RU2046301C1

RU2046301C1 - Vibration meter

Info

Publication number: RU2046301C1
Application number: RU94004276A
Authority: RU
Inventors: А.С. Сошкин; С.А. Константинов; В.М. Тараканов
Original assignee: Совместное предприятие "Дельфин-диагностика"
Priority date: 1994-02-10
Filing date: 1994-02-10
Publication date: 1995-10-20

Abstract

FIELD: instrumentation. SUBSTANCE: it is a piezoelectric transducer with a signal processing and display unit connected to it. The electronic logic circuit of this unit from the instant of switching of the vibration meter regulates transient processes, automatic change-over of measurement results to digital presentation and recording. EFFECT: improved design. 2 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к виброизмерительной технике и может быть использовано для измерения и контроля параметров механических колебаний, создаваемых машинами и оборудованием при исследовании динамических конструкций, а также при измерениях ускорения, скорости и смещения механических колебаний и ударов. The invention relates to vibration measuring equipment and can be used to measure and control the parameters of mechanical vibrations created by machines and equipment in the study of dynamic structures, as well as in measurements of acceleration, speed and displacement of mechanical vibrations and shocks.

В области виброметрии широко известны виброизмерительные приборы, предназначенные для вибрационного контроля качества продукции, а также для измерения параметров вибрации. Так, известен виброметр, содержащий, в частности, пьезоэлектрический вибропреобразователь и калибровочный генератор, интеграторы, измерительный усилитель, нормирующий блок, среднеквадратический и пиковый детекторы с общим отсчетным устройством, а также переключатели для измерения различных параметров вибрации и обеспечения режима калибровки (авт. св. СССР N 1392391, кл. G 01 H 11/06, 1986). Известное устройство позволяет осуществлять процесс калибровки вибропреобразователей в процессе измерений. In the field of vibrometry, vibration measuring instruments are widely known for vibration control of product quality, as well as for measuring vibration parameters. For example, a vibrometer is known, which contains, in particular, a piezoelectric vibration transducer and a calibration generator, integrators, a measuring amplifier, a normalizing unit, RMS and peak detectors with a common reading device, as well as switches for measuring various vibration parameters and providing a calibration mode (ed. USSR N 1392391, class G 01 H 11/06, 1986). The known device allows the process of calibration of vibration transducers in the measurement process.

Известен также портативный виброметр, содержащий пьезоэлектрический преобразователь, фильтр нижних частот, переключатель диапазона измерений, первый и второй интеграторы, первый и второй усилители, детектор среднеквадратичного значения и блок индикации (Каталог фирмы "Брюль и Къер" -"Электронная аппаратура", 1983/84, модель 2511). Известный виброметр является наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату и принят за прототип. Известный прибор позволяет осуществлять вибродиагностику оборудования, а также контролировать создаваемые производственным оборудованием механические колебания. Also known is a portable vibrometer containing a piezoelectric transducer, a low-pass filter, a measuring range switch, first and second integrators, first and second amplifiers, a rms detector and an indication unit (Catalog of Bruhl & Kjерr - Electronic Equipment, 1983/84 , model 2511). Known vibrometer is the closest to the proposed technical essence and the achieved result and is taken as a prototype. The known device allows for vibrodiagnostics of equipment, as well as to control mechanical vibrations created by production equipment.

Однако как первому, так и второму известным виброметрам присущи следующие недостатки. However, both the first and second known vibrometers have the following disadvantages.

В известных виброметрах при их включении напряжение питания поступает не одновременно на элементы схемы, что обусловлено различной скоростью нарастания этих напряжений до их номинального значения. Различная скорость нарастания обусловлена разбросом параметров отдельных элементов в схеме и различными токами потребления по этим напряжениям питания. Кроме того, в известных виброметрах при включении переходные процессы, протекающие в их конструктивных элементах, приводят к быстрому насыщению интеграторов и, как следствие, к выводу их из рабочего диапазона. Время, необходимое для протекания переходных процессов, составляет 5-30 с. До окончания переходных процессов в элементах схемы устройство не готово к проведению измерений. Это приводит к неудобству его эксплуатации, обусловленному необходимостью ожидания установившегося режима, что снижает количество возможных измерений, производимых в единицу времени; к необходимости длительного времени включения прибора (при каждом его включении имеют место длительные переходные процессы); а следовательно, к увеличению энергопотребления прибора. Кроме того, в известных виброметрах переключение диапазонов измерения при различных уровнях входного сигнала, а также переключение каналов измерения в зависимости от измеряемого параметра и их калибровка производится вручную, что также является неудобством эксплуатации. Отсутствие в известных виброметрах цифровой индикации результатов контроля в соответствующих единицах измерения приводит к необходимости пересчета показаний прибора. Это, во-первых, увеличивает погрешность измерений, а, во-вторых, также снижает удобство эксплуатации прибора. In known vibrometers, when they are turned on, the supply voltage does not arrive simultaneously at the circuit elements, which is due to the different rate of rise of these voltages to their nominal value. Different slew rates are due to the variation in the parameters of individual elements in the circuit and different consumption currents for these supply voltages. In addition, in known vibrometers, when turned on, transients occurring in their structural elements lead to a quick saturation of the integrators and, as a consequence, to their withdrawal from the operating range. The time required for the transition processes is 5-30 s. Until the end of transient processes in the circuit elements, the device is not ready for measurements. This leads to the inconvenience of its operation, due to the need to wait for the steady state, which reduces the number of possible measurements made per unit time; the need for a long time to turn on the device (each time it is turned on, there are long transients); and therefore, to increase the power consumption of the device. In addition, in known vibrometers, switching of measurement ranges at different levels of the input signal, as well as switching of measurement channels depending on the measured parameter and their calibration is done manually, which is also an inconvenience of operation. The absence in the known vibrometers of a digital indication of the control results in the appropriate units of measurement leads to the need to recalculate the readings of the device. This, firstly, increases the measurement error, and, secondly, also reduces the usability of the device.

