SU731376A1

SU731376A1 - Device for measuring rotational speed parameters

Info

Publication number: SU731376A1
Application number: SU782609258A
Authority: SU
Inventors: Александр Константинович Дудченко; Петр Сергеевич Куц; Валерий Васильевич Марьенко; Юрий Антонович Скобля
Original assignee: Киевский Ордена Ленина Государственный Университет Им. Т.Г.Шевченко
Priority date: 1978-04-24
Filing date: 1978-04-24
Publication date: 1980-04-30

Description

Изобретение относится к области измерительной техники и может найти применение в автоматических устройствах, приборостроении, станкостроении, машиностроении, там где измеряются параметры вращения или стабилизируется угловая скорость неравномерно вращающихся валов.The invention relates to the field of measuring technology and can find application in automatic devices, instrumentation, machine tool, mechanical engineering, where the rotation parameters are measured or the angular velocity of unevenly rotating shafts is stabilized.

Известны устройства для измерения параметров скорости вращения, содержащие источник света, растровый диск, укрепленный на исследуемом объекте, неподвижный растр, фотоприемник и частотомер [1]. Принцип работы таких устройств основан на фотоэлектрическом преобразовании угловой скорости в электромагнитные колебания с последующим измерением их частоты. К недостаткам таких устройств относятся трудность изготовления качественных растровых дисков, влияние на результаты измерений радиальных люфтов исследуемых валов и низкая точность измерений.Known devices for measuring parameters of speed of rotation, containing a light source, a raster disk mounted on the test object, a stationary raster, a photodetector and a frequency meter [1]. The principle of operation of such devices is based on the photoelectric conversion of angular velocity into electromagnetic waves, followed by measurement of their frequency. The disadvantages of such devices include the difficulty of manufacturing high-quality raster disks, the effect on the measurement results of the radial backlash of the investigated shafts and the low accuracy of the measurements.

Известно устройство для измерения мгновенной нестабильности угловой скорости вращения [2], принцип работы которого основан на сравнении угловых скоростей вращения анализатора, установленного на контролируемом объекте и поляризованного потока излучения, пропускаемого через анализатор. При этом вращение плоскости поляризации потока оптического излучения осуществляют в направлении вращения анализатора согласно заданному закону изменения номинала угловой скорости контро5 лируемого объекта и по изменению интенсивности выходящего потока оптического излучения судят о контролируемом параметре.A device for measuring the instantaneous instability of the angular velocity of rotation [2], the principle of which is based on a comparison of the angular velocity of rotation of the analyzer installed on the controlled object and the polarized flux of radiation transmitted through the analyzer. In this case, the rotation of the plane of polarization of the optical radiation flux is carried out in the direction of rotation of the analyzer according to a given law of changing the face value of the angular velocity of the object being monitored and judging by the change in the intensity of the output optical radiation flux of the controlled parameter.

Устройство содержит источник оптичеЮ ского излучения с управляемой плоскостью поляризации, генератор, задающий частоту вращения, анализатор, укрепленный на исследуемом объекте, приемник оптического излучения, усилитель и регистрирующий 15 прибор.The device contains an optical radiation source with a controlled plane of polarization, a generator that sets the rotation frequency, an analyzer mounted on the object under study, an optical radiation receiver, an amplifier, and an instrument 15.

Недостатками устройства являются отсутствие информации о знаке отклонения скорости измеряемого объекта от скорости вращения плоскости поляризации оптиче20 ского излучения, низкая точность измерения и узкий динамический диапазон измерений.The disadvantages of the device are the lack of information about the sign of the deviation of the speed of the measured object from the speed of rotation of the plane of polarization of optical radiation, low measurement accuracy and a narrow dynamic measurement range.

Цель изобретения — определение знака отклонения скорости и расширение динамического диапазона измерений.The purpose of the invention is the determination of the sign of the deviation of speed and the expansion of the dynamic range of measurements.

Для достижения поставленной цели в предлагаемое устройство введены модулятор плоскости поляризации, установленный на пути оптического излучения между источником излучения и анализатором, зер30 кало, расположенное за анализатором, синTo achieve this goal, the proposed device introduced a polarization plane modulator installed on the path of optical radiation between the radiation source and the analyzer, a mirror located behind the analyzer, syn

4 хронный детектор, вход которого подключен к выходу усилителя, а выходы к модулятору плоскости поляризации и к регистрирующему прибору, соединенному с блоком управления.4 chronic detector, the input of which is connected to the output of the amplifier, and the outputs to the modulator of the plane of polarization and to the recording device connected to the control unit.

