Устройство для измерения параметров вектора дисбаланса вращающегося тела

ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯН АВТОРСКОМУ СВИДЕПЛЬСТВУ Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик(61) Дополнительное к авт. свид-вуЭ (22) Заявлено 1405.79 (21) 2758051/25-28 РЦМ К 1 з001 Х 1/22 601 Н 7/00 с присоединением заявки МоГосударственный иоиитет СССР ио деааи изобретений и открытий(23) Приоритет -Опубликовано 1502.83. Бюллетень Моб 3)УДК 620.105 :531.24088.8) Дата опубликования описания 15.02.83 Вильнюсский Филиал Экспериментального научноисследовательского института металлорежущихстанков 1) Заявите).УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ВЕКТОРА ДИСБАЛАНСА ВРАЩАЮЩЕГОСЯ ТЕЛА я поИзобретение относится к измерительной технике и.может быть использовано в измерительных устройствахдля определения гармоническихсоставляющих сигнала вибрации,Известно устройство для измерения параметров вектора дисбалансавращающегося тела, содержащее датчикопорного сигнала, светоконтрастнуюметку, связываемую с телом, датчиквибрации, блок формирования синусоидального и косинусоидального опорныхсигналов, вход которого связан свыходом датчика опорного сигнала;,и блок определения величины и угладисбаланса, входы которого связаныс вЫходами, датчика вибрации и блокаформирования.синусоидального и косинусоидального опорных сигналов. БлокФОрмирования синусоидального и косинусоидальногосигналов выполнен в виде последовательно соединенных управляемых генераторов пилообразногонапряжения, меандра, сигнала треугольной форьы, синусоидальной формы иформироььателя сигнала косинусоидальной формы1.Недостатком устройства являетсниженная точность балансировки, связанная с тем, что опорные синусоидальный и косинусоидальиый сигналы формируемые из сигнала треугольной, Форма, характеризуются повышенным коэффициентом нелинейных искажений, причем формирование опорных сигналов осуществляется электронным блоком во времени, а не по положению рращающегося ротора.наиболее близким к предложенному по технической сущности является устройство для измерения параметров вектора дисбаланса вращающегося тела, содержащее два датчика опорного сигнала, светоконтрастную метку, связываемую с тедом, датчик вибрации и блок определения величины н угла дисбаланса, входы которого соединены с выходами, датчиков вибрации и опорного сигнала, Метка нанесена на поверхности балансируемого тела и регистрируется датчиками опорного сигнала, размещенными под углом 90 ф в. плоскости, перпендикулярной оси вращения тела, в виде импульсов прямоугольной формы, предназначенных для работы электронных ключей в блоке определения величины и угла дисбаланса и выделения проекций вектора дисбаланса 2 .Недостатком устройства являетсяневысокая точность и существенныепогрешности измерений проекций вектора дисбаланса, связанные с присутствием верхних гармонических сос: тавляющих в опорном сигнале прямоугольной формы, Это объясняется тем,что полезную информацию о прямоугольной проекции вектора дисбаланса несетлишь первая гармоника сигнала дис.баланса, поэтому повышение гармбники 10представляет собой погрешность измерения этой проекции. Аналогично образуется погрешность при Формированиивторой прямоугольной проекции, которая получается при перемноженииопорного сигнала, сдвинутого на 90на сигнал дисбаланса. При перемножении нечетных гармоник сигнала вектора дисбаланса синхронных гармоникампрямоугольного сигнала, образуетсяактивная компонента, Измерение прямоугольных проекций осуществляетсяс погрешностью, так как постоянная.составляющая определяется суммойвсех активных компонент. Таким образом, из-за косинусоидальности опорного сигнала измерение прямоугольных проекций осуществляется с погрешностью., а значит и получаемаяиз этих проекций информация об амплитуде и Фазе вектора дисбалансавращающегося тела будет неточной.