Целью изобретения является ликвидация перечисленных недостатков, а именно повышение удобства эксплуатации путем сокращения времени неустановившегося режима, наличия цифровой индикации контролируемых параметров в соответствующих единицах измерения, а также путем автоматизации коммутации и калибровки каналов измерения. The aim of the invention is the elimination of these shortcomings, namely improving the convenience of operation by reducing the time of unsteady mode, the availability of digital indication of controlled parameters in appropriate units of measurement, as well as by automating switching and calibration of measurement channels.

Это достигается тем, что в виброметр, содержащий пьезоэлектрический вибропреобразователь, фильтр верхних частот, фильтр нижних частот, первый и второй интеграторы, первый и второй усилители, детектор среднеквадратичного значения и блок индикации, дополнительно введены первый и второй коммутаторы, последовательно соединенные переключатель диапазона измерения и третий усилитель, аналого-цифровой преобразователь, последовательно соединенные блок задания режимов работы и блок управления. Блок индикации выполнен цифровым, первый, второй и третий усилители выполнены масштабирующими, пьезоэлектрический вибропреобразователь, фильтр нижних частот, первый коммутатор, первый усилитель, первый интегратор, второй усилитель, второй интегратор, третий усилитель, второй коммутатор, детектор среднеквадратичного значения, аналого-цифровой преобразователь и блок индикации соединены последовательно, вход фильтра верхних частот соединен с выходом фильтра нижних частот, выход фильтра верхних частот соединен со вторым входом первого коммутатора, второй и третий входы второго коммутатора соединены соответственно с выходами первого и второго усилителей, первый выход блока управления соединен со входом пьезоэлектрического вибропреобразователя, второй выход с управляющими входами первого и второго коммутаторов, третий выход со вторыми входами соответственно первого и второго интеграторов, четвертый выход со стробирующим входом аналого-цифрового преобразователя, пятый, шестой и седьмой выходы соответственно со вторым, третьим и четвертым входами блока индикации, второй вход блока управления соединен со вторым выходом аналого-цифрового преобразователя и с пятым входом блока индикации, третий вход с управляющим входом первого усилителя, соединенного с выходом переключателя диапазона измерений. This is achieved by the fact that the first and second switches, connected in series with the measuring range switch, are additionally introduced into the vibrometer containing a piezoelectric vibration transducer, a high-pass filter, a low-pass filter, first and second integrators, a first and second amplifiers, a rms detector and an indication unit a third amplifier, an analog-to-digital converter, a unit for specifying operating modes and a control unit connected in series. The display unit is digital, the first, second and third amplifiers are made scalable, a piezoelectric vibration transducer, a low-pass filter, a first switch, a first amplifier, a first integrator, a second amplifier, a second integrator, a third amplifier, a second switch, a rms detector, an analog-to-digital converter and the display unit are connected in series, the input of the high-pass filter is connected to the output of the low-pass filter, the output of the high-pass filter is connected to the second input of the first switch, the second and third inputs of the second switch are connected respectively to the outputs of the first and second amplifiers, the first output of the control unit is connected to the input of the piezoelectric vibration transducer, the second output with control inputs of the first and second switches, the third output with second inputs of the first and second integrators, respectively, the fourth output with the gate input of the analog-to-digital converter, the fifth, sixth and seventh outputs, respectively, with the second, third and fourth inputs of the display unit, W swarm input control unit connected to the second output of the analog-to-digital converter and a fifth input display unit, the third input to the control input of the first amplifier connected to the output of the measuring range switch.

