Цифровой виброметр

О ПИ 398835ИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз Советских Социалистических Яеспубпикависимое от авт. свидетельс явлено 05.1 У.1971 ( 1643908/18-2присоединением заявки М М. Кл. 6 011 т 1/066 01 г 23/06 ударственный комитетвета Министров СССРо делам изобретенийи открытий ПриоритетОпубликовано 27.1 Х.1973. Бюллетень ЪЪ 38 УДК 534:621.3.083,72 (088.8) Дата опубликования описи 24.1.1974 Авторыизобретени Г. Кнорр Л. К, Рукина, А, Д, Толчинский и В. А. Крюк Заявител й ордена Ленина политехнический институ им. М, И. Калинина нинг адс ФРОВОЙ ВИБРОМЕ Изобретенне относится к виброизмерительпой технике и может быть использовано прп,построении переносных виброизмерительныхприборов с цифровым отсчетом, а также соответствующих узлов систем телеметрии и 5централизованного контроля,Известны виброизмерительные приборы, содержащие пьезоэлектрический акселерометр,у которых регистрация мгновенного значениявибросмещения происходит путем двойного 1интегрирования аналогового сигнала, пропорционального виброускорению. Достоинствомэтих приборов является возможность измерения вибраций на более низких частотах посравнению с обычными виброметрами с индукционными акселерометрами.Однако при современном состоянии измерительной техники аналоговый выходной сигнал и аналоговый способ обработки информации в подобных виброметрах следует рассматривать как недостаток. Например, еслипроектируется информационно-измерительнаясистема, у которой все измеряемые параметры преобразуются в частоту или цифровойкод, то естественно потребовать, чтобы и выходпой сигнал виброметра был представлен либов частоте, либо в коде. Простое присоединениепреобразователя напряжения в частоту либоаналого-цифрового преобразователя к выходуамплитудного выпрямителя малоцелесообраз но, так как приводит к суммированию погрешностей аналоговой и цифровой частей прибора и не устраняет необходимости применения высококачественных УПТ и интегрирующих конденсаторов, большого ослабления сигнала, невозможности интегрирования в бесконечном времени, большого постоянного времени измерения, относительно больших погрешностей измерения, присущих аналоговой части.Цель изобретения заключается в том, чтобы создать впброметр, в котором все операции над сигналом, в том числе н двойное интегрирование, производились бы в частотноимпульспой либо цифровой форме. Это достигается тем, что вместо аналоговых интеграторов применяются интеграторы частотно- импульсных сигналов, в качестве которых исгользуются следящие частотомеры.На чертеже показана структурная блоксхема предлагаемого цифрового виброметра.Виброметр содержит датчик (в частном случае пьезоэлектрический акселсро метр) 1; преобразователь напряжения в частоту (ПНЧ) 2; интегратор, состоящий нз блока 3 вычитания частот, реверсивного счетчика 4, преобразователя код-частота (КПЧ) б и делителя б частоты; интегратор, состоящий из реверсивного счетчика 4, преобразователя код-частота (КПЧ) б и делителя б частоты. и кварцевый генератор 7.Выход датчика соединен с входом ПНЧ, выход которого через блок вычитания частот подключен к суммирующему входу реверсивного счетчика 4, К вычитающему входу последнего через блок вычитания частот и дслитель б частоты подключен ПКЧ 5, который подсоединен одним входом к кварцевому генератору, а другим к единичным выходам счетчика 4. Выходной сигнал первого интегратора, снимаемый с выхода делителя частоты, поступает на суммирующий вход реверсивного счетчика 4. Вычитающий вход счетчика 4 через делитель б частоты, подключен к выходу ПКЧ 5, который одним входом соединен с кварцевым генератором, а другим - с единичными выходами счетчика 4.Сигнал с выхода ПНЧ имеет переменную составляющую 1, )пропорциональную измеряемому сигналу, и постоянную составляющую 1:, несущую частоту ЧИМ-сигнала, т. е, сввч = -+=. Для разделения составляющихприменяется известная схема следящего частотомера.Как известио, реакция сл)едящего частомера на скачкообразное изменение частоты представляет собой экспоненту с постоянной вреЬМмени Т= - , где ЬУ - изменение показаний реверсивного счетчика при изменении частоты на Л. Это позволяет использовать прин)цип следящего частотомера в качестве частотно-цифрового аналога ЯС-цепочки для интегрирования частотного сигнала при произвольном законе изменения измеряемой величины.Уравнение следящего частотомера (без учета квантования)с М М= (с"вх - со,с)В, но так как = Т, то о .