RU1798632C - Способ измеренени вибраций и устройство дл его осуществлени - Google Patents

Abstract

Использование: изобретение относитс  к области .измерительной техники и может быть использовано дл  измерени  виброперемещений бесконтактным способом. Сущность: вблизи от контролируемой поверхности 6 располагают осветительный световод 3, св занный с источником света 2, первый и второй неравноудаленные от контролируемой поверхности приемные световоды 4 и 5, св занные с первым и вторым фотоприемниками 7 и 8 соответственно. Измер ют сигналы Ui и Ua первого и второго фотоприемников 7 и 8 соответственно. Наход т величину S U2 - Ut, котора  формируетс  на выходе блока 11 вычитани . Фильтром 16 нижних частот выдел ют посто нную составл ющую сигнала Si - Sicp. по знаку величины Sicp, который определ ют по нуль-органу 17 или блоку световой индикации 14, суд т о том. - е ел с

Description

следует увеличить или уменьшить установочный зазор. .Добиваютс  получени  равенства Sicp 0, которое свидетельствует о том, что требуема  величина зазора установлена . Наход т величину $2 Ui + Lfe. котора  формируетс  на выходе блока 9 сложени , на входы которого поступают напр жени  Ui и IJ2. На третий вход блока 9 сложени  глодаетс  напр жение от источника 19 опорного напр жени . Выдел ют посто нно составл ющую величины S2 - S2cp с

помощью интегратора 10. Сигнал интегратора 10  вл етс  управл ющим дл  управл емого стабилизатора 1 тока, с помощью которого измен ют величину мощности источника 2 света. Величина S2cp поддерживаетс  таким образом неизменной. С помощью фильтра 15 высоких частот выдел ют переменную составл ющую Si - Si , по которой суд т о виброперемещени х контролируемой поверхности. 4 ил. 1 з.п. ф-лы.

Изобретение относитс  к области измерительной техники и может быть использовано дл  измерени  виброперемещений бесконтактным способом.

Целью изобретени   вл етс  увеличение точности измерени .

Поставленна  цель достигаетс  тем, что в известном способе, заключающемс  в том, что через осветительный световод освещает контролируемую поверхность, принимают отраженный от контролируемой поверхности световой поток двум  приемными световодами, неравноудаленными от контролируемой поверхности, измер ют мощности EV и Е2 отраженного светового потока соответственно на выходах первого и второго приемных световодов, определ ют вибрацию контролируемой поверхности, согласно изобретению, путем контрол  рассто ни  между световодами и контролируемой поверхностью определ ют сигнал Si, равный разности величин Е2 и EI, выдел ют посто нную составл ющую Sicp сигнала $2, определ ют знак посто нной составл ющей Sicp, с учетом знака Sicp итерационно измен ют рассто ние между световодами и контролируемой поверхностью до выполнени  услови  Step 0, определ ют сумму $2 величин EI и Е2. выдел ют посто нную составл ющую Sicp сигнала S2, итерационно измен ют мощность падающего на контролируемую поверхность света до выполнени  услови  S2cp const, выдел ют переменную составл ющую 51 сигнала Si, по которой суд т о вибрации контролируемой поверхности.

Устройство дл  измерени  вибраций, содержащее последовательно соединенные управл емый стабилизатор тока, источник света и осветительный светов од, приемный световод, св занный с фотоприемником, блок дифференцировани - и регистратор, вход которого подключен ко второму входу блока дифференцировани , согласно изобретению , снабжено последовательно соединенными вторым приемным световодом,

вторым фотоприемником, блоком сложени 

и интегратором, выход которого подключен

к входу управл емого стабилизатора тока,

источником опорного напр жени , подключенным к второму входу блока сложени , нуль-органом и компаратором, подключенным к первому выходу блока дифференцировани , блоком световой индикации,

подключённым к выходу компаратора, и блоком вычитани , вход которого подключен к входу блока дифференцировани , причем выход первого фотоприемника подключен к первому входу блока вычитани  и к третьему входу блока сложени , выход второго фотоприемника подключен также ко второму входу блока вычитани , а торцы приемных световодов нерэвноудале- ны от контролируемой поверхности.

