Ультразвуковой фазовый измеритель виброперемещений

Ультразвуковой фазовый измеритель виброперемещений

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для бесконтактного измерения вибраций в различных отраслях народного хозяйства. Цель изобретения - повышение производительности за счет сокращения количества настроечных операций Положению рабочей точки на амплитудной характеристике фазового детектора однозначно соответствует временная задержка сигнала на одном его входе относительно другого, исходя из чего по сигналу с выхода делителя частоты периодически осуществляется формирование сигналов, время появления и длительность которых соответствует при совпадении с ними сигнала с выхода фазовращателя выходу рабочей точки за пределы линейного участка амплитудной характеристики фазового детектора Сравнение сигналов происходит каждый период следования с выхода делителей частоты, что позволяет устанавливать требуемый сдвиг фаз на входах фазового детектора за время много меньше периода сигнала с выхода делителей частоты, тем самым сократить время измерений, а также повысить помехоустойчивость за счет иск лючения влияния сигнала с выхода фазового детектора на формирование сигнала его предустановки. 2 ил сл С

СОЮЗ СОВЕ ГСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 G 01 В 17/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР ьл.

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4652481/28 (22) 20.02.89 (46) 07.01.91. Бюл. ¹ 1 . (71) Институт прикладной физики АН СССР (72) В.В.Казаков (53) 620.179,16 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 1413420, кл. G 01 В 17/00, 1987.

Авторское свидетельство СССР

N1357725,,кл. G 01 Н 5/00, 1987. (54) УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ФАЗОВЫЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ ВИБРОПЕРЕМЕЩЕНИЙ (57) Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для бесконтактного измерения вибраций в различных отраслях народного хозяйства. Цель изобретения — повышение производительности за счет сокращения количества настроечных операций. Положению рабочей точки на амплитудной характеристике фазоИзобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для бесконтактного измерения вибрации в различных отраслях народного хозяйства: машиностроении, судостроении, самолетостроение и т.д, Целью изобретения является повышения производительности за счет сокращения количества настроечных операций.

На фиг.1 представлена функциональная схема ультразвукового фазового измерите-. ля виброперемещений; на фиг.2 — временные диаграммы, поясняющие его работу.

Ультразвуковой фазовый измеритель виброперемещений содержит задающий генератор 1, излучающий преобразователь 2, „„. Ы„„1619028 А1 вого детектора однозначно соответствует временная задержка сигнала на одном его входе относительно другого, исходя из чего по сигналу с выхода делителя частоты периодически осуществляется формирование сигналов, время появления и длительность которых соответствует при совпадении с ними сигнала с выхода фазовращателя выходу рабочей точки за пределы линейного участка амплитудной характеристики фазового детектора. Сравнение сигналов происходит каждый период следования с выхода делителей частоты, что позволяет устанавливать требуемый сдвиг фаз на входах фазового детектора за время много меньше периода сигнала с выхода делителей частоты, тем самым сократить время измерений, а также повысить помехоустойчивость за счет исключения влияния сигнала с выхода фазового детектора на формирование сигнала его предустановки. 2 ил. возбуждающий ультразвуковую волну в направлении контролируемого объекта 3, приемный преобразователь 4, делитель 5 частоты, фазовращатель 6, фазовый детектор 7, одновибратор 8, блок 9 обработки информации, делитель 10 частоты, формирователи 11 и 12 одиночных импульсов и блок 13 совпадений, реализующий логическую функцию 2-2И-2ИЛИ.

Задающий генератор 1 подключен выходом к входу излучающего преобразователя 2 и к информационному входу делителя

10 частоты, подсоединенного управляющим входом к управляющему входу делителя 5 частоты и к выходу блока 13 совпадений, а выходом — к входам формирователей 11 и 12

1619028 одиночных импульсов и к одному входу фазового детектора 7, Блок 13 совпадений подключен первым и вторым входами к выходам соответственно формирователей 1 1. и

12 одиночных импульсов, э третьим и четвертым входами — к выходу одновибраторэ

8, Выход приемного преобразователя 4 соединен с информационным входом делителя 5 частоты, выход которого подсоединен через фазовращатель 6 к входу одновибратора 8 и к другому входу фазового детектора

7, подключенного выходом к входу блока 9 обработки информации.

Кроме того, обозначены (фиг.2) напряжение Ut(t) на выходе задающего генератора 1(э), напряжение U2(t) на выходе делителя

10 частоты (б), напряжения U3(t) и U4(t) на выходах соответствен но формирователей

11 и 12 одиночных импульсов (в и г),напряжение Оф) на выходе приемного преобразователя 4(д),напряжение Ug(t) на выходе делителя 5 частоты (е)„напряжение От(т) на выходе фаэовращателя 6(ж),напряжение Ua(t) на выходе одновибратора 8(з) и напряжение

Ug{t) нэ выходе блока 13 совпадений (и).