Блок управления выполнен в виде последовательно соединенных регистра и узла выработки питающих напряжений, соединенных с его положительным выходом первого и второго элементов задержки, первого и второго ключей, вторые входы которых соединены с отрицательным выходом узла питающих напряжений, триггера Шмитта, вход которого соединен со вторым входом узла питающих напряжений, последовательно соединенных элемента ИЛИ, третьего элемента задержки, элемента И и генератора импульсов, последовательно соединенных формирователя импульсов выключения и четвертого элемента задержки, формирователя диапазона измерения, содержащего последовательно соединенные первый инвертор, элемент И и первый элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, последовательно соединенные второй и третий элементы ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, второй инвертор, первый и второй входы элемента И соединены соответственно с первым и вторым входами второго элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, второй вход первого элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ соединен с выходом второго инвертора, вход которого соединен со вторым входом третьего элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, вход первого инвертора является первым входом формирователя диапазона измерений, а его соответственно вторым и третьим входами являются второй вход второго элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ и вход второго инвертора, а выходом формирователя диапазонов измерений являются выходы первого и третьего элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, первый вход регистра и вход элемента ИЛИ объединены и являются первым входом блока управления, второй вход регистра соединен с выходом элемента ИЛИ, третий вход регистра соединен с выходом четвертого элемента задержки, четвертый вход со вторым входом узла питающих напряжений. Второй выход регистра соединен с первым входом формирователя диапазонов измерений, выход элемента ИЛИ соединен со входом формирователя импульсов выключения и с третьим входом второго ключа, с третьим входом первого ключа соединен выход первого элемента задержки, выход второго элемента задержки соединен со вторым входом элемента И, первым выходом блока управления является выход второго ключа, вторым выходом второй выход регистра, третьим выходом выход первого ключа, четвертым выходом выход генератора импульсов, пятым выходом выход триггера Шмитта, шестым выходом выход формирователя диапазонов измерений, седьмым выходом выход второго элемента задержки, вторым и третьим входами блока управления являются соответственно второй и третий входы формирователя диапазонов измерения. The control unit is made in the form of a series-connected register and a node generating power voltages connected to its positive output of the first and second delay elements, first and second keys, the second inputs of which are connected to the negative output of the node of the voltage supply, Schmitt trigger, the input of which is connected to the second input node voltage supply, serially connected element OR, the third delay element, element And and the pulse generator, serially connected pulse shaper off of the fourth delay element, the shaper of the measuring range containing the first inverter connected in series, the AND element and the first EXCLUSIVE OR element, the second and third EXCLUSIVE OR elements connected in series, the second inverter, the first and second inputs of the And element connected to the first and second inputs of the second EXCLUSIVE OR element, the second input of the first EXCLUSIVE OR element is connected to the output of the second inverter, the input of which is connected to the second input of the third EXCLUSIVE OR element, the stroke of the first inverter is the first input of the measuring range generator, and its second and third inputs, respectively, are the second input of the second exclusive OR element and the input of the second inverter, and the output of the measuring range former is the outputs of the first and third exclusive OR elements, the first register input and the input of the OR element are combined and are the first input of the control unit, the second input of the register is connected to the output of the OR element, the third input of the register is connected to the output of the fourth delay element, four the first input to the second input node of supply voltages. The second output of the register is connected to the first input of the shaper of the measurement ranges, the output of the OR element is connected to the input of the shaper of the shutdown pulses and to the third input of the second key, the output of the first delay element is connected to the third input of the first key, the output of the second delay element is connected to the second input of the And element, the first the output of the control unit is the output of the second key, the second output is the second output of the register, the third output is the output of the first key, the fourth output is the output of the pulse generator, the fifth output is the output of three ger Schmitt sixth output driver output measuring ranges, seventh yield output of the second delay element, the second and third inputs of the control unit are, respectively, the second and the third input of the measuring ranges.

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг. 1 изображена блок-схема виброметра; на фиг. 2 функциональная схема блока управления; на фиг. 3 блок-схема формирователя диапазонов измерения; на фиг. 4 блок-схема узла выработки питающих напряжений. The invention is illustrated by drawings, where in FIG. 1 shows a block diagram of a vibrometer; in FIG. 2 functional diagram of the control unit; in FIG. 3 is a block diagram of a measuring range shaper; in FIG. 4 is a block diagram of a power supply generating unit.

Виброметр содержит последовательно соединенные пьезоэлектрический вибропреобразователь 1, фильтр 2 нижних частот, первый коммутатор 3, первый усилитель 4, первый интегратор 5, второй усилитель 6, второй интегратор 7, третий усилитель 8, второй коммутатор 9, детектор 10 среднеквадратичного значения, аналого-цифровой преобразователь 11 и блок 12 индикации, фильтр 13 верхних частот, последовательно соединенные блок 14 задания режимов работы и блок 15 управления, переключатель 16 диапазона измерений. Вход фильтра 13 верхних частот соединен со вторым входом первого коммутатора 3. The vibrometer contains a piezoelectric vibration transducer 1 connected in series, a low pass filter 2, a first switch 3, a first amplifier 4, a first integrator 5, a second amplifier 6, a second integrator 7, a third amplifier 8, a second switch 9, a rms detector 10, and an analog-to-digital converter 11 and a display unit 12, a high-pass filter 13, serially connected operation mode setting unit 14 and a control unit 15, a measurement range switch 16. The input of the high-pass filter 13 is connected to the second input of the first switch 3.

