PL224937B1 - Sposób tworzenia sygnału elektrycznego, zsynchronizowanego z wybranym położeniem kątowym wyważanego wirnika, wykorzystywanego w szczególności w wyważarkach dynamicznych - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób tworzenia sygnału elektrycznego, zsynchronizowanego z wybranym położeniem kątowym wyważanego wirnika, wykorzystywanego w szczególności w wyważarkach dynamicznych, służącego do uruchomienia układu próbkującego sygnał z czujnika drgań „n” razy za obrót.

W wyważarkach stosuje się metody pomiarowe i model matematyczny układu drgającego oparty o pomiary amplitud i faz sygnału z czujnika drgań. Ze względu na potrzeby cyfrowego przetwarzania sygnałów, istnieje konieczność zastosowania sposobu tworzenia sygnału elektrycznego, zapewniającego podział każdego, następującego po sobie, okresu odpowiadającego obrotowi wirnika na „n” części w celu próbkowania sygnału drgań. Długość tego okresu może się zmieniać.

Znany jest sposób wytwarzania sygnału o częstotliwości n razy większej od wzorcowego za pomocą synchronicznej pętli fazowej. Nie daje on współfazowości obu sygnałów. Poza tym wytworzony sygnał wolno nadąża za zmianami sygnału wzorcowego. Układ ten zawiera detektor fazy, filtr dolnoprzepustowy, generator sterowany napięciem oraz dzielnik częstotliwości. Zasada działania układu polega na tym, że detektor fazy porównuje częstotliwości fazy sygnałów: wejściowego z czujnika obrotów i wyjściowego z dzielnika częstotliwości. W wyniku tego: na wyjściu z detektora fazy pojawiają się impulsy, które po filtracji przez filtr dolnoprzepustowy, w postaci napięcia, w przybliżeniu stałego, sterują generatorem. Po zamknięciu pętli sprzężenia zwrotnego, na wyjściu generatora sterowanego napięciem, wytwarzany jest sygnał o częstotliwości n*f_we. Stanowi on sygnał wytworzony z takiego układu. Niedogodnością takiego układu jest konieczność stosowania dużych stałych czasowych filtru dolnoprzepustowego, szczególnie dla małych wartości częstotliwości sygnału wejściowego. Zmniejsza to dynamikę pomiarową układu, czyli nadążanie zmian częstotliwości sygnału wytworzonego za zmianami sygnału wzorcowego. Powoduje również niestabilność pracy objawiającą się tzw. zrywaniem pętli fazowej. Układ ma również małą dynamikę pracy, czyli stosunek wartości maksymalnej częstotliwości do minimalnej sygnału wzorcowego: f_{we max}/f_we min· Stosunek ten może mieć wartość: do kilkudziesięciu. Uniemożliwia to precyzyjne wyważanie wirników, zwłaszcza turbosprężarek.

Znany jest z opisu patentowego nr 196287 sposób wyważania zespołu oprawki szybkoobrotowej, który charakteryzuje się tym, że na końcówce walcowej oprawki szybkoobrotowej osadza się przeciwciężary wyważające i określa wielkość oraz kąt niewyważenia na wyważarce. Następnie ustawia się punkt zerowy lub jedno z nacięć na określonym kącie niewyważenia na skali kątowej pierścienia ustalającego. Po czym przesuwa się przeciwciężary wyważające i ustawia nacięciem na punktach początkowych skali sinusowej. Następnie odczytuje się na wyważarce wielkość niewyważania i ustawia przeciwciężary wyważające według skali sinusowej na określoną wartość niewyważenia i unieruchamia na końcówce walcowej.

