приемник 4, детектор 9 и подключенный к его выходу регистра.тор .10. Устройство содержит также смеситель 11 и .три. избирательных усилителя 12-14, через избирательные усилители 12 и 13 выходы умножителей 7 и 8 соответственно подклю-. чены к соответствующим входам смесителя 11, а выход последнего через третий избирательный усилитель 14 подключен к первому входу детектора Возбудитель 1 выполнен в виде блока формирования положительной обратной связи, включающего в себя последоватёльно соединенные избирательный усилитель 1Ь, вход которого соединен с выходом дополнительного приемника Ь/ согласующую цепь 16 и оконечный усилитель 17, соответствующие выходы которого подключены к входу умно жителя в и второму входу детектора 9. В качестве детектора 9 использован синхронный детектрр. Умножитё .ли частоты :8 и 7 имеют коэффициенты умножения п и пг1-соответственно. Устройство работает следующим об.разом. . Излучатель 2, основной .и дополни ельный 4 и b приемники размещают в акустической среде 3, в которой находится контролируемая вибрирующая поверхность 18. Возбудитель 1 выраба тывает непрерывный синусоидальный сигнал, который преобразуется лзлучателем 2 в ультразвуковой сигнал и направляется через акустическую среду 3 в сторону вибрирующей ловерх-, ности 18. Отраженный от вибрирующей поверхности 18 ультразвуковой; сигнал приобретает допл ровский сдвиг относительно опорной частоты возбудителя 1. Величина сдвига зависит от мгновенной скорости вибрирующей поверхности &относительно системы излучатель 2 - приемник 4, расстояние между которыми фиксировано. Для устранения зависимости измерений от состава и температуры акустической среды 3,и, следовательно, скорости ультразвука в ней, в акустической среде создается режим автоциркуляции непрерывного синусоидального сигнала, который осуществляется следующим образом. После включения устройства в , электрической схеме его возникают флyктyaциJи электрического налряже- . ния, которые преобразуются в акустический.- сигнал излучателем 2. Этот сигнал, проходя через акустическую среду 3, поступает на дополнительный приемник 5, расположенный на фиксированном расстоянии от излучателя 2, преобразуется в электрический сигнал и поступает на вход избирательного усилителя 15, в котором из спектра частот выделяется сигнал с частотой автоцйркуляции. Далее указанный сигнал попадает через согласующую цепь 16 на Оконечный усилитель 17, в котором усиливается до необходимого уровня мощности, и вновь излучается в акустическую среду 3 с помощью излучателя 2. В кольце положительной обратной связи возникают незатухающие сс нусоидальные колебания, причем на участке излучатель 2 дополнительный приемник 5 укладывает -, целое число волн ультразвуковых ко- лебаний. Согласующая цепь 16, выполненная, например |, в виде дисперсионной линии 3 адержки, служит для компенсации влияния зад 5ержки в электронной схеме устройства, чем достигается - ; прямая пропорциональность между частотой возбуждаемых Колебаний и скоростью ультразвука в акустической среде 3. При любом изменении параметров акустической среды 3 изменяется скорость ультразвука в ней, что приводит к такому изменению частоты возбуждаемых колебаний, что фазовьй сдвиг между излучателем 2 и дополнительным приемником 5 остается постоянным, чем достигается полное устранение зависимости от- темпеТратуры и состава акустической среды 3. Отраженный от контролируемой поверхности 18 ультразвуковой сигнал попадает на основной приемник 4, преобразуется в электрический , эатем усиливается и стабилизируется по амплитуде в усилителе 6 с автомати ческой регулировкой усиления и поступает на y внoжитeль 7 частоты с коэффициентом умножения, равным п. С выхода умножителя : частоты колебания 19.частотой вп раз большей . входной частоты к, соответственно, в п раз большими частотно-фазовыми сдвигами проходят через избирательный усилитель 12, где усиливаются по амплитуде и отфильтровываются от побочных составляктшх и поступают на вход смесителя 11. На другой вход .смсителя 11 через второй умножитель 8 частоты с коэффициентом усиления п-1 и второй избирательный усилитель 13 колебания, частота которых умножена в п-1 раз, поступают с выхода Окопечного усилителя 17. В смесителе выделяется сигнал разностной частоты равной частоте опорного колебания, но с усиленными в п раз частотнофазовыми сдвигами, который затем усиливается по амплитуде и отфильтровывается от побочных составляющих в избирательном усилителе 14 и поступает на один из входов синхронного детектора 9, на второй вход которого поступает опорный сигнал с выхода оконечного усилителя 17. В реэул.тате, на выходе синхронного детек- , тора 9 наделяется частота колебаний, величина которого щ)ямо nponoptwioнальна скорости вибрации контролируемой поверхности: 18,

Использование смесителя 11 и иэби.рательных усилителей в устройстве по воляет увеличить коэффищ нт умножения пчастотно-фазо вых сдвигов невысокой частоте и тем {Расширить диапазон измерений в сторону .низких частот вибрации, а применение в качестве детектора сийзфонного дете ктора 9 яоЭ1рляетг усТ| ганить влияние побочных составяяктщх, прони1саюв|их с выхода усилителя 14 на частоту клходного сигнала, что повышает ., ность измерений

Использование предлагаемого устройства позволяет повысить точность .измерения параметров вибрации и пбремещения твердых тел в акустической среде за счет устранения зависимости результатов измерений от физикохш«а1ческих параметров этой среды и значительно расширяет диапазон измерений в область низких частот.

Формула изобретения

1.Устройство для бесконтактного измерения скорости вибрации, содержащее возбудитель синусоидальных колебаний, соединенныйс ним излучатель/ основной приемник, размещенный на фиксированном расстоянии от излучателя дополнительный приемник, усилитель, два умножителя частоты,

к входу одного из кото1 1х через усилитель подключен основной приемник, детектор и регистратсф, о тл и ч а е е с я тем, что, с целью повышения точности

5 изменении состава и температухил акустической среды, а та1юкё расширения диапазона измерений в область низких частот, оно снабжено смесителш и тремя избирательными усилите0лями, через два из которых выходы обоих умножителей подключены у .ооответствуюиеим входам смесителя, а iBoxoR последнего через третий избирательный усилитель подключен к

5 nepBoii r входу детектора. I .. .

2.Устройство по п. 1, о т.л и,ч а ю щ е е с я тем, чта, е целыб

создания в акустической среде режима автоциркуляции синусоидального

0 сигнала, возбудитель выполнен в виде блока формирования положительной обратной связи, включающего в себя последовательно соединенные избирательный -усилитель, вход которого

5 соединен с,шлходом дополнительного щ иеш}ика, согласующую цепь и оконечный усилитель, соответствующие выходЗ(ы. которого подктаочены к входу второго умножителя и второму входу детектора.

0 3. Устройство по п. 1, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что в качестве детектора использован синхронный детектор.

4. Устройство по п. 1, о тл и5ч а ю щ ее с я тем, что плножители частота коэффициенты умножения частоты ii и п-1.

Источники информах и, ,

0 приняше во внимание при экспертизе

1.Щ иборы и системы для измерения вибрации, шума и удара. Под ред; В.В.Клюева,т. 2, М., Машиностроение, 1978, с. 55-61.

5

2.Авторское свидетельство СССР по заявке 2965368(18-28)

кл. G 01 Н 3/06, 1980 (прототип).