Второй и третий входы второго коммутатора 9 соединены соответственно с выходами первого 4 и второго 6 усилителей. Первый вход блока 15 управления соединен со входом пьезоэлектрического вибропреобразователя 1, второй выход с третьим входом первого коммутатора 3 и с четвертым входом второго коммутатора 10, третий выход со вторыми входами первого 5 и второго 7 интеграторов, четвертый выход со стробирующим входом аналого-цифрового преобразователя 11, пятый, шестой и седьмой выходы соответственно со вторым, третьим и четвертым входами блока 12 индикации. Второй вход блока 15 управления соединен со вторым выходом аналого-цифрового преобразователя 11 и с пятым входом блока 12 индикации, третий вход с управляющим входом первого усилителя 4 и с выходом переключателя 16 диапазонов измерений. The second and third inputs of the second switch 9 are connected respectively to the outputs of the first 4 and second 6 amplifiers. The first input of the control unit 15 is connected to the input of the piezoelectric vibration transducer 1, the second output with the third input of the first switch 3 and the fourth input of the second switch 10, the third output with the second inputs of the first 5 and second 7 integrators, the fourth output with the gate input of the analog-to-digital converter 11 , fifth, sixth and seventh outputs, respectively, with the second, third and fourth inputs of the display unit 12. The second input of the control unit 15 is connected to the second output of the analog-to-digital converter 11 and to the fifth input of the display unit 12, the third input with the control input of the first amplifier 4 and with the output of the switch 16 of the measuring ranges.

Блок 15 управления (см. фиг. 2) содержит последовательно соединенные регистр 17 и узел 18 выработки питающих напряжений, с положительными выходами которого соединены первый и второй элементы 19, 20 задержки, первый 21 и второй 22 ключи, вторые входы которых соединены с отрицательным выходом узла 18 выработки питающих напряжений, триггер 32 Шмитта, вход которого соединен со вторым входом узла 18 питающих напряжений, последовательно соединенные элемент 24 ИЛИ, третий элемент 25 задержки, элемент 26 И и генератор 27 импульсов, последовательно соединенные формирователь 28 импульсов выключения и четвертый элемент 29 задержки, формирователь 30 диапазонов измерений, состоящий из последовательно соединенных первого инвертора 31, элемента 32 И и первого элемента 33 ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, последовательно соединенных второго и третьего элементов 34, 35 ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, второго инвертора 36, первый и второй входы элемента 32 И соединены соответственно с первым и вторым входами второго элемента 34 ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, второй вход первого элемента 33 ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ соединен с выходом второго инвертора 36, вход которого соединен со вторым входом третьего элемента 35 ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, вход первого инвертора 31 является первым входом формирователя 30 диапазона измерения, а его соответственно вторым и третьим входами являются второй вход второго элемента 34 ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ и вход второго инвертора 36, а выходом формирователя 30 диапазонов измерений являются выходы первого и третьего элементов 33, 35 ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ. Первый вход регистра 17 и вход элемента 24 ИЛИ объединены и являются первым входом блока 15 управления, второй вход регистра 17 соединен с выходом элемента 24 ИЛИ, третий вход с выходом четвертого элемента 29 задержки, четвертый вход со вторым входом узла 18 выработки питающих напряжений. Второй выход регистра 17 соединен с первым входом формирователя 30 диапазонов измерений, выход элемента 24 ИЛИ соединен со входом формирователя 28 импульсов выключения и с третьим входом второго ключа 22, с третьим входом первого ключа 21 соединен выход первого элемента 19 задержки, выход которого элемента 20 задержки соединен со вторым входом элемента 26 И. Первым выходом блока 15 управления является выход второго ключа 22, вторым выходом второй выход регистра 17, третьим выходом выход первого ключа 21, четвертым выходом выход генератора 27 импульсов, пятым выходом выход триггера 23 Шмитта, шестым выходом выход формирователя 30 диапазонов измерений, седьмым выходом выход второго элемента 20 задержки, вторым и третьим входами блока 15 управления являются соответственно второй и третий входы формирователя 30 диапазонов измерения. The control unit 15 (see Fig. 2) contains a series-connected register 17 and a node 18 for generating voltage supply, with positive outputs of which the first and second delay elements 19, 20, the first 21 and second 22 keys, the second inputs of which are connected to the negative output, are connected node 18 of the generation of supply voltages, Schmitt trigger 32, the input of which is connected to the second input of node 18 of the supply voltages, series-connected element 24 OR, third element 25 delay, element 26 And and the pulse generator 27, connected in series a turn-off pulser 28 and a fourth delay element 29, a measuring range generator 30, consisting of a series-connected first inverter 31, an AND element 32 and a first EXCLUSIVE OR element 33, a second and third EXCLUSIVE OR elements 34, 35 connected in series, the second inverter 36, the first and the second inputs of the element 32 AND are connected respectively to the first and second inputs of the second element 34 EXCLUSIVE OR, the second input of the first element 33 EXCLUSIVE OR is connected to the output of the second inverter 36, the input of which is single with the second input of the third element 35 EXCLUSIVE OR, the input of the first inverter 31 is the first input of the shaper 30 of the measuring range, and its second and third inputs respectively are the second input of the second element 34 EXCLUSIVE OR and the input of the second inverter 36, and the output of the shaper 30 of the measurement ranges are the outputs of the first and third elements 33, 35 EXCLUSIVE OR. The first input of the register 17 and the input of the OR element 24 are combined and are the first input of the control unit 15, the second input of the register 17 is connected to the output of the OR element 24, the third input with the output of the fourth delay element 29, the fourth input with the second input of the supply voltage generating unit 18. The second output of the register 17 is connected to the first input of the shaper 30 of the measurement ranges, the output of the element 24 OR is connected to the input of the shaper 28 of the shutdown pulses and to the third input of the second key 22, the third input of the first key 21 is connected to the output of the first delay element 19, the output of which of the delay element 20 connected to the second input of the element 26 I. The first output of the control unit 15 is the output of the second key 22, the second output is the second output of the register 17, the third output is the output of the first key 21, the fourth output is the output of the pulse generator 27, the fifth output is the output of the Schmitt trigger 23, the sixth output is the output of the shaper 30 of the measurement ranges, the seventh output is the output of the second delay element 20, the second and third inputs of the control unit 15 are the second and third inputs of the shaper 30 of the measurement ranges, respectively.