На фиг. 1 изображена структурна  схема устройства реализующего способ. Устройство содержит последовательно соединенные управл емый стабилизатор 1 тока, источник 2 света и осветительный

световод 3. Устройство содержит также пер- вы й и второй приемные световоды 4 и 5, неравноудаленные от контролируемой поверхности 6 и св занные соответственно с ними первый и второй фотоприемники 7 и 8.

Устройство содержит также последовательно соединенные блок 9 сложени , первый вход которого подключен к выходу фотоприемника 8, и интегратор 10, последовательно соединенные блок 11 вычитани ,

блок 12 дифференцировани , компаратор 13, подключенный к первому выходу блока 12 дифференцировани ми блок 14 световой индикации. Блок 12 дифференцировани  содержит фильтр 15 верхних частот и фильтр

16 нижних частот. Входы фильтров 15 и 16 соединены вместе и образуют вход блока дифференцировани . Выход фильтра 16 нижних частот  вл етс  первым выходом блока 12 дифференцировани , к которому

также подключен нуль-орган 17. Выход

фильтра 15 верхних частот  вл етс  вторым выходом блока дифференцировани , к которому подключен регистратор 18. В устройстве имеетс  также источник 19 опорного напр жени , подключенный ко второму вхо- ду блока 9 сложени , к третьему входу которого подключен фотоприемник 7. Первый и второй входы блока 11 вычитани  подключены к фотоприемнику 7 и 8 соответственно, а. выход интегратора 10 соединен с входом управл емого стабилизатора 1 тока.

Способ осуществл етс  следующим образом .

Осветительный, первый и второй приемный световоды 3, 4 и 5 соответственно располагаютс  вблизи от контролируемой поверхности 6. Дл  определенности возьмем случай, когда второй приемный световод 5 расположен ближе к контролируемой поверхности 6, чем первый световод 4 и осветительный световод 3, расположенные на одном рассто нии от поверхности 6, что соответствует ситуации, изображенной на фиг. 1. Дл  увеличени  поперечного сечени  световодов они могут выполн тьс  в виде пакетов световодов. С помощью осветительного световода 3 и источника света 2 освещают контролируемую поверхность 6. Отраженный свет попадает в первый и второй световоды (соответственно лучи I и II на фиг, 1), что приводит к по влению сигналов Ui и U2 на выходах первого и второго фотоприемников 7 и 8 соответственно, которые пропорциональны EI и Еа. При изменении величины зазора Z величина Ui измен - етс  в соответствии с известной 1 зависимостью Ui(Z), изображенной на фиг. 1 (пунктиром обозначен недоступный из-за наличи  второго выступающего приемного световода участок зависимости). При малых значени х Z (см. фиг. 3) сигнал U2 будет меньше Ui, так как второй приемный световод будет находитьс  в собственной тени. При дальнейшем увеличении Z величина 1)2 будет увеличиватьс , а в дальнейшем пре- высит Ui, так как второй световод расположен ближе к отражающей поверхности. Соответствующа  зависимость U2(Z) также изображена на фиг. 2, В целом зависимость UafZ) будет сдвинута относительно Ui(Z) в еторону больших значений Z, аналогично тому, как это осуществл лось в 1. только в описываемом способе это смещение достигаетс  путем перемещени  второго приемного световода 5 в направлении, перпендикул рном к контролируемой поверхности б,

Использу  величины Ui и U2, формируют сигнал

Si U2-Ui.

(1)

и, как следует из фиг. 4, на которой изображена зависимость Si(Z), при Z ZQ величина Si 0, а при Z Zo Si 0, где Zo - абсцисса точки пересечени  зависимостей Ui(Z) и U2(Z).

