SU1467402A2 - Device for measuring vibration displacements of elements in magnetic recording apparatus - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к контрольно-измерительной технике. Целью изобретени   вл етс  повьшение точности и достоверности за счет контро л  совпадени  реальной функции преобразовани  с экспоненциальной функцией . Измерение вибросмещений основано на обеспечении независимости чувствительности устройства к вибрации от величины установочного зазора h между вихретоковыми преобразователем 1 и контролируемьм предметом 32, что выполн етс  при условии совпадени  ре- альной функции преобразовани  устройства с экспоненциальной функцией. Сущность изобретени  состоит в том, что сигналы с дополнительных измерительных катушек 4 и 5 используютс  дл  формировани  на выходе второго блока 23 вычитани  дифференциального сигнала U, амплитуда которого содержит информацию о погрешности аппроксимировани  реальной функции преобразовани  устройства экспоненциальной функцией. При условии Unop Uj Un.(, где UW и Unep - пороги срабатьшани  двухпорогового компаратора 24, сигнал Us. проходит на выход двухпорогового компаратора 24, и индикатор 25 индицирует режим достоверных измерений . В случае выхода устройства из режима достоверных измерений- оператор восстанавливает этот режим путем изменени  установочного зазора Ь, Уменьшением диапазона срабатывани  двухпорогового компаратора (уменьшением величин порогов Unep и UjJ up) достигаетс  повышение точности измерений . 1 ил. S (Л а 4 О toThis invention relates to instrumentation technology. The aim of the invention is to increase accuracy and reliability by controlling the coincidence of the real conversion function with the exponential function. The measurement of vibration displacements is based on ensuring the independence of the device's sensitivity to vibration on the size of the installation gap h between the eddy current transducer 1 and the controlled object 32, which is performed under the condition that the real transformation function of the device coincides with the exponential function. The essence of the invention is that the signals from the additional measuring coils 4 and 5 are used to form the output of the second subtraction unit 23 of the differential signal U, the amplitude of which contains information about the approximation error of the real conversion function of the device by the exponential function. Provided Unop Uj Un. (Where UW and Unep are thresholds for triggering a two-threshold comparator 24, signal Us. Passes to the output of a two-threshold comparator 24, and indicator 25 indicates reliable measurement mode. In the case of a device exiting reliable measurement mode, the operator restores this mode by changing the setting gap b, by decreasing the range of operation of the two-threshold comparator (by reducing the values of the thresholds Unep and UjJ up), an increase in the measurement accuracy is achieved. 1 ill. S (L 4 O to

Description

Изобретение относитс  к контрольно-измерительной : технике, может, быть использовано дл  измерени  виброперемещений электропровод щих предметов, в частности дл  измерени  вибросмещений элементов в аппарате магнитной. записи, и  вл етс  усовершенствованием известного устройства по авт. св. № 788169.The invention relates to the instrumentation: technology, may be used to measure the vibration displacement of electrically conductive objects, in particular to measure the vibration displacements of elements in a magnetic apparatus. records, and is an improvement of the known device auth. St. No. 788169.

Целью изобретени   вл етс  повышение точности и достоверности за счет контрол  совпадени  реальной функции преобразовани  с экспоненциальной функцией.The aim of the invention is to improve accuracy and reliability by controlling the coincidence of the actual conversion function with the exponential function.

На чертеже представлена функциональна  схема устройства.The drawing shows the functional diagram of the device.

Устройство содержит вихретоковый преобразователь 1 (ВТП), состо щийThe device contains an eddy current transducer 1 (VTP), consisting

INJINJ

3 , 146 из основной измерительной катушки 2, возбуждающей катушки 3, расположенной соосно основной измерительной катушке 2, две дополнительных измерительных катушки 4 и 5, расположенные по обе стороны от основной измерительной катушки 2 на одинаковом рассто -м3, 146 from the main measuring coil 2, the exciting coil 3 located coaxially with the main measuring coil 2, two additional measuring coils 4 and 5 located on both sides of the main measuring coil 2 at the same distance