Узел 18 выработки питающих напряжений выполнен в виде последовательно соединенных третьего ключа 37 и первого преобразователя 38, второго преобразователя 39, входы первого и второго преобразователя 38, 39 объединены, а их выходы являются соответственно положительным и отрицательным выходами узла 18 питающих напряжений, входом узла 18 является управляющий вход третьего ключа 37. The supply voltage generating unit 18 is made in the form of a third key 37 and the first converter 38, the second converter 39 connected in series, the inputs of the first and second converter 38, 39 are combined, and their outputs are respectively the positive and negative outputs of the supply voltage node 18, the input of the node 18 is control input of the third key 37.

Устройство работает следующим образом. The device operates as follows.

Нажатием соответствующей кнопки блока 14 задания режимов работы устанавливается один из видов измерительного параметра вибрации: виброускорение, виброскорость или виброперемещение. Входной сигнал блока 14 заданий режимов поступает на первый вход блока 15 управления, который формирует сигналы управления работой схемы виброметра следующим образом. By pressing the corresponding button of the unit 14 for setting the operating modes, one of the types of the vibration measurement parameter is set: vibration acceleration, vibration velocity or vibration displacement. The input signal of the unit 14 of the task mode is supplied to the first input of the control unit 15, which generates control signals for the operation of the vibrometer circuit as follows.

Входной сигнал блока 15 управления поступает на первый вход его регистра 17. С первого выхода регистра 17 сигнал поступает на вход узла 18 выработки питающих напряжений. Этим сигналом производится включение ключа 37 и преобразователями 38, 39 производится преобразование напряжения батареи и разнополярные напряжения для питания всех элементов схемы (питание регистра 17 осуществляется непосредственно от батареи). Таким образом, на первом, втором, пятом и шестом выходах блока 15 управления формируются питающие напряжения, поступающие на все элементы схемы, кроме интеграторов 5 и 7. По истечении времени τ₁ переходных процессов в элементах устройства на входе первого элемента 19 задержки формируется управляющий сигнал, который обеспечивает включение ключей 21, и на интеграторы 5 и 7 поступают первое и второе питающие напряжения одновременно, что обеспечивает начальные нулевые условия включения интеграторов.The input signal of the control unit 15 is fed to the first input of its register 17. From the first output of the register 17, the signal is fed to the input of the power supply generating unit 18. With this signal, the key 37 is turned on and the converters 38, 39 convert the battery voltage and the bipolar voltage to power all the elements of the circuit (the register 17 is supplied directly from the battery). Thus, at the first, second, fifth and sixth outputs of the control unit 15, supply voltages are supplied to all circuit elements except integrators 5 and 7. After the time τ _{1 of} transients in the device elements, a control signal is generated at the input of the first delay element 19 , which provides the inclusion of keys 21, and the integrators 5 and 7 receive the first and second supply voltages simultaneously, which provides the initial zero conditions for the inclusion of integrators.

Включение интеграторов после прекращения переходных процессов в остальных элементах схемы уменьшает постоянную времени и переходных процессов в самих интеграторах, т.к. эти процессы происходят практически при нулевых начальных условиях. Это приводит к сокращению времени установления рабочего режима прибора. Кроме того, включение интеграторов 5 и 7 в схему через буферные усилители 6 и 8 приводит к уменьшению сопротивления нагрузки интеграторов, что, в свою очередь, также обеспечивает уменьшение постоянной времени τ_u и переходных процессов.The inclusion of integrators after the termination of transients in the remaining elements of the circuit reduces the time constant and transients in the integrators themselves, because these processes occur almost under zero initial conditions. This leads to a reduction in the time to establish the operating mode of the device. In addition, the inclusion of integrators 5 and 7 in the circuit through buffer amplifiers 6 and 8 leads to a decrease in the load resistance of the integrators, which, in turn, also reduces the time constant τ _u and transients.