Измерение виброперемещений производ т при установочном зазоре Z Zo, дл  чего при Si 0 зазор увеличивают, а при Si О зазор уменьшают до получени  равенства

Sicp 0,(2) где Sicp - посто нна  составл юща  сигнала SL Сигнал Si можно получить в статике, не измен   зазор, а знак сигнала Si позвол ет судить о направлении изменени  Z. При изменении мощности Р источника света или при изменении коэффициента К отражени , света от поверхности происходит одинаковое раст жение или сжатие зависимостей U2(Z) и Ui(Z) вдоль оси OU на фиг. 2, но при этом абсцисса точки пересечени  этих двух зависимостей не изменитс . Таким образом, на точность установки величины зазора Zo не вли ет изменение величин Р и К.

При вибрации (отклонении Z от Zo) величины U2 и Ui получают приращени , разные по знаку, то есть величина Si модулируетс , однако посто нные составл ющие величины U2, Ui и Sicp не измен ютс , поэтому выбирают установочный зазор из услови  (1), что позвол ет устанавливать и контролировать величину зазора и при вибрирующем изделии.

Под действием дестабилизирующих факторов (изменение КПД источника света при изменении температуры или старении, запыление отражающей свет поверхности) могут измен тьс  величины Р и К, что вызовет , как отмечалось выше, одинаковое рка- тие или раст жение зависимостей U2(Z) и Ui(Z) по оси OU. Счита  фотоприемники линейными устройствами, вли ние Р и К на величины U2 и Ui можно выразить в виде

Ui fi(Z) Р- К, U2 f2(Z) Р К.

(3)

(4)

где fi(Z), f2(Z) - функции, описывающие характер зависимости Ui и U2 от Z.

Чувствительность Si к вибрации (наклон Si(Z) на фиг. 4) с учетом (3), (4) и (1) равна

aSi 3(U2 -Ui )

dZ

.Kr dMzj afiXzb

Ч Д7Д7 )

t)Z

az

(5)

и будет зависеть от Р и К.

Дл  исключени  вли ни  Р и К на вели л

чину ду формируем сигнал S2 в виде:

Sz-Ua + Ui.

(6)

и, измен   величину Р, добиваемс , чтобы посто нна  составл юща  величины Sa - -$2ср была неизменна, т.е.

Sacp const(7) При этом с учетом (6), (3) и (4) получим S2cp (U2fUi)(Z) + f2(Z)cp -Р -К - const,

(8)

где fi(Z) + f2(Z)cp - среднее значение величины fi(Z) -t-f2(Z).

Так как величина fi(Z) + f2(Z)Cp при неизменном установочном зазоре есть величина посто нна , то, измен   Р до получени  равенства (8), мы тем самым стабилизируем величину Р К(Р -К const), т.е. поддерживаем посто нной чувствительность Si к вибрации (см. (5)). Таким образом, выполн   услови  (2) и (7), мы тем самым обеспечиваем измерение вибрации при посто нном зазоре и стабилизируем чувствительность способа к вибрации. После описанных выше операций измер ют вибрацию , дл  чего из сигнала Si выдел ют переменную составл ющую Si , по амплитуде которой суд т о величине колебаний контролируемой поверхности.

Если первый приемный световод 4 будет расположен ближе к контролируемой поверхности, чем второй приемный световод 5, то при Z 2о величина Sr 0, а при Z Zo Si 0. в остальном функционирование способа не изменитс .