На чертеже приведена блок-схема предлагаемого устройства.The drawing shows a block diagram of the proposed device.

В качестве источника излучения выбран гелийнеоновый лазер ОКГ с изотропным резонатором в виде газоразрядной трубки 1, которая не содержит окон Брюстера. Резонатор лазера образован зеркалом 2 с коэффициентом отражения, близким к единице, и одним из окон 3 газоразрядной трубки.A helium-neon laser with an isotropic resonator in the form of a gas discharge tube 1, which does not contain Brewster windows, was chosen as a radiation source. The laser cavity is formed by a mirror 2 with a reflection coefficient close to unity and one of the windows 3 of the gas discharge tube.

В качестве элемента, формирующего круговое вращение плоскости поляризации используется электрооптический кристалл LiNbO₃ 4 Z-среза, обладающий двойным поперечным эффектом Паккелоса. Кристалл помещен в резонатор лазера и ориентирован так, что излучение распространяется вдоль оси Z, а вдоль осей X и У приложены переменные синусоидальные напряжения, сдвинутые по фазе на 90° от генератора 5, задающего закон вращения. Тогда на выходе ОКГ присутствует оптическое излучение, плоскость поляризации которого вращается с частотой, равной половине частоты приложенного к кристаллу напряжения.An electro-optical LiNbO ₃ 4 Z-section crystal with a double transverse Pakkelos effect is used as an element forming a circular rotation of the plane of polarization. The crystal is placed in the laser resonator and is oriented so that the radiation propagates along the Z axis, and along the X and Y axes, alternating sinusoidal voltages are applied, phase-shifted 90 ° from the generator 5, which sets the law of rotation. Then, optical radiation is present at the output of the laser, the plane of polarization of which rotates with a frequency equal to half the frequency of the voltage applied to the crystal.

Модулятор 6 служит для высокочастотной модуляции скорости вращения плоскости поляризации оптического излучения и для мгновенного управления плоскостью поляризации оптического излучения при отклонениях скорости измеряемого объекта от средней. Он состоит из кристалла ЖИГ с полированными торцами, вокруг которого намотаны две катушки индуктивности.The modulator 6 is used for high-frequency modulation of the rotation speed of the plane of polarization of optical radiation and for instant control of the plane of polarization of optical radiation with deviations of the speed of the measured object from the average. It consists of a YIG crystal with polished ends, around which two inductors are wound.

Излучение лазера направляется на анализатор 7 и зеркало 8, закрепленные на вращающемся объекте.The laser radiation is directed to the analyzer 7 and the mirror 8 mounted on a rotating object.

Применяемые в установке фотоприемник 9, селективный усилитель 10 и синхронный детектор 11 выбираются стандартными. Один выход детектора И подключен к регистрирующему прибору 12, соединенному с блоком 13 управления генератором 5.The photodetector 9, selective amplifier 10 and synchronous detector 11 used in the installation are selected as standard. One output of the detector And is connected to a recording device 12 connected to the control unit 13 of the generator 5.

Работа устройства происходит следующим образом.The operation of the device is as follows.

Частота генератора, задающего скорость вращения плоскости поляризации оптического излучения, первоначально устанавливается в два раза большей ожидаемого среднего значения частоты вращения исследуемого объекта. Сформированным таким образом излучением облучают анализатор 7, укрепленный совместно с зеркалом 8 на валу исследуемого объекта. Для преобразования отраженного излучения в электри5 ческий сигнал используется фотоприемник .The frequency of the generator that sets the rotation speed of the plane of polarization of the optical radiation is initially set twice as high as the expected average rotation speed of the object under study. An analyzer 7 irradiated in this way is irradiated, mounted together with a mirror 8 on the shaft of the object under study. A photodetector is used to convert the reflected radiation into an electric signal.