Znany jest z opisu zgłoszenia wynalazku P.316547 sposób wyważania zespołu wału napędowego poprzez umieszczenie ciężarków wyważających w żądanych położeniach na zewnętrznej powierzchni rurowego wału napędowego, przełożenie trzpieni poprzez otwory w ciężarku wyważającym i inercyjne czyli tarciowe zgrzewanie podstaw trzpieni do zewnętrznej powierzchni wału napędowego w celu zamocowania ciężarków wyważających. Ciężarek wyważający z okrągłym otworem cylindrycznym jest mocowany na wale napędowym za pomocą cylindrycznego trzpienia okrągłego. Trzpień c ylindryczny jest tarciowo zgrzewany do wału napędowego po umieszczeniu na wale napędowym ciężarka wyważającego. Cylindryczny trzpień może być również zgrzewany tarciowo przed nałożeniem ciężarków wyważających. W tym przypadku po nałożeniu ciężarka wyważającego wykonuje się zwalcowanie trzpienia w drugiej operacji·

Znany jest z opisu zgłoszenia wynalazku P.305861 sposób wyważania wirnika silnika miniaturowego przez zginanie albo odkształcanie promieniowe wybranych występów albo ich części. Występy mogą być podzielone na wiele palców dla ułatwienia wyważania. Wymagany stopień wyważenia jest osiągany przez promieniowe zginanie wybranych występów albo ich części.

Znany jest z opisu patentowego nr 181912 sposób wyważania wirnika wentylatora, który umożliwia wyważanie wirnika wentylatora przez dodawanie materiału do wirnika w co najmniej jednym wybranym położeniu. Sposób charakteryzuje się tym, że materiał jest dodawany przez przymocowanie co najmniej jednej klamerki metalowej.

PL 224 937 B1

Istotą wynalazku jest sposób tworzenia sygnału elektrycznego, zsynchronizowanego z wybranym położeniem kątowym wyważanego wirnika, wykorzystywanego w szczególności w wyważarkach dynamicznych, służącego do uruchomienia układu próbkującego sygnał z czujnika drgań „n” razy za obrót polegający na tworzeniu sygnału elektrycznego, charakteryzujący się tym, że podczas wyważania wirnika w wyważarkach, zwłaszcza dynamicznych prowadzi się pomiary amplitud i faz sygnału z czujnika drgań i na ich podstawie tworzy model matematyczny układu drgającego opartego o te pomiary, po czym synchronizuje sygnał wejściowy pochodzący z czujnika obrotów z wytworzonym sygnałem wyjściowym i doprowadza do współfazowości sygnałów w taki sposób, że każde co n-te przejście przez zero sygnału wytworzonego odbywa się jednocześnie z przejściem przez zero sygnału wzorcowego, przy czym czas jednego okresu sygnału wzorcowego odpowiada czasowi 1 obrotu wirnika na wyważarce i odpowiada czasom przejścia czujnika obrotów pod znacznikiem na wyważanym wirniku, zaś długość okresu odpowiadającego obrotowi wirnika na „n” części próbkowania sygnału drgań stanowi okres zapewnienia współfazowości sygnałów.

Sposób tworzenia sygnału elektrycznego, zsynchronizowanego z wybranym położeniem kątowym wyważanego wirnika, wykorzystywanego w szczególności w wyważarkach dynamicznych, służącego do uruchomienia układu próbkującego sygnał z czujnika drgań „n” razy za obrót, według wynalazku zapewnia współfazowość sygnałów: wejściowego, pochodzącego z czujnika obrotów, zwanego dalej sygnałem „wzorcowym” z wyjściowym, zwanym dalej „wytworzonym”. Współfazowość rozumiana jest w ten sposób, że każde co n-te przejście przez zero sygnału wytworzonego odbywa się jednocześnie z przejściem przez zero sygnału wzorcowego. Proces nazywamy synchronizowaniem się sygnałów.

Czas jednego okresu sygnału wzorcowego odpowiada czasowi 1 obrotu wirnika na wyważarce i odpowiada czasom przejścia czujnika obrotów pod znacznikiem na wyważanym wirniku.

Ważną właściwością sposobu jest szybkość synchronizowania się sygnałów. Szybkość tę określa opóźnienie, liczone w ilości okresów sygnału wzorcowego, w których sygnał wytworzony nadąży za sygnałem wzorcowym tak, że osiągnie współfazowość. Jest ona potrzebna w związku z występującymi, w praktyce, zmianami prędkości obrotowej wyważanego wirnika.

