Устройство для измерения параметров вращающихся объектов

1583756 теференционной картины, сформированной на поверхности второго полупрозрачного зеркала 5. При этом масштаб Интерференционной картины формируюЭ 5 щийся в поле зрения приемника 8 излучения, выбирают ,с помощью фиксирующей линзы 7 таким образом, чтобы расстояние между гребнями двух соседних интерАеренционных полос было больШе расстояния между полями зрения первого и второго фотодиодов приемника 8 излучения, По направлению движения интерференционных полос и скорости их перемещения определяют параметры 15 вращающегося объекта, 1 Устройство позволяет повысить точность иэмереИзобретение относится к измеритель,ной технике и может быть использованодля измерения параметров вращающихсяобъектов, преимущественно температуры, скорости и амплитуды .радиальныхбиений,Цель изобретения - повышение точности измерений.На чертеже приведена Аункциональ. 30ная схема устройства.Устройство для измерения параметров вращающегося объекта 1 содержитисточник 2 монохроматического излучения, датчик 3, прикрепленный к поверх.35ности вращающегося объекта 1 и выполненный в виде плоскопараллельного стеклянного диска с показателем преломления п, на основания которого нанесен40материал с показателем преломленияи( п, при этом на основании стеклянного диска, обращенном в сторонуисточника 2, выполненно кольцевое: окно для ввода и вывода излучения источ 45ника 2,а также первое 4 и второе 5 полу-,прозрачные зеркала, выполненные в видеветоделительных кубиков, зеркало 6,фокусирующую линзу 7, приемник 8 излучения, выполненный, например, в виде первого и второго фотодиодов и двух50операционных усилителей с большимкоэффициентом усиления (не показаны)при этом расстояние между полями зрения фотодиодов зафиксировано. Крометого, устройство содержит реверсивныйсчетчик 9, блок 10 преобразованиявод - напряжение, коммутатор 11, изМеритель 12, первый 13 и второй 14 ния амплитуды радиальных биений в.а э10 -10 раз за счет применения метода интерАерометрии и доведения ее до 3/2, где 3 в длина волны монохроматического излучения источника 2, и температуры, при отсутствии радиальных биений за счет определения температуры вдоль п диаметральных линий центрально симметричного вращающегося объекта 1, а при наличии радиальных биений - за счет измерения интенсивности дробной части интерференционной полосы на неустановившемся режиме работы вращающегося объекта 1 и представления инАормации в цифровом виде в 10-20 раз. 1 ил. инверторы, сумматор 15, блок 16 измерения постоянной составляющей, блок 17 синхронизации, управляемый тактовый генератор 18, частотомер 19, аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 20 и запоминающий конденсатор 21. При этом датчик 3, первое 4 и второе 5 полупрозрачные зеркала и зеркало 6 оптически связаны между собой по схеме интерферометра, опорный канал которого содержит зеркало 6, а информационный - датчик 3, ввод излучения от источника 2 в который производится через кольцевое окно под углом 0 )Ч к, величина которого зависит от соотношения между показателями преломления п и и(Д- критический угол),Устройство работает следующим образом.Излучение от источника 2, проходя через первое полупрозрачное зеркало 4, попадает в кольцевое окно датчика 3 для ввода-вывода излучения. Испытав многократные отражения от границ раздела материалов с показателями преломления и и и , пройдя весь объем датчика 1, излучение выходит через кольцевое окно и попадает на второе полупрозрачное зеркало 5. Часть излучения,от источника 2, пройдя через первое полупрозрачное зеркало 4 и отразившись от: зеркала 6, также попадает: на второе полупрозрачное зеркало 5, пройдя сквозь которое, интерферирует с .излучением, прошедшим через датчик 3 и отразившимся от поверхности второго полупрозрачного зеркала 5,1583756 6.Масштаб интерференционной картины, - полос в поле зрения приемника 8 излчри этом, если в поле зрения:.Формирующейся в поле зрения приемника чения П8 излучения, выбирается с помощью фо- первого и второго фотодиодов приемУкусирующей линзы 7 таким образом что- ника 8 излучен физлучения сформирована интербы расстояние между гребнями двух со- ференционная картина таким образом,седних интерференционных полос было что расстояни сояние с межцу гребнями собольше, чем расстояние ме пожду лями седних интерференционных полос большезрения первого и второго фотодиодов расстояни ря 5 между полями зренияприемника 8 изл чения, В эу . том случае 10 первого и второго фотодиодов приемнина первом и втором выходах приемника ка излучения, то при движении полос,8 излучения Формируются одинаковые например, слева. направо импульс напсигналы, близкие к син соу идальным, ряжения на первом выходе приемника 8но сдвинутые относительно друг друга излучения будет появляться несколькона время 7 . По изменению интерФери- раньше чем на его Л5 э втором выходе Лриционной картинки, которое может быть изменении направления движения интервызвано изменением длины оптического Ференционных полос импульс напряженияпути: источник 2 - первое полупрозрач- на втором выходе приемника 8 излученое зеркало 4 - атчик 3 -- д второе по-ния будет появляться несколько раньлупрозрачное зеркало 5, или изменением 20 ше, чем на его первом выходе. Импулькоэффициента преломления материала, сы напряжения на первом и втором вынанесенного на основание стеклянного .