Ультразвуковой фазовый измеритель виброперемещений

СОЮЗ СОВЕТСКИСОЦИАЛИСТИЧЕСРЕспуБлик 3404 А 1 М 290 5)5 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИПРИ ГКНТ СССР ЯМИСАНИЕ ИЗС)БРЕТЕНИ ВИДЕТЕЛЬСТВ АВТОРСКО(71) Нижегородский филиал Институташиноведения им. А,А.Благонравова(56) 1. Авторское свидетельство СССРМ 823824, кл. 6 01 В 7/00, 1979.2, Авторское свидетельство СССРМ 1048331; кл. О 01 Н 1/00, 1983,3."Авторское свидетельство СССР(54) УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ФАЗОВЫЙ ИЗРИТЕЛЬ ВИБРОПЕРЕМЕЩЕНИЙ(57) Изобретение относится к измериной технике и может использоваться пример, в машиностроении. Цель изобретения - повышение помехоустойчивости ультразвукового фазового измерителя :Ма- виброперемещений, В устройстве ультразвуковые зондирующие ймпульСй;дтражен- К.Ка- ные от поверхности" контрдлируем"огоизделия, принимаются электроакустическим приемником и преобразуются в цепи,. состоящей из фазового детектора, фильтранизкой частоты, аналого-цифрового преобразователя, компаратора, цифроаналогового преобразователя и модулятора, второй вход которого подключен к выходу фазового МЕ- детектора, При этом обеспечивается возможность регистрации вибраций изделия в ель- . условиях низкочастотных сигналов помех. 2 на-:ил,/Изобретение относится к измеритель- метры высокочастотных сигналов, склады- -ф г.; : ной технике и может" использоваться, на- ваясь с низкочастотными; - Приводятксме",;: пример, в машиностроении. щению рабочей точки на калибровочной Ц 1Известен ультразвуковой фазовый из- кривой детектора и, вследствие этого, к по- (меритель виброперемещений, содержащий явлению нелинейных искажений. последовательно соединенные задающий . Кроме этого недостатками измерйтеля генератор, изЛучающий преобразователь, являются узкий динамический диапазон извзаимодействующий с исследуемым обьек- меряемых виброперемещений, обусловлентом, приемный преобразователь и фазовый. ный нелинейными искажениями выходного детектор, второй вход которого подключен сигнала фазового детектора, а также пок входу излучающего преобразователя 1). грешности измерений, возникающие по дПри измерении параметров стационар- причине низкочастотныхколебаний кроншных вибропроцессов измеритель работает втейна, к которому крепятсяизлучающий и линейном режиме, Однако, на практике ча-приемный преобразователи. щеймеютместонестационарныевибропро-, Известен также ультразвуковой фаэоцессы (вибрации станков, энергетических . вый измеритель виброперемещйний, содерустановок, стендовые испытания автомоби- жащий последовательно соединенные лей и т.д,), при которых измеряемые пара- задающий генератор, излучающий преобраэователь,взаимодействующий с исследуемым объектом, приемный преобразователь,фазовый детектор, второй вход которогоподключен к выходу задающего генератора,последовательно содиненные интегратор,АЦП, дифференциатор, выход которого через диод соединен с триггером и генератором тактовых импульсов 23.Недостатком этого измерителя является низкая помехоустойчивость при измерении широкополосных вибропроцессов,Устройство не позволяет также производить отстройку информативного вибросигнала от низкочастотных колебаний,действующих на излучатель с приемникомот различных побочных источников, Этипроцессы значительно затрудняют анализполученной с помощью измерителя информации.Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является ультразвуковой фазовый измерительвиброперемещений, содержащий последовательно соединенные задающий генератор, управляемую линию задержки суправляющими входами, излучающий преобразователь, взаимодействующий с исследуемым. объектом, приемныйпреобразователь, фазовый детектор, первый вход которого подключен к входу излучающего преобразователя,аналого-цифровой преобразователь(АЦП) иблок обработки информации 3,Выход фазового детектора соединен свходом компаратора, выход которого соединен с входом коммутатора и вторым входомблока обработки информации, Другие вхо ды компаратора соединены с выходом источника опорного напряжения, Выходы,коммутатора соединены с управляющимивходами линии задержки.Недостаток этого измерителя - неустановленное влияние низкочастотных помех,обусловленных колебаниями кронштейна сзакрепленными на нем излучающим и приемным преобразователями.Производимая в устройстве корректи.