RU2422767C1 - Roughness indicator to control electrical machine commutator micro geometry - Google Patents

Roughness indicator to control electrical machine commutator micro geometry Download PDF

Info

Publication number
RU2422767C1
RU2422767C1 RU2010114379/28A RU2010114379A RU2422767C1 RU 2422767 C1 RU2422767 C1 RU 2422767C1 RU 2010114379/28 A RU2010114379/28 A RU 2010114379/28A RU 2010114379 A RU2010114379 A RU 2010114379A RU 2422767 C1 RU2422767 C1 RU 2422767C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
amplitude
output
eddy current
amplifier
circuit
Prior art date
Application number
RU2010114379/28A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Дмитрий Петрович Упадышев (RU)
Дмитрий Петрович Упадышев
Юрий Сергеевич Боровиков (RU)
Юрий Сергеевич Боровиков
Алексей Сергеевич Васильев (RU)
Алексей Сергеевич Васильев
Виталий Юрьевич Саблуков (RU)
Виталий Юрьевич Саблуков
Original Assignee
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" filed Critical Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет"
Priority to RU2010114379/28A priority Critical patent/RU2422767C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2422767C1 publication Critical patent/RU2422767C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Magnetic Means (AREA)
  • Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)

Abstract

FIELD: physics. ^ SUBSTANCE: proposed indicator comprises eddy current transducer mounted above commutator surface and consisting of differential amplifier and bridge. One arm of said bridge is formed by metering and compensating coils while another one is made up of pure resistors. Bridge central points are connected to differential amplifier inputs. Buffer amplifier is connected to differential amplifier output. Buffer amplifier is connected with first amplitude detector and circuit that coverts phase response into amplitude response. Circuit that converts phase response into amplitude response consists of zero detector, current limiting resistor, band pass filter and second differential amplifier, and is connected to second amplitude detector. First and second amplitude detectors are connected with first and second output differential amplifiers, respectively. Output differential amplifiers are connected with recorder and micro controller connected via communication links converter with personal computer. Micro controller is also connected with band pass filter with buffered and connected with eddy current transducer and aforesaid conversion circuit. ^ EFFECT: simplified measurement. ^ 5 dwg

Description

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано в различных отраслях промышленности для динамического контроля микрогеометрии вращающихся токопроводящих цилиндрических деталей, в частности рабочей поверхности коллекторов электрических машин.The invention relates to the field of measurement technology and can be used in various industries for dynamic control of microgeometry of rotating conductive cylindrical parts, in particular the working surface of the collectors of electrical machines.

Известно устройство бесконтактного профилометра для контроля микрогеометрии коллекторов электрических машин [Авторское свидетельство СССР №1260672, МПК G01B 7/12, опубл. 30.09.1986]. Бесконтактный профилометр для контроля микрогеометрии коллекторов электрических машин, содержащий преобразователь перемещений, подключенную к его выходу измерительную схему, блок обработки измерительного сигнала, связанный с выходом измерительной схемы, блок управления, подключенный ко второму и третьему входам блока обработки измерительного сигнала, регистратор, связанный с выходом блока обработки измерительного сигнала. Второй преобразователь перемещений, установленный над рабочей поверхностью контролируемого коллектора, смещен относительно первого преобразователя на половину коллекторного деления в тангенциальном направлении и соединен с входом блока управления. Блок управления содержит цепь из последовательно соединенных измерительной схемы, компаратора, ограничителя, источника опорного сигнала, подключенного ко второму входу компаратора, схему сброса, вход измерительной схемы является входом, а выходы ограничителя и схемы сброса - выходами блока управления.A device for non-contact profilometer for monitoring the microgeometry of the collectors of electrical machines [USSR Author's Certificate No. 1260672, IPC G01B 7/12, publ. 09/30/1986]. A non-contact profilometer for monitoring the microgeometry of the collectors of electrical machines, comprising a displacement transducer, a measuring circuit connected to its output, a measuring signal processing unit associated with the output of the measuring circuit, a control unit connected to the second and third inputs of the measuring signal processing unit, a recorder associated with the output processing unit of the measuring signal. The second displacement transducer mounted above the working surface of the monitored collector is offset relative to the first transducer by half of the collector division in the tangential direction and is connected to the input of the control unit. The control unit contains a circuit from a series-connected measuring circuit, a comparator, a limiter, a reference signal source connected to the second input of the comparator, a reset circuit, the input of the measuring circuit is an input, and the outputs of the limiter and reset circuit are the outputs of the control unit.

