RU2317556C1

RU2317556C1 - Pickup for measuring difference in speed of rotation of axially aligned shafts

Info

Publication number: RU2317556C1
Application number: RU2006119338/28A
Authority: RU
Inventors: Валерий Константинович Маслов; Сергей Григорьевич Цыганков; Юрий Николаевич Власов
Priority date: 2006-06-02
Filing date: 2006-06-02
Publication date: 2008-02-20

Abstract

FIELD: measuring technique.

SUBSTANCE: pickup comprises rotors mounted on the shafts to be tested and stators. Two rotors made of permanent magnets are mounted on two axially aligned shafts. The magnets rotate around the stator made of unmovable electromagnets that are secured to two cantilever beams. The beams are set into the coils of fiber-optic interferometer. When the rotors rotate the permanent magnets periodically cooperates with the electromagnets of stators. The beams affect the fiber coils of the interferometer, and series of pulses thus are generated at the output of the interferometer that carry the information on velocity characteristics of shafts.

EFFECT: enhanced precision.

3 dwg

Description

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для измерения скоростных характеристик движений подводных и надводных плавсредств.The invention relates to instrumentation and can be used to measure the speed characteristics of the movements of underwater and surface craft.

Известен датчик того же назначения, содержащий роторы, закрепленные на соосных валах, в виде барабанов, на которые нанесены отражающие свет метки, и статор в виде оптически согласованных через метки ротора источников света и фотоприемника [Патент Японии №46-23668, кл. 111А22 (G06M 1/10), 1971].A known sensor of the same purpose, containing rotors mounted on coaxial shafts, in the form of drums on which light-reflecting marks are applied, and a stator in the form of light sources and a photodetector optically matched through the rotor marks [Japanese Patent No. 46-23668, cl. 111A22 (G06M 1/10), 1971].

Недостатком известного датчика является сложность его работы в морской воде.A disadvantage of the known sensor is the difficulty of its operation in sea water.

Известен датчик разности скоростей вращения (ДРСВ) соосных валов, содержащий роторы, закрепленные на контролируемых валах, и статоры, включающие в себя оптические волокна, оптически связанные с источником света и фотоприемником, подключенным выходом к усилителю фототока, а также частотомер, счетно-решающее устройство с регистратором и генератор тока [Авторское свидетельство №609093, кл. G01P 3/40, 1978].A known sensor of the difference in rotational speeds (DRSV) of coaxial shafts, containing rotors mounted on controlled shafts, and stators, including optical fibers, optically coupled to a light source and a photodetector, connected to the output of the photocurrent amplifier, as well as a frequency meter, a computing device with a registrar and a current generator [Copyright certificate No. 609093, cl. G01P 3/40, 1978].

Данный датчик принят за прототип. В прототипе роторы выполнены в виде растров, через прорези которых и оптические волокна оптически согласованы источник света и фотоприемник.This sensor is taken as a prototype. In the prototype, the rotors are made in the form of rasters, through the slots of which and the optical fibers the light source and photodetector are optically matched.

Недостатком прототипа является амплитудный или частотный характер съема информации о скоростных характеристиках контролируемых валов.The disadvantage of the prototype is the amplitude or frequency nature of the collection of information about the speed characteristics of the monitored shafts.

Техническим результатом, появляющемся при внедрении изобретения, является устранение недостатка прототипа за счет перехода с амплитудно-частотного на фазовый характер съема информации о скоростных характеристиках вращающихся валов.The technical result that appears when implementing the invention is to eliminate the disadvantage of the prototype due to the transition from the amplitude-frequency to phase nature of the collection of information about the speed characteristics of the rotating shafts.

Данный технический результат достигают за счет того, что известный датчик разности скоростей вращения соосных валов, содержащий роторы, закрепленные на контролируемых валах, и статоры, включающие в себя оптические волокна, оптически согласованные с источником света и фотоприемником, подключенным выходом к усилителю фототока, а также частотомер, счетно-решающее устройство с регистратором и генератор тока, дополнительно содержит амплитудный дискриминатор импульсов и переключатель, при этом генератор тока выполнен двухуровневым, роторы - в виде постоянных магнитов, количество которых равно нечетному числу, равномерно закрепленных по окружности, соосных валам, на диэлектрических державках, параллельным осям вращения валов, а статоры - в виде двух соосных консольно закрепленных в основаниях балок, на свободных концах которых установлены электромагниты, выполненные с возможностью периодического взаимодействия с постоянными магнитами соответствующих роторов, причем оптические волокна свернуты в волоконные катушки, оптически согласованные с источником света, выполненным когерентным, и фотоприемником в интерферометр, в одной из волоконных катушек которого установлено фазосдвигающее устройство, при этом консольно закрепленные в основаниях концы балок установлены в сердцевинах волоконных катушек интерферометра, а выход усилителя фототока подключен через последовательно соединенные амплитудный дискриминатор импульсов и частотомер к первому входу счетно-решающего устройства, второй вход которого соединен с синхронизирующим выходом переключателя, два основных выхода генератора тока через переключатель подключены к электромагнитам статора.This technical result is achieved due to the fact that the known sensor of the difference in the rotational speeds of the coaxial shafts, containing rotors mounted on the monitored shafts, and stators, including optical fibers, optically matched with a light source and a photodetector connected to the output of the photo current amplifier, and a frequency meter, a computing device with a recorder and a current generator, further comprises an amplitude pulse discriminator and a switch, while the current generator is two-level, rotors - in the form of permanent magnets, the number of which is an odd number, uniformly fixed around the circumference, coaxial shafts, on dielectric holders parallel to the axis of rotation of the shafts, and the stators - in the form of two coaxial cantilever beams fixed in the bases, at the free ends of which there are electromagnets made with the possibility of periodic interaction with the permanent magnets of the respective rotors, and the optical fibers are folded into fiber coils, optically matched with the light source, coherent, and a photodetector into the interferometer, in one of the fiber coils of which a phase shifter is installed, the ends of the beams cantileverly fixed in the bases are installed in the cores of the fiber coils of the interferometer, and the output of the photocurrent amplifier is connected through a series-connected amplitude pulse discriminator and a frequency meter to the first input of the counting -decision device, the second input of which is connected to the synchronizing output of the switch, the two main outputs of the current generator through switching Spruce connected to the stator electromagnets.

