Устройство для измерения параметров вибраций

/О 6 01 ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕ АВ рское бюро 26, инструкцияер, Дания.инструкция по Дания - протоЕРЕНИЯ ПАГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТН ВЕДОМСТВО СССР (ГО сп Ате нт сссР) ОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ(56) Усилитель заряда тип 2по эксплуатации, Брюль иВибромотор, тип 2511эксплуатации, Брюль и Кьетип.(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИРАМЕТРОВ ВИБРАЦИИ(57) Изобретение относится к измерительной технике. Цель изобретения - расширение частотного диапазона за счет компенсации резонанса при сохранении динамического диапазона, Сигнал для пьезоэлектрического вибропреобразователя 1 поступает на вход усилителя 2 заряда, а затем на вход блока 9 компенсации, где фильтр с частотой, соответствующей резонансу пьезоэлектрического вибропреобразователя 1, компенсирует увеличение сигнала на резонансе. 3 ил,15 20 25 30 35 40 45 50 55 Изобретение относится к области виброизмерений и может быть использовано при построении виброизмерительных приборов и систем контроля, измерения и анализа вибрационных процессов.Известны устройства для измерения параметров вибрации, содержащие на входе усилитель заряда соединений с измерительным трактом, в общем случае, блок интеграторов, блок фильтров, блок усилителей, блок детекторов и блок индикации, В зависимости от конкретного назначения комбинации блоков измерительного тракта могут быть различными.Наиболее близким к предлагаемому является устройство для измерения параметров вибрации, содержащее усилитель заряда, блок интеграторов, фильтры высоких частот, блок усилителей, фильтры нижних частот, блок детекторов и блок индикации, соединенные последовательно,Недостатком этого устройства является то, что для измерения механических колебаний в широком диапазоне частот и широком динамическом диапазоне необходимо применять несколько вибропреобразователей с различными частотами собственного резонанса, Но вибропреобразователи с высокой частотой собственного резонанса имеют малые коэффициенты преобразования, что ведет к уменьшению динамического диагаэона устройства.Цель изобретения - расширение частотного диапазона измеряемого сигнала при сохранении динамического диапазона устройства.Указанная цель достигается тем, что устройство измерения параметров вибрации, содержащее последовательно соединенные пьезоэлектрический вибропреобраэователь, усилитель заряда и измерительный тракт, содержащий, в общем случае, последовательно соединенные блок интеграторов, блок нормирующих усилителей, блок фильтров, блок детекторов и блок индикации, введен блок компенсации, выполненный в виде режекторного фильтра, дифференциального усилителя, инвертирующий вход которого соединен с выходом режекторного фильтра, а неинвертирующий вход - со входом режекторного фильтра и с выходом усилителя заряда, параллельно соединенных конденсатора и резистора, один вывод которых соединен с выходом дифференциального усилителя, а второй с входом усилителя заряда, и конденсатора обратной связи, подключенного между входом и выходом усилителя заряда.На фиг. 1 представлена блок схема устройства для измерения параметров вибрации; на фиг. 2 - способ выполнения блока компенсации; на фиг. 3 - диаграмма, показывающая различные степени компенсации, Устройство измерения параметров вибрации содержит последовательно соединенные пьезоэлектрический вибропреобразователь 1, усилитель заряда 2 и измерительный тракт, содержащий последовательно соединенные блок интеграторов 4, блок нормирующих усилителей 5, блок фильтра б, блок детекторов 7, блок индикации 8, причем вход блока интеграторов4 подключен к выходу усилителя заряда 2, а также вновь введенный блок компенсации9, входом подключенный к выходу усилителя заряда 2, а выходом - к его входу, параллельно конденсатору цепи обратной связи.Блок компенсации 9 (см, фиг, 2) состоит иэ режекторного фильтра 13, дифференциального усилителя 12, инвертирующий вход которого соединен с выходом режекторного фильтра 13, а неинвертирующий вход с входом режекторного фильтра 13 и является входом блока компенсации, а выход дифференциального усилителя 12 подключен к входу цепи из параллельно соединенных конденсатора 10 и резистора 11, выход ко- торой является выходом блока компенсации.Устройство для измерения параметров вибрации работает следующим образом: выходное напряжение усилителя заряда 2, определяющего характеристики устройства, определяется следующим выражением;0О 6 х - (1) где 0 - входной заряд, поступающий с вибропреобраэователя;С 10 - емкость конденсатора блока компенсации;С - емкость конденсатора цепи обратной связи усилителя заряда 2;К - коэффициент передачи системы: дифференциальный усилитель 12 - режекторный фильтр 13.