9. Далее этот сигнал поступает на селективный усилитель 10 и на детектор 11. На выходе детектора 11 получается электрический сигнал, величина и знак которого πρι> 10 порциональны отклонению плоскости пропускания анализатора и плоскости поляризации оптического излучения от ортогонального положения. Этот сигнал поступает на модулятор 6, задающий скорость вра15 щения плоскости поляризации оптического излучения таким образом, что его частота остается все время равной средней частоте вращения анализатора, укрепленного на исследуемом валу.9. Next, this signal is fed to a selective amplifier 10 and to detector 11. At the output of detector 11, an electric signal is obtained whose magnitude and sign πρι> 10 are proportional to the deviation of the analyzer transmission plane and the plane of polarization of optical radiation from the orthogonal position. This signal is fed to a modulator 6, which sets the rotation speed of the plane of polarization of the optical radiation in such a way that its frequency remains at all times equal to the average rotation frequency of the analyzer mounted on the shaft under investigation.

Таким образом, по частоте управляющего генератора судят о средней частоте вращения исследуемого вала, а по напряжению, снимаемому с синхронного детектора, — об отклонении скорости вращения 25 исследуемого вала от средней.Thus, the frequency of the control generator judges the average speed of the test shaft, and the voltage taken from the synchronous detector, the deviation of the rotational speed 25 of the test shaft from the average.