Изобретение поясняется чертежами. На фиг.1 представлена конструктивная схема ДРСВ; на фиг.2 - оптико-электронная схема датчика; а на фиг.3 - временные диаграммы, поясняющие принцип работы датчика.The invention is illustrated by drawings. Figure 1 presents a structural diagram of the DRSV; figure 2 - optoelectronic circuit of the sensor; and figure 3 is a timing diagram explaining the principle of operation of the sensor.

ДРСВ содержит роторы, установленные на соосных валах 1, 2. Роторы выполнены в виде постоянных магнитов 3, 4, установленных на диэлектрических державках 5, 6 равномерно по окружностям, центры которых лежат на оси вращения валов 1, 2. Количество державок и магнитов у каждого ротора равно нечетному числу.DRSV contains rotors mounted on coaxial shafts 1, 2. Rotors are made in the form of permanent magnets 3, 4 mounted on dielectric holders 5, 6 evenly around circles, the centers of which lie on the axis of rotation of shafts 1, 2. The number of holders and magnets for each the rotor is equal to an odd number.

Датчик также содержит статоры, выполненные, например, в виде единого основания 7 с отверстиями (не оцифрованы), соосными валам 1, 2.The sensor also contains stators, made, for example, in the form of a single base 7 with holes (not digitized), coaxial shafts 1, 2.

В отверстия основания 7 статоров вставлены с натягом две волоконные катушки 8, 9 волоконно-оптического интерферометра (ВОИ). А в сердцевинах волоконных катушек 8, 9 установлены вплотную державки 10, 11 из диэлектрического материала, на свободных концах которых размещены электромагниты 12, 13.Two fiber coils 8, 9 of a fiber optic interferometer (VOI) are inserted with interference into the holes of the base of 7 stators. And in the cores of the fiber coils 8, 9 are mounted close to the holder 10, 11 of dielectric material, at the free ends of which are placed the electromagnets 12, 13.

Расстояния между постоянными магнитами 3, 4 роторов и электромагнитами 12, 13 выбираются из условия наличия магнитного взаимодействия между соответствующими магнитами и электромагнитами, когда они при вращении роторов устанавливаются напротив друг друга.The distances between the permanent magnets 3, 4 of the rotors and the electromagnets 12, 13 are selected from the condition of the presence of magnetic interaction between the respective magnets and electromagnets, when they are set opposite each other during rotation of the rotors.

Нечетное количество постоянных магнитов задается для того, чтобы исключить случай, когда напротив электромагнита устанавливается два постоянных магнита с различных сторон.An odd number of permanent magnets is set in order to exclude the case when two permanent magnets are installed opposite the electromagnet from different sides.

Волоконные катушки 8, 9 (фиг.2) оптически связаны в ВОИ с источником 14 когерентного света и фотоприемником 15. В одной из волоконных катушек ВОИ установлено фазосдвигающее устройство 16.Fiber coils 8, 9 (FIG. 2) are optically coupled in the AOI with a coherent light source 14 and a photodetector 15. A phase-shifting device 16 is installed in one of the AOI fiber coils.

Выход фотоприемника 15 через усилитель 17 фототока подключен к входу амплитудного дискриминатора 18 импульсов (АДИ), соединенного выходом со входом частотомера 19, подключенного к первому входу счетно-решающего устройства 20.The output of the photodetector 15 through the amplifier 17 of the photocurrent is connected to the input of the amplitude pulse discriminator 18 (ADI), connected by the output to the input of the frequency meter 19, connected to the first input of the computing device 20.

Датчик также включает в себя двухуровневый генератор 21 тока, подключенный двумя выходами через переключатель 22 к электромагнитам 12, 13 статора.The sensor also includes a two-level current generator 21, connected by two outputs via a switch 22 to the stator electromagnets 12, 13.

