Виброизмерительное устройство

.09.8 ельство 11/00, 1 ьство11/00,Фваий 7 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ СВИДЕТЕЛЬСТВ(7 1) 11 ентральный наутельский институт бывания населения(57) Изобретение относится к измерению параметров движения, в частносттк измерителям вибраций в стендовыхи натурных испытаниях машин и механизмов, Целью изобретения являетсяповышение точности измерения ускорений. Блок электронных узлов состоитиз микропроцессора 14, входы которого соединены соответственно с выходами таймера 15, аналого-цифровогопреобразователя 16, соединенного сдатчиком смещения 3, и датчика тем1265620 35 пературы 17, Выходы микропроцессора 14 соединены с входами блока индикации 18 и усилителя 19 соединенного с катушкой 9. Результат измерения считывается с индикатора 5, где он может быть представлен совместно с меткой, указывающей на характер индицируемой информации. Выходные характеристики устройства определяются применением подвеса с нулевой жесткостью, в результате чего резонансс,Изобретение относится к измерению параметров движения, в частности, к измерителям параметров вибраций, предназначенных для стендовых и натурных испытаний различных машин и механизмов.Цель изобретения - повышение точности измерения ускорений путем расширения амплитудно-частотного диапазона и уменьшения Фаэочастотных иска жений.На фиг. 1 и 2 представлена упрощенная конструкция виброизмерительного устройства; на фиг. 3 - структурная схема блока электронных узлов; 1 на фиг, 4 - конструкция магнитодиодного датчика смещения с профилирован- ной магнитной системой; на фиг. 5 - датчик с магнитной линейкойи магнитной головкой; на Фиг, 6 - график зависимости выходного сигнала на магни.тодиоде, от величины зазора между диодом и магнитом для магнитодиода тина КД 301 в режиме питания от ге,-нератора тока 1,6 мА и Форм образую" 1 щей полюсных наконечников магнитодиодного датчика смещения; на фиг,7 - силовая характеристика магнитной пружины виброизмерительного устройствае30 Виброиэмерительное устройство(фиг. 1 и 2) содержит корпус 1 иинерционный элемент на магнитнойпружине, установленной на направля"кщих 2 с помощью пьезокерамическихвиброподшипников, возбуждаемых отгенератора высокой частоты, а такжецепь преобразования перемещенИИинерционного элемента в электщ 1 ная частота исключается, нет необходимости в демпфировании, что расширяет амплитудно-частотный диапазони снижает фазочастотные искажения.Устройство определяет вибросмещения,остальные параметры определяютсяматематической обработкой результата, Представлены конструктивные особенности выполнения датчика смещения. 2 з.п. Ф-лы, 7 ил,11 ческий сигнал, включакицую датчик 3 смещения (фиг. 3). Инерционный элемент образован блоком 4 электронных узлов с индикатором 5, опорными пластинами 6, магнитом 7%с полюсным наконечником 8 и катушкой 9, которые вместе с ферромагнитными пластинами 10, имеющими гиперболические вырезы выпуклостью внутрь пластин и закрепленными на П-образном кронштейне 11, образуют магнитную пружину, жесткость которой равна нулю. На опорных пластинах 6 установлены пьеэоекрамические диски 12 с втулками 13, которые вместе с направляющими 2 образуют виброподшипники прямолинейного движения. Блок 4 электронных узлов состоит из микропроцессора 14 (фиг.3), выходи которого соединены с выходами таймера 15, аналого-циФрового преобразователя 16, соединенного с датчиком 3 смещения, и датчика 17 температуры. Выходы микропроцессора 14 соединены с входами блока 18 индикации и усилителем 19, соединенным с катушкой 9, Блок 4 электронных узлов содержит также генератор .высокой частоты для возбуж дения пьезокерамических дисков 12, причем втулки 13 установлены на пьезокерамических дисках иа общей направляющей 2. Запитка блока 4 осуществляется от аккумулятора или батарей, размещенных в инерционном элементе, или через электрический кабель, проходящий через отверстие в корпусе. Результаты измерения считываются с индикатора 5, где они могут быть представлены, например, совмест 1265620цо с меткой, указывающей ца характериндицируемой информации.Датчик 3 вибросмещения может бытьвыполнен различным образом,Датчик 3 вибросмещений может содержать магнит 20 с полюсцыми наконечниками 21 (фиг.4), закрейленньмина корпусе устройства 1, и магнитодиод 22, закрепленный на инерционномэлементе с возможностью перемещения Ов зазоре полюсных наконечников 21,имеющих наклонные прямолинейные образующие, Образующие полюсных наконечников 21 могут иметь форму, повторяющую форму характеристики магниточувствительности магнитодиода 22(фиг. 6) - приращение смещения.