Ультразвуковой фазовый измеритель виброперемещений

"",:., .ПУФ )".: АВТОРСКОМ ЕТЕПЬСТВУ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР ПО ЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТК ГГИ(71) Горьковский филиал Всесоюзного научно-исследовательского института по нормализации в машиностроении (53) 531,718,2(088,8)(56) .1Редчиков В.В. Ультразвуковой фазовый метод измерения вибросмещений. Сб. Виброметрия,дЗнание",МДНТП ,им. Дэержинского, 1973, с, 194-199.2. Авторское свидетельство СССР Р 823824, кл, С 01 В 7/00, 1979 (прототип),( 54)(57) УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ФАЗОВЫЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ ВИБРОПЕРЕМЕЩЕНИЙ, содержащий последовательно соединенные задающий генератор и излучающий пре-. образователь, приемный преобраэоЯ 01048331 А ватель и фазовый детектор, второй вход которого подключен к выходу задающего генератора, генератор тактовых импульсов и последовательно соединенные схему И, коммутатор и шаговый двигатель, о т л и ч а ю -щ и й с я тем, что, с целью повышения чувствительности, он снабжен схемой И-НЕ, подключенными к выходу приемного преобразователя последовательно соединенными интегратором, преобразователем "аналог-ступенька", дифференциатором, диодом и триггером, инверсный выход которого соединен с входами схем И и И-НЕ, вторые входы которых подключены к выходу генератора тактовых импульсов, Сй синхронизирующий вход которого соединен с входом триггера, а выход шагового двигателя соединен с управляю" щим входом задающего генератора.Изобретение относится к измеритель-ной технике и может быть испольэовано в любой отрасли машиностроенияри виброиспытаниях,Известен ультроэвуковой .Фазовыйизмеритель виброперемещений, содержащий .последовательно соединенныезадающий генератор, излучающий пре-образователь, приемный. преобразователь и Фазовый детектор, второй входкоторого подключен к выходу задающего генератора 1 .Недостатками измерителя являютсянизкая чувствительность и точностьизмерений иэ-эа наличия нелинейныхискажений выходного сигнала за счет 15произвольного выбора рабочей точки излучающего и .приемного преобразователей. Оптимальным режимом работы устройства является режим, когдарабочая точка находится в середине ;длинейного участка излученного ультра"звукового сигнала ТаЛк как линейныйучасток составляет в ,. где Л - дли;на волны ультразвука, що вероятность попадания в область линейного,участка составляет 25. Погрешность выбора рабочей точки в середине линейного участка составляет й Р . = 5 10 е мм и вероятность(е 1 п 1попадания в эту область составляет . З 0 н 810 4%.Следовательно измеритель практичес ки всегда, работает в нелинейном режиме, поэтому чувствительность его невелика, а наличие нелинейных иска жений увеличивает .погрешность изме рения.,Наиболее близким к изобретению по технической сущности является ультразвуковой Фазовый измеритель 40 виброперемещений, содержащий последовательно соединенные задающий генератор и излучающий преобразователь, приемный преобразователь и Фазовый детектор, второй вход которого 45 подключен к выходу задающего генератора, генератор тактовых импульсов и последовательно соединенные схему И, коммутатор и шаговый двигатель.50Принцип действия измерителя основан на измерении разности Фаэ излученного и отраженного от исследуемого объекта ультразвукового сигнала, по величине которой судят о смещении объекта. Он работает в линейном режиме. Для измерения с вы. сокой точностью необходимо, чтобы в процессе измерений частота задающего генератора была равна резонанс.- ной частоте системы "излучатель объект-приемный преобразователь", Точность настройки частоты задающего генератора на резонансную частоту этой системы зависит от изменения температуры, влажности и других 5 параметров окружающей среды. Незначительные отклонения частоты от резонансной ведут к резкому снижению уровня выходного сигнала, что приводит к снижению чувствительности и точности измерителя.Так полоса пропускания системы физлучатель-объект-приемник" на уровне .0,707 составляет О,5 кГц 1,2 3.В процессе работы вследствие изменения температуры основная резонансная частота системы "излучатель-объект-приемник" сМещается на 2 кГц. При уровне звукового сигйала излучателя, равном 1, и смещении полосы на .2 кГц уровень выходного сигнала понижается примерно в 3 ра эа, следовательно чувствительностьвибросигнала и точность измеряемой величины также снижаются в 3 раза. На точность настройки частоты задающего генератора на резонансную частоту системы "излучатель-объект-прием ник" влияет также ошибка оператора. Кроме того, низкий уровень выходного излученного ультразвукового сигнала не позволяет располагать систему "излучатель-приемник" вдали от исследуемого объекта. Все зто резко снижает чувствительность и точность измерения измерителя, что является его недостатком.Недостатком известных устройств является низкая чувствительность и точность измерения.