W zgłaszanym rozwiązaniu układ daje sygnał wytworzony o częstotliwościach: 2*f_we. 4*f_we, 8*f_we, 16*f_we, 32*f_we, 64*f_we, 128*f_we, 512*f_we, 1024*f_we, który szybko synchronizuje się z sygnałem wzorcowym i jest współfazowy z sygnałem wzorcowym opisanym powyżej.

Powyższe właściwości uzyskano dzięki zastosowaniu odpowiedniego sposobu obsługi reszty z podziału okresu wzorcowego na „n” części oraz generatora pomocniczego, którego cykl jest co najmniej 300 000 razy krótszy, niż cykl wyważanego wirnika na wyważarce.

W rozwiązaniu według wynalazku szybkość nadążania wynosi 1 okres sygnału wzorcowego. Oznacza to, że sygnał wytworzony przyjmuje pożądaną wartość i osiąga współfazowość z opóźnieniem wynoszącym 1 okres sygnału wzorcowego.

Posiadając sygnał wzorcowy o okresie T_wzorc. można wytworzyć sygnał o okresie T_wytw., o częstotliwości będącej wielokrotnością częstotliwości sygnału wzorcowego ale tak, żeby co n-te przejście przez zero sygnału wytworzonego odbywało się jednocześnie z przejściem przez zero sygnału wzorcowego. W generatorze pomocniczym generuje się impulsy o wysokiej częstotliwości, np. 10 MHz = 10 000 000 [1/s].

Wytworzony sygnał dopasowuje się w taki sposób, że:

a) okresowi sygnału wzorcowego Twzorc. przyporządkowuje się liczbę impulsów z generatora pomocniczego M [imp.],

b) zakłada się ile razy okres sygnału wytworzonego T_wytw. ma być krótszy, niż wzorcowy ^Twzorc. :

n = 2, 4, 8, 16, 32, 64,128, 256, 512, [razy], niech będzie n = 256

c) przyporządkowuje się liczbę impulsów okresowi wytworzonemu, proporcjonalnie do czasu trwania okresu wzorcowego: m [imp.],

d) odkładamy okres T_wytw. w T_wzorc. „n” razy i na końcu przedziału otrzymujemy resztę : R [imp.],

e) sprawdza się wartość liczby „i”, która określa: ile razy liczba impulsów zawarta w reszcie „R” jest mniejsza, od liczby „n”,

f) dodaje w co „i-tym” okresie T_wytw. po jednym impulsie.

W ten sposób w każdym kolejnym okresie sygnału o okresie T_wzorc. jest współfazowy z sygnałem o okresie Twytw..

PL 224 937 B1

Przykład wykonania

Sposób tworzenia sygnału elektrycznego, zsynchronizowanego z wybranym położeniem kątowym wyważanego wirnika, wykorzystywanego w szczególności w wyważarkach dynamicznych, służącego do uruchomienia układu próbkującego sygnał z czujnika drgań „n” razy za obrót polegający na tworzeniu sygnału elektrycznego. Podczas wyważania wirnika w wyważarkach, zwłaszcza dynamicznych prowadzi się pomiary amplitud i faz sygnału z czujnika drgań i na ich podstawie tworzy model matematyczny układu drgającego opartego o te pomiary, po czym synchronizuje sygnał wejściowy pochodzący z czujnika obrotów z wytworzonym sygnałem wyjściowym i doprowadza do współfazowości sygnałów w taki sposób, że każde co n-te przejście przez zero sygnału wytworzonego odbywa się jednocześnie z przejściem przez zero sygnału wzorcowego, przy czym czas jednego okresu sygnału wzorcowego odpowiada czasowi 1 obrotu wirnika na wyważarce i odpowiada czasom przejścia czujnika obrotów pod znacznikiem na wyważanym wirniku, zaś długość okresu odpowiadającego obrotowi wirnika na „n” części próbkowania sygnału drgań stanowi okres zapewnienia współfazowość sygnałów.