Таким образом, предложенная схема размещения интеграторов 5 и 7 через буферные усилители 6 и 8 и подключение к ним питания с задержкой τ₁ позволяет сократить время τ_о установления схемы в состояние, пригодное для измерения, а следовательно, увеличить удобство эксплуатации прибора, т.к.Thus, the proposed arrangement of integrators 5 and 7 through buffer amplifiers 6 and 8 and connecting power to them with a delay of τ ₁ reduces the time τ _about establishing the circuit in a condition suitable for measurement, and therefore, increase the usability of the device, because .

τ₁ + τ_u < τ₁ + τ_u ¹, где τ_u и τ_u ¹ соответственно время переходных процессов в интеграторах при ненулевых и нулевых начальных условиях.τ ₁ + τ _u <τ ₁ + τ _u ¹ , where τ _u and τ _u ^1, respectively, are the transient times in the integrators under nonzero and zero initial conditions.

Во время протекания переходных процессов в интеграторах 5 и 7 с выхода второго элемента 20 задержки на блок 12 индикации (седьмой выход блока 15 управления) поступает сигнал, свидетельствующий о неустановившемся режиме. По истечении интервала времени τ_u, необходимого для протекания переходных процессов в интеграторах 5 и 7 на выходе второго элемента 20 задержки формируется сигнал, который поступает на второй вход элемента 26 И. На первом входе элемента 26 И уже присутствует сигнал с выхода третьего элемента 25 задержки, время задержки сигнала которого τ_в равно времени протекания переходных процессов в вибропреобразователе 1 и которое меньше τ₁ и τ_u (τ_в < τ_u < τ₁). Таким образом, сигнал с выхода элемента 26 И запускает генератор 27 импульсов (наличие сигнала на четвертом выходе блока 15 управления), и виброметр переходит в режим измерения.During transients in the integrators 5 and 7, from the output of the second delay element 20 to the display unit 12 (seventh output of the control unit 15), a signal indicating an unsteady mode is received. After the time interval τ _u necessary for the transients in the integrators 5 and 7, the output of the second delay element 20 is formed, the signal is fed to the second input of the element 26 I. At the first input of the element 26 And there is already a signal from the output of the third delay element 25 , the signal delay time of which τ _is equal to the transient processes in the vibration transducer 1 and which is less than τ ₁ and τ _u (τ _in <τ _u <τ ₁ ). Thus, the signal from the output of the element 26 And starts the pulse generator 27 (the presence of the signal at the fourth output of the control unit 15), and the vibrometer enters the measurement mode.

Первый и второй коммутаторы 3 и 9 управляющим сигналом (выход 2) блока 15 управления подключают входы, соответствующие виду измеряемого параметра (виброускорение, виброскорость или виброперемещение), и сигнал с выхода пьезоэлектрического преобразователя 1 поступает на вход фильтра 2 низких частот (ФНЧ), который ограничивает сигнал в частотном диапазоне с нижним пределом частоты измеряемого сигнала 10 Гц. При измерении скорости и смещения механических колебаний подключается фильтр 13 верхних частот (ФНЧ) с частотой среза 1 кГц, который обеспечивает полосу пропускания виброметра, соответствующую требованиям стандарта. The first and second switches 3 and 9 by the control signal (output 2) of the control unit 15 connect the inputs corresponding to the type of the measured parameter (vibration acceleration, vibration velocity or vibration displacement), and the signal from the output of the piezoelectric transducer 1 is fed to the input of the low-pass filter 2 (LPF), which limits the signal in the frequency range with a lower frequency limit of the measured signal of 10 Hz. When measuring the speed and displacement of mechanical vibrations, a high-pass filter (LPF) 13 with a cut-off frequency of 1 kHz is connected, which provides a pass band of the vibrometer that meets the requirements of the standard.

В зависимости от величины амплитуды входного сигнала переключателем сигнала диапазонов измерений производят выбор динамического диапазона измерений. Корректировка значений измеряемых показаний производится автоматически в блоке 15 управления. Depending on the magnitude of the amplitude of the input signal, the signal switch of the measurement ranges selects the dynamic measurement range. Correction of the values of the measured readings is performed automatically in the control unit 15.

При переключении диапазона измерения переключателем 16 на управляющий вход первого усилителя 4 поступает сигнал, соответственно изменяющий его коэффициент усиления. При этом на третий вход формирователя 30 диапазона измерений (третий вход блока 15 управления) поступает сигнал, несущий информацию о требуемом масштабе измерений. При необходимости изменения единицы измерения, соответствующей измеряемому параметру, со второго выхода регистра 17 на первый вход формирователя 30 диапазона измерений (первый вход блока 15 управления) поступает код измеряемого параметра. When the measuring range is switched by switch 16 to the control input of the first amplifier 4, a signal is received correspondingly changing its gain. At the same time, a signal carrying information about the required measurement scale is supplied to the third input of the shaper 30 of the measurement range (third input of the control unit 15). If necessary, change the unit of measure corresponding to the measured parameter, from the second output of the register 17 to the first input of the shaper 30 of the measurement range (the first input of the control unit 15) receives the code of the measured parameter.