-ровка рабочей точки путем задержки сигнала на время т, соответствующаяизменению фазы сигнала на входе фазовогодетектора на л /4, не позволяет устранить:эти помехи, так как разность уровней О 2 иО источника опорного напряжения должнабыть не меньше по модулю, чем удвоеннаяамплитуда колебаний исследуемого обьекта, Вследствие этого выходной сигнал фазового детектора представляет аддитивнуюсмесь двух сигналов - высокочастотногоинформационйого) и низкочастотного,Жобусловленного колебанйями кронштейна в местах креплейия излучающего преобразователя и приемного преобразователя.Цель изобретения - повышение помехо устойчивости ультразвукового фазового измерителя виброперемещений.Поставленная цель достигается тем, чтоультразвуковой фазовый измеритель виброперемещений, содержащий последователь но соединенные задающий генератор,управляемую линию задержки с управляющйми входами, излучающий преобразователь, взаимодействующий с исследуемым объектом, приемный преобразователь, фа зовый детектор, первый вход которого подключен к выходу линии задержки, а второй вход - к выходу приемного преобразователя, АЦП и блок обработки информации, второй вход которого соединен с выходом АЦП 20 и источником опорного напряжения, снабжен фильтром низкой частоты (ФНЧ). вход которого подключен к выходу фазового детектора и первому входу блока обработки информации, а выход через АЦП подключен 25 к первым входам компаратора, вторые входы которого соединены с источником опорного напряжения. причем выходы компаратора соединены с управляющими входами линии задержки и с вторым входом 30 блока обработки информации.Благодаря введению ФНЧ выделяетсянизкочастотная составляющая,. значение которой в текущий момент времени представлено цифровым эквивалентом на пер вых входах компаратора, на вторых входахкоторого - постоянное число, соответствующее выбранной рабочей точке в середине прямолинейного участка калибровочной характеристики фазового детектора. Величи на младшего разряда АЦП соответствуетчувствительности фазового детектора и. та- .ким образом, выходной сигнал рассогласования компаратора управляет работой линии задержки.45 Оценка положительного эффекта, достигаемого от использования предлагаемого измерителя виброперемещений, обусловлена тем, что благодаря введению фильтра низких частот на выходе фазового 50 детектора исключаются ложные срабатывания компаратора.На фиг. 1 представлена структурная схема измерителя; на фиг,2 - диаграммы напряжений, поясняющие его работу.55 Ультразвуковой фазовый измерительвиброперемещений содержит последовательно соединенные задающий генератор 1 линию 2 задержки и излучающий электро- акустический преобразователь 3, приемный электроакустический преобразователь 4 иподключенный к его выходу фазовый детектор 5, второй вход которого соединен с выходом линии 2 задержки, подключенные квыходу фазового детектора 5 последовательно соединенные фильтр 6 низких частот 5(АЦП) 7, компаратор 8, цифроаналоговый.преобразователь (ЦАП) 9, модулятор 10 ивторой аналого-цифровой преобразователь11, третий аналого-цифровой преобразователь 12 и источник 13 опорного напряжения,выход которого подключен к второму входукомпаратора 8, выход последнего подключен к второму входу линии 2 задержки, выход фазового детектора 5 подключен к входу 15третьего аналого-цифрового преобразователя 12 и к второму входу модулятора 10, авыходы фазового детектора 5, модулятора10 и второго и третьего аналого-цифровыхпреобразователей 11 и 12 служат информационными выходами ультразвукового измерителя,Измеритель работает следующим образом.Выходной сигнал задающего генератора 1 через линию 2 задержки поступает наизлучающий преобразователь 3. Первоначальная задержка сигнала должна соответствовать условию:30о - ( - + - )и 12 4 где и - число дискретных изменений фазы,равное числу управляющих входов линии 2 35задержки и числу разрядов АЦП 9; .а - длина ультразвуковой волны,В этом случае при смещении объекта наавеличину Ь Я(с)- измеритель работает в линейном режиме, Отраженный сигналс выхода приемного преобразователя 4 поступает на второй вход фазового детектора5, на первый вход которого поступает опорный сигнал с линии 2 задержки. Изменяющийся по амплитуде выходной сигналфазового детектора 5 поступает на ФНЧ 6 иодновременно на второй вход модулятора10. Здесь возможны два случая.