Przykłady liczbowe wynikające ze sposobu obrazują dwa przykłady:

Przykład liczbowy nr 1:

1. Przyjmuje się cykl generatora pomocniczego= 10 [MHz] = 10 000 000 [1/s]

2. Przyjmuje się prędkość obrotową wirnika: 600 1/min = 10 [1/s]

3. Przyjmuje się: n = 256

4. M = 10 000 00/10 = 1 000 000 [imp./1 obr. wirn.]

5. Int(m) = lnt(M/n) = lnt(1 000 000/2560 = 3906 [imp.]

6. R = M - lnt(M/n)*n = 1 000 000 - (3906*256) = 64 [imp.]

7. Int(i) = lnt(n/R) = lnt(256/64) = 4

8. W co 4-tym okresie sygnału wytworzonego dodajemy po 1 impulsie generatora pomocniczego.

Sprawdzenie:

256/4 = 64

Zostanie dodanych 64 impulsów na 1 obrót wirnika. Sygnały: wzorcowy i wytworzony są współfazowe w sensie opisanym powyżej.

Dokładność synchronizacji: 0/10000000 [s] = 0 [s] okresu generatora pomocniczego

Szybkość synchronizacji: 1 obrót wirnika (1 okres sygnału wzorcowego)

Przykład liczbowy nr 2:

1. Przyjmuje się cykl generatora pomocniczego = 10 [MHz] = 10 000 000 [1/s]

2. Przyjmuje się prędkość obrotową wirnika: 900 [1/min]

3. Przyjmuje się: n = 256

4. M= 10 000 000/15 = 666 666 [imp.]

5. Int(m) = lnt(M/n) = 666 666/256 = 2604 [imp.]

6. R = M - lnt(m)*n = 666 666 - 2604*256 = 42 [imp.]

7. Int(i) = lnt(n/R) = lnt(256/42) = lnt(6,095) =6

8. W co 6-tym okresie sygnału wytworzonego dodajemy po 1 impulsie generatora pomocniczego.

Sprawdzenie:

256/6 = 42,66

Zostanie dodanych 42 impulsów na 1 obrót wirnika. Sygnały: wzorcowy i wytworzony są współfazowe w sensie opisanym powyżej.

Dokładność synchronizacji: 0,66 okresu generatora pomocniczego, co odpowiada czasowi: 0,66/10 000 000 [s] = 66-⁹ [s]

Szybkość synchronizacji: 1 obrót wirnika (1 okres sygnału wzorcowego).

Claims (1)

1. Sposób tworzenia sygnału elektrycznego, zsynchronizowanego z wybranym położeniem kątowym wyważanego wirnika, wykorzystywanego w szczególności w wyważarkach dynamicznych, służącego do uruchomienia układu próbkującego sygnał z czujnika drgań „n” razy za obrót polegający na tworzeniu sygnału elektrycznego, znamienny tym, że podczas wyważania wirnika w wyważarkach, zwłaszcza dynamicznych prowadzi się pomiary amplitud i faz sygnału z czujnika drgań i na ich podPL 224 937 B1 stawie tworzy model matematyczny układu drgającego opartego o te pomiary, po czym synchronizuje sygnał wejściowy pochodzący z czujnika obrotów z wytworzonym sygnałem wyjściowym i doprowadza do współfazowości sygnałów w taki sposób, że każde co n-te przejście przez zero sygnału wytworzonego odbywa się jednocześnie z przejściem przez zero sygnału wzorcowego, przy czym czas jednego okresu sygnału wzorcowego odpowiada czasowi 1 obrotu wirnika na wyważarce i odpowiada czasom przejścia czujnika obrotów pod znacznikiem na wyważanym wirniku, zaś długość okresu odpowiad ającego obrotowi wirnika na „n” części próbkowania sygnału drgań stanowi okres zapewnienia współfazowość sygnałów.