Датчик 3 вибросмещеция может содержать магнитную линейку 23 с равными участками встречной намагниченности (до 200 участков),закрепленную в корпусе 1, и магнитную головку 24, установленцуо ца инерционном элементе, причем магнитная головка 24 может содержать магцитопровод 25.Датчик 3 вибросмещеция можетбыть вшполцец фотоэлектрическим исодержать полупрозрачную линейку сплавноизменяющейся оптической плотностью вдоль оси, закрепленную накорпусе 1, и оптронную пару, закрепленную на инерционном элементе, взазоре которого размещена линейка.Последняя может быть вьцолнена прозрачной, цо с поперечными непрозрачными штрихами, Аналого-цифровой преобразователь 16 преобразует напряжение, снимаемое с датчика 3 смещения,в цифровую форму. Датчик 17 температуры представляет собой, например, 40терлорезистор, расположенный вблизимагитодиода 22. Блок 18 индикациипредставляет собой устройство, управляющее работой индикатора 5, в виденаприлер, микросхемы; а индикаторможет быть жидкокристаллическим,Микропроцессор имеет три информационных входа, один аналоговый и одинцифровой выходы, Система 19 автоматической регулировки, в частности,может представлять собой усилительнизкой частоты, в том числе повторитель, например эмиттерный. Генераторвысокой частоты должен иметь частоту,равную частоте собственных колебаций 55пьезокерамических виброподшипников,Виброизмерительцое устройство работает следующим образом,При отсутствии вибрации положение инерционного элемента произволь. ное по отношенио к корпусу 1. Когда корпус 1 прибора, жестко закрепленный на исследуемом объекте, совершает колебательное движение, инерционный элемент остается неподвижным, скользя в виброподшипниках по направляющим 2, при этом с датчика 3 снимается сигнал вибросмещения.Измерения производятся циклически. Цикл состоит из следующих этапов.. Сигналом с микропроцессора включается система 19 автоматической регулировки, подающая сигнал на катушку 9. Благодаря действию катушки 9 изменяется намагниченность магнитной системы магнит 7 - полюсцый наконечник 8 - нижнеопорная пластина 6. В исходном состоянии силовая характеристика магнитной пружины, приведенной в конструкции, имеет участок с нулевой жесткостью, т.е. горизонтальный участок ца силовой характеристике (рис.7), Величина усилия Г на этом участке определяется зазором между пластиной 10 и магнитной системой, размерами полюсов 8, намагниченностью магнита 7 и некоторыми другими параметрами, наличие же самого горизонтального участка определяется только формой выреза ца пластине 1 О, который при малом расстоянии между полюсными наконечнками обязательно должен быть гиперболическим.Так как верх и низ пластин 1 О илеют горизотальньй срез, на силовой характеристике пружины (фиг.7) образовались два пика - справа и слева, Эти пики играют роль очень гибких и неизцашивающнхся магнитных упоров. Упоры предохраняют инерционный элемент от ударов о корпус при перегрузках. Таким образом, изменение намагниченности магнита 7 от действия катушки 9 приводит к изменению грузоподъемности 1, лагнитной пружины, в результате чего инерционный элемент начинает ускоренно колебательно перемещаться к заданному заранее среднему положенп.В качестве сигнала рассогласования может служить постоянная составляющая сигнала с датчика 3 смещения, Когда величина этой составляющей достигает значения, соответствующего колебаниям инерционного элемента12656205около среднего положения в корпусе прибора, цикл авторегулировки прекращается, система автоматическойрегулировки выключается, и величина подмагничивания катушки 9 фиксируется на полученном уровне,при этомфиксируется и значение Г , Приборможет быть установлен наклонно. Процесс установки инерционного элемента в среднее положение протекает 10 аналогично при тех же элементах. Если угол наклона от вертикали большой (вплоть до .горизонтального положе- .ния оси чувствительного прибора), то кронштейн 11 с пластинами 10 может быть удален, а на его место установ" лен другой, пластины 10 которогоимеют меньшую магнитную проницаемость и (или) больпий зазор с магнитной системой. В этом случае диапазон изменения грузоподъемности Г пружины смещается вниз, что позволяет обойтись системой 19 автоматической регулировки с меньшим диапазоном регулировки. Для горизонталь ного положения оси чувствительности прибора пластины 10 могут иметь, например, треугольную форму, как показано на фиг. 2 штриховой линией. 