Ультразвуковой измеритель виброперемещений

)5 С 01 В 17/00 ОПИСАНИ Н АВТОРСНОМУ ЗОБРЕТЕНИЯ ВИДЕТЕЛЬСТ итута равов ов ССС 1984 измериисполь именно вибропе - повы-. счет исого деГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЬГГИЯМПРИ ГКНТ СССР(71) Горьковский филиал Инсмашиноведения им. А.А.БлагоАН СССР(5 б) Авторское свидетельств9 1254334, кл. С 01 М 5/00,(54) УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ ВИБРПЕРЕМЕЩЕНИЙ(57) Изобретение относится ктельной технике и может бытьзовано в вибродиагностике, апри исследованиипараметровремещений. Цель изобретенияшение точности измерения за, ключения режима работы фазов,801548668 тектора с нелинейными искажениями. Излучаемый и отраженный сигнал от объекта 5 сравниваются по фазе в фазовом детекторе 8. Экстремальный регулятор 7 поддерживает равенство амплитуд входных сигналов фазового детектора 8, что уменьшает его нелинейные искажения. При достаточно больших скоростях движения объекта 5 сказывается эффект Допплера и частотная модуляция отраженного сигнала приводит к увеличению нелинейных искажений. В этом случае срабатывает блок 11 сравнения кодов сигналов, пропорциональных частотам излучаемого и отраженных сигналов, и фазовый детек-тор 8 отключается от регистратора 14 с помощью ключа 15. На регистратор . 14 поступает в этом случае сигнал с блока 10 измерения периода отраженного сигнала. 2 ил.Изобретение относится к измерительной технике, в частности к виброметрии, т,е. измерению параметровмеханических перемещений, и можетнайти применение в вибродиагностике,виброиспытаниях, измерении скоростейдвижущихся объектов,Цель изобретения - повышение точности измерения за счет исключениярежима работы Фазового детекторас нелинейными искажениями.На Фиг.1 приведена схема предлагаемого измерителя; на Фиг.2 - зависимость сигнала П(С) от частоты М).Ультразвуковой измеритель виброперемещений содержит последовательно соединенные задающий генератор1, счетчик 2 с переменным коэффициентом пересчета, делитель 3 частоты,.излучатель 4,облучающий объект 5 исследования, приемник 6, выход которого соединен с вторым входом экстремального регулятора 7, а первый входэкстремального регулятора 7 соединенс выходом делителя 3 частоты, с первым входом фазового детектора 8 и сблоком 9 измерения периода излученного сигнала, второй вход детектора 8 соединен с выходом экстремального регулятора 7 и с первым входомблока 10 измерения периода отраженного сигнала, второй вход которогосоединен с вторым входом блока 9 ивыходом счетчика 2, а выходы блоков359 и 10 соединены с блоком 11 сравнения кодов, выходы которого соединеныс элементом ИЛИ 12 и с управляющимивходами счетчика 2, выход блока 10соединен также с информационным входом цифроаналогового преобразователя(ЦАП) 13, тактируемый вход которогосоединен с выходом элемента ИЛИ 12,информационный вход ключа 15 соединен с выходом фазового детектора 8,а выход - с регистратором (графопостроителем) 14.Ультразвуковой измеритель виброперемещений работает следующим образом.50Высокочастотный задающий генератор 1 вырабатывает стабильный почастоте Ы сигнал. Электрическийсигнал частоты, проходя через счетчик 2 с переиенным коэффициентом55пересчета, преобразуется в сигнал стотыгде и - заданный козффициент пересчета при отсутствииинформационных сигналов на управляющих входах счетчика. Далее сигнал,4 очастотыв делителе 3 снова деолится в определенном соотношении, соответствующем основному резонансу излучателя 4, одновременно этот сигонал частоты в= у поступает напкизлучатель 4, где преобразуется в акустический сигнал той же частоты Ю на первые входы блока 9 и экстремального регулятора 7. Акустический сигнал частоты ы, излученный преобразователем, отражается от исследуемого объекта 5, поступает на вход приемника 6, где преобразуется в электрический, который поддерживается постоянным по амплитуде выходным сигналом рассогласования экстремального регулятора 7. Последний сравнивает по амплитудному значению выходные сигналы делителя 3 частоты и приемника 6 и поддерживает их равенство. Это обеспечивает работу фазового детектора 8 в линейном режиме и снижает нелинейные искажения.