Ультразвуковой измеритель виброперемещений

Ультразвуковой измеритель виброперемещений

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в вибродиагностике, а именно при исследовании параметров виброперемещений. Цель изобретения - повышение точности измерения за счет исключения режима работы фазового детектора с нелинейными искажениями. Излучаемый и отраженный сигналы от объекта 5 сравниваются по фазе в фазовом детекторе 8. Экстремальный регулятор 7 поддерживает равенство амплитуд входных сигналов фазового детектора 8, что уменьшает его нелинейные искажения. При достаточно больших скоростях движения объекта 5 сказывается эффект Допплера и частотная модуляция отраженного сигнала приводит к увеличению нелинейных искажений. В этом случае срабатывает блок 11 сравнения кодов сигналов, пропорциональных частотам излучаемого и отраженных сигналов, и фазовый детектор 8 отключается от регистратора 14 с помощью ключа 15. На регистратор 14 поступает в этом случае сигнал с блока 10 измерения периода отраженного сигнала. 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕаЪБЛИН

„,Я0„„1548668 А1 (51) 5 G 01 В 17/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А BTOPGHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ б. ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЬГТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4433151/25-28 (22) 30.05.88 (46) 07.03.90. Бюл. Р 9. (71) Горьковский филиал Института машиноведения им. А.А.Благонравова

АН СССР (72) Б.А.Гордеев, М.В.Новожилов и Д.И.Образцов (53) 620.179.16(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР В 1254334, кл. G 01 M 5/00, 1984. (54) УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ ВИБРОПЕРЕМЕЩЕНИЙ (57) Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в вибродиагностике, а именно при исследовании параметров виброперемещений. Цель изобретения — повы-. шение точности измерения за счет ис, ключения режима работы фазового детектора с нелинейными искажениями.

Излучаемый и отраженный сигнал от объекта 5 сравниваются по фазе в фазовом детекторе 8. Экстремальный регулятор 7 поддерживает равенство амплитуд входных сигналов фазового детектора 8, что уменьшает его нелинейные искажения. При достаточно больших скоростях движения объекта 5 сказывается эффект Допплера и частотная модуляция отраженного сигнала приводит к увеличению нелинейных искажений. В этом случае срабатывает блок

11 сравнения кодов сигналов, пропорциональных частотам излучаемого и отраженных сигналов, и фазовый детек- g тор 8 отключается от регистратора 14 с помощью ключа 15. На регистратор

14 поступает в этом случае сигнал с блока 10 измерения периода отраженного сигнала. 2 ил.

1548668

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к виброметрии, т.е. измерению параметров механических перемещений, и может найти применение в вибродиагностике, виброиспытаниях, измерении скоростей движущихся объектов, Цель изобретения — повышение точности измерения за счет исключения режима работы фазового детектора с нелинейными искажениями.

На фиг.1 приведена схема предлагаемого измерителя; на фиг.2 — зависимость сигнала U(f) от частоты М).

Ультразвуковой измеритель виброперемещений содержит последовательно соединенные задающий генератор

1, счетчик 2 с переменным коэффициентом пересчета, делитель 3 частоты, .излучатель 4,облучающий объект 5 исследования, приемник 6, выход которого соединен с вторым входом экстремального регулятора 7, а первый вход экстремального регулятора 7 соединен с выходом делителя 3 частоты, с первым входом фазового детектора 8 и с блоком 9 измерения периода излученного сигнала, второй вход детектора 8 соединен с выходом экстремального регулятора 7 и с первым входом блока 10 измерения периода отраженного сигнала, второй вход которого соединен с вторым входом блока 9 и выходом счетчика 2, а выходы блоков

9 и 10 соединены с блоком 11 сравнения кодов, выходы. которого соединены с элементом ИЛИ 1 2 и с управляющими входами счетчика 2, выход блока 10 соединен также с информационным входом цифроаналогового преобразователя (ЦАП) 13, тактируемый вход которого соединен с выходом элемента ИЛИ 12, информационный вход ключа 15 соединен с выходом фазового детектора 8, а выход - с регистратором (графопостроителем) 14.

Ультразвуковой измеритель виброперемещений работает следующим образом.