Недостатком устройства является использование дополнительного преобразователя перемещений. Известный профилометр не учитывает различия удельных электрических проводимостей коллекторов электрических машин, которые влияют на результат измерений.The disadvantage of this device is the use of an additional displacement transducer. The known profilometer does not take into account differences in the specific electrical conductivities of the collectors of electrical machines, which affect the measurement result.

Известен также бесконтактный профилометр для контроля микрогеометрии коллекторов электрических машин [Авторское свидетельство СССР №1397714, МПК G01B 7/12, опубл. 23.05.1988]. Бесконтактный профилометр для контроля микрогеометрии коллекторов электрических машин снабжен цепью из последовательно соединенных формирователя прямоугольных импульсов, преобразователя частота-напряжение и управляемого фильтра низкой частоты двухполюсным переключателем, двумя вентилями, выход управляемого фильтра низкой частоты через разнополярно включенные вентили и нормально разомкнутые контакты двухполюсного переключателя подключен к входам элементов памяти, вход формирователя прямоугольных импульсов и второй вход управляемого фильтра низкой частоты связан с выходом измерительной схемы, а выходы ключей соединены с соответствующими нормально замкнутыми контактами двухполюсного переключателя.Also known is a non-contact profilometer for monitoring the microgeometry of the collectors of electrical machines [USSR Author's Certificate No. 1397714, IPC G01B 7/12, publ. 05/23/1988]. The non-contact profilometer for monitoring the microgeometry of the collectors of electric machines is equipped with a circuit of serially connected rectangular pulse shaper, a frequency-voltage converter and a controlled low-pass filter with a bipolar switch, two gates, an output of a controlled low-pass filter through bipolar switches and normally open contacts of a bipolar switch connected to the inputs memory elements, the input of the shaper of rectangular pulses and the second input of the control yaemogo low frequency filter connected to the output of the measuring circuit, and outputs the keys are connected to respective normally closed double pole switch.

Известный профилометр также не учитывает различия удельных электрических проводимостей коллекторов электрических машин, которые влияют на результат измерений.The well-known profilometer also does not take into account the differences in the specific electrical conductivities of the collectors of electrical machines, which affect the measurement result.

Наиболее близким, принятым за прототип, является прибор для исследования механических факторов в коллекторных электрических машинах [А.И.Скороспешкин, Л.Я.Зиннер, А.И.Прошин // Известия ТПИ. - 1966. - Т.160. - С.162-167]. Устройство состоит из генератора независимого возбуждения, соединенного с обмотками возбуждения измерительных датчиков. Индуктивный измерительный датчик малых перемещений и компенсационный датчик соединены таким образом, что электродвижущая сила (ЭДС) на обмотке компенсационного датчика находится в противофазе с ЭДС измерительного датчика. Разностная ЭДС обмоток подается на эмитерный повторитель. Эмитерный повторитель соединен с резонансным усилителем и милливольтметром. Милливольтметр соединен с генератором независимого возбуждения. Резонансный усилитель соединен с видеоусилителем.The closest adopted for the prototype is a device for studying mechanical factors in collector electrical machines [A.I. Skorospeshkin, L.Ya. Zinner, A.I. Proshin // Bulletin of TPI. - 1966. - T. 160. - S.162-167]. The device consists of an independent excitation generator connected to the excitation windings of the measuring sensors. The inductive measuring sensor of small displacements and the compensation sensor are connected in such a way that the electromotive force (EMF) on the winding of the compensation sensor is out of phase with the EMF of the measuring sensor. The differential EMF of the windings is fed to the emitter follower. The emitter follower is connected to a resonant amplifier and a millivoltmeter. The millivoltmeter is connected to an independent excitation generator. The resonant amplifier is connected to a video amplifier.

Известный прибор не учитывает различия удельных электрических проводимостей коллекторов электрических машин, которые влияют на результат измерений, вследствие этого для него необходимо производить предварительную градуировку для различных коллекторов электрических машин. Для устранения влияния вибраций на измерения профиля коллектора необходимо устанавливать второй измерительный датчик над поверхностью вала электрической машины.The known device does not take into account differences in the specific electrical conductivities of the collectors of electric machines, which affect the measurement result, therefore, it is necessary to perform a preliminary calibration for various collectors of electric machines. To eliminate the effect of vibration on the measurements of the collector profile, it is necessary to install a second measuring sensor above the shaft surface of the electric machine.

