SU1753404A1

SU1753404A1 - Ультразвуковой фазовый измеритель виброперемещений

Info

Publication number: SU1753404A1
Application number: SU904782030A
Authority: SU
Inventors: Борис Александрович Гордеев; Мстислав Вениаминович Новожилов; Владимир Константинович Караванцев
Original assignee: Нижегородский Филиал Института Машиноведения Им.А.А.Благонравова
Priority date: 1990-01-15
Filing date: 1990-01-15
Publication date: 1992-08-07

Abstract

Изобретение относитс к измерительной технике и может использоватьс , например , в машиностроении. Цель изобретени - повышение помехоустойчивости ультразвукового фазового измерител виброперемещений. В устройстве ультразвуковые зондирующие импуль сыТ Отраженные от поверхности контролируемого издели , принимаютс электроакустическим приемником и преобразуютс в цепи, состо щей из фазового детектора, фильтра низкой частоты, аналого-цифрового преобразовател , компаратора, цифроаналогово- го преобразовател и модул тора, второй вход которого подключен к выходу фазового детектора При этом обеспечиваетс возможность регистрации вибраций издели в услови х низкочастотных сигналов помех. 2 ил.

Description

Изобретение относитс к измерительной технике и может использоватьс , например , в машиностроении.

Известен ультразвуковой фазовый измеритель виброперемещений, содержащий последовательно соединенные задающий генератор, излучающий преобразователь, взаимодействующий с исследуемым объектом , приемный преобразователь и фазовый детектор, второй вход которого подключен к входу излучающего преобразовател 1.

При измерении параметров стационарных вибропроцессов измеритель работает в линейном режиме. Однако, на практике чаще имеют место нестационарные вибропроцессы (вибрации станков, энергетических установок, стендовые испытани автомобилей и т.д.), при которых измер емые параметры высокочастотных сигналов, складыва сь с низкочастотными , привод т к смещению рабочей точки на калибровочной кривой детектора и, вследствие этого, к по влению нелинейных искажений.

Кроме этого недостатками измерител вл ютс узкий динамический диапазон измер емых виброперемещений, обусловленный нелинейными искажени ми выходного сигнала фазового детектора, а также погрешности измерений, возникающие по причине низкочастотных колебаний кронштейна , к которому креп тс излучающий и приемный преобразователи.

Известен также ультразвуковой фазовый измеритель виброперемещений, содержащий последовательно соединенные задающий генератор, излучающий преобраVJ

сл со

ь о

зователь.взаимодействующий с исследуемым объектом, приемный преобразователь, фазовый детектор, второй вход которого подключен к выходу задающего генератора, последовательно содиненные интегратор, АЦП, дифференциатор, выход кбторого через диод соединен с триггером и генератором тактовых импульсов 2.

Недостатком этого измерител вл етс низка помехоустойчивость при измере- нии широкополосных вибропроцессов. Устройство не позвол ет также производить отстройку информативного вибросигнала от низкочастотных колебаний, действующих на излучатель с приемником от различных побочных источников. Эти процессы значительно затрудн ют анализ полученной с помощью измерител информации .

Наиболее близким по технической сущ- ности к предлагаемому изобретению вл етс ультразвуковой фазовый измеритель виброперемещений, содержащий последовательно соединенные задающий генератор , управл емую линию задержки с управл ющими входами, излучающий преобразователь , взаимодействующий сгиссле- дуемымобъектом,приемный

преобразователь, фазовый детектор, первый вход которого подключен к входу излу- чающегопреобразовател ,

аналого-цифровой преобразователь (АЦП) и блок обработки информации 3.

Выход фазового детектора соединен с входом компаратора, выход которого соеди- нен с входом коммутатора и вторым входом блока обработки информации. Другие входы компаратора соединены с выходом источника опорного напр жени . Выходы коммутатора соединены с управл ющими входами линии задержки.

Недостаток этого измерител - неустановленное вли ние низкочастотных помех, обусловленных колебани ми кронштейна с закрепленными на нем излучающим и при- емным преобразовател ми.

Производима в устройстве корректировка рабочей точки путем задержки сигна- ла на врем г , соответствующа изменению фазы сигнала на входе фазового детектора на к /4, не позвол ет устранить эти помехи, так как разность уровней U2 и DI источника опорного напр жени должна быть не меньше по модулю, чем удвоенна амплитуда колебаний исследуемого объек- та. Вследствие этого выходной сигнал фазового детектора представл ет аддитивную смесь двух сигналов - высокочастотного (информационного) и низкочастотного.