ходах приемника 8 излучения возникадиска 3, обращенное к поверхности ют за счет изменения. интенсивностивращающегося объекта 1, судят о пара- излучения в поле зрения первого и вто.метрах вращающегося объекта 1. 25 рого Фотодиодов приемника 8 излучения,При этом в первом случае измене- в результате "пробегания" мимо нихние интерференционной картины будет интерференционных полос, Это позволянести информацию о величине радиаль- ет определить направление движенияных биений вращающегося объекта 1, а интерференционных полос.во втором " о его температуре. Чувст С первого и второго выходов приемвительность датчика 3 к изменению ника 8 излучения импульсы напряжениятемпературы выбирается такой, чтобы поступают на первый и второй входыпредполагаемые отклонения температуры соответственно реверсивного счетчикачв каждои точке поверхности вращающе импульсов, на цифровом выходе котогося объекта 1 от средней вызшвали Рого формируется цифровой код, велисравнительно небольшие изменения ин- чина которого изменяется в зависимостерференционной картины в пределах ти от количества интерференционныхсдвига одной полосы. Такое условие полос, "пробежавших" в поле зренияможет не выполняться, если нет необпервого и второго фотодиодов приемходимости оценивать температурное рас ника 8 излучения, и направления ихпределение по всей поверхности враща- движения, определяемого амплитудойющегося объекта 1 радиальных биении вращающегося объекнИзмерение радиальных биений и та 1.скорости вращения осуществляется уст- С цифрового выхода реверсивногоройством следующим образом. 45 счетчика 9 импульсов цифровой кодПри вращении вращающегося. объектапоступает на цифровой вход блока 0ч1 с угловои скоростью ы и наличии преобразования код - напряжение, на. радиальных биений с амплитудой Авыходе которого формируется периодидлина оптического пути монохромати- ческий сигнал амплмплитуда которогоческого излучения, источника 2, прохо О пропорциональна амплитуде радиальныхдящего через датчик 3, будет изме: биений А а частота следованиРХ федования равйяться с частотой . Следовательн(4дьно,на удвоенной частоте вращения вращающегося объекта 1. С выхода блока 10фаза этого излучения также б тУдет из- преобразования код - напряжение пеЫменяться с частотой в в . то прив 55 Риодическии сигнал поступает непос"й редственно на вход измерителя 12 ик периодическому изменению интерферен- через коммутатор на вход частото 11ционнои картины, выражающемуся в пери- мера 19 Н а выходе измерителя 12, выодическом движении интерференционных полненногоого, например, в виде масштаби 1583756рующего усилителя, формируется перй адический сигнал, масштаб амплитуды которого приведен к масштабу шкалы цифрового вольтметра (не показан), с помощью которого этот сигнал может быть измерен. Подключение частотомера 19 к выходу блока 10 преобразования код - напряжение осуществляется подачей на первый управляющий вход ком мутатора 11 напряжения "Лог. 1" непсс" редственно с выхода измерителя 12 н на второй управляющий вход - напря 11жения Лог. 0 с Выхода первого инвертора 13. 15Измерение температуры и скорости вращения вращающегося объекта 1 осуществляется устройством следующим об-разом.Интерференционная картина, соответствующая случаю, когда вращающийся объект 1 находится в покое, а его средняя температура е с известна, фиксируется приемником 8 йзлучения, прн этом на цифровом выходе реверсивногс счетчика 9 устанавливается цифровой код, соответствующий данной температуре, а на первом выходе, приемника 8 излучения - электрический сигнал, соответствующий интенсивносги дробной 30 части интерференционной полосы интерференционной картины.Рассмотрим сначала случай отсутствия радиальных биений вращающегося объекта 1, т.е. предположим, что они 35 устранены. Тогда при вращении вращающегося объекта 1 будет возникать периодическое изменение интерференционной картины за счет того, что будут изменяться условия прохождения излу чения от источника 2 через датчик 3 Эти изменения будут вызываться отличием температуры различных точек поВерхности вращающегося объекта 1 от его средней температуры. Так как дат" 45 чик 3 вращается с угловой скоростью Ь 1, то луч, формируемый неподвижным источником 2, будет сканировать стек.