Задачей изобретения является упрощение процесса измерения микрогеометрии коллекторов электрических машин.The objective of the invention is to simplify the process of measuring microgeometry of the collectors of electrical machines.

Поставленная задача решена за счет того, что профилометр для контроля микрогеометрии коллекторов электрических машин так же, как в прототипе, содержит вихретоковый преобразователь, который содержит обмотки возбуждения измерительной и компенсирующей катушек. Вихретоковый преобразователь установлен над рабочей поверхностью контролируемого коллектора.The problem is solved due to the fact that the profilometer for monitoring the microgeometry of the collectors of electrical machines, as in the prototype, contains an eddy current transducer that contains the excitation windings of the measuring and compensating coils. The eddy current transducer is mounted above the working surface of the monitored collector.

Согласно изобретению вихретоковый преобразователь состоит из дифференциального усилителя и моста, при этом одно плечо моста образовано измерительной и компенсирующей катушкой, а другое - активными сопротивлениями.According to the invention, the eddy current transducer consists of a differential amplifier and a bridge, with one arm of the bridge formed by a measuring and compensating coil, and the other by active resistances.

Средние точки плеч моста подключены к входам дифференциального усилителя. К выходу дифференциального усилителя подключен буферный усилитель, который связан с первым амплитудным детектором и схемой преобразования фазового отклика в амплитудный. Схема преобразования фазового отклика в амплитудный состоит из последовательно соединенных детектора нуля, токоограничивающего резистора, полосового фильтра и второго дифференциального усилителя и подключена ко второму амплитудному детектору. Первый и второй амплитудные детекторы соединены с первым и вторым выходными дифференциальными усилителями соответственно. Выходные дифференциальные усилители соединены с регистратором и микроконтроллером, который через преобразователь уровней связан с персональным компьютером. Микроконтроллер также соединен с буферированным по выходу вторым полосовым фильтром, соединенным с вихретоковым преобразователем и схемой преобразования фазового отклика в амплитудный.The midpoints of the shoulders of the bridge are connected to the inputs of the differential amplifier. A buffer amplifier is connected to the output of the differential amplifier, which is connected to the first amplitude detector and a circuit for converting the phase response to amplitude. The phase-to-amplitude response conversion circuit consists of a series-connected zero detector, a current-limiting resistor, a bandpass filter, and a second differential amplifier and is connected to a second amplitude detector. The first and second amplitude detectors are connected to the first and second output differential amplifiers, respectively. The output differential amplifiers are connected to a recorder and a microcontroller, which is connected to a personal computer through a level converter. The microcontroller is also connected to an output buffered second bandpass filter connected to an eddy current transducer and a phase to amplitude response circuit.

Предложенная конструкция профилометра позволяет выделить из сигнала снимаемого с выхода вихретокового преобразователя две составляющих - изменение амплитуды сигнала и изменение фазового сдвига между выходным и входным сигналами вихретокового преобразователя под воздействием влияния коллектора электрической машины. Наличие цифровых потенциометров в схеме включения выходных дифференциальных усилителей позволяет программно регулировать уровень выходных сигналов дифференциальных усилителей в оптимальных пределах для регистратора и аналого-цифрового преобразователя микроконтроллера.The proposed design of the profilometer makes it possible to distinguish two components from the signal of the eddy current transducer taken from the output - a change in the signal amplitude and a change in the phase shift between the output and input signals of the eddy current transducer under the influence of the collector of an electric machine. The presence of digital potentiometers in the switching circuit of the output differential amplifiers allows you to programmatically adjust the level of the output signals of the differential amplifiers to the optimum limits for the recorder and the analog-to-digital converter of the microcontroller.

Предлагаемое изобретение позволяет проводить измерения расстояния между вихретоковым преобразователем и коллектором электрической машины без предварительной градуировки исследуемого коллектора за счет учета удельных электрических проводимостей пластин коллектора электрической машины.The present invention allows the measurement of the distance between the eddy current transducer and the collector of an electric machine without preliminary graduation of the studied collector by taking into account the specific electrical conductivities of the collector plates of the electric machine.

На фиг.1 представлена функциональная схема заявляемого профилометра для контроля микрогеометрии коллекторов электрических машин.Figure 1 presents the functional diagram of the inventive profilometer to control the microgeometry of the collectors of electrical machines.

На фиг.2 изображена функциональная схема вихретокового преобразователя.Figure 2 shows the functional diagram of the eddy current transducer.

На фиг.3 изображена функциональная схема преобразования фазового отклика в амплитудный.Figure 3 shows a functional diagram of the conversion of the phase response to the amplitude.

