Устройство для измерения нестабильности частоты вращения вала

(59 4 С О 1 Р 3/ Ыя ъ ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕАВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ алой мощ а. М.:ГСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ(71) Ленинградский институт авиационного приборостроения(56) Электрические машины м ности./Под ред. В.М. Голубев Энергия, 1978, с. 155-158.Алексеенко А.Г., Коломбет Е.А., Стародуб Г.И. Применение прециэион". ных аналоговых интегральных схем.М.: Радиосвязь, 1981.Авторское свидетельство СССР У 684451, кл, С 01 Р 15(08, 1977. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ НЕСТАБИЛЬНОСТИ ЧАСТОТЫ ВРАЩЕНИЯ ВАЛА (57) Изобретение относится к измерительной технике, может быть использовано для измерения неравномерности вращения вала, например, в аппаратах магнитной записи, и позволяет повы-,.,80121 01 ОО сить точность и расширить частотныйдиапазон измерения. Для этого генератор 10 высокой частоты выполнен уп.равляемым, Частотный детектор 13для уменьшения нелинейных искаженийможет быть выполнен по схеме частотного детектора с обратной связью. Навход фазового детектора 19 подаютсясигналы, пропорциональный мгновеннойчастоте вращения и пропорциональныйсредней частоте вращения. После ихсравнения на выходе фазового детектора 19 формируется сигнал, пропорциональный отклонению мгновенной частоты вращения от ее среднего значения,который подается на второй вход блока 22 вычисления, а на первый входблока 22 - сигнал с выхода схемы 16выделения модуля сигнала и усреднения, который пропорционален среднейчастоте вращения вала. Отношениеукаэанных сигналов определяет величину нестабильности частоты вращения вала, которая вычисляется в блоке 22. 3 ил.р ателя 1 угливчостипроцентов Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения неравномерности вращения вала, например, в аппаратах магнитной записи.Цель изобретения - повышение точности и расширение частотного,циапазона измерения.На фиг. 1 изображена функциональ-. ная схема устройства; на фиг.1 конструкция преобразователя угла поворота; на фиг. 3 - эпюры действующих сигналов. Устройство содержит преобразователь 1 угла поворота, включающий диск 2, жестко закрепленный, например, с помощью цангового зажима.3 на исследуемом валу 4, между двумя катушками 5 индуктивности тороидальной формы в зазоре их магнитопроводов с воэможностью свободного враще" ния на валу 4, Катушки 5 индуктивности включены последовательно-встречно и жестко скреплены между собой держателем 6. На плоскости диска 2 на площади, ограниченной двумя окружностями разных диаметров 7 и 8, выбираемых из соотношения с =(ОьЯО 0,95)Л,й, =.(0,550,75)П,где а - диаметр большой окружности 7;Й - диаметр меньшей окружнссти 8;В - диаметр диска 2,причем центр большей окружности 7совпадает с осью вращения диска 2,а центр меньшей окружности; 8 смещенотносительно оси на величину нанесен слой 9 ферромагнитного мат;.риала, например никеля.Управляемый генератор 10 высокой частоты состоит иэ генератора 11 высекой частоты и согласующего полосового усилителя 12Генератор 11 высокой частоты может быть выполнен по схеме емкостей трехточки, например, на транзисторе ГТ 313 Б.При этом индуктивность катушек 5 включена непосредственно в резонансный контурl генератора 11 высокой частоты Согласующий полосовой усилитель 12 может быть собран, например, на тран" 00 2зисторах ГТ 313 Б и 1 Г 311 Б. Частотныйдетектор 13 для уменьшения нелинейных искажений может быть выполнен натранзисторах КП 305 Д по схеме частот- .ного детектора с обратной связью. Интегратор 14 выполнен на двух микросхемах - операционных усилителях ти"па К 140 УД 8 А. Управляемый генератор15 низкой частоты содержит схему 16выделения модуля сигнала и усреднения, которая собрана по известнойсхеме, и преобразователь 17 напряже"ние - частота, который может бытьвыполнен на операционном усилителетипа К 140 УД 8 А по известной схеме.Фазометр 18 содержит фазовый детектор 19, фильтр 20 низкой частоты ииндикатор 21. Фазовый детектор 19выполнен на базе интегрального перемюжителя К 525 ПС 1 по известной схеме.Фильтр 20 низкой частоты можно, например, выполнить на базе операционного усилителя К 140 УД 8 А по известнойсхеме. В качестве индикатора 21 может быть применен цифровой универсальный вольтметр, например, В 7 -23. В качестве блока 22 вычисления нестабильной частоты можно использовать ЭВМ,например микро-ЭВМ "ЭлектроникаМ",В качестве регистрирующего прибора23 можно применить, например, светолучевой осциллограф типа НУстройство работает сл;:Дующимобразом.Диск 2 с помощью цангового зажима 3 устанавливается на исследуемыйвал 4 так, чтобы катушки 5 индуктивности были расположены симметричноотносительно диска 2,Поскольку частоты колебаний генератора 11 высокой частоты совпадаетс резонансной частотой контура я,можно считать, что1-КГгде . - индуктивность контура;С - емкость,При изменении индуктивности контура па величину 6 1 соответствующее изменение частоты определяется иэвыражения женкой конструкции преобгла поворота изменение 61,(с) составляет еди 1210100В этом случае справедливо соотно- шение Ьи (Г) 1 ь 1(г) со 2 1 ЬЯ = -К Ь 1 ,10 5 20 25 30 35 40 45 ю= ю + о сое 2 у с,где ы = 2 Р Г - средняя частота коле"о обанкя (в отсутствие модуляции);2 и - частота модуляции; Ы 9 - девиация частоты,Значение напряжения на выходе генератора 1, высокой частоты (фиг. Зб) определяется выражениемЯУ=Б зхп (я, + 2 зп 2 ц ).