НИИ от нее, последовательно соединенResearch Institute from her, consistently connected

ные генератор 6 и модул тор 7, выходом подключенным к возбуждающей ка- тущке 3, последовательно соединённые первый регулируемый усилитель 8, первым входом подключенный к основной измерительной катушке 2, первый ли- нейный усилитель 9, первый детектор 10, первый фильтр 11 нижних частот (ФНЧ), усилитель 12 переменного напр жени  и регистратор 13, последовательно соединенные источник 14 опор- ного напр жени , блок 15 сравнени  и интегратор 16, выходом подкл}оченный к управл ющему входу модул тора 7, при этом второй вход блока 15 сравне ни  подключен к выходу первого ФНЧ, последовательно соединенные второй регулируемый усилитель 17, первым входом подключенный с дополнительной катушке 4, второй линейный усилитель 18, второй детектор Г9, второй ФНЧ 20, первый блок 21 вычитани ,первый блок 22 делени , второй блок 23 вычитани , двухпороговый компаратор 24 и индикатор 25, последовательно соединенные третий регулируемый усилитель 26, первым входом подключенный к дополнительной катутаке 5, третий линейный усилитель 27j третий детектор 28, третий блок 30 вычитани  и второй блок 31 делени , выходом подключен- ный к второму входу второго блока 23 вычитани , при этом вторые (управл ющие ) входы первого, второго и третьего регулируемых усилителей 8, 17 и 26 подключены к выходу интегратора 16, вторые входы первого блока 21 вычитани ,, первого блока 22 делени  и третьего блока 30 вычитани  подключе-« ны к выходу источника 14 опорного :( напр жени , а второй вход второго блока 31 делени  подключен к выходу третьего ФНЧ 29.generator 6 and modulator 7, the output connected to the excitation groove 3, connected in series the first adjustable amplifier 8, the first input connected to the main measuring coil 2, the first linear amplifier 9, the first detector 10, the first filter 11 low frequencies ( LPF), variable voltage amplifier 12 and recorder 13 connected in series with source 14 of reference voltage, comparator unit 15 and integrator 16, connection output} to the control input of the modulator 7, while the second input of unit 15 is connected to you one first low-pass filter, a second adjustable amplifier 17 connected in series, a first input connected to an additional coil 4, a second linear amplifier 18, a second detector G9, a second low pass filter 20, the first subtracting unit 21, the first dividing unit 22, the second subtracting unit 23, a two-threshold comparator 24 and an indicator 25, a third adjustable amplifier 26 connected in series, a first input connected to the additional catutac 5, a third linear amplifier 27j the third detector 28, a third subtraction unit 30 and a second dividing unit 31, the output connected to the second input of the second subtracting unit 23, the second (control) inputs of the first, second and third adjustable amplifiers 8, 17 and 26 are connected to the output of the integrator 16, the second inputs of the first subtracting unit 21 of the first dividing unit 22 and the third unit The 30 subtractions are connected to the output of the source 14 of the reference: (voltage, and the second input of the second dividing unit 31 is connected to the output of the third low pass filter 29.

Измерение виброперемещений в устройстве основано на том, что,если 1ФУНКЦИЯ преобразовани  устройства f(h), где h - рассто ние между контролируемым предметом 32 и ВТП 1, удовлетвор ет соотношениюThe measurement of the vibration displacements in the device is based on the fact that, if the device transformations are f (h), where h is the distance between the controlled object 32 and the VTP 1, it satisfies the relation

f(h) ТГ f (h) TG

f(h).f (h).