На фиг.4 изображена функциональная схема выходного дифференциального усилителя.Figure 4 shows a functional diagram of the output differential amplifier.

На фиг.5 изображена функциональная схема полосового фильтра.Figure 5 shows a functional diagram of a band-pass filter.

Профилометр для контроля микрогеометрии коллекторов электрических машин содержит вихретоковый преобразователь 1 (ВТП) (фиг.1), который состоит из дифференциального усилителя 2 и моста (фиг.2). Одно плечо моста образовано измерительной катушкой 3 и компенсирующей катушкой 4 со стержневыми ферритовыми сердечниками, а другое - активными сопротивлениями 5 и 6, номиналы которых соответствуют комплексным сопротивлениям измерительной и компенсирующей катушки соответственно. Плечо моста, образованное активными сопротивлениями 5 и 6, соединено с инвертирующим входом дифференциального усилителя 2, а плечо, образованное катушками 3 и 4, подключено к неинвертирующему входу дифференциального усилителя 2.The profilometer for monitoring the microgeometry of the collectors of electric machines contains an eddy current transducer 1 (VTP) (Fig. 1), which consists of a differential amplifier 2 and a bridge (Fig. 2). One shoulder of the bridge is formed by a measuring coil 3 and a compensating coil 4 with rod ferrite cores, and the other by active resistances 5 and 6, the values of which correspond to the complex resistances of the measuring and compensating coils, respectively. The arm of the bridge formed by the active resistances 5 and 6 is connected to the inverting input of the differential amplifier 2, and the arm formed by the coils 3 and 4 is connected to the non-inverting input of the differential amplifier 2.

К вихретоковому преобразователю 1 (ВТП) подключен буферный усилитель 7 (БУ) (фиг.1). Выход дифференциального усилителя 2 (фиг.2) вихретокового преобразователя 1 (ВТП) подключен к инвертирующему входу буферного усилителя 7 (БУ) (фиг.1). Общая шина вихретокового преобразователя 1 (ВТП) соединена с неинвертирующим входом буферного усилителя 7 (БУ). Соединение вихретокового преобразователя 1 (ВТП) и буферного усилителя 7 (БУ) выполнено при помощи витой пары. К буферному усилителю 7 (БУ) подключены первый амплитудный детектор 8 (АД1) и схема преобразования фазового отклика в амплитудный 9 (ФА).To the eddy current transducer 1 (ECP) is connected to a buffer amplifier 7 (CU) (figure 1). The output of the differential amplifier 2 (figure 2) of the eddy current transducer 1 (ECP) is connected to the inverting input of the buffer amplifier 7 (CU) (figure 1). The common bus of the eddy current transducer 1 (VTP) is connected to the non-inverting input of the buffer amplifier 7 (CU). The eddy current transducer 1 (ECP) and the buffer amplifier 7 (CU) are connected using twisted pair. The first amplitude detector 8 (AD1) and the circuit for converting the phase response to amplitude 9 (FA) are connected to the buffer amplifier 7 (BU).

Схема преобразования фазового отклика в амплитудный 9 (ФА) (фиг.3) состоит из последовательного соединения детектора нуля 10, токоограничивающего резистора 11, полосового LC-фильтра 12 и дифференциального усилителя 13. Выход буферного усилителя 7 (БУ) подключен к инвертирующему входу детектора нуля 10, неинвертирующий вход детектора нуля 10 соединен с общей шиной. Полосовой LC-фильтр 12 подключен к инвертирующему входу дифференциального усилителя 13.The scheme for converting the phase response to amplitude 9 (FA) (Fig. 3) consists of a serial connection of a zero detector 10, a current-limiting resistor 11, an LC strip filter 12, and a differential amplifier 13. The output of the buffer amplifier 7 (BU) is connected to the inverting input of the zero detector 10, the non-inverting input of the zero detector 10 is connected to a common bus. The band-pass LC filter 12 is connected to the inverting input of the differential amplifier 13.

Выход схемы преобразования фазового отклика в амплитудный 9 (ФА) соединен с входом второго амплитудного детектора 14 (АД2) (фиг.1). Амплитудные детекторы 8 (АД1) и 14 (АД2) соединены с выходными дифференциальными усилителями 15 (ВДУ1) и 16 (ВДУ2) соответственно.The output of the circuit for converting the phase response to amplitude 9 (FA) is connected to the input of the second amplitude detector 14 (AD2) (Fig. 1). Amplitude detectors 8 (AD1) and 14 (AD2) are connected to the output differential amplifiers 15 (VDU1) and 16 (VDU2), respectively.