Claims

хронный детектор, вход которого подключен к выходу усилител , а выходы к модул тору плоскости пол ризации и к регистрирующему прибору, соединеипому с блоком управлепн . На чертеже приведена блок-схема предлагаемого устройства. В качестве источника излучени выбран гелийнеоновый лазер ОКГ с изотропным резонатором в виде газоразр дной трубки 1, котора не содержит окон Брюстера. Резонатор лазера образован зеркалом 2 с коэффициентом отражени , близким к единице , и одним из окон 3 газоразр дной трубки. и качестве элемента, формирующего круговое вращение плоскости пол ризации используетс электрооптический кристалл LiNbOs 4 Z-среза, обладающий двойным поперечным эффектом Паккелоса. Кристалл помещен в резонатор лазера и ориентирован так, что излучение распростран етс вдоль оси 2, а вдоль осей X и Y приложены переменные синусоидальные напр жени , сдвинутые по фазе на 90° от генератора 5, задающего закон вращени . Тогда на выходе ОКГ присутствует оптическое излучение , плоскость пол ризации которого вращаетс с частотой, равной половине частоты приложенного к кристаллу напр жеМодул тор 6 служит дл высокочастотной модул ции скорости вращени илоскости пол ризации оптического излучени и дл мгновенного управлени плоскостью пол ризации оптического излучени при отклонени х скорости измер емого объекта от средней. Он состоит из кристалла ЖИГ с полированными торцами, вокруг которого намотаны две катущки индуктивИзлучение лазера направл етс на анализатор 7 и зеркало 8, закрепленные на вращающемс объекте. Примен емые в установке фотоприемпик 9, селективный усилитель 10 и синхронный детектор 11 выбираютс стандартными. Один выход детектора 11 подключен к регистрирующему прибору 12, соединенному с блоком 13 управлени генератором 5. Работа устройства происходит следующим образом. Частота генератора, задающего скорость вращени плоскости пол ризации оптического излучени , первоначально устанавливаетс в два раза больщей ожидаемого среднего значени частоты вращени исследуемого объекта. Сформированным таким образом излучением облучают анализатор 7, укрепленный совместно с зеркалом 8 на валу исследуемого объекта. Дл преобразовани отраженного излучени в электрический сигнал используетс фотоприемник , 9. Далее этот сигнал поступает на селективный усилитель 10 и на детектор 11. На выходе детектора 11 получаетс электрический сигнал, величина и зиак которого про иорциональны отклонению плоскости пропускани анализатора и плоскости пол ризации оптического излучени от ортогонального положени . Этот сигнал поступает на модул тор 6, задающий скорость вращени плоскости пол ризации оптического излучени таким образом, что его частота остаетс все врем равной средней частоте вращени анализатора, укрепленного на исследуемом валу. Таким образом, по частоте управл ющего генератора суд т о средней частоте вращени исследуемого вала, а по напр жению , снимаемому с синхронного детектора , - об отклонении скорости вращени исследуемого вала от средней. Формула изобретени Устройство дл измерени параметров скорости вращени , содержащее источник оптического излучени , элемент, формирующий круговое вращение плоскости пол ризации источника оптического излучени , задающий генератор, блок управлени , аиализатор , приемник оптического излучени , усилитель и регистрирующий прибор, отл и ч а ю щ и и с тем, что, с целью определени зиака отклонени скорости, звеличени точности и расширени динамического диапазона измерений, в него введены модул тор плоскости пол ризации, зеркало и синхронный детектор, причем модул тор плоскости пол ризации установлен на пути оптического излучени между источником излучени и анализатором, а зеркало - за анализатором, вход синхронного детектора подключен к выходу усилител , а выходы к модул тору плоскости пол ризации и к регистрирующему прибору, соединенному с блоком управлени . Источники информации, прин тые во внимание ири экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР № 560137, кл. G 01В 11/26, 1977. A chronic detector, the input of which is connected to the output of the amplifier, and the outputs to the polarization plane modulator and to the recording instrument, is connected to the control unit. The drawing shows a block diagram of the proposed device. A helium neon laser laser with an isotropic resonator in the form of a gas discharge tube 1, which does not contain Brewster windows, was chosen as the radiation source. The laser resonator is formed by a mirror 2 with a reflection coefficient close to unity, and one of the windows 3 of the discharge tube. and as an element that forms a circular rotation of the plane of polarization, an Z-cut LiNbOs 4 electro-optical crystal with a double transverse Packelos effect is used. The crystal is placed in the laser resonator and oriented so that the radiation propagates along axis 2, and alternating sinusoidal voltages are applied along the X and Y axes, shifted in phase by 90 ° from the generator 5, which sets the law of rotation. Then, at the output of the laser, optical radiation is present, the polarization plane of which rotates at a frequency equal to half the frequency applied to the crystal. Module 6 serves for high-frequency modulation of the rotation speed or polarization plane of the optical radiation and for instantaneous control of the polarization plane of the optical radiation with deviations the speed of the measured object from the average. It consists of a YIG crystal with polished ends, around which two coils of inductance are wound. The laser radiation is directed to the analyzer 7 and the mirror 8 mounted on a rotating object. The photodetector 9 used in the installation, the selective amplifier 10 and the synchronous detector 11 are selected as standard. One output of the detector 11 is connected to a recording device 12 connected to the generator control unit 13 5. The device operates as follows. The frequency of the generator, which sets the speed of rotation of the polarization plane of the optical radiation, is initially set at twice the expected average value of the rotation frequency of the object under study. The radiation thus generated irradiates the analyzer 7, reinforced together with the mirror 8 on the shaft of the object under study. A photodetector is used to convert the reflected radiation into an electrical signal. 9. This signal is then fed to the selective amplifier 10 and to the detector 11. At the output of the detector 11, an electrical signal is obtained, the magnitude and bit of which is proportional to the deflection of the analyzer's transmission plane and the polarization plane of the optical radiation orthogonal position. This signal arrives at the modulator 6, which sets the speed of rotation of the plane of polarization of the optical radiation in such a way that its frequency remains equal to the average frequency of rotation of the analyzer mounted on the shaft under study. Thus, according to the frequency of the control generator, the average frequency of rotation of the shaft under study is judged, and the voltage taken from the synchronous detector is judged on the deviation of the speed of rotation of the shaft under study from the average. Apparatus of the Invention A device for measuring rotational speed parameters comprising an optical radiation source, an element that forms a circular rotation of the polarization plane of an optical radiation source, a driver, a control unit, an analyzer, an optical radiation receiver, an amplifier, and a recording device and with the fact that, in order to determine the speed deflection, to increase the accuracy and to expand the dynamic measuring range, a polarization plane modulator, a mirror and a syn an on-line detector, the modulator of the polarization plane is placed in the path of the optical radiation between the radiation source and the analyzer, and the mirror behind the analyzer, the input of the synchronous detector is connected to the output of the amplifier, and the outputs to the polarization plane modulator and to the registering device management Sources of information taken into account by the examination 1. USSR author's certificate No. 560137, cl. G 01B 11/26, 1977.

2. Авторское свидетельство СССР № 468155, кл. G 01Р 15/00, 1977 (прототип ).2. USSR author's certificate No. 468155, cl. G 01 P 15/00, 1977 (prototype).