Синхронизирующий выход переключателя 22 соединен со вторым входом счетно-решающего устройства 20, подключенного выходом к регистратору 21, которое может входить в состав счетно-решающего устройства 20.The synchronizing output of the switch 22 is connected to the second input of the computer 20, connected to the output of the recorder 21, which can be part of the computer 20.

ДРСВ работает следующим образом. Перед началом работы начальную разность фаз в ВОИ устанавливают равной 90°.DRC works as follows. Before starting work, the initial phase difference in the VOI is set equal to 90 °.

С двухуровневого генератора 21 тока на электромагниты 12, 13 статора через переключатель 22 подают токи различной величины. В связи с чем получается различная степень импульсного воздействия постоянных магнитов 3, 4 роторов на электромагниты 12, 13 статоров при вращении контролируемых валов 1, 2.From a two-level current generator 21 to the electromagnets 12, 13 of the stator through the switch 22 serves currents of various sizes. In this connection, a different degree of pulsed action of permanent magnets 3, 4 of the rotors on the electromagnets of 12, 13 stators is obtained during the rotation of the controlled shafts 1, 2.

Консольно закрепленные балки 10, 11 статоров будут испытывать различные механические напряжения, которые будут передаваться волоконным катушкам 8, 9 ВОИ. При этом на выходе последнего будут наблюдаться импульсные сигналы различной амплитуды (фиг.3а).The cantilevered beams 10, 11 of the stators will experience various mechanical stresses that will be transmitted to the fiber coils 8, 9 of the VOI. At the same time, at the output of the latter, pulse signals of various amplitudes will be observed (Fig. 3a).

После усиления в усилителе 17 фототока импульсы подвергаются дискриминации в АДИ 18 по амплитуде (фиг.3а). При этом на выходе АДИ 18 будет присутствовать последовательность импульсов (фиг.3б), несущих информацию о частоте вращения вала 1.After amplification in the amplifier 17 of the photocurrent, the pulses are discriminated in ADI 18 in amplitude (figa). At the same time, at the output of the ADI 18 there will be a sequence of pulses (Fig.3b), carrying information about the frequency of rotation of the shaft 1.

Частота следования импульсов измеряется частотомером 19, затем подается в счетно-решающее устройство 20 с регистратором 21.The pulse repetition rate is measured by a frequency meter 19, then fed to a computer 20 with a recorder 21.

С помощью переключателя 22 высокий и низкий уровни тока, подаваемые на электромагниты 12, 13 роторов с двухуровнего генератора 21 тока, меняются местами. При этом на выходе ВОИ появляются импульсы фототока высокой и низкой амплитуды, но в другой последовательности (фиг.3в). После усиления и амплитудной дискриминации импульсы, несущие информацию о частоте вращения вала 2 (фиг.3г), подаются на частотомер 22 и счетно-решающее устройство 20, в котором рассчитывается разностная частота вращения двух валов.Using the switch 22, the high and low current levels supplied to the electromagnets 12, 13 of the rotors from the two-level current generator 21 are interchanged. At the same time, at the output of the VOI, photocurrent pulses of high and low amplitude appear, but in a different sequence (Fig. After amplification and amplitude discrimination, pulses carrying information about the rotational speed of the shaft 2 (Fig. 3d) are supplied to the frequency counter 22 and the computing device 20, in which the differential rotational speed of the two shafts is calculated.

Частота вращения второго вала и разностная частота также отображается регистратором 21.The rotational speed of the second shaft and the differential frequency are also displayed by the recorder 21.

Таким образом, скоростные характеристики вращающихся валов в данном датчике измеряются с помощью ВОИ путем регистрации фазы световой волны, чем достигается поставленный технический результат.Thus, the speed characteristics of the rotating shafts in this sensor are measured using VOI by registering the phase of the light wave, which achieves the set technical result.

Claims

A sensor of the difference in the rotational speeds of the coaxial shafts, containing rotors mounted on the monitored shafts, and stators, including optical fibers optically matched to a light source and a photodetector connected to the output of the photo-current amplifier, as well as a frequency meter, a computer with a recorder and a generator current, characterized in that it further comprises an amplitude pulse discriminator and a switch, while the current generator is made two-level, the rotors are in the form of permanent magnets, the number of which x is an odd number uniformly fixed around the circles, coaxial shafts, on dielectric holders parallel to the axis of rotation, and the stators are in the form of two coaxial cantilever beams fixed to the bases, at the free ends of which there are electromagnets made with the possibility of periodic interaction with the permanent magnets of the respective rotors, and the optical fibers are folded into fiber coils, optically matched with a coherent light source and a photodetector in the interferometer, one of the fiber coils of which a phase-shifting device is installed, while the ends of the beams cantileverly fixed in the bases are installed in the cores of the fiber coils of the interferometer, and the output of the photocurrent amplifier is connected through a series-connected amplitude pulse discriminator and a frequency meter to the first input of the computing device, the second input of which is connected to the synchronizing output of the switch, and two outputs of a two-level current generator through the switch are connected to the stator electromagnets.