, i -j

обусловленного колебани ми кронштейна в

местах креплени излучающего преобразовател и приемного преобразовател .

Цель изобретени - повышение помехоустойчивости ультразвукового фазового измерител виброперемещений.

Поставленна цель достигаетс тем, что ультразвуковой фазовый измеритель виброперемещений , содержащий последовательно соединенные задающий генератор, управл емую линию задержки с управл ющими входами, излучающий преобразователь , взаимодействующий с исследуемым объектом, приемный преобразователь, фазовый детектор, первый вход которого подключен к выходу линии задержки, а второй вход - к выходу приемного преобразовател , АЦП и блок обработки информации, второй вход которого соединен с выходом АЦП и источником опорного напр жени , снабжен фильтром низкой частоты (ФНЧ), вход которого подключен к выходу фазового детектора и первому входу блока обработки информации, а выход через АЦП подключен к первым входам компаратора, вторые входы которого соединены с источником опорного напр жени , причем выходы компаратора соединены с управл ющими входами линии задержки и с вторым входом блока обработки информации.

Благодар введению ФНЧ выдел етс низкочастотна составл юща , значение которой в текущий момент времени представлено цифровым эквивалентом на первых входах компаратора, на вторых входах которого - посто нное число, соответствующее выбранной рабочей точке в середине пр молинейного участка калибровочной характеристики фазового детектора. Величина младшего разр да АЦП соответствует чувствительности фазового детектора и. таким образом, выходной сигнал рассогласовани компаратора управл ет работой линии задержки.

Оценка положительного эффекта, достигаемого от использовани предлагаемого измерител виброперемещений, обусловлена тем, что благодар введению фильтра низких частот на выходе фазового детектора исключаютс ложные срабатывани компаратора.

На фиг. 1 представлена структурна схема измерител ; на фиг.2 - диаграммы напр жений , по сн ющие его работу.

Ультразвуковой фазовый измеритель виброперемещений содержит последовательно соединенные задающий генератор 1, линию 2 задержки и излучающий электроакустический преобразователь 3, приемный электроакустический преобразователь 4 и

подключенный к его выходу фазовый детектор 5, второй вход которого соединен с выходом линии 2 задержки, подключенные к выходу фазового детектора 5 последовательно соединенные фильтр 6 низких частот (ФНЧ), аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 7, компаратор 8, цифроаналоговый преобразователь (ЦАП) 9, модул тор 10 и второй аналого-цифровой преобразователь 11, третий аналого-цифровой преобразова- тель 12 и источник 13 опорного напр жени , выход которого подключен к второму входу компаратора 8, выход последнего подключен к второму входу линии 2 задержки, выход фазового детектора 5 подключен к входу третьего аналого-цифрового преобразовател 12 и к второму входу модул тора 10, а выходы фазового детектора 5, модул тора 10 и второго и третьего аналого-цифровых преобразователей 11 и 12 служат информа- ционными выходами ультразвукового измерител .

Измеритель работает следующим образом .

Выходной сигнал задающего генерато- ра 1 через линию 2 задержки поступает на излучающий преобразователь 3. Первоначальна задержка сигнала должна соответствовать условию:

RO -(« + -т-)А,

где п - число дискретных изменений фазы, равное числу управл ющих входов линии 2 задержки и числу разр дов АЦП 9;

а -длина ультразвуковой волны, В этом случае при смещении объекта на

величину Л R(t) измеритель работа-

ет в линейном режиме. Отраженный сигнал с выхода приемного преобразовател 4 поступает на второй вход фазового детектора 5, на первый вход которого поступает опорный сигнал с линии 2 задержки. Измен ю- щийс по амплитуде выходной сигнал фазового детектора 5 поступает на ФНЧ 6 и одновременно на второй вход модул тора 10. Здесь возможны два случа .