Цель изобретения - повышение чувствительности и точности измерителя.Поставленная цель достигается тем, что ультразвуковой фазовый изме. ритель виброперемещений, содержащий последовательно соединенные задающий генератор и излучающий преобразователь, приемный преобразователь и фазовый детектор, второй вход которого подключен к выходу задающего генератора, генератор. тактовых импульсов и последовательно соединенные схему И, коммутатор и шаговый двигатель, он снабжен схемой И-.НЕ, подключенными к выходуприемного преобразователя последовательно аоединенными интегратором, преобразователемфаналог-ступенька", диффереициа" тором, диодом и тиггером, инверсный выход которого соединен со входами схем И И-НЕ, вторые входы которых подключены к выходу генератора тактовых импульсов, синхрониэирующий вход которого. соединен с входом триггера, а выход шагового двигателя соединен с управляющим входом за- . дающего генератора,На фиг. 1 представлена блок-схема устройства, на Фиг, 2 " эпюры напряжений, пояснякщие работу измерителя.ФУльтразвуковой фазовый измеритель виброперемещений содержит последовательно соединенные задающийгенератор 1, излучающий преобразователь 2, взаимодействующий с исследуемым объектом 3, приемный преобразователь 4, джазовый детектор 5, второй вход которого подключен к выходу задающего генератора 1, последовательно соединенные интегратор б,преобразователь 7. фаналог-ступенькаф, дифференциатор 8, выход кото-рого через диод 9 соединен с триггером 10 и генератором 11 тактовых импульсов, Инверсный выход триггера10 подключен ко входам схемы 12 И 15и схемы 13 И-НЕ, другие входы которысоединены с выходом генератора. 11тактовых импульсов, а выходы подключены к коммутатору 14, который соединен с шаговым двигателем 15, выход 20которого соединен с управляющим вхо"домзадающего генератора 1,Измеритель работает следующимобразом.С выхода задающего генератора 1электрический сигнал, поступая наизлучающий преобразователь 2, преобразуется в акустические ультразвуковые колебания, которые достигаютповерхности исследуемого объекта 3,отражаются от него и поступают наодин иэ входов фазового детектора 5(фиг. 2, 16 1, на другой вход которого поступает опорный сигнал с вы".хода задающего генератора 1. Выход 1 ной сигнал с приемного преобразова- Зтеля 4 поступает на интегратор б,где он преобразуется в монотонно возрастающее напряжение (фиг. 2.17),которое преобразователем 7 "аналогступенькаф преобразуется в ступен- . 40чато изменяющееся напряжениефиг. 2.18). Сигналы с выхода преобразователя 7 1 аналог-ступенька"поступают на вход дифференциатора 8,с выхода которого импульсы фиг.2;19) 45через диод 9 поступают на триггер10 и синхронизирующий вход генератора 11 тактовых импульсов. Сигналы с инверсного выхода триггера 10и генератора 11 одновременно посту- упают на входы схемы 12 И и схем13 И-НЕ, В зависимости от изменениянесущей частоты относительно резонансной, срабатывает одна иэ схем,с выхода которой сигнал через коммутатор 14 поступает на шаговый двигатель 15 для управления режимом его работы.В начальный момент включения изме. рителя вращение вала шагового двигателя 15 происходит в направлении уменьшения частоты задающего генератора 1 относительно резонансной. В таком случае сигнал на выходе интегратора 6 начинает монотонно убывать. Первая ступенька ступенчато убывающего напряжения преобразова.теля 7 через дифференциатор 8 и диод 9 поступает на счетный вход триггера 10 и опрокидывает его. Сигнал логической единицы, появляющийся на инверсном выходе триггера 10, закрывает логическую схему 13 И-НЕ и открывает логическую схему 12 И. Последовательность тактовых импульсов генератора 11 через открытый элемент .12 И поступает на первый вход коммутаТора 14 и шаговый двигатель 15. Вал шагового двигателя 15 изменяет направление вращения. Вследствие этого изменение частоты задаю" щего генератора 1 происходит в сто рону приближения к резонансной частоте системы "излучатель-объект-приемник". На выходе интегратора. б по" является монотонно возрастающее напряжение., которое затем трансформируется после преобразователя 7 и дифференциатора 8 в импульсы положительной полярности, диод 9 закрыт и отсекает их от триггера 10. Устройство работает в таком режиме до момента перехода частоты задающего генератора 1 через резонансную, Шервый же отрицательный импульс с выхода дифференциатора 8 опрокидывает триггер 10, и вал шагового двигателя 15 изменяет направление вращения, При этом частоту дискретизации выбирают иэ условия Я=. где ГВВпериод максимальной.из "частот задающего генератора.Таким образомв процессе измерений значение несущей частоты задающего генератора автоматически поддерживается равным резонансной частоте системы физлучатель-объект-при- . емный преобразователь".Использование ультразвукового фа.зового измерителя виброперемещений 1 позволяет повысить в несколько раз чувствительность и точность измерения.Го суда елам иэ Москва,иражственного кобретений и оЖ, Раушск тета СССРрытийнаб., д.