Выходные дифференциальные усилители 15 (ВДУ1) и 16 (ВДУ2) выполнены идентично и состоят из инструментального усилителя 17 (фиг.4) с подключенными к нему цифровыми потенциометрами 18 и 19. Входами выходных дифференциальных усилителей 15 (ВДУ1) и 16 (ВДУ2) служат инвертирующие входы инструментальных усилителей 17. Цифровой потенциометр 18 подключен делителем напряжения между питающим напряжением и общей шиной к неинвертирующему входу инструментального усилителя 17. Цифровой потенциометр 19 подключен в цепь изменения коэффициента усиления инструментального усилителя 17 соответственно. [http://shtz.shadrinsk.net/library/doc/ad/prod/descript/ad622.pdf]The output differential amplifiers 15 (VDU1) and 16 (VDU2) are identical and consist of a tool amplifier 17 (Fig. 4) with digital potentiometers 18 and 19 connected to it. The inverting output amplifiers 15 (VDU1) and 16 (VDU2) are inverting the inputs of the instrumentation amplifiers 17. The digital potentiometer 18 is connected by a voltage divider between the supply voltage and the common bus to the non-inverting input of the instrumentation amplifier 17. The digital potentiometer 19 is connected to the instrument gain variation circuit Nogo amplifier 17, respectively. [http://shtz.shadrinsk.net/library/doc/ad/prod/descript/ad622.pdf]

Выходы выходных дифференциальных усилителей 15 (ВДУ1) и 16 (ВДУ2) (фиг.1) соединены с входом аналого-цифрового преобразователя микроконтроллера 20 (МК) [Евстигнеев А.В. Микроконтроллеры AVR семейства Mega: Руководство пользователя / А.В.Евстигнеев. - М.: Издательский дом “Додэка-XXI”, 2007. - 592 с., стр.401] и регистратором 21 (Р). Микроконтроллер 20 (МК) соединен с цифровыми потенциометрами 18, 19 (на фиг.4 не показано) выходных дифференциальных усилителей 15 (ВДУ1) и 16 (ВДУ2) последовательным интерфейсом. Микроконтроллер 20 (МК) имеет двухстороннюю связь с персональным компьютером 22 (ПК) через преобразователь уровней 23 (ПУ) (фиг.1). Кроме того, микроконтроллер 20 (МК) соединен с полосовым фильтром 24 (ПФ).The outputs of the output differential amplifiers 15 (VDU1) and 16 (VDU2) (Fig. 1) are connected to the input of the analog-to-digital converter of microcontroller 20 (MK) [Evstigneev A.V. Mega AVR Microcontrollers: User Manual / A.V. Evstigneev. - M.: Dodeka-XXI Publishing House, 2007. - 592 p., P.401] and registrar 21 (P). The microcontroller 20 (MK) is connected to the digital potentiometers 18, 19 (not shown in FIG. 4) of the output differential amplifiers 15 (VDU1) and 16 (VDU2) by a serial interface. The microcontroller 20 (MK) has two-way communication with a personal computer 22 (PC) through a level converter 23 (PU) (figure 1). In addition, the microcontroller 20 (MK) is connected to a band-pass filter 24 (PF).

Полосовой фильтр 24 (ПФ) состоит из последовательного соединения токоограничивающего резистора 25, полосового LC-фильтра 26 и буферного усилителя 27 (фиг.5).The band-pass filter 24 (PF) consists of a series connection of a current-limiting resistor 25, a band-pass LC filter 26 and a buffer amplifier 27 (Fig. 5).

Полосовой фильтр 24 (ПФ) соединен с вихретоковым преобразователем 1 (ВТП) и схемой преобразования фазового отклика в амплитудный 9 (ФА) (фиг.1). Выход полосового фильтра 24 (ПФ) подключен к неинвертирующему входу дифференциального усилителя 13 схемы преобразования фазового отклика в амплитудный 9 (ФА) (фиг.3).The band-pass filter 24 (PF) is connected to the eddy current transducer 1 (ECP) and a phase-to-amplitude-to-amplitude conversion circuit 9 (FA) (FIG. 1). The output of the bandpass filter 24 (PF) is connected to the non-inverting input of the differential amplifier 13 of the circuit for converting the phase response to amplitude 9 (FA) (Fig. 3).