Выходной сигнал экстремального регулятора 7 поступает на второй вход Фазового детектора 8, а на его первый вход постугает опорный сигнал с выхода делителя 3 частоты. При исследовании нестационарных вибропроцессов могут иметь место два режима работы ультразвукового фазового вибропреобразователя.При работе устройства в режиме измерения низкочастотных колебаний или при движении объекта с малыми скоростями, когда частотная модуляция отраженного сигнала незначительна,устройство работает в режиме измерения расстояния или вибросмещения в данный момент времени. В этом случае сигнал на выходе Фазового детектора 8 пропорционален смещению объекта, так как фаза опорного сигнала на первом его входе имеет постоянное значение, а на втором его входе имеет определенный Фазовый сдвиг д относительно опорного на первом входе, так как этот сдвиг определяется исключительно расстоянием приемного преобразователя от нсгледуемогде модуляции;ДИ, - девиация частоты,Из этого выражения ясно,что погрептность измерения фазы значительно возрастает. из-за наличия в сигнале множества гармонических составляющих,Допустим, что объект удаляетсяот приемника, тогда частота отраженного сигнала понижается (известный эффект Допплера), а период возрастает. В этом случае цифровой эквивалент, соответствующий периоду отраженного сигнала, начинает превалировать над цифровым эквивалентомопорного сигнала с делителя 3 частоты. На втором выходе блока 11 сравнения кодов появляется сигнал логической единицы, на первом входе элемента ИЛИ 12 присутствует, в этомслучае, сигнал логического нуля, ана втором - логической единицы и,следовательно, выходной сигнал элемента 12 логическая единица. Сигналом этой логической единицы тактируется работа ЦАП 13, которьпт преобразует цифровой эквивалент периодаотраженного сигнала в пропорциональную величину аналогового сигнала. Текущее значение аналогового сигнала,в этом случае, пропорционально скорости удаления объекта. Закон изменения скорости по второму каналузаписывается в регистраторе 14. Одновременно с появлением логическойединицы на выходе элемента ИЛИ 12закрывается ключ 15, так как на егоуправляющем входе присутствует логическая единица. Следовательно, на 1548668 го объекта. Этот фазовый сдвиг д Ч имеет постоянное значение, когда исследуемый объект неподвижен относительно излучающего и приемного преоб 5 разователей. При равномерном и прямолинейном движении объекта 5 фазовый сдвиг д с изменяется по синусоидальному закону, частота которого зависит от скорости движения объекта.10 При исследовании вибраций, имеющих случайный характер, изменение д однозначно соответствует смещению объекта. При этом выходной сигнал фазового детектора 8 через открытйй ключ 15 15 поступает на первый вход графопостроителя 14, В этом случае награфопостроителе записывается процесс, соответствующий местонахождению объекта в пространстве. В этом режиме 20 устройство работает только тогда,когда не сказывается частотная модуляция отраженного сигнала. Она начина ет проявляться на высоких скоростях движения объекта. С целью контроля 25 за этим процессом в вибропреобразователе осуществляется сравнение периодов опорного (излученного) и отраженного сигналов. Это реализуется следующим образом. Выходные сиг калы делителя 3 частоты (опорный) и экстремального регулятора 7 (отраженный) поступают на первые входы блоков 9 и 10 измерения периодов опорного и отраженного сигналов соот35 ветственно. Формирователи 16 и 17 в блоках 9 и 10 измерения периодов формируют периодическую последовательность прямоугольных импульсов, которые затем в измерителях 18 и 19 4 О временных интервалов заполняются высокочастотными импульсами с выхода счетчика 2. Выходные сигналы измерителя 18 и 19 в цифровом виде несут информацию о длительности периодов 45 опорного и отраженного сигналов.В том случае, когда скорость движения объекта достаточно мала и частотная модуляция отраженного сигнала не проявляется, то равны цифровые 5 О эквиваленты длительностей периодов опорного и отраженного сигналов, поступающие на входы блока 11 сравнения кодовНа обоих выходах блока 11 в этом случае логические нули. Вибропреобразователь работает в режиме измерения виброперемещений.