На второй вход формирователя 30 (второй вход блока 15 управления) поступает сигнал с выхода АЦП 11, определяющий стробирование индицируемой информации. Схема формирователя (элементы 31-36) обеспечивает вывод на индикацию (шестой выход блока 15 управления) десятичной запятой в позицию, соответствующую измеряемому параметру и значению динамического диапазона измерения. The second input of the shaper 30 (second input of the control unit 15) receives a signal from the output of the ADC 11, which determines the gating of the displayed information. The shaper circuit (elements 31-36) provides an output for display (sixth output of the control unit 15) with a decimal point to the position corresponding to the measured parameter and the value of the dynamic range of measurement.

В зависимости от вида измеряемого вибропараметра, определяемого вторым коммутатором 9, сигнал с выхода первого усилителя поступает либо непосредственно на соответствующий вход второго коммутатора 9, либо производится его последовательное интегрирование в первом и втором интеграторах 5 и 7. Во втором и третьем масштабных усилителях 6 и 8 производится масштабирование сигнала, т. е. умножение его на константу, учитывающую единицу измерения соответствующего вибропараметра. Таким образом, показания цифрового блока 12 индикации не требует пересчета, что значительно повышает удобство эксплуатации прибора. Depending on the type of the measured vibration parameter determined by the second switch 9, the signal from the output of the first amplifier either goes directly to the corresponding input of the second switch 9, or it is sequentially integrated in the first and second integrators 5 and 7. In the second and third scale amplifiers 6 and 8 the signal is scaled, i.e., it is multiplied by a constant that takes into account the unit of measurement of the corresponding vibration parameter. Thus, the readings of the digital display unit 12 does not require recounting, which significantly increases the usability of the device.

Выходные напряжения усилителей 6 и 8 по соответствующим каналам второго коммутатора 9 поступают в детектор 10 среднеквадратичного значения, работающий по итерационному алгоритму, в котором также производится усреднение сигнала. Запись усредненного значения сигнала в АЦП 11 производится по сигналу блока 15 управления, формируемому на его четвертом входе. Генератор 27 импульсов вырабатывает серию импульсов, обеспечивающих управление процессом усреднения результата измерения детектором 10 среднеквадратичного значения и регистрации измеренного значения в регистре АЦП 11. Запуск генератора 27 импульсов осуществляется с отрицательного значения импульса, при котором производится усреднение значения измеренного сигнала, а запись усредненного значения в регистр АЦП 11 производится при формировании положительного импульса. Длительность формируемых импульсов определяется необходимым интервалом усреднения, записи результата и его преобразованием. После преобразования в АЦП 11 сигнал в цифровой форме и в соответствующей единице измерения отображается на табло блока 12 индикации. The output voltages of amplifiers 6 and 8 through the corresponding channels of the second switch 9 are supplied to a rms value detector 10, operating according to an iterative algorithm, in which the signal is also averaged. The average value of the signal is recorded in the ADC 11 according to the signal of the control unit 15 generated at its fourth input. The pulse generator 27 generates a series of pulses that provide control of the process of averaging the measurement result with the detector 10 of the rms value and recording the measured value in the ADC register 11. The pulse generator 27 is launched from a negative pulse value, at which the measured signal is averaged, and the average value is recorded in the register ADC 11 is produced when a positive pulse is generated. The duration of the generated pulses is determined by the necessary interval of averaging, recording the result and its conversion. After conversion to ADC 11, the signal in digital form and in the appropriate unit of measurement is displayed on the display unit 12 display.

При изменении местоположения вибропреобразователя 1 возможен значительный импульсивный сигнал, вызывающий нежелательные переходные процессы в виброметре. Если перед переустановкой вибропреобразователя 1 отжать кнопку блока 14 задания режимов работы, то сигналом с элемента 24 ИЛИ через ключ 22 отключается питание вибропреобразователя 1 (выход 1 блока 15 управления). При этом прибор не измеряет, но не включается на время задержки четвертого элемента 29 задержки. Таким образом четвертый элемент задержки обеспечивает возможность проведения дополнительных измерений, сопровождаемых переустановкой датчика, без выключения прибора. После переустановки вибропреобразователя 1 и включении прибора нажатием одной из кнопок блока 14 задания режимов работы переходные процессы, протекающие в элементах схемы будут иметь длительность, определенную в третьем элементе 25 задержки и предотвращают на время данной задержки изменение показаний в блоке 12 индикации. When changing the location of the vibration transducer 1, a significant impulsive signal is possible, causing undesirable transients in the vibrometer. If, before reinstalling the vibration converter 1, press the button of the unit 14 for setting the operating modes, then the signal from the element 24 OR through the key 22 switches off the power of the vibration converter 1 (output 1 of the control unit 15). However, the device does not measure, but does not turn on for the delay time of the fourth delay element 29. Thus, the fourth delay element provides the possibility of additional measurements, accompanied by reinstalling the sensor, without turning off the device. After reinstalling the vibration transducer 1 and turning on the device by pressing one of the buttons of the unit 14 for setting the operating modes, transients occurring in the circuit elements will have a duration defined in the third delay element 25 and prevent the indication in the display unit 12 from changing for the duration of this delay.