Вихретоковый преобразователь 1 (ВТП) имеет электромагнитную связь с коллектором электрической машины 28 (КЭМ) (фиг.1).Eddy current transducer 1 (VTP) has an electromagnetic coupling with the collector of an electric machine 28 (KEM) (Fig. 1).

Буферный усилитель 7 (БУ) может быть выполнен на операционном усилителе LM318, включенном по дифференциальной схеме, к входам которой подключен токозадающий резистор. Первый амплитудный детектор 8 (АД1) собран как последовательное соединение масштабного усилителя, выполненного на базе операционного усилителя LM318, токоограничивающего резистора и несимметричного удвоителя напряжения первого рода, собранного из керамических конденсаторов и быстродействующих диодов [http://www.cqham.ru/uu1.htm]. Второй амплитудный детектор 14 (АД2) может быть выполнен как последовательное соединение токоограничивающего резистора и несимметричного удвоителя напряжения первого рода, собранного из керамических конденсаторов и быстродействующих диодов [http://www.cqham.ru/uu1.htm]. Выходные дифференциальные усилители 15 (ВДУ1) и 16 (ВДУ2) могут быть выполнены на инструментальном операционном усилителе AD622. В качестве микроконтроллера 20 (МК) может быть выбран микроконтроллер Atmega8. В качестве регистратора 21 (Р) может быть осциллограф или быстродействующий АЦП для последующей обработки. Преобразователь уровней 23 (ПУ) может быть выполнен на базе микросхемы МАХ232.The buffer amplifier 7 (BU) can be performed on the operational amplifier LM318, included in the differential circuit, to the inputs of which a current-sensing resistor is connected. The first amplitude detector 8 (AD1) is assembled as a serial connection of a large-scale amplifier based on the LM318 operational amplifier, a current-limiting resistor, and an asymmetric voltage doubler of the first kind, assembled from ceramic capacitors and high-speed diodes [http://www.cqham.ru/uu1. htm]. The second amplitude detector 14 (AD2) can be performed as a series connection of a current-limiting resistor and an asymmetric voltage doubler of the first kind, assembled from ceramic capacitors and high-speed diodes [http://www.cqham.ru/uu1.htm]. The output differential amplifiers 15 (VDU1) and 16 (VDU2) can be performed on the instrument operational amplifier AD622. An Atmega8 microcontroller may be selected as the microcontroller 20 (MK). As the recorder 21 (P) can be an oscilloscope or a high-speed ADC for subsequent processing. The level converter 23 (PU) can be performed on the basis of the MAX232 chip.

В качестве дифференциальных усилителей 2 и 13 (фиг.2, 3) может быть выбран прецизионный быстродействующий операционный усилитель ОР37, включенный по дифференциальной схеме.As differential amplifiers 2 and 13 (figure 2, 3) can be selected precision high-speed operational amplifier OP37, included in the differential circuit.

Детектор нуля 10 (фиг.3) может быть выполнен на базе операционного AD8021 усилителя без введенной обратной связи.The zero detector 10 (figure 3) can be performed on the basis of the operational AD8021 amplifier without feedback.

В качестве цифровых потенциометров 18, 19 (фиг.4) могут быть использованы микросхемы AD7376.As digital potentiometers 18, 19 (figure 4) can be used microcircuit AD7376.

Буферный усилитель 27 (фиг.5) может быть выполнен на базе высокоскоростного буфера BUF634.The buffer amplifier 27 (Fig. 5) can be made on the basis of the high-speed buffer BUF634.