о,с) о.с -вх Со.с) Фчто совпадает с уравн)ением ЯС-интегратора1 тс --Рвх - о.с) сУ,тоПринцип следящего частотомера заключается в том, что при подаче на его вход измеряемой частоты с наложенной )переменной помехой он отрабатывает постоянную составляющую и медленные изменения частоты, отфильтровывая переменную помеху.При использовании следящего частотомера в качестве частотного интегратора его задача прямо противоположна.Он должен интегрировать в непрерывном масштабе, переменный входной сигналу =сй,что достигается выбором соответствующей постоянной времени частотомера, путем введения в цепь обратной связи делителя частоты, В РЕЗУЛЬтатЕ ЧЕГО Сос 1 вх И, КРОМЕ ТОГО, 5)ос - ) вхТаким образом, при достаточно большойпостоянной времени замкнутого контура интегратора в схеме происходит непрерывная 10 коррекция постоянной составляющей входнойчастоты.Передаточная функция следящего частотомера( ) Т15Р(Р) 1+ ТР1где Т= -- постоянная времени )передачи,с)спа т и и - коэффициенты передачи ПКЧ 5 20 и делителя б частоты соответственно. Ее можно записать так же, как1,Р)=, , =1; . 25 т. е. передаточная функция следящего частотомера есть передаточная функция последовательно соединенных разделительной цепочки и идеального интегратора. Ан)алоговым эквивалентом разделительной цепочки явля ется обычная разделительная ЯС-цепь,Второй интегратор построен аналогично,цепь вычитания частот на его входе не нужна, так как выходные импульсы первого интегратора и импульсы обратной связи 1 оса полу чаются от одного и того же задающего генератора.Более того, оба ПКЧ могут быть выполне.ны на основе одного и того ке счетчика с двумя наборами ключей па выходах.40 В зависимости от конкретного применениявиброметра выходными параметрами его могут быть коды Л, и Л либо частотно-им)пульсные сигналы ) выхи ) вых45 Лг, =-(о) =-( айо,ы, = р(о) = с ассгб50 сМ,= а(а; а) =ф ай) =а(О,о- ,)(а а) - )(О=)ай),55где а, о, 1 - параметры вибропроцесса,С точки зрения точностных характеристикпредлагаемое устройство в основном имеет две погрешности: погрешность от дискретно сти выходного сигнала интегратора и методическую погрешность.Приближенный расчет цены импульса, поступающего на реверсивный счетчик первого интегратора; можно произвести, пренебрегая 65 частотой обратной связи, так как для пра 398835вильного интегрирования она должна быть малой по сравнению с входной частотой. Тогда, если переменная составляющая входной частоты меняется по закону.=ах ссОЗИ, ГдЕ вх , - максимальная девиация частоты ПНЧ, й - частота измеряемого вибропроцесса, код в счетчике 4 колеблется по закону= ,з 1 п Й 1 = з 1 п ИОтсюда амплитуда переменной составляю. щей кода в счетчике 4У, У,вх-макс 1 вхьмакс / 1а 2; г г(Аналогично для второго интегратора Следовательно, частотный диапазон данного виброметра ограничен сверху при определенной заданной погрешности дискретности= р(Р) и Р= рмаксОптимальный частотный диапазон вибраций, полученный теоретическим и экспериментальным путем для данного прибора, лежит в пределах единиц долей герца до сотен герц.Методическая погрешность бм, возникающая вследствие введения обратных связей в интеграторах, определяется по формулам812 Т,И1где Т, = - постоянная времени первот,п,го интегратора,1 1у 2 уД+31 2га5 1где Т,= постоянная времени второготалаинтегратора.10 Соответствующим подбором можно довестиметодическую погрешность в указанном диа пазоне частот до величин порядка 0,1 - 0,3%.15 Предмет изобретения1. Цифровой виброметр, содержащий датчик, преобразователь напряжение-частота, кварцевый генератор и два последовательно 20 соединенных интегратора, отличающийся тем,что, с целью повышения его точности и расширения класса решаемых задач, выход датчика через преобразователь напряжение-частота подключен к входу первого интегратора, 25 второй вход которого соединен с выходомкварцевого генератора и входом второго интегратора.2. Виброметр по п, 1, отличающийся тем, 30 что первый интегратор содержит блок вычитания частот, один вход которого подключен к первому входу интегратора, другой - к выходу делителя частоты, а выходы - и суммирующему и вычитающему входам ревер сивного счетчика, единичные выходы которогочерез преобразователь код-частота подсоединены к входу делителя частоты и выходу первого интегратора, раздельный вход преобразователя код-частота подключен к второму 40 входу первого интегратора.