Задающий генератор 1 предназначен для работы в непрерывном режиме на частоте (фиг,2а). Излучающий 2 и приемный 4 преобразователи предназначены для возбуждения в направлении объекта 3 ультразвуковой волны, приема отраженной волны и преобразования ее в аналоговый сигнал.

Делители 5 и 10 частоты имеют одинаковый коэффициент деления N и предназначены для непрерывного деления частоты сигналов, поступающих на их входы в случае разрешающего сигнала на их управляющих входах, и прекращения деления (характеризующегося отсутствием сигналов на выходе делителей) при наличии сигнала предустановки. Выбор величины коэффициента деления делителей 5 и 10 происходит иэ условия выполнения однозначности фазовых измерений фазовым детектором 7, чтобы выпблнялось неравенство N А >

> 8Ао, где Ао — максимальная амплитуда измеряемых перемещений, il — длина ультразвуковой волны, Фазовращатель 6 создает требуемый сдвиг фаз на входе фазового детектора 7, обеспечивающий нахождение рабочей точки фазового детектора 7 в нуле его амплитудной характеристики. Сдвиг фаз устанавливается априорно при условии одновременного начала работы делителей 5 и

10 частоты.

Фазовый детектор 7 преобразует разность фаз между сигналами на его входах в аналоговый сигнал, величина которого проблоке 9 обработки информации, Одновибратор 8 предназначен для фор10 мирования (по информационному для

20

40 характеристики

5 преобразователь 2, возбуждающий ультразвуковую волну частоты у в HBnpBBëåíèè

30 порциональна перемещению поверхности контролируемого объекта 3. Вычисление и регистрация параметров сигнала, соответствующего перемещению поверхности контролируемого обьекта 3, вместе с их предварительной обработкой (фильтрация, амплитудное детектирование и др,) производится в фазового детектора 7 фронту) импульса обеспечивающего надежное переключение логических элементов блока .13 совпадений.

Формирователи 11 и 12 одиночных импульсов предназначены для формирования импульсов, длительность ty>, tyz и время t>, t2 появления которых соответствуют нахождению рабочей точки фазового детектора 7 на нелинейном участке его амплитудной характеристики. Время ti совпадает с временем начала каждого периода сигнала с выхода делителя 10 частоты, окончание импульса длительностью тф2 совпадает с его концом (фиг.2б,в и r).

Блок 13 совпадений, реализующий функцию 2-2И-2ИЛИ, предназначен для выработки сигнала на его выходе при условии, что сигнал на выходе одновибратора 8 сов-. падает с любым из сигналов на выходе формирователей 11 и 12 одиночных импульсов.

Ультразвуковой фазовый измеритель виброперемещений работает следующим образом, Предварительно, всего один рэз (при изготовлении), информационные входы делителей 5 и 10 частоты объединяются и подключаются к выходу задающего генератора

1, тем самым обеспечивается одновременность начала работы делителей 5 и 10 частоты, С помощью фаэовращателя 6 устанавливается сдвиг фээ между выходными сигналами делителей 5 и 10 частоты, обеспечивающий положение рабочей точки фазового детектора 7 в нуле его амплитудной

Сигнал с выхода задающего генератора 1 (фиг.2а) поступает на излучающий контролируемого объекта 3, и одновременно на информационный вход делителя

10 частоты, Отраженная от поверхности контролируемого объекта 3 ультразвуковая волна принимается приемным преобразователем 4. Выходной сигнал Us(t) приемного преобразователя 4 (фиг,2д) поступает на вход делителя 5 частоты, с выхода которого сигнал Us(t) с частотой f/N (фиг.2е) поступает нэ вход фазовращателя 6, изменяющего

1619028

40

50 фазу сигнала Uo(t) на постоянную величину rp (фиг.2е и ж). Сигнал Uy(t) с выхода фазоврэщателя 6 поступает на вход одновибратора

8, формирующего на своем выходе импульс

Ue(t) (фиг.2з) по переднему фронту сигнала

Uv(t) с выхода фазовращателя 6. Сигнал с выхода одновибратора 8 доступает на один из входов каждой схемы 2И блока 13 совпадений. Сигнал Ug(t) с выхода делителя 10 частоты поступает на входы формирователей 11 и 12 одиночных импульсов, формирующих сигналы U3(t) и U4(t), длительность и время появления которых соответствуют нахождению сигнала с одновибратора 8 на нелинейном участке амплитудной характеристики фазового детектора 7. Сигналы U3(t) и U4(t) с выходов формирователей 11 и 12 одиночных импульсов, формирующие временные интервалы, в пределах которых измеритель имеет низкую точность измерений, поступают на другие входы блока 13 совпадений. Сигнал Оф) с выхода блока 13 совпадений (фиг.2и) подается на управляющие входы делителей 5 и 10 частоты. При отсутствии сигнала на выходе блока 13 совпадений делители 5 и 10 частоты непрерывно делят частоту поступающих на них сигналов по выбранному фронту, например по переднему (фиг. 2б и 2 е). В момент появления импульса на выходе блока 13 совпадений деление частоты делителями 5 и 10 прекращается, и сигнал на их выходе пропадает. Сигнал с выхода фазовращателя

6 также поступает на один иэ входов фазового детектора 7, а с выхода делителя 10 частоты — на его другой вход. Изменяющийся выходной сигнал фазового детектора 7, несущий информацию о перемещении поверхности контролируемого объекта 3, поступает в блок 9 обработки информации.