Высокочастотный задающий генератор 1 вырабатывает стабильный по частоте g) сигнал. Электрический сигнал частоты, проходя через счетчик 2 с пеоеиенным коэффициентом

55 пересчета, преобразуется в сигнал стоты --- где и — заданный коэф0 фициент пересчета при отсутствии информационных сигналов на управляющих входах счетчика. Далее сигнал, +о частоты --- в делителе 3 снова део лится в определенном соотношении, соответствующем основному резонансу излучателя 4, одновременно этот сиг о нал частоты †-- = у поступает на поk излучатель 4, где преобразуется в акустический сигнал той же частоты

u>, на первые входы блока 9 и экстремального регулятора 7. Акустический сигнал частоты ы, излученный преобразователем, отражается от исследуемого объекта 5, поступает на вход приемника 6, где преобразуется в электрический, который поддерживается постоянным по амплитуде выходным сигналом рассогласования экстремального регулятора 7. Последний сравнивает по амплитудному значению выходные сигналы делителя 3 частоты и приемника 6 и поддерживает их равенство. Это обеспечивает работу фазового детектора 8 в линейном режиме и снижает нелинейные искажения.

Выходной сигнал экстремального регулятора 7 поступает на второй вход фазового детектора 8, а на его первый вход постугает опорный сигнал с выхода делителя 3 частоты. При исследовании нестационарных вибропроцессов могут иметь место два режима работы ультразвукового фазового вибропреобразователя.

При работе устройства в режиме измерения низкочастотных колебаний или при движении объекта с малыми скоростями, когда частотная модуляция отраженного сигнала незначительна,устройство работает в режиме измерения расстояния или вибросмещения в данный момент времени. В этом случае сигнал на выходе фазового детектора 8 пропорционален смещению объекта, так как фаза опорного сигнала на первом его входе имеет постоянное значение, а на втором его входе имеет определенный фазовый сдвиг Dg относительно опорного на первом входе, так как этот сдвиг определяется исключительно расстоянием приемного преобразователя от нсгледуемо68 где

5 15486

ro объекта. Этот фазовый сдвиг О (р имеет постоянное значение, когда исследуемый объект неподвижен относительно излучающего и приемного преоб5 разователей. При равномерном и прямолинейном движении объекта 5 фазовый сдвиг д с изменяется по синусоидальному закону, частота которого зависит от скорости движения объекта.10

При исследовании вибраций, имеющих случайный характер, изменение д однозначно соответствует смещению объекта. При этом выходной сигнал фазового детектора 8 через открытйй ключ 15

15 поступает на первый вход графопостроителя 14, В этом случае на

< графопостроителе записывается процесс, соответствующий местонахождению объекта в пространстве. В этом режиме 20 устройство работает только тогда,когда не сказывается частотная модуляция отраженного сигнала. Она начина ет проявляться на высоких скоростях движения объекта. С целью контроля 25 за этим процессом в вибропреобразователе осуществляется сравнение периодов опорного (излученного) и отраженного сигналов. Это реализуется следующим образом. Выходные сиг- 30 калы делителя 3 частоты (опорный) и экстремального регулятора 7 (отраженный) поступают на первые входы блоков 9 и 10 измерения периодов опорного и отраженного сигналов соот-

35 ветственно. Формирователи 16 и 17 в блоках 9 и 10 измерения периодов формируют периодическую последовательность прямоугольных импульсов, которые затем в измерителях 18 и 19 4О временных интервалов заполняются высокочастотными импульсами с выхода счетчика 2. Выходные сигналы измерителя 18 и 19 в цифровом виде несут информацию о длительности периодов 45 опорного и отраженного сигналов.

В том случае, когда скорость движения объекта достаточно мала и частотная модуляция отраженного сигнала не проявляется, то равны цифровые 5g эквиваленты длительностей периодов опорного и отраженного сигналов, поступающие на входы блока 11 сравнения кодов ° На обоих выходах блока

11 в этом случае логические нули.

Вибропреобразователь работает в режиме измерения виброперемещений.

Второй режим работы измерителя характеризуется высокими скоростями движения объекта. В этом случае возникает частотная модуляция отраженного сигнала. Сигнал с выхода приемного преобразователя 6 примет вид

U(t) = U,t Õ (тп) Sin м,t +

+ . I„(m) Sin (я, + пЯС + в 1

+,Е Х„(-1)" Sin (ы, - пЯс), (d, — основная гармоника излученного сигнала;

ДЫ

m = — — — — индекс частотной

Я модуляции;

Д с), — девиация частоты.