Первый - отсутствие низкочастотной 50составляющей колебаний, которая действует на места крепления излучающего и приемного преобразователей, В этом случаевиброперемещения В(1) исследуемого объекта (фиг,2,а), укладываясь в прямолинейный участок калибровочной характеристикиОф), на выходе фазового детектора преобразуются в эквивалентный электрическийсигнал 02(т), Продолжительность такого режима т 1. Следовательно, выходной сигнал ФНЧ имеет постоянное значение Оз(т). Возможные при этом флуктуации выходного сигнала ФНЧ находятся в пределах величины младшего разряда АЦП 7. Тогда цифровой эквивалент отфильтрованного вибросигнала не превосходит по абсолютной величине опорного сигнала источника 13 опорного напряжения, так как величинавыходного сигнала источника 13 опорного напряжения соответствует прямолинейному участку калибровочной характеристикифазового детектора 5. Выходной сигнал компаратора 8 в этом случае остается без изменений, линия 2 задержки работает в прежнем режиме и корректировка по фазе не проводится;Второй случай - с момента времени т 2 начинают проявляться низкочастотные сигналы, помехи, обусловленные либо колебаниями кронштейнов в местах крепления преобразователей, либо изменением характера исследуемого вибрационного процесса (фиг,2,б). В этом случае выходной сигнал ФНЧ 6 меняется по абсолютной величинедо значения.Оз (с), что соответствует младшему разряду АЦП 7. Сигнал рассогласования кодов с выхода компаратора 8, поступая на управляющие входы линии 2 задержки, изменяет время задержки входного сигнала излучающего преобразователя, Время 1 гсоответствует изменению фазы сигналов на входе фазового детектора 5 на Ьр ь что соответствует порогу его срабатывания изначительно меньше величины л/4 по сравнению с прототипом. При убывании выходного сигнала ФНЧ 6 линия 2 задержкименяет фазу на Ьр но уже в обратномнаправлении. Информация о перемещении объекта с фазового детектора 5 поступает также на вход третьего АЦП 12 и на второй вход модулятора 10.Сигнал, поступающий с.фазового детектора, не содержащий н,ч. составляющей, обусловленной либо колебаниями кронштейнов в местах крепления излучающего и приемного преобразователей, либо изменением характера исследуемого вибрационного процесса, не превышает значения Оз(с) на выходе фильтра. Если н.ч. составляющаяобусловлена колебаниями кронштейнов иэлучающего и приемного преобразователей, она является помехой, от нее нужно иэбавляться и нет необходимости в ее обработке и регистрации.Если н,ч, составляющая обусловлена изменением, характера исследуемого вибрацион ного процесса, она является информационным сигналом и необходимоее обрабатывать и регистрировать.ЦАП 9 преобразует цифровой код с компаратора 8 в аналоговый сигнал (соответствующий н.ч. составляющей). Модулятор 10 предназначен для модулирования выходного сигнала фазового детектора 5 низкой частоты сигналом с ЦАП 9, На выходе модулятора 10 получают сигнал фазового детектора 5 промодулированной низкочастотной составляющей;Если низкочастотная составляющая является информационной, сигналы для наблюдения, обработки и регистрации снимаются с аналогового или цифрового (АЦП 11) выходов модулятора.Если низкочастотная составляющая является помехой, сигналы для наблюдения, обработки и регистрации снимаются с аналогового или цифрового (АЦП 12) выходов фазового детектора 5.формула изобретения Ультразвуковой фазовый измеритель виброперемещений, содержащий последовательно соединенные задающий. генератор, линию задержки и излучающий электроакустический преобразователь,приемный злектроакустический преобразователь и подключенный к его выходу фазовый детектор, второй вход которого соединен с выходом линии задержки, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышенияпомехоустойчивости, он снабжен подключенными к выходу фазового детектора последовательно соединенными фильтромнизких частот, аналого-цифровым преобра зователем, компаратором, цифроаналоговым преобразователем, модулятором и вторым аналого-цифровым преобразователем, третьим ангалого-цифровым преобразователем и источником опорного 15 напряжения, выход которого подключен квторому входу компаратора, выход последнего подключен к второму входу линии задержки, выход фазового детектора подключен к входу третьего аналого-цифро вого преобразователя и к второму входу модулятора, а выходы фазового детектора, модулятора и второго и третьего аналогоцифровых преобразователей служат информационными выходами уьтразвукового 25 измерителя,1753404 ктор С,Кулаков ск Заказ 2765 Тираж Подписное ВНЛИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ ССС 113035. Москва, Ж, Раушская наб 4/5 роизводственно-издатедьский комбинат "Патент", г. Ужгоро гарина, 10 Составитель Техред М,Мо аксимочкиннтал Корректор И