Устройство работает следующим образом. В исходном состоянии микроконтроллер 20 (МК) (фиг.1) выдает переменный прямоугольный сигнал частоты возбуждения вихретокового преобразователя 1 (ВТП). Этот сигнал подается на полосовой фильтр 24 (ПФ), где выделяется его основная гармоника, соответствующая частоте возбуждения вихретокового преобразователя 1 (ВТП). Далее отфильтрованный сигнал поступает в вихретоковый преобразователь 1 (ВТП). При условии отсутствия коллектора электрической машины 28 (КЭМ) в зоне действия измерительной катушки 3 (фиг.2) плечи моста вихретокового преобразователя 1 (ВТП) будут сбалансированы, и на его выходе будет близкий к нулю сигнал в связи с неабсолютной идентичностью плечей моста. При взаимодействии вихретокового преобразователя 1 (ВТП) (фиг.1) с коллектором электрической машины 28 (КЭМ) плечи моста выходят из баланса, при этом изменяется выходной сигнал вихретокового преобразователя 1 (ВТП) по амплитудной величине и величине фазового сдвига относительно входного сигнала. Степень выхода плечей из баланса зависит от расстояния между вихретоковым преобразователем 1 (ВТП) и коллектором электрической машины 28 (КЭМ), от физических свойств пластин коллектора электрической машины 28 (КЭМ). Сигнал рассогласования усиливается усилителем 2 (фиг.2) вихретокового преобразователя 1 (ВТП) и поступает в буферный усилитель 7 (БУ) (фиг.1). Усиленный по току сигнал поступает в первый амплитудный детектор 8 (АД1) для определения амплитудного отклика и в схему преобразования фазового отклика в амплитудный 9 (ФА) для определения фазового отклика. В схеме преобразования фазового отклика в амплитудный 9 (ФА) (фиг.3) входной сигнал с буферного усилителя 7 (БУ) проходит через детектор нуля 10, где сигнал нормируется по амплитуде, сохраняя величину фазового сдвига. Затем этот сигнал проходит через токоограничивающий резистор 11 и полосовой LC-фильтр 12 с резонансной частотой, равной частоте возбуждения вихретокового преобразователя 1 (ВТП) (фиг.1). После прохождения полосового LC-фильтра 12 (фиг.3) из сигнала выделяется основная гармоника, поступающая на инвертирующий вход дифференциального усилителя 13. На неинвертирующий вход дифференциального усилителя 13 поступает сигнал с полосового фильтра 24 (ПФ) (фиг.1). При условии, что амплитуды выходных сигналов полосового фильтра 24 (ПФ) и полосового LC-фильтра 12 равны, амплитуда выходного сигнала дифференциального усилителя 13 будет определяться только величиной фазового сдвига между выходным сигналом вихретокового преобразователя 1 (ВТП) и сигналом с полосового фильтра 24 (ПФ), являющимся входным сигналом вихретокового преобразователя 1 (ВТП). После схемы преобразования фазового отклика в амплитудный 9 (ФА) сигнал поступает на второй амплитудный детектор 14 (АД2). После амплитудных детекторов 8 (АД1) и 14 (АД2) сигналы переменного тока, проходящие через них, преобразуются в сигналы постоянного тока. С амплитудных детекторов 8 (АД1) и 14 (АД2) сигналы поступают на инвертирующие входы выходных дифференциальных усилителей 15 (ВДУ1) и 16 (ВДУ2) соответственно. Цифровые потенциометры 18, 19 (фиг.4) выходных дифференциальных усилителей 15 (ВДУ1) и 16 (ВДУ2) управляются микроконтроллером 20 (МК) (фиг.1). Включение цифровых потенциометров позволяет изменять коэффициент усиления инструментальных усилителей и величину постоянной составляющей выходного сигнала выходных дифференциальных усилителей 15 (ВДУ1) и 16 (ВДУ2). Выходные сигналы с выходных дифференциальных усилителей 15 (ВДУ1) и 16 (ВДУ2) поступают на регистратор 21 (Р). Через преобразователь уровня 23 (ПУ) оцифрованные микроконтроллером 20 (МК) данные поступают в персональный компьютер 22 (ПК), по которым оператор может оценить необходимость изменения сопротивления цифровых потенциометров выходных дифференциальных усилителей 15 (ВДУ1) и 16 (ВДУ2). Существует возможность изменять сопротивления цифровых потенциометров по команде с персонального компьютера 22 (ПК).The device operates as follows. In the initial state, the microcontroller 20 (MK) (figure 1) produces an alternating rectangular signal of the excitation frequency of the eddy current transducer 1 (ETC). This signal is fed to a band-pass filter 24 (PF), where its main harmonic, corresponding to the excitation frequency of the eddy current transducer 1 (ETC), is highlighted. Next, the filtered signal enters the eddy current transducer 1 (ECP). If the collector of the electric machine 28 (KEM) is absent in the range of the measuring coil 3 (Fig. 2), the arms of the bridge of the eddy current transducer 1 (ETC) will be balanced, and a signal close to zero will be output at the output due to the non-absolute identity of the arms of the bridge. When the eddy current transducer 1 (ETC) interacts (Fig. 1) with the collector of an electric machine 28 (CEM), the bridge arms are out of balance, and the output signal of the eddy current transducer 1 (ECP) changes in amplitude and phase shift relative to the input signal. The degree to which the shoulders go out of balance depends on the distance between the eddy current transducer 1 (ETC) and the collector of electric machine 28 (KEM), on the physical properties of the collector plates of electric machine 28 (KEM). The mismatch signal is amplified by the amplifier 2 (Fig. 2) of the eddy current transducer 1 (ECP) and enters the buffer amplifier 7 (CU) (Fig. 1). The current-amplified signal enters the first amplitude detector 8 (AD1) to determine the amplitude response and into the circuit for converting the phase response to amplitude 9 (FA) to determine the phase response. In the scheme for converting the phase response to amplitude 9 (FA) (Fig. 3), the input signal from the buffer amplifier 7 (BU) passes through a zero detector 10, where the signal is normalized in amplitude, while maintaining the magnitude of the phase shift. Then this signal passes through the current-limiting resistor 11 and the band-pass LC filter 12 with a resonant frequency equal to the excitation frequency of the eddy current transducer 1 (ETC) (Fig. 1). After passing through the band-pass LC filter 12 (Fig. 3), the main harmonic is extracted from the signal supplied to the inverting input of the differential amplifier 13. A signal from the band-pass filter 24 (PF) is received at the non-inverting input of the differential amplifier 13 (Fig. 1). Provided that the amplitudes of the output signals of the band-pass filter 24 (PF) and the band-pass LC filter 12 are equal, the amplitude of the output signal of the differential amplifier 13 will be determined only by the magnitude of the phase shift between the output signal of the eddy current transducer 1 (ECP) and the signal from the band-pass filter 24 (PF ), which is the input signal of the eddy current transducer 1 (ECP). After the conversion of the phase response to amplitude 9 (FA), the signal is fed to the second amplitude detector 14 (AD2). After the amplitude detectors 8 (AD1) and 14 (AD2), the AC signals passing through them are converted into DC signals. From the amplitude detectors 8 (AD1) and 14 (AD2), the signals are fed to the inverting inputs of the output differential amplifiers 15 (VDU1) and 16 (VDU2), respectively. Digital potentiometers 18, 19 (FIG. 4) of the output differential amplifiers 15 (VDU1) and 16 (VDU2) are controlled by a microcontroller 20 (MK) (FIG. 1). The inclusion of digital potentiometers allows you to change the gain of instrumental amplifiers and the value of the constant component of the output signal of the output differential amplifiers 15 (VDU1) and 16 (VDU2). The output signals from the output differential amplifiers 15 (VDU1) and 16 (VDU2) are fed to the recorder 21 (P). Through the level converter 23 (PU), the data digitized by the microcontroller 20 (MK) is transferred to a personal computer 22 (PC), by which the operator can assess the need to change the resistance of the digital potentiometers of the output differential amplifiers 15 (VDU1) and 16 (VDU2). It is possible to change the resistance of the digital potentiometers on command from a personal computer 22 (PC).