Первый - отсутствие низкочастотной составл ющей колебаний, котора действует на места креплени излучающего и приемного преобразователей. В этом случае виброперемещени R(t) исследуемого объекта (фиг.2,а), укладыва сь в пр молиней- ный участок калибровочной характеристики Ih(t), на выходе фазового детектора преобразуютс в эквивалентный электрический сигнал U2(t). Продолжительность такого режима ti. Следовательно, выходной сигнал

ФНЧ имеет посто нное значение U3(t). Возможные при этом флуктуации выходного сигнала ФНЧ наход тс в пределах величины младшего разр да АЦП 7. Тогда цифровой эквивалент отфильтрованного вибросигнала не превосходит по абсолютной величине опорного сигнала источника 13 опорного напр жени , так как величина выходного сигнала источника 13 опорного напр жени соответствует пр молинейному участку калибровочной характеристики фазового детектора 5. Выходной сигнал компаратора 8 в этом случае остаетс без изменений, лини 2 задержки работает в прежнем режиме и корректировка по фазе не проводитс .

Второй случай - с момента времени t2 начинают про вл тьс низкочастотные сигналы , помехи,обусловленные либо колебани ми кронштейнов в местах креплени преобразователей, либо изменением характера исследуемого вибрационного процесса (фиг.2,6). В этом случае выходной сигнал ФНЧ 6 мен етс по абсолютной величине до значени Уз (t), что соответствует младшему разр ду АЦП 7. Сигнал рассогласовани кодов с выхода компаратора 8, поступа на управл ющие входы линии 2 задержки, измен ет врем задержки входного сигнала излучающего преобразовател . Врем t2 соответствует изменению фазы сигналов на входе фьзового детектора 5 на i, что соответствует порогу его срабатывани и значительно меньше величины л:/4 по сравнению с прототипом. При убывании выходного сигнала ФНЧ б лини 2 задержки мен ет фазу на Д( , но уже в обратном направлении. Информаци о перемещении объекта с фазового детектора 5 поступает также на вход третьего АЦП 12 и на второй вход модул тора 10.

Сигнал, поступающий с фазового детектора , не содержащий н.ч составл ющей, обусловленной либо колебани ми кронштейнов в местах креплени излучающего и приемного преобразователей, либо изменением характера исследуемого вибрационного процесса, не превышает значени Daft) на выходе фильтра. Если н.ч. составл юща обусловлена колебани ми кронштейнов излучающего и приемного преобразователей, она вл етс помехой, от нее нужно избавл тьс и нет необходимости в ее обработке и регистрации.

Если н.ч. составл юща обусловлена изменением характера исследуемого вибрационного процесса, она вл етс информационным сигналом и необходимо ее обрабатывать и регистрировать.

ЦАП 9 преобразует цифровой код с компаратора 8 в аналоговый сигнал (соответствующий н.ч. составл ющей). Модул тор 10 предназначен дл модулировани выходного сигнала фазового детектора 5 низкой ча- стоты сигналом с ЦАП 9. На выходе модул тора 10 получают сигнал фазового детектора 5 промодулированной низкочастотной составл ющей.

Если низкочастотна составл юща в- л етс информационной, сигналы дл наблюдени , обработки и регистрации снимаютс с аналогового или цифрового (АЦП 11) выходов модул тора.

Если низкочастотна составл юща в- л етс помехой, сигналы дл наблюдени , обработки и регистрации снимаютс с аналогового или цифрового (АЦП 12) выходов фазового детектора 5.

Claims

Формулаизобретени

Ультразвуковой фазовый измеритель виброперемещений, содержащий последовательно соединенные задающий генератор , линию задержки и излучающий электроакустический преобразователь,

приемный электроакустический преобразователь и подключенный к его выходу фазовый детектор, второй вход которого соединен с выходом линии задержки, отличающийс тем, что, с целью повышени помехоустойчивости, он снабжен подключенными к выходу фазового детектора последовательно соединенными фильтром низких частот, аналого-цифровым преобразователем , компаратором, цифроаналого- вым преобразователем, модул тором и вторым аналого-цифровым преобразователем , третьим ангалого-цифровым преобразователем и источником опорного напр жени , выход которого подключен к второму входу компаратора, выход последнего подключен к второму входу линии задержки , выход фазового детектора подключен к входу третьего аналого-цифрового преобразовател и к второму входу модул тора , а выходы фазового детектора, модул тора и второго и третьего аналого- цифровых преобразователей служат информационными выходами уьтразвукового измерител ,

9

На осциллограф

ГТХ

(

„J

8

А

13

1

10

П

(

®иг.1

6

tl