К = О+ - О-К 1 з: (2) где О+ - напряжение на неинвертирующем входе дифференциального усилителя 12;О- - напряжение на инвертирующем входе дифференциального усилителя 12;К 1 з - коэффициент передачи режекторного фильтра 13.Из формул (1) и (2) видно, что в полосе прозрачности режекторного фильтра 13 на входы дифференциального усилителя 12 поступают синфаэно сигналы одинаковой величины (Коз = 1) и на его выходе сигнал равен нулю, т. е. ВС-цепь, образованная конденсатором 10 и резистором 11, отключена, и510 15 20 25 30 35 40 45 50 коэффициент преобразования усилителя заряда 2 определяется конденсатором обратной связи С, В полосе прозрачности режекторного фильтра 13 (К 1 з= О) дифференциальный усилитель 12 работает как повторитель напряжения, и на его выходе напряжение равно напряжению на неинвертирующем входе, Коэффициент преобразования усилителя заряда 2 определяется суммой конденсатора обратной связи с конденсатором 10. При возрастании заряда, поступающего на усилитель заряда 2 с вибропреобразователя 1, т. е. при возрастании его коэффициента преобразования, который на резонансной частоте может увеличиваться примерно в 30 раз, для получения неизменного напряжения на вьходе усилителя заряда 2, необходимо, цтобы суммарное значение емкости конденсатора обратной связи 6 и емкости конденсатора 10 возрастало примерно в 30 раз, а изменение характеристики режекторного фильтра 13 должно соответствовать изменению амплитудно-частотной характеристики (АЧХ) вибропреобразователя 1, в области резонанса, т. е. емкость конденсатора 10 должна быть примерно в 30 раэ больше емкости конденсатора обратной связи С, а частота режекции фильтра 13 равна частоте вибропреобразователя,На построение характеристики режекторного фильтра 13 это соотношение не влияет, т. е. оно задает только максимальную величину коэффициента преобразования устройства. Так как вибропреобразователь - это резонансная система со среднеи добротностью, что подтверждается реальными характеристиками, а частота собственного резонанса определяется конкретно для каждого изделия (заносится в паспорт) и практически постоянна для одного типа вибропреобразователя (определяется конструкцией), то,рассчитав элементы фильтра на частоту режекции, равную частоте резонанса вибропреобразователя, и регулировкой добротности, можно практически полностью скомпенсировать резонанс вибрапреобразователя и расширить частотный диапазон измерения устройства до частоты резонанса. Для построения виброизмерительнойсистемы с классом точности 10 достаточнаяточность согласования характеристик+10 .На фиг. 3 показаны степени компенсации,где а - АЧХ вибропреобразователя;б - АЧХ режекторного фильтра и устройства в целом (штрихпунктир) при добротности фильтра 0 = 1;в - соответственно при добротности1фильтра 0 = - .Используя вибропреобразователь чувствительностью 10 МВ/м секс частотойсобственного резонанса 16000 Гц, верхняячастота измерения с погрешностью +10будет равна 4800 Гц из формулыУдчх = - 11 100 .1щах)2резСкомпенсировав характеристику резонанса с помощью регулировки добротности,можно расширить полосу частот измерениявплоть до частоты резонанса, т. е, до 16000Гц (см, фиг, 3).Таким образом, вновь введенный блоккомпенсации позволяет расширить диапазон частот измерения при сохранении динамического диапазона. устройства,Формула изобретенияУстройство для измерения параметроввибрации, содержащее последовательносоединенные пьезоэлектрический вибропреобразователь, усилитель заряда и измерительный тракт, о т л и ч а ю щ е е с я тем,что, с целью расширения частотного диапазона при сохранении динамического диапазона, оно снабжено блоком компенсации,выполненным в виде режекторного фильтра, дифференциального усилителя, инвертирующий вход которого соединен свыходом режекторного фильтра, а неинвертирующий вход - со входом режекторногофильтра и выходом усилителя заряда, и параллельна соединенных конденсатора и резистора, один вывод которых соединен свыходом дифференциального усилителя, адругой - с входом усилителя заряда, и конденсатором обратный связи, подключенным между входом и выходом усилителязаряда.1779950глЫ"ОЩСоставитель А, ЯковлевРедактор С. Кулакова Техред М.Моргентал Корректоозориаказ 4430 Тирак Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ С 113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул,Гагарина, 10