По завершении всех процессов измерения последний измеряемый параметр сохраняется в регистре АЦП 11 и индицируется в блоке 12 индикации в течение времени, определенном временем задержки четвертого элемента 29 задержки. При отжатии кнопки включения блока 14 задания режимов производится включение формирователя 28 импульса выключения, но результат измерения еще сохраняется на табло 12 индикации. После окончания времени задержки четвертого элемента 29 с его выхода сигнал поступает на третий вход регистра 18, производится его обнуление и отключение прибора. Upon completion of all measurement processes, the last measured parameter is stored in the ADC register 11 and is displayed in the display unit 12 for the time determined by the delay time of the fourth delay element 29. When you press the power button of the unit 14 of the regimes, the shaper 28 is turned off, but the measurement result is still stored on the display panel 12. After the delay time of the fourth element 29 ends, from its output the signal enters the third input of the register 18, it is reset and the device is turned off.

Таким образом, предложенная схема виброметра обеспечивает простой, быстрый и высокоточный процесс измерения параметров механических колебаний ударов, исследования динамических характеристик механических конструкций. Thus, the proposed scheme of the vibrometer provides a simple, fast and high-precision process for measuring the parameters of mechanical vibrations of impacts, studying the dynamic characteristics of mechanical structures.

Электронная схема устройства обеспечивает также надежность и стабильность работы прибора, не требует длительного его включения, а следовательно, позволяет сократить энергопотребление. Кроме того, электронная схема обуславливает простоту прибора в обращении и его пригодность для применения лицами, неосведомленными в области электронно-измерительной аппаратуры. The electronic circuit of the device also provides reliability and stability of the device, does not require long-term inclusion, and therefore, allows to reduce power consumption. In addition, the electronic circuit determines the simplicity of the device in use and its suitability for use by persons uninformed in the field of electronic measuring equipment.

Claims

1. VIBROMETER containing a piezoelectric vibration transducer, low-pass filter, high-pass filter, first and second integrators, first and second amplifiers, a rms detector and an indication unit, characterized in that it is equipped with first and second switches, a measuring range switch, a third amplifier , by an analog-to-digital converter, connected in series by the operating mode setting unit and the control unit, the display unit is digital, the first, second and third amplifiers are made stacking, piezoelectric vibration transducer, low-pass filter, first switch, first amplifier, first integrator, second amplifier, second integrator, third amplifier, second switch, rms detector, analog-to-digital converter and display unit are connected in series, the high-pass filter input is connected to low-pass filter output, the high-pass filter output is connected to the second input of the first switch, the second and third inputs of the second switch are connected, respectively the outputs of the first and second amplifiers, the output of the measuring range switch is connected to the control input of the first amplifier, the first output of the control unit is connected to the input of the piezoelectric vibration transducer, the second output with control inputs of the first and second switches, the third output with second inputs, respectively, of the first and second integrators, the fourth output with the gate input of the analog-to-digital converter, the fifth, sixth and seventh outputs, respectively, with the second, third and fourth inputs of the ind ication, the second input of the control unit is connected to the second output of the analog-to-digital converter and to the fifth input of the display unit, the third input with the control input of the first amplifier.

2. The vibrometer according to claim 1, characterized in that the control unit is made in the form of series-connected register and the node generating power voltages connected to its positive output of the first and second delay elements and the first and second keys, the second inputs of which are connected to the negative output of the node supply voltage, Schmitt trigger, the output of which is connected to the second input of the supply voltage node, series-connected element OR, third delay element, element And and pulse generator, in series connected off-pulse shaper and the fourth delay element, shapers of the measuring range containing the first inverter connected in series, the AND element and the first EXCLUSIVE OR element, the second and third EXCLUSIVE OR elements connected in series, the second inverter, the first and second inputs of the AND element connected to the first and the second inputs of the second element EXCLUSIVE OR, the second input of the first element EXCLUSIVE OR connected to the output of the second inverter, the input of which is connected to the second the third element EXCLUSIVE OR, the input of the first inverter is the first input of the shaper of the measurement range, and its second and third inputs are the second input of the second element of the EXCLUSIVE OR and the input of the second inverter, the output of the shaper of the measurement range is the outputs of the first and third elements of the EXCLUSIVE OR the register and the input of the OR element are combined and are the first output of the control unit, the second input of the register is connected to the output of the OR element, the third input of the register is connected to the output ohm of the fourth delay element, the fourth input of the register is connected to the second input of the supply voltage node, the second output of the register is connected to the first input of the measuring range shaper, the output of the OR element is connected to the input of the shutdown pulse shaper and to the third input of the second key, the output is connected to the third input of the first key the first delay element, the output of the second delay element is connected to the second input of the AND element, the first output of the control unit is the output of the second key, the second output is the second output register , Third output of the first switch output, the fourth output of the pulse generator output, a fifth output of the Schmitt trigger output, output shaper sixth output of the measuring range, the seventh output of the second output of the delay element, the second and third inputs of the control unit are, respectively, the second and the third input of the measuring range.