лянный диск датчика 3. Испытывая многократные отражения от границ разде ла сред с показателями преломления и и и в плоскости, совпадающей с дйаметральной линиейсстеклянного дис" ка датчика 3, излучение приобретает фаэОВый сДВиГУ который буДет пропор ционален средней температуре вдоль указанных диаметральных линий. При этом точность оценки температурного поля будет зависеть от количества различаемых диаметральных линий и определяться частотой импульсного сигнала на выходе управляемого тактового генератора 18, вырабатывающего син сигнал для АЦП 20, на вход которого поступает аналоговый сигнал с выхода сумматора 15, пропорциональный темпе,ратуре сканируемого в данный моментвремени участка. На первый и второй входы сумматора 15 поступают два сигнала, один из которых поступает на его второй вход с выхода блока 16 измерения постоянной составляющей и пропорционален температурен +шТ,где- начальная температура вращающегося объекта 1;ш - количество "пробежавших" вполе зрения приемника 8 из.лучения интерференционных полос с момента начала движения вращающегося объекта 1;Т - температурный коэффициентпропорциональности,Этот сигнал на выходе блока 16 измерения постоянной составляющей формируется вследствие изменения интерференционной картины в поле зрения приемника 8 излучения выражающегося в движении интерференционных полос вопределенную сторону.Информацию об отличии текущей температуры С;, где х=0,1,2и; и - количество различаемых линий контроля температуры в определенной точке объекта, от температурына величину дбудет нести электрический сигнал, поступающий на первый вход сумматора 15 через коммутатор 11 с первого выхода приемника 8 излучения. Величина этого сигнала пропорциональна интенсивности дробной части интерференционной полосы интерференционной картины в поле зрения приемника 8 излучения в каждый момент времени.Следовательно, на выходе сумматора 5 в каждый -й момент времени формируется электрический сигнал, пропорциональныйгде Дй; может принимать как положительные, так и отрицательные значенияТаким образом, на выходе сумматора 15 формируется периодический электрический сигир " сигнал, частота повторения рой вход сумматора 15 поступает электкоторого равна удвоенной частоте рический сигнал, пропорциональныйвращения вращающегося объекта 1, из-, формируемый на выходе блока 16Р емой частотомером, 19, вход кото 5 измерения постоянной составляющей, аиз 11 по ключен к прого в этом случае через коммутато .на первый вход сумматора 15 черезРподключен к первому выходу прием- коммутатор 11 поступает электрическийника 8 изл ения. П излучения. При этом на первом сигнал пропорциональный 8 С., формирууправляющем входе коммутатора 11 ус- емый на первом выходе приемника 8 изтанавливается напряжение "Лог О"р жение "Лог. 0 , а 1 О лучения. Оцифровка выходного сигналана втором управляющем входе - напряже- сумматора 15 производится АЦП 20 сние Лог. 1. Это оббусловлено тем, , частотои в два раза выше частоты враччто на выходе измерителя 12 отсутст - щения вращающегося объекта 1. При этомвует электрический сигнал, так как с такой же частотой блок 17 синхрониамплитуда радиальных биений А=О, 15 .зации производит отключение третьегоПо этой же причине на выходе блока 17 выхода коммутатора 11 от первого вхосинхронизации отсутствует электричес- да сумматора 15 и подключает к первочкии сигнал, а следовательно, на тре- мувыходу приемника 8 излучения запотьем и четвертом управляющих входах минающий конденсатор 21. Таким обракоммутатора 11 устанавливаются напря эом осуществляется хранение информажение "Лог 1" (выход второго инвер- ции на время 1 Й где Гту где т, тактоваятора ) и Лог 0" (выход блока 17 частота синхросигнала, поступающегосинхронизации) соответственно. Управ"на синхровход А 1 П 20 с выхода управляемый тактовый генератор 18 при этом ляемого тактового генератора 18. Сигв связи с отсутствием управляющего 25 налы на третий и четвертый управлясигнала на его входе формирует на ющие входы коммутатора 11 поступают всвоем выходе синхросигнал с частотой те моменты времени, когда на первом,в 2 раза выше частоты вращения враща- втором и третьем входах блока 17 синющегося объекта 1. Таким образом, за хронизации уровни сигналов совпадают,один оборот вращающегося объекта 1 30 т.е, темпеРатУРа вращающегосЯ объектана .выходе АЦП 20 формируется 2 п кодо достигает среднего значения за певьпс комбинаций, каждая из которых со- риод, при этом на четвертый управляответствует температуре вдоль 1.