Przedmiotem wynalazku jest urzadzenie do bezkontaktowego badania drgan mechanicznych, zwlaszcza drgan periodycznycli o malej amplitudzie.Znane sa urzadzenia do bezkontaktowego badania drgan mechanicznych dzialajace w oparciu o metode optyczna. Wymagaja one jednak zlozonej aparatury pomiarowej a sam pomiar jest dlugotrwaly i uciazliwy i ponadto sygnal pomiarowy proporcjonalny do amplitudy drgan mechanicznych nie daje sie w latwy sposób przetwarzac na przebieg elektryczny zwlaszcza o dobrym stosunku sygnalu do szumu.Znane sa tez urzadzenia oparte o metode pojemnosciowo-czestotliwosciowa badania drgan. Zawieraja one zespól wzbudzania drgan o elemencie badanym oraz umieszczony w poblizu niego czujnik pojemnosciowy stano¬ wiacy element obwodu rezonansowego generatora pomiarowego i modulujacy amplitudowo jego sygnal. Urzadze¬ nia te nie zapewniaja jednak koniecznej dokladnosci pomiaru.Urzadzenie wedlug wynalazku zbudowane jest w oparciu o pojemnosciowo-czestotliwosciowa metode po¬ miaru z zastosowaniem podwójnej przemiany wysokiej czestotliwosci oraz automatycznego dostrajania czestotli¬ wosci modulowanego generatora pomiarowego. Urzadzenie zawiera generator pomiarowy o czestotliwosci modu¬ lowanej drganiami elementu badanego poprzez czujnik pojemnosciowy. Generator pomiarowy polaczony jest z mieszaczem, do którego tez podawane jest napiecie z powielacza czestotliwosci heterodyny. Mieszacz poprzez wzmacniacz pierwszej czestotliwosci posredniej polaczony jest z mieszaczem drugim, do którego podawane jest tez poprzez separator napiecia z generatora heterodyny. Napiecie czestotliwosci róznicowej otrzymane na wyj¬ sciu drugiego mieszacza zostaje wzmocnione w wzmacniaczu drugiej czestotliwosci posredniej a nastepnie podda¬ ne detekcji w aperiodycznym detektorze czestotliwosci. Otrzymane w nim napiecie zmienne zawierajace infor¬ macje o parametrach drgan elementu mierzonego podlega wzmocnieniu w wzmacniaczu wyjsciowym i podawane jest na wyjscie urzadzenia. Jednoczesnie z drugiego wyjscia aperiodycznego detektora czestotliwosci pobierany jest sygnal napieciowy, który poprzez wzmacniacz automatycznej regulacji czestotliwosci i przelacznik przesy¬ lany jest do wejscia automatycznej regulacji czestotliwosci pomiarowego generatora modulowanego. Istnieje tez mozliwosc recznego strojenia generatora i wtedy wejscie automatycznej regulacji czestotliwosci pomiarowego generatora modulowanego laczone jest poprzez przelacznik z zródlem napiecia odniesienia.2 109839 Urzadzenie umozliwia przeprowadzenie badan drgan mechanicznych periodycznych w szerokim zakresie czestotliwosci az do czestotliwosci rzedu 150 kHz przy wysokiej amplitudowej zdolnosci rozdzielczej rzedu 1CT8. Przy jego pomocy mozna przeprowadzic badania drgan zarówno w niskich jak i w wysokich temperaturach.Przedmiot wynalazku jest przedstawiony w przykladzie wykonania na.rysunku, na którym fig. 1 przedsta¬ wia schemat blokowy calego urzadzenia, fig. 2 schemat blokowy wzmacniacza wyjsciowego, fig. 3 schemat ideowo-blokowy aperiodycznego detektora czestotliwosci, fig. 4 schemat ideowo-blokowy wskaznika dostroje¬ nia. Pomiarowy generator modulowany 3 jest polaczony jednym wejsciem z czujnikiem pojemnosciowym 1 wchodzacym w sklad obwodu rezonansowego tego generatora. Do czujnika pojemnosciowego doprowadza sie z zespolu wzbudzajacego drgania 2 napiecia powodujace powstanie drgan elementu mierzonego stanowiacego okladzine kondensatora, który jest glówna czescia pojemnosci czujnika. Drgania elementu mierzonego moga byc wzbudzone równiez w jakikolwiek inny