Кроме того, устройство не обеспечивает функций анализа гармоническихсоставляющих вектора, вибраций вращающихся тел, что ограничивает воз- З 5можность получения полной информациио его параметрах на кратных гармониках,Цель изобретения - повышение точности балансировки и расширение функ 40циональных возможностей. путем определения гармонических составляющихсигнала вибрации.Поставленная цель достигаетсятем, что известное устройство снабжено К дисками для размещения меток,устанавливаемыми соосно с вращающимся телом и жестко закрепляемыми сним, и 2(К) датчиками опорногосигнала, расположенными попарнопод углом 90 О/К относительно другдруга в плоскости, перпендикулярнойоси вращения. дисков, и связаннымис входами блока определения величины и угла дисбаланса, а поверхностьК-го диска разделена на Кп секторов,в каждом из которых длина метоксоставляет 1 /- + юиг ичасть длины дуги сектора,60где,п, 1 - целые числа;п 12;1=0,1,К - номер диска,Кроме того, длина метки в пределахсектора разделена на. равные частикоторые отделены одна от другой. На Фиг, 1 приведена блок-схемаустройства; на Фиг. 2 - конструкциядиска для размещения меток.Устройство содержит датчик 1 вибрации, установленный на опоре 2 вращающегося тела 3, блок 4 определения величины и угла дисбаланса, выполненный в виде усилителя 5, вход,которого соединен с выходом датчика1 вибрации, электронных ключей би 7, входы которых связаны с выходомусилителя 5, интеграторов 8 и 9,подключенных соответственно к выходам ключей б и 7, индикатора 10,входы которого соединены с выходамиинтеграторов 8 и 9, коммутатора11 и формирователей 12 и 13, входыкоторых соединены с выходами коммутатора 11, а выходы - с вторыми входами электронных ключей б и 7, соответственно, к дисков 14,1 в 14 к, Устанавливаемых соосно с вращающймсятелом 3 и жестко закрепляемых с ним,на которые нанесены светоконтрастныеметки 15 и ки 2 К датчиков 1616 К и 171 в 17 к опоРного сигнала,расположенных нопарно под углом90/К относительно друг, друга вплоскости, перпендикулярной оси вращения дисков, и связанных с входамикоммутатора 11 блока 4 определениявеличины и угла дисбаланса Поверхность каждого из К дисков 144- 14 кразделена на Кп секторов, в каждом из которых длина меток 15 составляет 1/21 + эи -) часть длиныдуги сектора 18, а длина меток впределах сектора разделена на равныечасти, которые отделены одна от другой,Устройство работает следующимобразом.При вращении тела 3 вращаются ижестко связанные с ним диски 14 снанесенными на них светоконтрастнымиметками 15. Когда метки 15, нанесенные по периметру дисков 14 по определенному закону, проходят мимодатчиков 16 и 17 опорного сигнала,последними вырабатываются электрические сигналы, которые через соот. -ветствующие входы коммутатора 11 поступают на формирователи 12 и 13, гдеусиливаются и формируются в прямоугольные импульсы. Опорные сигналына выходах формирователей 12 и 13сдвинуты на четверть периода, причем частота этих сигналов всегдасинхронна частоте вращения тела 3 иравна ей, если сигнал получается отдатчиков 16и 17 к, расположенныху К-го диска 14 к.Форма, частота и закон измененияопорного сигнала обусловлены закономразмещения меток 15,Рассмотрим, как заданы длинаметок 15 и место их расположения дляики сигФела5 ебывания янии рав а ключчастотного случая (например, для второго диска, К=2) .Пусть диск 14 разделен на и секторов (например, и = 12), Такимобразом, диск 14, разделен на 24 сектора, В секторе 1 (сЛева направо) 5нанесена метка 15, далее промежуток,равный по длине метки, снова меткаи т.д. При прохождении этого сектора.