(1)(one)

где с - коэффициент пропорциональности , то путем изменени  величины коэффициента передачи первого регулируемого усилител  8 и изменени  амплитуды тока питани  ВТП 1 можно под- дер отвать среднее значение напр жени  ифнч «fp на выходе первого ФНЧ Т1 посто нным и равным величине опорного напр жени  UQ на выходе источника 14 опорного напр жени , а следовательно , поддерживать стабильной и ве- личину дифференциальной чувствительaf (h)where c is the proportionality coefficient, then by changing the magnitude of the transmission coefficient of the first adjustable amplifier 8 and changing the amplitude of the power supply current of the VTP 1, one can hold the average value of the voltage φfp at the output of the first low-pass filter T1 constant and equal to the value of the reference voltage UQ by the output of the source 14 of the reference voltage, and therefore, maintain a stable and large differential sensor af (h)

ности к вибрации ---. Учитыва , чтоto vibration ---. Considering that

соотношение (1) справедливо только дп  экспоненциальных функций, зависимость величины выходного напр жени  Ugrn вихретокового Преобразовател  от величины h может быть дл  определенного диапазона .значе1шй установочного зазора ho аппроксимирована экспоненциальной функциейrelationship (1) is valid only dp of exponential functions, the dependence of the output voltage Ugrn of the eddy current transducer on the value of h may be for a certain range. The value of the installation gap ho is approximated by an exponential function

зs

У ВТП ,At the VTP,

2)2)

гдеWhere

посто нный коэф циент; коэффициент, величина которого пропорциональна амплитуде возбуждающего вихретол ковый преобразователь .тока, а величина при наличии вибрации определ етс  соотношениемconstant coefficient; a coefficient whose value is proportional to the amplitude of the eddy current exciting transducer, and the value in the presence of vibration is determined by the relation

hoho

hh

л l

(3)(3)

20 25 35 40 дз 20 25 35 40 dz

00

где h - вибросмещение,. получим, что напр жение . на выходе первого ФНЧ 11 определ етс  соотношениемwhere h is the vibration offset ,. we get that voltage. the output of the first low-pass filter 11 is determined by the ratio

ифнч (4) где К г- коэффициент преобразовани  последовательно соединенных первого регулируемого усилител  8, первого линейного усилител  9, первого детектора 10 и первого ФНЧ 11. Если, согласно сказанному, мен   величины К, и K,j, обеспечить равенство ор то будет справедливым соотношениеIfchn (4) where K g is the conversion coefficient of the first adjustable amplifier 8, the first linear amplifier 9, the first detector 10 and the first LPF 11 in series. If, according to the above, the K value and K, j are changed, ensure that the ort is equal ratio

Uon Uon

к,..:к,to, ..: to,

.-all.-all

(5)(five)

Тогда чувствительность устройства к вибрации определ етс  с учетом (4) и (5) соотношениемThen the sensitivity of the device to vibration is determined by taking into account (4) and (5) by

ЙЦфнч dl.YTsfnch dl.

(6)(6)

и не зависит от величины hp устано- вечного зазора.and does not depend on the value of hp of the fixed gap.

Устройство работает следующим образом .The device works as follows.

ВТП запитывают током час.тотой ы и устанавливают в непосредственной близости от контролируемого предмета 32, спектр частот вибрации которого лежит в диапазоне F; - F. Если величина установочного зазора h лежит в диапазоне h,., „„„ - ,где , owotKc соответственно минимальное и максимальное значени  h(,, при котором верно соотношение (2), то чувствительность устройства к вибрации посто нна и определ етс  соотношением (6). Обозначим а рассто ние между плоскост ми основной измерительной катушки 2 и дополнительной катушки 4 или 5, тогда рассто ние между катушкой 5 и контролируемым предметом 32 равно Ьд-д., а между катушкой 4 и контролируемым предметом 32 - Ьд + л . Коэффициенты передач линейных усилителей 9, 18 и 27 равны между собой, одинаковы также коэффициенты передач детекторов 10, 19 и 28 и ФНЧ 11, 20 и 29. Частота среза первого ФНЧ 11 F. фнч должна удовлетвор ть условию F Рфнч-г а частота среза второго и третьего ФНЧ 20 и 29 - F 4.нч г - F i F фц, J F, , при этом напр жение наECPs are supplied with current for one hour and set in close proximity to the controlled object 32, the frequency spectrum of which vibration lies in the range F; - F. If the value of the installation gap h lies in the range h,., „„ „-, where, owotKc, respectively, the minimum and maximum values of h (, at which relation (2) is true, then the device’s sensitivity to vibration is constant and ratio (6). Denote as the distance between the planes of the main measuring coil 2 and the additional coil 4 or 5, then the distance between the coil 5 and the test object 32 is equal to bd-d, and between the coil 4 and the test object 32 - bd + The gear ratios of linear amplifiers 9, 18 and 27 are equal among themselves, the transmission ratios of the detectors 10, 19, and 28 and the low-pass filter are 11, 20, and 29 are the same. The cut-off frequency of the first low-pass filter is 11 F. .nch r - F i F FC, JF,, while the voltage on