2. В течение 1-2"х периодов колебания прибора фиксируютоя основные параметры колебатарьного процес- . са. Поскольку жесткость магнитной пружины нулевая - собственная частота колебаний инерционного элемента равна нулю. Время измерения практически не превышает нескольких секунд, поэтому инерционнь 1 й элемент не успевает заметно отклониться от среднего положения за счет случайных .возмущений, Это, а также отсутствие демпфирования, делает амплитудно- частотную и фазочастотную характе.ристики виброизмерительного прибора. строго горизонтальными на всем час 45 тотном диапазоне, т,е. соответствующие искажения минимальны. С иссле.дуемым объектом колеблются только . корпус 1 и закрепленные на нем ферромагнитные пластины 10. П-образный50 кронштейн 11, направляющие 12 и со" .ответствукщие элементы датчиков 3 смещения и их деформации на высоких частотах не отражаются на показаниях прибора, поскольку они связаны с инерционным элементом только силой магнитного взаимодействия. Масса же 1 колеблющихся элементов датчика 3 смешения незначительна, и они практически не подвержены вибродеформациям и вибростарению.Таким образом, частотный диапазон виброизмерительного прибора имеет высокий предел и в сторону высоких частот. То, что основная масса устройства заключена в инерционном элементе, обеспечивает малое искажение, вносимое устройством в .саму исследуемую цепь, поскольку амплитуду и частоту колебаний исследуемого объекта изменяет только масса устройства, жестко соединенная с ним. 3. Измеренные параметры колебательного процесса - частота и форма колебания - обрабатываются микропроцессором. В частности, определяются амплитуды виброускорений, виброскорости и т.п. По определенной программе, например, с небольшим интервалом времени все эти величины выводятся на индикатор 5. Выходные характерис.тики устройства полностью определяются применением подвеса с нулевой жесткостью, в результате чего резонансная частота исключаемся, отпадает необходимость в демпфировании, что и расширяет амплитудно-частотныйдиапазон и снижает фазочастотные искажения. Устройство определяет только вибросмещения. Остальные параметры определяются математической обработкой полученного результата. Программа работы устройства заносится в память микропроцессора 14. Формула изобретения 1. Виброизмерительное устройство, содержащее корпус, в котором размещен инерционный элемент на магнитной пружине, установленный на направляющих посредством пьеэокерамических виброподшипников с пьезокерамическими дисками и втулками, подключенных к генератору высокой частоты, и преобразовательную цепь, состоящую иэ датчика смещений, микропроцессора и блока индикации, О т л и ч а ю - щ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерения, в него введены установленный в корпусе П-образный кронштейн, охватывающий инерционный элемент и несущий на своих концах две ферромагнитные пластины с1265620 7вырезами гиперболической формы, а также опорные пластины, магнит с полюсными наконечниками и катушка, перекрываемые ферромагнитными пластинами, установленные на инерционном элементе и образующие совместно магнитную пружину нулевой жесткости, датчик температуры, таймер, аналогоцифровой преобразователь, подключенные к.информационным входам микропроцессора, и усилитель, подключенный к аналоговому выходу микропроцессора, причем вход анолого-цифрового преобразователя подключен к датчику смещений, цифровой выход микропроцессора - к входу блока индикации, а катушка подсоединена к выходу усилителя, при этом датчик температуры, таймер, аналого-цифровой преобразователь, микропроцессор, усилитель, 1 8блок индикации и генератор высокойчастоты установлены на инерционномэлементе, а пьезокерамические дискис втулками - на опорных пластинах. 52, Устройство по п.1, о т л и ч аю щ е е с я тем, что датчик смещений содержит магнит с полюсными наконечниками, закрепленный на корпусе устройства, и магнитодиод, закрепленный на инерционном элементе с возможностью перемещения в зазоре полюсных наконечников.3. Устройство по п.1, о т л и ч,а ю щ е е с я тем, что датчик смещенийсодержит магнитную линейку с равными участками встречной намагниченности, закрепленную на корпусе, и магнитную головку, установленную на инерционном элементе.одписСР б. д.4/5 роизводственно-полиграфическое предприятие, г.ужгород, ул.Проектная Тираж 778 ИИПИ Государственного по делам иэобретений 113035, Москва, Ж, Ра