sposób. Drgania elementu mierzonego powoduja zmiany pojemnosci, które z kolei wywoluja modulacje czestotliwosci pomiarowego generatora modulowanego 3. Czestotliwosc spo¬ czynkowa tego generatora to jest czestotliwosc generatora bez wzbudzenia drgan elementu mierzonego zostala wybrana mozliwie duza — rzedu 50 MHz, aby uzyskac stosunkowo duza dewiacje czestotliwosci przy drganiach wzbudzonych a wiec i wysoka zdolnosc rozdzielcza.Napiecie zmodulowane czestotliwosciowo w przypadku wzbudzenia drgan z wyjscia pomiarowego genera- :ora modulowanego 3 podane jest na jedno wejscie pierwszego mieszacza 4 a na drugie jego wejscie podawane jest napiecie z wyjscia powielacza czestotliwosci heterodyny 10. Napiecie o czestotliwosci róznicowej bedacej uzy¬ tecznym produktem mieszania jest wydzielane w obwodzie wyjsciowym mieszacza4 i podawane na pierwszy wzmacniacz czestotliwosci posredniej 5 o stosunkowo szerokim pasmie przenoszenia. Czestotliwosc posrednia I zostala wybrana stosunkowo duza rzedu 10,7 MHz, aby uzyskac w latwy sposób szerokie pasmo przenoszenia.Napiecie z wyjscia wzmacniacza posredniej czestotliwosci I 5 jest podane na jedno z wejsc drugiego mieszacza 6.Na drugie wejscie mieszacza 6 przez separator generatora heterodyny 12 podane jest napiecie z pierwszego wyjscia generatora heterodyny 11. Z drugiego wyjscia generatora heterodyny 11 napiecie podane jest na powie¬ lacz czestotliwosci heterodyny 10. Jako generator heterodyny zostal zastosowany wysokostabilny generator wielkiej czestotliwosci — rzedu 10 MHz — zapewniajacy dzieki zastosowaniu powielenia czestotliwosci w powiela¬ czu czestotliwosci heterodyny 10 maly dryft czestotliwosci posredniej I i II. Napiecie czestotliwosci róznicowej z wyjscia mieszacza 6 podane jest na wzmacniacz II czestotliwosci posredniej 7. Czestotliwosc spoczynkowa na wyjeciu ^mieszacza 6 wynosi kilkaset kilóherców - rzedu 700 kHz. Mala jej wartosc zostala wybrana w celu uzyskania du^j czulosci aperiodycznego detektora czestotliwosci 8. Ze wzmacniacza posredniej czestotliwosci ii 7 napiecie podane jest na wejscie aperiodycznego detektora czestotliwosci 8 zapewniajacego liniowa detekcje czestotliwosci. Napiecie zmienne zawierajace informacje pomiarowa a odpowiadajace drganiom elementu mierzo¬ nego w ten sposób, ze czestotliwosc napiecia jest równa czestotliwosci drgan a amplituda proporcjonalna do amplitudy drgan podana jest z jednego wyjscia aperiodycznego detektora czestotliwosci 8 poprzez wzmacniacz wyjsciowy 9 na .wyjscie Wy urzadzenia, do którego dolaczony jest rejestr, oscyloskop, analizator lub inne urza¬ dzenie wizualne w zaleznosci od tego jakim analizom bedzie poddawany sygnal.Z drugiego wyjscia aperiodycznego detektora czestotliwosci 8 brany jest sygnal napieciowy do wzmacnia¬ cza automatycznej regulacji czestotliwosci 13. Jedno z wyjsc tego wzmacniacza polaczone jest ze wskaznikiem dostrojenia 14 a drugie wyjscie polaczone jest poprzez styk 1 przelacznika P z wejsciem automatycznej regulacji czestotliwosci modulowanego generatora pomiarowego 3 wstanie wlaczonej automatycznej regulacji czestotli¬ wosci czyli w stanie wlasciwej pracy. Drugie wyjscie jest rozlaczone z.wejsciem automatycznej regulacji czestotli¬ wosci w stanie wylaczonej automatycznej regulacji czestotliwosci czyli w stanie recznego strojenia przy czym wejscie automatycznej regulacji czestotliwosci generatora modulowanego pomiarowego 3 polaczone jest poprzez styk 2 przelacznika P z wyjsciem zródla napiecia odniesienia 15. Zastosowanie ukladu automatycznej regulacji czestotliwosci redukuje