-й ди- кщий вход коммутатора 11 сигнал посаметральной линии центрально симмет- тупает раньше, чем на его третий упрйчног вращающегося объекта 1. Такая 35 равляющий вход Время заремя задержки опреточная оценка температурного поля бу- деляется задержкой вт орого инверторадет производиться при любом режиме 14, при этом за этоза это время конденсаторработы вращающегося объекта 1 (разгон, 21,успевает запомнить уровень сигнаостановка, установившееся движение ла с первого вых 8Уода приемника 8 излуускорение и т,д.) при отсутствии Ра чения,диальных биений, ИзмеРение скорости вращения вращазводится так же,При наличии радиальных биений, ког- ющегося объекта 1 произво итД рФ О, на Вьиоде измерителя 12 как и В предьцущем. случпоявляется электрический сигнал амФТаким образом узом, устроиство позволя 1 щитуда которого пропорциональна А , 45 ет повысить точность измерения амплипри этом на первом и втором управля- туды раднальных биени" 10-10 эи в - разющих входах коммутатора 11 устанавли- за счет применениян я метода интерфероваются напряжения, соответствующие . метрии и доведения ее о Д/21 Л 111 1 Л Ои ог, соответственно, . В - длина волны монохроматическогоИзмерение амплитуды радиальных биений 50 излучения источника 2 и температурыи угловой скорости я вращения вра- при отсутствии радиальных биений защающегося объекта 1 производится ана- . счет определения темпе атемпературы вдольлогично описанному измерителем 12 и и диаметральных лини"и линии центрально-сим"частотомером 19. Измерение температу- метричного вращающегося объекта 1, ары в этом случае производится следу при наличии радиальных биений за счетющим образом. измерения интенсивности дробной частиОпределение температуры , произ- интерференционнной полосы на неуставодится так же, как и в предыдущем новившемся режиме раб оты вращающегосяслучае, путем двойной оценки. На вто- объекта 1 (в период его разгона,158375 б2 1 О Формула изобретения Составитель А, ЛевиТехред А.Кравчук Корректор М, Максимишинец Редактор Л. Гратилло Тираж 438 Чакаэ 2246 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5Производственно-иэдательский комбинат "Патент", г,Ужгород, ул. Гагарина,101 торможения и т.д,) и представления информации в цифровом виде в 10-20 раз. Это приводит к снижению процс нта брака при проведении нераэрушающего контроля изделий в процессе производстна .и эксплуатации, а также своевременному выявлению отклонений от нормального режима работы крупных электрических машин и предотвращению аварий, которые могут нанести .серье.зный ущерб народному хозяйству,Устройство для измерения параметров вращающихся объектов, содержащее оптически связанные источник монохроматического излучения, первое полупрозрачное зеркало и датчик, фокусирующую линзу и приемник излучения, а также реверсивный счетчик импульсов и частотомер, при этом датчик закреплен на вращающемся объекте, его центр 25 совмещен с осью вращающегося объекта, а полупрозрачное зеркало установлено между датчиком и источником монохроматического излучения под углом 45 к его оптической оси, от л и ч а ю - щ е е с я тем, что, с целью повьппения точности измерений, в него дополнительно введены зеркало, второе полупрозрачное зеркало, блок преобразования код - напряжение, коммутатор, первый и второй инверторы, . сумматор, блок измерения постоянной составляющей, блок синхронизации, управляемый тактовый генератор, аналого-цифровой преобразователь, измеритель и запоми нающий конденсатор, при этом первый и второй выходы приемника излучения подключены к первому и второму входам реверсивного счетчика импульсов, цифровой выход которого подключен к 45 цифровому входу блока преобразования код - напряжение, выход последнего соединен с первым входом коммутатора, входами блока измерения постоянной составляющей и измерителя и первым входом блока синхронизации, второй выход приемника излучения соединен с вторым и третьим .входами коммутатор" первый и второй выходы которого соединены с входом частотомера, третий выход - с четвертым входом коммутатора и первым входом сумматора, четвертый выход - с первым вынодом запоминающего конденсатора, второй вывод которого соединен с общей шиной устройства выход сумматора подключен к входу аналого-цифрового преобразователя, синхровход которого подключен к выходу управляемого тактового генератора, нход последнего подключен к выходу измерителя, входу первого инвертора, управляющему входу блока синхронизации и первому управляющему нходу коммутатора, второй управляющий вход которого подключен к выходу первого инвертора, третий управляющий вход - к выходу второго инвертора, вход второго инвертора соединен с выходом блока синхронизации и с четвертым управляющим входом коммутатора, синхровход управляемого тактового генератора соединен с выходом частотомера а выход блока измерений постоянной составляющей соединен с вторыми входами сумматора и блока синхронизации, причемдатчик выполнен в виде плоскопараллельного стеклянного диска с показателем преломления и , на основаниях которого нанесен материал с показателем преломления и, ( и , при этом на основании плоскопараллельного стеклянного диска, обращенного в сторону монохроматическго излучения, выполнено кольцевое окно для ввода и вывода его излучения, а приемник излучения оптически связан с источником монохрома-.тического излучения через фокусирующую линзу, второе полупрозрачное зеркало, датчик и первое полупрозрачное зеркало, а также фокусирующую линзу, второе полупрозрачное зеркало, зеркало и первое полупрозрачное зеркало,