налы f(ho) и f(ho-/i). Сигналыf (ho) and f (ho- / i). Signals

fh, Af  fh, af

поступают COOT& (hc)&f (hc-л)COOT & (hc) & f (hc-l)

выхода сигналoutput signal

3 3

10 1510 15

2020

f(hj f (hc-4)f (hj f (hc-4)

ветственно на первый и второй вход второго блока 23 вычитани , а с егоat the first and second input of the second block 23 subtraction, and from its

d-f4ho) d-f4ho)

rThj rThj

uf (be-A) . uf (be-A).

({ - 2 f поступает на вход двухпорогового компаратора 24.({- 2 f is fed to the input of the two-threshold comparator 24.

Если , где и;„р, и„ор - пороги срабатьшани  двухпоро- гового компаратора 24, то с выхода двухпорогового компаратора на вход индикатора 25 пройдет сигнал и индикатор 25 будет индицировать режим достоверных измерений, при котором реальна  функци  преобразовани  f(h) соответствует соотношению (4), так как только дл  экспоненциальной функции верно равенство If, where and; „p, and„ or are thresholds for the operation of a two-threshold comparator 24, then a signal will pass from the output of the two-threshold comparator to the input of indicator 25 and the indicator 25 will indicate reliable measurement mode, in which the real conversion function f (h) corresponds to relation (4), since only for the exponential function is the equality

f h) (h) constf h) (h) const

25 дл  всех значений h . Действительно, если реальна  функци  преобразовани  описываетс  выражением (4). то U , 25 for all h values. Indeed, if the real transformation function is described by expression (4). then u

( , -. . л  (, -.. l

л-f (h) а-к,-к. lf (h) ak, -k.

а еe

() - Л-К,-К. () - LK, -K.

; U;z ). ; U; z).

30thirty

При этом сигналы с выхода первого блока 22 делени  Л а и выхода второго блока 31 делени In this case, the signals from the output of the first block 22 dividing L a and the output of the second block 31 dividing

выходе первого ФНЧ 11 иф„ч1 f(h,.+h.j), U output of the first low-pass filter 11, if „ч1 f (h,. + h.j), U

на выходе второго ФНЧ 20 - и,„,, ,, ШГ|) «б°й,at the output of the second low-pass filter 20 - and, „,, ,, ШГ |)“ b ° d,

.+ A . L .„. ,.... 35 следовательно, на .входе двухпорогово f(hp+/j), а на выходе третьего ФНЧ 29 - ифнчз f(bo-d). Величины коэф- .фициентов передачи модул тора 7 и регулируемых усилителей В, 17 и 26 измен ютс  до тех пор, пока среднее . 40 значение напр жени  на выходе первого ФНЧ 11 не будет равно опорному напр жению, т.е. f(h) Uon поэтому на выходе первого блока 21 вычитани  в установившемс  режиме будет сформи- 45 розан сигнал U ,f (Ьд+л)- (h,,), а на выходе третьего блока 30 вычитани  - сигнал (h(3)-f (ho-4) . Согласно известным соотношени м величина . + A. L. „. , .... 35 therefore, at the input two-threshold f (hp + / j), and at the output of the third low-pass filter 29 - ifph (f (bo-d). The magnitudes of the transmission coefficients of the modulator 7 and the adjustable amplifiers B, 17, and 26 vary as long as the average. 40, the voltage value at the output of the first low-pass filter 11 will not be equal to the reference voltage, i.e. f (h) Uon, therefore, at the output of the first block 21 of the subtraction in the steady state, the signal U, f (Bd + l) - (h ,,) will be generated, and the signal (h (3) -f (ho-4). According to known ratios

iilj idizl Ih о)  iilj idizl ih o)

ah иah and

af f(ho)() Ih лaf f (ho) () Ih l

дл  h for h

ho иho and

5050

дл  h hg-.for h hg-.