wplyw niekontrolowanych zmian czestotliwosci pomiarowego generatora modulowanego 3 na przyklad termicznych oraz zapewnia automatyczne dostrojenie tego generatora przy zmianie pojemnosci statycznej czujnika pojemnosciowego 1. Wzmacniacz wyjsciowy 9 sklada sie ze wzmacniacza wstepnego 16, filtru pasmowego 17 i wzmacniacza koncowego 18 polaczonych lancuchowo.Aperiodyczny detektor czestotliwosci 8 ma budowe zapewniajaca uzyskanie dobrej stabilnosci zwlaszcza termicznej napiecia wyjsciowego automatycznej regulacji czestotliwosci szczególnie przy zastosowaniu jako wzmacniacza automatycznej regulacji czestotliwosci 13 wzmacniacza operacyjnego z wejsciem róznicowym.Aperiodyczny detektor czestotliwosci 8 sklada sie z multiwibratora monostabilnego 19 z wejsciem Schmit- ta formujacym impulsy. Pierwsze wyjscie multiwibratora Wyl przez pierwszy czlon calkujacy R' C o malej stalej czasu umozliwiajacej odtwarzanie czestotliwosci modulujacej steruje wzmacniacz wyjsciowy 9. Drugie109839 3 wyjscie multiwibratora Wy 2 steruje pierwszy klucz k\ Klucz ten ma w obwodzie wyjsciowym rezystor R zasilany ze zródla napiecia stalego U. Do wyjscia tego klucza jest dolaczony drugi czlon calkujacy R'\ C" o duzej stalej czasu umozliwiajacej wytworzenie napiecia stalego proporcjonalnego do czestotliwosci spoczynkowej. Napiecie to jest podane na jedno z wejsc wzmacniacza automatycznej regulacji czestotliwosci 13. Drugie wejscie tego wzmacniacza polaczone jest z wyjsciem potencjometru R umieszczonym w obwodzie wyjsciowym drugiego klu¬ cza K" i zasilonym ze zródla napiecia stalego U. Wyjscie klucza K" jest tez polaczone ze zródlem pradu stalego U. Zródlo to powinno miec dobra stabilnosc napiecia wyjsciowego.Taki uklad polaczenia kluczy, ich identycznosc oraz zastosowanie dobrego wzmacniacza korzystnie wzmac¬ niacza operacyjnego o wejsciach róznicowych jako wzmacniacza automatycznej regulacji czestotliwosci 13 po¬ woduja, ze odpornosc na dzialanie czynników destabilizujacych jest duza a wiec dobra jest stabilnosc napiecia wyjsciowego automatycznej regulacji czestotliwosci. Wskaznik dostrojenia 14 umozliwia reczne dostrojenie urza¬ dzenia wstanie wylaczonej automatycznej regulacji czestotliwosci: Sklada sie on ze wzmacniacza "wstepnego korzystnie wzmacniacza operacyjnego 20 na którego wyjsciu umieszczone sa 2 diody obcinajace D1,D2 ograni¬ czajace wraz z rezystorem Rl wielkosc pradu wysterowania bazy pierwszego tranzystora Tl pracujacego w ukla¬ dzie OE. W obwodzie kolektora tego tranzystora umieszczony jest pierwszy element swiecacy LI zasilany ze zródla napiecia Uz. Bezposrednio z wyjsciem wzmacniacza wstepnego 20 polaczony jest emiter drugiego tranzys¬ tora T2 pracujacego w ukladzie OB. Wielkosc pradu wysterowania tego tranzystora jest ograniczana przez-wzm-i cniacz wstepny 20. W obwodzie kolektora tego tranzystora umieszczony jest drugi element swiecacy L2 i.kze zasilany Nze zródla napiecia Uz. Kazdy z kolektorów tranzystorów Tl, T2 jest polaczony przez diode D3 i D4 z baza tranzystora trzeciego T3 pracujacego w ukladzie OC. W obwodzie emitera tego tranzystora umieszczony jest trzeci element swiecacy LO, a kolektor zasilany ze zródla napiecia Uz. Baza tranzystora jest spolaryzowana przez rezystory R2, R3 z zródla napiecia Uz tak, aby przy nieprzewodzacy eh diodach D3 i D4 swiecil sie tylko trzeci element swiecacy co wystepuje przy napieciach wyjsciowych wzmacniacza 20 w poblizu zera do okolo ±0,7V dla tranzystorów krzemowych. Swiecenie to odpowiada stanowi scislego dostrojenia. Pierwszy tranzystor Tl wywoluje swiecenie