Устройство, реализующее способ, работает следующим образом. Световоды 3, А и 5 размещаютс  в непосредственной близости от контролируемой поверхности 6, котора  освещаетс  источником света 2 через световод 3. Отраженный свет через световоды 4 и 5 попадает в фотоприемники 7 и 8 соответственно. При этом на выходах фотоприемников 7 и 8 формируютс  сигналы Ui и Ua соответственно, зависимость которых . от Z будет различна и иметь вид, как это объ сн лось выше, изображенный на фиг. 2. На выходе блока 11 вычитани  формируетс  сигнал Si - U2 - Ui, поступающий на вход блока 12 дифференцировани , который как и в прототипе 4, имеет деа выхода и содержит фильтр 15 верхних частот (ФНЧ 15) и

фильтр 16 нижних частот (ФВЧ 16). Таким образом, из сигнала Si выдел етс  переменна  составл юща  - Si (на выходе ФВЧ 15) и посто нна  составл юща  Sicp на

выходе ФНЧ 16, котора  поступает на нуль- орган 17 (стрелочный индикатор с нулевой отметкой посередине шкалы) и компаратор 13, Оператор, наблюда  показани  нуль-органа 17, измен ет в нужную сторону (см.

способ). Компаратор 13 выполнен по схеме двухпорогового компаратора, разность между уровн ми срабатывани  которого определ етс  необходимой точностью выполнени  равенства Sicp 0. При выполнении

равенства Sicp 0 за счет изменени  Z срабатывает компаратор 13 и включаетс  блок 14 световой индикации (например, светоди- од зеленого свечени ). Таким образом, оператор , измен   Z (о необходимом

направлении оператор судит по блоку 17), добиваетс  загорани  блока 14 световой ин- дикации, что свидетельствует об установке нужного зазора. Выбира  пороги срабатывани  компаратора 13 достаточно мало отличзющимис  от нул , можно добитьс  выполнени  равенства Sicp 0 с необходимой точностью. В дальнейшем измен ют зазор только в том случае, если блок 14 перестанет светитьс .

Чувствительность устройства к вибрации поддерживаетс  посто нной следующим образом. На входы блока 9 сложени  поступают сигналы Ui и Lh с фотоприемников 7 и 8, а с выхода источника 19 опорного

напр жени  поступает на вход блока 19 сложени  сигнал Uorii причем пол рность сигнала Uon выбирают противоположной пол рности сигналов Ui и U2. На выходе блока 9 сложени  формируетс  сигнал Ui +

+ LJ2.+ Uon, который поступает на вход интегратора 10. На выходе интегратора 10 сигнал будет измен тьс , при этом будет измен тьс  ток питани  источника 2 света, который задаетс  управл емым источником 1 тока.

За счет изменени  мощности источника 2 света измен ютс  пропорционально величины Ui nU2. Мощность источника света будет мен тьс  до тех пор, пока на входе интегратора 1С не установитс  нулевой сигнал , т.е. Ui + Ua + Uon 0. Так как сам интегратор 1р обладает большей инерционностью , то будет сглаживать пульсации величин Ui и U2, поэтому при установившемс  токе через источник 2 света будет

выполн тьс  равенство (Ui + Ua)cp + Uon О, т.е. S2cp -Uon const, поэтому-условие (7) будет выполн тьс , тем самым в устройстве поддерживаетс  посто нной чувствительность к эибрации.

Таким образом, после установки оператором нужного зазора и спуст  врем , определ емое инерционностью интегратора 10, устройство полностью работоспособно, а на вход регистратора 18 поступает переменна  составл юща  сигнала5i - Si , амплитуда которой строго пропорциональна амплитуде колебаний поверхности 6.(

В качестве фотоприемников 7 и 8 могут быть использованы устройства, описанные в 5, схемы других блоков описаны, например , в 6. В качестве регистратора 18 может быть использован вольтметр (данные о вибрации не запоминаютс ), магнитофон или самописец.

Дл  получени  максимально высоких метрологических характеристик, в том числе высокой линейности, конструктивные размеры и величину AZ следует выбирать таким образом, чтобы точка пересечени  зависимостей f2(Z) и fi(Z) находилась на линей- ных участках этих зависимостей, и абсолютные величины наклоновд S1 д $2 ,-,-, .. j , 7 были равны. Последнее условие удобно выполн ть, измен   коэффициенты преобразовани  фотоприемников 7 и 8.