В случае нахождения рабочей точки фазового детектора 7 на линейном участке его амплитудной характеристики, что соответствует нахождению сигнала с выхода одновибратора 8 в пределах, ограниченных сигналами с выходов формирователей 11 и

12 одиночных импульсов, делители 5 и 10 частоты непрерывнО делят частоту поступающих на них сигналов, а фазовый детектор

7 с высокой точностью измеряет сдвиг фаз между ними. Блок 9 обработки информации регистрирует соответствующие измеренному сдвигу фаэ виброперемещения контролируемого объекта 3, Выход рабочей точки фазового детектора 7 эа пределы линейного участка соответствует во временной области совпадению сигнала с выхода одновибраторэ 8 с одним из сигналов на выходе формирователей 11 и 12 одиночных импульсов, В случае их совпадения на выходе блока 13 совпадений появляется сигнал, поступающий на управляющие входы делителей 5 и 10 частоты и прекращает их работу. Это приводит к последовательному попаданию сигнала на выходе делителя 5 частоты, фазовращателя 6, одновибратора S, блока 13 совпадений. После пропадания сигналов на управляющих входах делителей 5 и 10 частоты они снова начинают деление частоты, поступающих на них .сигналов по выбранному фронту (фиг.26 и е) соответственно, а фазовращатель 6 сдвигает фазу сигнала на выходе делителя 5 частоты на установленную величину (фиг.2ж). Поскольку сдвиг фаз между выходными сигналами задающего генератора 1(фиг,2а) и приемного преобразователя 4 (фиг.2д) в общем случае является произвольным (Ap < 2л ), то чем больше коэффициент N деления делителей 5 и 10 частоты, тем точнее совпадает устанавливаемое по сигналу на выходе блока 13 совпадений положение рабочей точки фазового детектора 7 с первоначально устанавливаемым положением его рабочей точки. При этом сигнал с выхода одновибратора 8 располагается в середине временного интервала между сигналами с выходов формирователей 11 и 12 одиночных импульсов, Ошибка устанавливаемого сдвига фаэ по отношению к первоначально установленному не превышает Лр /N и тем меньше, чем больше.N. Поскольку N может быть выбран достаточно большим (несколько десятков), влияние вносимого в первоначальный сдвиг р дополнительного сдвига Л р /N на точность измерений не сказывается, Сравнение временного положения сигнала на выходе одновибратора 8 с сигналами на выходах формирователей 11 и 12 одиночных импульсов происходит каждый период частотыК/N е априорно установленные моменты времени, что позволяет обеспечить максимально возможное (практически за время определяемое быстродействием используемых цифровых микросхем) время установки априорно заданного сдвига фаз на входах фазового детектора 7. Поскольку информационные сигналы снимаются с входов фазового детектора 7, то исключаются возможность влияния сигнала с выхода фазового детектора на формирование сигнала предустановки, одновременно обеспечивая высокую помехоустойчивость измерителя.

Формула изобретения

Ультразвуковой фазовый измеритель виброперемещений, содержащий излучающий преобразователь, два делителя частоты, 1б19028

9U2, 1

Фи.l

Составитель И. Ардашева

Техред M.Ìoðãåíòàë Корректор Н. Король

Редактор Н, Бобкова

Заказ 36 Тираж Подписное

8НИИПИ Государственного комитета по.изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101 приемный преобразователь, фазовращатель, блок обработки информации, фазовый детектор, первый формирователь одиночных импульсов и задающий генератор, подключенный выходом к входу излучающего преобразователя и к информационному входу первого делителя частоты, выход которого соединен с одним входом фазового детектора, выход приемного преобразователя подключен к информационному входу второго делителя частоты, подсоединненого управляющим входом к управляющему входу первого делителя частоты и выходом — через фазовращатель — к другому входу фазового детектора, выход которого соединен с входом блока обработки информации,отличающийся тем,что,сцелью повышения производительности, он снабжен одновибратором, блоком совпадений и вторым формирователем одиночных им5 пульсов, подключенным входом к выходу первого делителя частоты и к входу первого формирователя одиночных импульсов, выход которого соединен с первым входом блока совпадений, подсоединенного вто10 рым входом к выходу второго формирователя одиночных импульсов, третьим и четвертым входами — к выходу одновибратора, выходом — к управляющему входу первого делителя частоты, а вход одновиб15 ратора соединен с выходом фазовращателя,