Второй режим работы измерителя характеризуется высокими скоростями движения объекта, В этом случае возникает частотная модуляция отраженного сигнала. Сигнал с выхода приемного преобразователя 6 примет вид Б = По 1 (тп) Ят.п мс ++ , 1(-1) Бдп (со, - пЯс),ь), - основная гармоника излученного сигнала;ОЫтп = ---- индекс частотнойЯрегистраторе 14 записывается сигнал, пропорциональный виброскорости объекта. Так как объект со значительнойскоростью удаляется от излучателя с приемником, то ослабевает мощность принимаемого отраженного сигнала. Для увеличения мощности отраженного сигнала можно увеличивать мощность задающего генератора 1 ; или при той же мощности понизить частоту излученного ультразвукового сигнала, так как при более низкой частоте ультра,звук затухает в воздухе слабее. Поэтому для понижения частоты коэффици ент пересчета счетчика 2 целесообразно увеличить и в соответствии с этим уменьшить частоту сигнала на его выходе:20оО 3п1где п - коэффициент пересчета счет 1чика 2 при тактировании его логической единицей по управляющему входу 1 и и рпПосле делителя 3 на входе излучающего преобразователя частота сигнала станетКоэффициенты пересчета и, и Ео выбраны такими, что частота о) соответствует частоте второго резонатора излучающего преобразователя для большей эффективности его работы.При движении объекта к излучателю с достаточной для появления частотной 40 модуляции (эффекта Допплера) скоростью частота отраженного сигнала повышается и, следовательно, период опорного, (излученного) сигнала начинает превышать по длительности период отраженного. В этом случае на выходе 1 блока 11 сравнения кодов появляется сигнал логической единицы, которая по управляющему входу 1 переводит счетчик 2 в режим работы с коэффициентом пересчета п(п(п ) . Тогда частота выходного сигнала счеточика 2 равна в -, а на выходе делитептля 3 станет (фиг.2)55 ИоШ =п 1Длительность периода отраженного сигнала, пропорциональная скорости движения объекта, представленная цифровым эквивалентом в ЦАП 13, преобразуется также, как и в случае удаления объекта, в аналоговый сигнал и записывается в регистратор 14,Формула из обретенияУльтразвуковой измеритель виброперемещений, содержащий последовательно электроакустически соединенные излучатель, приемник, экстремальный регулятор и фазовый детектор, задающий генератор, блок сравнения кодов, ключ и последовательносоединенные цифроаналоговый преобразователь и регистратор, о т л и ч аю щ и й с я тем, что, с целью повышения. точности, он снабжен последовательно соединенными счетчиком с переменным коэффициентом пересчета,вход которого подключен к выходу задающего генератора, и делителем частоты, выход которого связан с входомизлучателя и с вторыми входами экстремального регулятора и фазовогодетектора, блоком измерения периодаизлученного сигнала, информационныйвход которого подключен к выходу делителя частоты, блоком измерения периода отраженного сигнала, информа"ционный вход которого подключен квыходу экстремального регулятора, иэлементом ИЛИ, выход которого подключен к управляющим входам цифроаналогового преобразователя и ключа,подключенного информационным входом квыходу Фазового детектора, а выходом - к регистратору, управляющиевходы блоков измерения периода излучения приемного и отраженного сигналов связаны с выходом счетчика спеременным коэффициентом пересчета,а выходы - к входам блока сравнениякодов, связанного прямым и инверсным выходами с соответствующим двумуправляющим входам счетчика с переменным коэффициентом пересчета идвум входам элемента ИЛИ, а выходблока измерения периода отраженного сигнала подключен к входу цифроаналогового преобразователя,1548668 Составитель Л.КондрыкинскаяРедактор Н.Бобкова Техред Л.Сердюкова Корректор М.Самборск 36 Ти Подписное открытиям при ГКНТ ССС 4/5 . Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Узгород, ул. Гагарина, 1 ЗакаВНИИПИ Государственного113035,митета по изобретениям ква, Ж, Раушская на