мимо датчика 16 опорного сигнала,на выходе Формирователя 12 появляется.30электрический сигнал, один периодкотОрого представляет собой прямоугольное симметричное напряжение(.меандр). Наличию метки соответствуетсигнал с амплитудой + О, а отсутствию 15метки. - сигнал с амплитудой -0 .. В зависимости от длины метки 15подуге окружности сектора 18 среднее значение сигнала изменяется впределах от -О до+ О и, наоборот.Длина меток выбирается такой, чтопри вращении диска 14среднее значение опорного сигнала изменяетсяпо синусоидальному закону с частотой,в два раза большей частоты вращениятела 3, т.е. имеет место широтноимпульсная модуляция..Для первого диска 14 средние зна.- чения изменяются по синусоидальномузакону с частотой, равной частотевращения тела,З, а для К-го дискачастота превышает частоту вращенияв К раз. Точность формирования синусоидального закона определяется точностью Формирования значений отдельных углов. Очевидно, что чем на 35большее число Кп секторов 18 будетразделен диск 14, тем ближе к синусоидальному будет закон изменения.КаЧества аппроксимации будет ещевыше, если длина метки 15 в пре- . 40делах дуги сектора 18 разделена налюбое число равных частей, которыеотделены одна от другой, что обус, ловливает более плавные переходы,между точками аппроксимации. 45Выходы формирователей 12 и 13прямоугольных импульсов подключенык управляющим входам электронныхключей б и 7, на другие входы которых поступает аналоговый сигнал датчика. 1 вибрацийО =, Р 1 ив 1 ;),0 )мгде 0 - амплитудагармоннала вибрации;В - частота вращения тначальная фазагармоникисигнала вибрации;номер гармоники сигналавибрации.Относительное время пр б 0ключа б в замкнутом состо но7 ф" фф я.а 7-"-соэКа 1+, мула изобретения для измерения паисбаланса вращаюжащее два датчика светоконтрастную с телом, датчик 1. Устройствораметров вектора дщегося тела, содеропорного сигнала,метку, связываемую где у - часть, которую составляет длина. метки 15 в пределах дуги сектора 18 от длины дуги сектора 18, Среднее значение сигнала на выходе ключей 6 и 7к Эк эф кл= Э Д О;1 пЦцй+МСО 5 КЫйаВ кл= " Хк. з,ыИМА+9)с 05 кж+дщ+о ФДля К=1, что соответствует первой гармонике сигнала вибрации, напряжение на выходе ключей составляетОкл01516 91 цк= - "Исов Ч1 и характеризует проекции вектора дисбаланса по двум взаимно перпендикулярным осям.Остальные гармоники не принимают-. ся в расчет, так как они зависят от частоты, и как переменные величины отфильтровываются в интеграторах 8 и 9. Оба полученных сигнала обрабатываются в блоке 10 регистрации, где иэ проекций сигнала дисбаланса могут быть непосредственно получены пара- метры амплитуды и Фазы любой гармоники,Таким образом, применение в устройстве К дисков с метками, нанесен. ными на их поверхности по определенному закону, и применение 2 К датчикоВ опорного сигнала, расположенных попарно под углом 90/К относительно друг друга в плоскости дисков, обеспечивает возможность производить полный гармонический анализ (с определением амплитуд и фаз) сигнала дисбаланса вращающегося тела. Причем процесс такого анализа сврдится к смене дисков 14, набор которых с разными законами нанесения меток может быть подготовлен для наиболее характерных исследуемых частот. Естественно, что при К=1 производится измерение параметров вектора дисбаланса. Эти измерения проводятся с ловышенной точностью, так как опорный сигнал ( дискретный во времени) более точно аппроксимирует синусоиду, а это значит, что погрешность, обусловленная высшими гармоническими составляющими вектора вибраций, будет значительно ниже.996884 Составитель П.ВараноРедактор Л.Веселовская Техред М,Гергель Корректор А. Гриценко,Зака однисное 4/5 Проектная, 4 нт", г. Ужгород ППП "Па 20/59 ТирВНИИПИ Государствпо делам изобре 113035, Москва, Ж871ногоний Рау омитета СССоткрытийкая наб., д