го компаратора 24 будет сигнал, равный нулю, и индикатор 25 индицирует режим достоверных измерений. В том случае, когда индикаци  этого режима прекратитс , оператор измен ет установочный зазор hg до тех пор, пока вновь не восстановитс  режим достоверных измерений.Comparator 24 will be a signal equal to zero, and the indicator 25 indicates the mode of reliable measurements. In the event that the indication of this mode stops, the operator changes the installation gap hg until the reliable measurement mode is restored again.

Таким образом, устройство позвол ет путем задани  соответствующих значений величинам порогов U , и Uf,op достигнуть необходимой точности совпадени  реальной функции преобразовани  с функцией, описываемой соотношением (4), и, тем самым, повысить точность измерений до значени , определ емого минимально достижимой разностью (и пор - и;;,,р) а также индицировать в течение всего процесса измерений режим достоверных измерений и при необходимости восстанавливать его. Особенно целесообразно применение устройства в случае, когпоэтому и, i f (hg) и U,j i df (ho-4 ). Сигналы U и U далее поступают на первые входы первого и второго блоков 22 и 31 делени , на вторые входы которых поступают соответственно сигналы f(ho) и f(ho-/i). СигналыThus, the device allows, by setting the appropriate values of the thresholds U and Uf, op, to achieve the required accuracy of the real conversion function with the function described by relation (4), and thereby increase the measurement accuracy to the value determined by the minimum achievable difference (and then - and ;; ,, р) as well as to indicate during the whole measurement process the mode of reliable measurements and, if necessary, restore it. Especially advisable is the use of the device in the case where both and, i f (hg) and U, j i df (ho-4). The signals U and U then go to the first inputs of the first and second blocks 22 and 31 of the division, the second inputs of which receive signals f (ho) and f (ho- / i) respectively. Signals

fh, Af  fh, af

поступают COOT& (hc)&f (hc-л)COOT & (hc) & f (hc-l)

выхода сигналoutput signal

3 3

0 50 5

00

f(hj f (hc-4)f (hj f (hc-4)

ветственно на первый и второй вход второго блока 23 вычитани , а с егоat the first and second input of the second block 23 subtraction, and from its

d-f4ho) d-f4ho)

rThj rThj

uf (be-A) . uf (be-A).

({ - 2 f поступает на вход двухпорогового компаратора 24.({- 2 f is fed to the input of the two-threshold comparator 24.

Если , где и;„р, и„ор - пороги срабатьшани  двухпоро- гового компаратора 24, то с выхода двухпорогового компаратора на вход индикатора 25 пройдет сигнал и индикатор 25 будет индицировать режим достоверных измерений, при котором реальна  функци  преобразовани  f(h) соответствует соотношению (4), так как только дл  экспоненциальной функции верно равенство If, where and; „p, and„ or are thresholds for the operation of a two-threshold comparator 24, then a signal will pass from the output of the two-threshold comparator to the input of indicator 25 and the indicator 25 will indicate reliable measurement mode, in which the real conversion function f (h) corresponds to relation (4), since only for the exponential function is the equality

f h) (h) constf h) (h) const

дл  всех значений h . Действительно, если реальна  функци  преобразовани  описываетс  выражением (4). то U , for all values of h. Indeed, if the real transformation function is described by expression (4). then u

( , -. . л  (, -.. l

л-f (h) а-к,-к. lf (h) ak, -k.

а еe

() - Л-К,-К. () - LK, -K.

; U;z ). ; U; z).