Величину Don следует выбирать таким образом, чтобы при установленном зазоре и номинальном коэффициенте отражени  от поверхности 6 величина тока через источник 2 света составл ла 50-80% от максимально допустимой. Желательно предусмотреть ограничение максимального тока, отдаваемого блоком 1 в источник 2 света, что исключит случайное выгорание источника 2 света.

Сдвиг зависимостей f2(Z) и Fi(Z) относительно друг друга можно реализовать аналогично 1 или путем задани  величины AZ. Точна  установка нужного зазора (причем возможна установка зазора при вибрирующей контролируемой поверхности), контроль величины установочного зазора непосредственно при измерении вибрации, увеличение чувствительности способа к вибрации (вибрацию чувствуют оба фотоприемника по сравнению с 3, в котором один из фотоприемников не чувствует вибрацию) приводит к увеличению точности измерени  вибрации. Кроме этого, снижено сли ние фоновой засветки фотоприемников на точность установки зазора, так как в процессе формировани  сигнала Si, по которому устанавливают зазор, происходит вычитание сигналов, наводимых фоновой засветкой.

Данный способ позвол ет легко автоматизировать установку нужного зазора при автоматизации виброизмерений, так, наличие четкой зависимости Si от зазора (при Z Zo Si 0, при Z Zo S2 0) позвол ет использовать автоматические устройства (на основе электронных регул торов и элек- 5 тромагнита) дл  установки и поддерживани  нужной величины установочного зазора.

Claims (2)

1. Способ измерени  вибраций ,заклю0 чающийс  в том, что через осветительный световод освещают контролируемую поверхности , принимают отраженный от контролируемой поверхности световой поток двум  приемными световодами, неравноу5 даленными от контролируемой поверхности , измер ют мощности EI и Е2 отраженного светового потока соответственно на выходах первого и второго приемных световодов, определ ют вибрацию контролируемой поверх0 ности, отличающийс  тем, что, с целью увеличени  точности измерени , путем контрол  рассто ни  между световодами и контролируемой поверхностью, определ ют сигнал Si, равный разности величин Е2 и EI,

5 выдел ют посто нную составл ющую Step сигнала $2, определ ют знак посто нной составл ющей Sicp, с учетом знака SiCp итера- ционно измен ют рассто ние между световодами и контролируемой поверхно0 сти до выполнени  услови  Step О, определ ют сумму $2 величин Е2 и EL выдел ют посто нную составл ющую S2cp сигнала $2, итерационно измен ют мощность падающего на контролируемую поверхность света

5 до выполнени  услови  $2ср const, выдел ют переменную составл ющую Siv сигнала Si по которой суд т о вибрации контролируемой поверхности.

2. Устройство дл  измерени  вибраций,

0 содержащее последовательно соединенные управл емый стабилизатор тока, источник света и осветительный световод, приемный световод, св занный с фотоприемником, блок дифференцировани  и регистратор,

5 вход которого подключен к второму выходу блока дифференцировани , отличающеес  тем, что, с целью увеличени  точности измерени  и контрол  рассто ни  между световодами и контролируемой поверхно0 стью непосредственно в процессе измерени , оно снабжено последовательно .соединенными вторым приемным световодом , вторым фотоприемником, блоком сложени  и интегратором, выход которого

5 подключен к входу управл емого стабилизатора тока, источником опорного напр жени , подключенным к второму входу блока сложени , нуль-органом и компаратором, подключенным к первому выходу блока дифференцировани , блоком световой индикации , подключенным к выходу компаратора, и блоком вычитани , выход которого подключен к входу блока дифференцировани , причем выход первого фотоприемника подключен к первому входу блока вычитани  и

к третьему входу блока сложени , выход второго фотоприемника подключен также к второму входу блока вычитани , а торцы приемных световодов неравноудалены от контролируемой поверхности.