Ультразвуковой фазовый измеритель виброперемещений

СОЮЗ СОВЕ ГСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИРЕСПУБЛИК 028 А 9)51)5 6 01 В 17/О ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ области изметь использования вибрации в ого хозяйства: нии, самолетоется повыше- счет сокращеопераций.нкциональная ого измеритеиг.2 - в ремен. -его работу. й измеритель задающий гебразователь 2,ВТОРСКОУУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(71) Институт прикладной физики АН СССР(56) Авторское свидетельство СССРИт 1413420, кл. 6 01 В 17/00, 1987,Авторское свидетельство СССРМ 1357725, кл. 6 01 Н 5/00, 1987,(54) УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ФАЗОВЫЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ ВИБРОПЕРЕМЕЩЕНИЙ(57) Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано длябесконтактного измерения вибраций в различных отраслях народного хозяйства. Цельизобретения - повышение производительности за счет сокращения количества настроечных операций. Положению рабочейточки на амплитудной характеристике фазоИзобретение относится рительной техники и может б но для бесконтактного измере различных отраслях народн машиностроении, судострое строение и т.д,Целью изобретения явл ния производительности за ния количества настроечных На фиг,1 представлена ф схема ультразвукового фаза ля виброперемещений; на ф ные диаграммы, поясняющие Ультразвуковой фазовь виброперемещений содержи нератор 1, излучающий преового 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,возбуждающии 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 2-2 ИИЛИ,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 12одиночных импульсов и к одному входу фазового детектора 7, Блок 13 совпаденийподключен первым и вторым входами к выходам соответственно формирователей 11. и12 одиночных импульсов, э третьим и четвертым входами - к выходу одновибраторэ8, Выход приемного преобразователя 4 соединен с информационным входом делителя 5 частоты, выход которого подсоединенчерез фазовращатель 6 к входу одновибратора 8 и к другому входу фазового детектора7, подключенного выходом к входу блока 9обработки информации,Кроме того, обозначены (фиг.2) напряжение О 1(с) на выходе задающего генератора 1(э), напряжение О 2(с) на выходе делителя10 частоты (б), напряжения Оэ(т) и О 4(с) навыходах соответственно формирователей11 и 12 одиночных импульсов (в и г),напряжение Оф) на выходе приемного преобразователя 4(д),напряжение Оф) на выходеделителя 5 частоты (е)напряжение От(т) навыходе фаэовращателя 6(ж),напряжение Оэ(1)на выходе одновибратора 8(з) и напряжениеО 9(т) нэ выходе блока 13 совпадений (и).Задающий генератор 1 предназначендля работы в непрерывном режиме на частоте у(фиг,2 а). Излучающий 2 и приемный 4преобразователи предназначены для возбуждения в направлении объекта 3 ул.ьтразвуковой волны, приема отраженной волныи преобразования ее в аналоговый сигнал.Делители 5 и 10 частоты имеют одинаковый коэффициент деления Й и предназначены для непрерывного деления частотысигналов, поступающих на их входы в случае разрешающего сигнала на их управляющих входах, и прекращения деления(характеризующегося отсутствием сигналовна выходе делителей) при наличии сигналапредустановки. Выбор величины коэффициента деления делителей 5 и 10 происходитиэ условия выполнения однозначности фазовь 1 х измерений фазовым детектором 7,чтобы выпблнялось неравенство й А8 Ао, где Ао - максимальная ампли- .туда измеряемых перемещений, А - длинаультразвуковой волны,Фазовращатель 6 создает требуемыйсдвиг фаз на входе фазового детектора 7,обеспечивающий нахождение рабочей точки фазового детектора 7 в нуле его амплитудной характеристики, Сдвиг фазустанавливается априорно при условии одновременного начала работы делителей 5 и10 частоты.Фазовый детектор 7 преобразует разность фаз между сигналами на его входах ваналоговый сигнал, величина которого про блоке 9 обработки информации, Одновибратор 8 предназначен для фор 10 мирования (по информационному для 15 20 35 40 характеристики 5 преобразователь 2, возбуждающий ультразвуковую волну частоты у в направлении 10 25 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 тф 1, 1 ф 2 и время 11, 12 появления которых соответствуют нахождению рабочей точки фазового детектора 7 на нелинейном участке его амплитудной характеристики. Время т 1 совпадает с временем начала каждого периода сигнала с выхода делителя 10 частоты, окончание импульса длительностью тф 2 совпадает с его концом (фиг.2 б,в и г).Блок 13 совпадений, реализующий функцию 2-2 ИИЛИ, 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 измерительвиброперемещений работает следующимобразом,Предварительно, всего один рэз (приизготовлении), 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,2 а) 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 Оф) приемного преобразователя 4 (фиг,2 д) поступает на вход делителя 5 частоты, с выхода которого сигнал О 6(т) с частотой /М (фиг.2 е) поступает нэ вход фазовращателя 6, изменяющего5 10 15 20 25 30 40 50 фазу сигнала О 6(т) на постоянную величину(фиг.2 е и ж), Сигнал От(т) с выхода фазоврэщателя б поступает на вход одновибратора 8, формирующего на своем выходе импульс Ов(1) (фиг.2 з) по переднему фронту сигнала О 1(с) с выхода фазовращателя б. Сигнал с выхода одновибратора 8 доступает на один из входов каждой схемы 2 И блока 13 совпадений, Сигнал О 2(1) с выхода делителя 10 частоты поступает на входы формирователей 11 и 12 одиночных импульсов, формирующих сигналы Оз(т) и О 4(т), длительность и время появления которых соответствуют нахождению сигнала с одновибратора 8 на нелинейном участке амплитудной характеристики фазового детектора 7, Сигналы Оз(т) и Оф) 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.2 и) 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. 2 б и 2 е). В момент появления импульса на выходе блока 13 совпадений деление частоты делителями 5 и 10 прекращается, и сигнална их выходе пропадает. Сигнал с выходафазовращателя б также поступает на один из 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 фаз виброперемещения контролируемого объекта 3,Выход рабочей точки фазового детектора 7 за 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 б, одновибратора 8, 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 р (фиг.2 ж). Поскольку сдвиг фаз между выходными сигналами задающего генератора 1(фиг,2 а) и приемного преобразователя 4 (фиг.2 д) в общем случае является произвольным ( Лр ( 2 л), то чем больше коэффициент И 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 фаз по отношению к первоначально установленному не превышает Л р /К и тем меньше, чем больше.й. Поскольку И может быть выбран достаточно большим (несколько десятков), влияние вносимого в первоначальный сдвиг р дополнительного сдвига Л р /М 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 час- тотыК/М в 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 измерительвиброперемещений, содержащий излучающий преобразователь, два делителя частоты,1 б 19028 г Фи.8Составитель И. Ардашева Редактор Н, Бобкова Техред М.Моргентал Н. Корол орр аказ 36 Тираж Подписное 8 НИИПИ Государственного комитета по.изобретениям и открытиям при ГКНТ СС 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 роизводственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 1 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 информэции,отличающийся тем,что,сцелью повышения производительности, он снабжен одновибратором, блоком совпадений и вторым формирователем одиночных им . пульсов, подключенным входом к выходупервого делителя частоты и к входу первого формирователя одиночных импульсов, выход которого соединен с первым входом блока совпадений, подсоединенного вто рым входом к выходу второго формирователя одиночных импульсов, третьим и четвертым входами - к выходу одновибратора, выходом - к управляющему входу первого делителя частоты, а вход одновиб рэтора соединен с выходом фазовращателя,