При этом сигналы с выхода первого блока 22 делени  Л а и выхода второго блока 31 делени In this case, the signals from the output of the first block 22 dividing L a and the output of the second block 31 dividing

35 следовательно, на .входе двухпорогово40 45 35 therefore, at the entrance of the two threshold 40 45

00

5 five

го компаратора 24 будет сигнал, равный нулю, и индикатор 25 индицирует режим достоверных измерений. В том случае, когда индикаци  этого режима прекратитс , оператор измен ет установочный зазор hg до тех пор, пока вновь не восстановитс  режим достоверных измерений.Comparator 24 will be a signal equal to zero, and the indicator 25 indicates the mode of reliable measurements. In the event that the indication of this mode stops, the operator changes the installation gap hg until the reliable measurement mode is restored again.

Таким образом, устройство позвол ет путем задани  соответствующих значений величинам порогов U , и Uf,op достигнуть необходимой точности совпадени  реальной функции преобразовани  с функцией, описываемой соотношением (4), и, тем самым, повысить точность измерений до значени , определ емого минимально достижимой разностью (и пор - и;;,,р) а также индицировать в течение всего процесса измерений режим достоверных измерений и при необходимости восстанавливать его. Особенно целесообразно применение устройства в случае, когда невозможно определить величину установочного зазора, например, при установке датчика вибрации в отвер- I стие в непрозрачном кожухе, за которым расположен контролируемый предмет .Thus, the device allows, by setting the appropriate values of the thresholds U and Uf, op, to achieve the required accuracy of the real conversion function with the function described by relation (4), and thereby increase the measurement accuracy to the value determined by the minimum achievable difference (and then - and ;; ,, р) as well as to indicate during the whole measurement process the mode of reliable measurements and, if necessary, restore it. It is especially advisable to use the device in the case when it is impossible to determine the size of the installation gap, for example, when installing a vibration sensor in the hole in an opaque casing, behind which the object to be monitored is located.

Claims (1)

Формула изобретени Invention Formula Устройство дл  измерени  вибросме- .щений элементов в аппарате магнитной записи по авт. св. № 788169, отличающеес  тем, что, с целью 1.A device for measuring the vibrations of elements in a magnetic recording apparatus according to the author. St. No. 788169, characterized in that, with a goal of 1. повышени  точности и достоверности,increase accuracy and reliability, оно снабжено последовательно соединенными вторым регулируемым усилителем , вторым линейным усилителем, вторым детектором, вторым фильтром нижних частот, первым блоком вычитани , первым блоком делени , вторым блоком вычит ани , двухпороговым компаратором и индикатором и последовательноit is equipped with series-connected second adjustable amplifier, second linear amplifier, second detector, second low-pass filter, first subtraction unit, first dividing unit, second subtracting unit, two-threshold comparator and indicator, and in series соединенными третьим регулируемым усилителем, третьим линейным усштате.- лем, третьим детектором, третьим фильтром нижних часто, третьим блоком вычитани  и вторым блоком деле-ч ни , второй вход которого соединен с выходом третьего фильтра нижних частот , выход - с вторым входом второгоconnected by a third adjustable amplifier, a third line terminal, a third detector, a third lower filter often, a third subtraction unit and a second division unit, the second input of which is connected to the output of the third low-pass filter, the output to the second input of the second блока вычитани , а также двум  дополнительными измерительными катутпками, расположенными по обе стороны от основной , измерительной катушки вихрето- кового преобразовател  на одинаковомsubtraction unit, as well as two additional measuring tubes located on both sides of the main measuring coil of the eddy-current converter on the same рассто нии от нее, независимо подключенными к входам второго и третьего peгyлиpye iыx усилителей, управл нщие входы которых соединены с выходом интегратора , а вторые входы первогоdistances from it, independently connected to the inputs of the second and third regular amps, the control inputs of which are connected to the integrator's output, and the second inputs of the first блока вычитани , первого блока делв М ни  и третьего блока вычитани  соединены с выходом источника опорного напр жени .the subtraction unit, the first delta unit M and the third subtraction unit are connected to the output of the reference voltage source. КTO уУ///ХУХ/Х/УХ/ УХ /YY /// ХХХ / Х / УХ / УХ /