Из этого выражения ясно,что погрешность измерения фазы значительно возрастает. из-за наличия в сигнале множества гармонических составляющих

Допустим, что объект удаляется от приемника, тогда частота отраженного сигнала понижается (известный эффект Допплера), а период возрастает. В этом случае цифровой эквивалент, соответствующий периоду отраженного сигнала, начинает превалировать над цифровым эквивалентом опорного сигнала с делителя 3 частоты. На втором выходе блока 11 сравнения кодов появляется сигнал логической единицы, на первом входе элемента ИЛИ 12 присутствует, в этом случае, сигнал логического нуля, а на втором — логической единицы и, следовательно, выходной сигнал элемента 12 логическая единица. Сигналом этой логической единицы тактируется работа ЦАП 13, который преобразует цифровой эквивалент периода отраженного сигнала в пропорциональную величину аналогового сигнала. Текущее значение аналогового сигнала, в этом случае, пропорционально скорости удаления объекта. Закон изменения скорости по второму каналу записывается в регистраторе 14. Одновременно с появлением логической единицы на выходе элемента ИЛИ 12 закрывается ключ 15, так как на его управляющем входе присутствует логическая единица. Следовательно, на,1548668 регистраторе 14 записывается сигнал, пропорциональный виброскорости объекта. Так как объект со значительной скоростью удаляется от излучателя с приемником, то ослабевает мощность

Принимаемого отраженного сигнала.

Для увеличения мощности отраженного сигнала можно увеличивать мощность задающего генератора 1 " или при той же мощности понизить частоту излученного ультразвукового сигнала, так как при более низкой частоте ультра: звук затухает в воздухе слабее. Поэтому для понижения частоты коэффици- 15 ент пересчета счетчика 2 целесообразно увеличить и в соответствии с этим уменьшить частоту сигнала на его выходе:

20 о (d п

1 где п — коэффициент пересчета счет1 чика 2 при тактировании его логической единицей по управляющему входу 1 и и рп

После делителя 3 на входе излучающего преобразователя частота сигнала станет (w 4 о)

Коэффициенты пересчета и, и Е выбраны такими, что частота ю „ соответствует частоте второго резонатора излучающего преобразователя для большей эффективности его работы.

При движении объекта к излучателю с достаточной для появления частотной 40 модуляции (эффекта Допплера) скоростью частота отраженного сигнала повышается и, следовательно, период опорного; (излученнаго) сигнала начинает превышать по длительности период отраженного. В этом случае на выходе I блока 11 сравнения кодов появляется сигнал логической единицы, которая по управляющему входу I переводит счетчик 2 в режим работы с коэффициентом пересчета n<(n < (n ) .

Тогда частота выходного сигнала счет о чика 2 равна — -, а на выходе делитепт

55 ля 3 станет (фиг.2) < о

Ш

П,1, Длительность периода отраженного сигнала, пропорциональная скорости движения объекта, представленная цифровым эквивалентом в ЦАП 13, преобразуется также, как и в случае удаления объекта, в аналоговый сигнал и записывается в регистратор 14, Формула из обретения

Ультразвуковой измеритель виброперемещений, содержащий последовательно электроакустически соединенные излучатель, приемник, экстремальный регулятор и фазовый детектор, задающий генератор, блок сравнения кодов, ключ и последовательно соединенные цифроаналоговый преобразователь и регистратор, о т л и ч аю шийся тем, что, с целью повышения. точности, он снабжен последовательно соединенными счетчиком с переменным коэффициентом пересчета, вход которого подключен к выходу задающего генератора, и делителем частоты, выход которого связан с входом излучателя и с BTopbIMH входами экстремального регулятора и фазового детектора, блоком измерения периода излученного сигнала, информационный вход которого подключен к выходу делителя частоты, блоком измерения периода отраженного сигнала, информационный вход которого подключен к выходу экстремального регулятора, и элементом ИЛИ, выход которого подключен к управляющим входам цифроаналогового преобразователя и ключа, подключенного информационным входом к выходу фазового детектора, а выходом — к регистратору, управляющие входы блоков измерения периода излучения приемного и отраженного сигналов связаны с выходом счетчика с переменным коэффициентом пересчета, а выходы — к входам блока сравнения кодов, связанного прямым и инверсным выходами с соответствующим двум управляющим входам счетчика с переменным коэффициентом пересчета и двум входам элемента ИЛИ, а выход блока измерения периода отраженного сигнала подключен к входу цифроаналогового преобразователя.

1548668

Составитель Л.Кондрыкинская

Редактор Н.Бобкова Техред Л.Сердюкова Корректор M,Ñàìáoðñêàÿ

Заказ 136 Тираж 477 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5.

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 10!