pierwszego elementu swiecacego LI przy napieciach dodatnich na wyjsciu wzmacnia¬ cza 20, powyzej 0,7V a drugi analogicznie swiecenie drugiego elementu swiecacego przy napieciach ujemnych.Jako elementy swiecace moga byc zastosowane diody elektroluminescencyjne, zarówki itp. lub ich zestawy o zróznicowanym stopniu swiecenia uzaleznionym od wielkosci napiecia wyjsciowego wzmacniacza wstepnego -20 a wiec i odstrojenie ukladu. Analogiczne dzialanie bedzie mial uklad w którym zostana zastosowane tranzy¬ story o przeciwnej polaryzacji. W takim przypadku nalezy zmienic kierunek wlaczenia diod i biegunowosc zródla napiecia Uz.Zastrzezenia patentowe 1. Urzadzenie do bezkontaktowego badania drgan mechanicznych zawierajace czujnik pojemnosciowy umieszczony w poblizu elementu drgajacego, modulowany generator pomiarowy oraz zespól wzbudzania drgan, znamienne ty m„ ze modulowany generator pomiarowy (3) polaczony jest z jednym z wejsc pierwszego mieszacza (4), którego wyjscie poprzez wzmacniacz I czestotliwosci posredniej (5) polaczone jest z jednym z wejsc drugiego mieszacza (6), przy czym drugie wejscie mieszacza (4) polaczone jest z generatorem heterodyny (11) poprzez powielacz czestotliwosci (10) a drugie wejscie mieszacza (6) polaczone jest poprzez wzmacniacz II czestotliwosci posredniej (7) z aperiodycznym detektorem czestotliwosci (8), którego jedno wyjscie polaczone jest z wzmacniaczem wyjsciowym (9) a drugie z wzmacniaczem automatycznej regulacji czestotliwosci (13), którego jedno z wyjsc polaczone jest z wskaznikiem dostrojenia (14) a drugie wejscie w stanie wlaczonej auto¬ matycznej regulacji czestotliwosci laczone jest poprzez przelacznik (?) z wejsciem automatycznej regulacji czestotliwosci modulowanego generatora pomiarowego (3), które to wejscie w stanie wylaczonej automatycznej regulacji czestotliwosci laczone jest poprzez przelacznik (P) z zródlem napiecia odniesienia (15). 2. Urzadzenie wedlug zastrz. 1, znamienne tym, ze wzmacniacz wyjsciowy (9) sklada sie ze wzmacniacza wstepnego (16), filtru pasmowego (17) i wzmacniacza koncowego (18) polaczonych lancuchowo. 3. Urzadzenie wedlug zastrz. 1, znamienne tym, ze aperiodyczny detektor czestotliwosci (8) sklada sie z multiwibratora monostabilnego (19) do jednego wyjscia (Wyl) którego dolaczony jest jeden czlon calkujacy (R'), (C) a do drugiego wyjscia (Wy2) klucz (K') z rezystorem (R)w obwodzie wyjsciowym do którego wyjscia dolaczony drugi czlon calkujacy (R") (C") polaczony z jednym z wejsc wzmacniacza automatycznej regulacji czestotliwosci (13), którego drugie wejscie jest polaczone z wyjsciem potencjometru (Rz) znajdujacego sie w obwodzie wyjsciowym drugiego klucza (K") zasilanego ze zródla pradu stalego (U).4 109839 4. Urzadzenie wedlug zastrz! K znamienne t y nr, ze wskaznik dostrojenia (14) sklada sie z wzma¬ cniacza wstepnego (20) korzystnie wzmacniacza operacyjnego, do wyjscia którego dolaczone sa polaczone szeregowo diody obcinajace (Di), (D:) oraz przez rezystor (Ri) baza tranzystora (Ti), w którego obwód kolek¬ tora wlaczony jest element swiecacy (Lj) oraz emiter tranzystora (T2), w kolektor którego wlaczony jest element swiecacy (L2) a kolektory tranzystorów (Ti) i (T2) sa polaczone poprzez diody (D3) i (D4) z baza tranzystora (T3), której polaryzacje ustalaja rezystory (R2) i (R3},a w obwódemitera tranzystora (T3) wlaczony jest element swiecacy (LO), swiecacy przy napieciach wyjsciowych wzmacniacza zblizonych do zera. 2 1 3 4 10 5 1t 6 , i 12 7 e V 9 R-Fl 41 I Wy S Figi Fig. 2 Fig.3 Fig.4 Prac. Poligraf. UP PRL naklad 120+8 PL