о 50 55 где К - коэффициент пропорциональности,Таким образом, при малых относительных изменениях величины ЬЯ (С)и Ь 1(1) связаны линейной зависимостью. Знак "минус" показывает, чтоположительному приращению индуктивности Ь 1.(С) соответствует отрицательное приращение частоты ЬЯ (с).При вращении диска 2 в зазорахмагнитопроводов катушек 5 индуктивности происходит периодическое изменение площади ферромагнитного материала 8, нанесенного на плоскость диска 2 и пронизываемого магнитным пото.ком катушек 5 индуктивности. Приэтом происходит изменение суммарнойиндуктивности катушек 5 по закону(фиг. За)- + 1. соз 2 цй,где 1. - амплитуда колебания суммарной индуктивности;Я - частота вращения вала 4.Поскольку катушки 5 включены врезонансный контур генератора 11 высокой частоты, то управление частотой его колебаний осуществляетсяпрямым изменением индуктивности кон"тура, что приводит к изменению частоты настройки контура и, следовательно, частоты генератора 11 высокойчастоты. Таким образом осуществляется частотная модуляция напряжения генератора 11 высокой частоты, Изменение частоты генератора 11 высокойчастоты определяется выражением Согласующий полосовой усилитель 12 настроен на среднюю частоту коле. баний ю, и усиливает сигнал до величины, необходимой для работы частотного детектора 13. В последнем осуществляется детектирование частотно-модулированного сигнала, в результате чего сигнал на его выходе Б (Г) изменяется с частотой модулирующего колебания, т.е, с частотой вращения вала (фиг. Зв). Далее этот сигнал поступает на интегратор 14 н фаэометр 18. Поскольку на интегратор 14 поступает периодический сигнал без постоянной составляющей, то амплитуда сигнала на его выходе Ц ц (1;) обратно пропорциональна часннттоте вращения вала в соответствии с амплитудно-частотной характеристикой интегратора 14. Этот сигнал содержит информацию как о средней частоте вращения вала (в виде несущей частоты), так и информацию о нестабильности частоты вращения (фиг. Зг) в виде функций, модулирующих несущую частоту. Схема 16 выделения модуля сигнала производит выделение модуля сигнала Пци его усреднение(фиг. Зд). Причем постоянная времени осреднения выбрана таким образом, чтобы она была больше, чем период низшего колебания, подлежащего исследованию, т.е.5 с.,Это позволяет осреднять как низкочастотные, так и высокочастотные колебания мгновенной частоты вращения и формировать электрический эталон средней частоты вращения, относительно которого определяются колебания мгновенной частоты вращения с высокой точностью. Полученное с выхода схемы 16 выделения абсолютного значения и усреднения нап ряжение Б(фиг. Зд) подается на вход преобразователя 17 напряжение - частота, На выходе последнего формируется гармонический сигнал с частотой, обратно пропорциональной управляющему напряжению, т.е. с удвоеннойсредней частотой вращения вала. Таким образом, на входы фазового детектора 19 подаются сигнал, пропорциональный мгновенной частоте вращения, и сигнал, пропорциональный средней частоте вращения. После сравнения указанных сигналов на выходе фазового детектора формируется сигнал, прог:огцяональный отклонению мгновенной, 5 12частоты вращения от ее среднего зна.чения, который подается на второйвход блока 22,вычисления. На первыйвход блока 22 вычисления подаетсясигнал с выхода схемы 16 выделениямодуля сигнала и усреднения которыйпропорционален средней частоте вращения вала. Отношение указанных сигналов и определяет величину нестабильности частоты вращения вала, котораявычисляется в блоке 22 вычисления.Блок 22 вычисления,производит также разложение сигнала нестабильностимгновенной частоты вращения на гармонические составляющие ряда Фурье,вычисление амплитуды и частоты гармонических составляющих и суммарнойнестабильности частоты вращения. Результаты вычисления регистрируютсяна многоканальном регистрирующемприборе 23,Формул а изобретенияУстройство для измерения нестабильности частоты вращения вала, со-. держащее преобразователь угла поворо. та, фаэометр и блок регистрации, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности и расширения частотного диа лэона измерения, в него введены последовательно соединенные управляемый генератор высокой частоты, частотный детектор интегратор, управляемый генератор низкой частоты и блок вычисления 10100 Ьнестабильности частоты, причем второй выход управляемого генераторанизкой частоты соединен с первымвходом фаэометра, выход которогосоединен с вторым входом блока вычисления нестабильности частоты, соединенного выходом с блоком регистрации,а преобразователь угла поворота выполнен в виде диска с нанесенными наВ111 него слоем ферромагнитного материала и двумя катушками индуктивноститороидальной формы, причем дискжестко закреплен на исследуемом:валу и установлен симметрично между 1 катушками индуктивности тороидальной формы в зазоре их магнитопроводов с возможностью вращения, приэтом, катушки индуктивности скреплены между собой, соединены последовательно-встречно и подключены квходу управляемого генератора высокой частоты, а слой ферромагнитногоматериала нанесен на площади диска,ограниченной двумя окружностями 2 Б разных диаметров, выбираемых пэсоотнов ения61 =(0,80,0,95)Э, с 1 =(0,550,75 К),где П - диаметр диска,причем центр большей окружности совпадает с осью вращения диска, а центр меньшей смещен относительно оси на величину И-Й)/2.1210100 а Составитель А. Астаховедактор А, Козориз Техред Т.Тулик Кооректор Л П ака Подписи Ужгород. ул, Проектная,атен гпит 13/53 ВНИИПИ Госуда по делам 3035, Москва, ЖТираж 778ственного комитета СССРзобретений и открытий Раушская наб д. 4/5