По совокупности амплитудного и фазового отклика можно судить о расстоянии между вихретоковым преобразователем 1 (ВТП) и коллектором электрической машины 28 (КЭМ), а также о физических свойствах пластин коллектора, например, таких как удельная электрическая проводимость. При помощи цифровых потенциометров 18 и 19 (фиг.4) можно установить необходимый уровень постоянной составляющей, символизирующий отсутствие коллектора электрической машины 28 (КЭМ) в зоне контроля вихретокового преобразователем 1 (ВТП), максимальный уровень выходного сигнала выходных дифференциальных усилителей 15 (ВДУ1) и 16 (ВДУ2), соответствующий максимально возможному уровню для регистратора 21 (Р). По заранее снятым зависимостям расстояния между вихретоковым преобразователем 1 (ВТП) и различными коллекторами электрических машин 28 (КЭМ) с известными свойствами строят таблицы соответствия, которые в дальнейшем используют для определения электрической проводимости пластин коллектора и расстояния между вихретоковым преобразователем 1 (ВТП) и коллектором электрической машины 28 (КЭМ). Быстродействие предлагаемого устройства позволяет отрабатывать быстроменяющиеся взаимодействия между профилем коллектора электрических машин 28 (КЭМ) и вихретоковым преобразователем 1 (ВТП).By the combination of the amplitude and phase response, one can judge the distance between the eddy current transducer 1 (ETC) and the collector of the electric machine 28 (KEM), as well as the physical properties of the collector plates, for example, such as electrical conductivity. Using digital potentiometers 18 and 19 (figure 4), you can set the required level of the constant component, symbolizing the absence of the collector of the electric machine 28 (KEM) in the control zone of the eddy current transducer 1 (VTP), the maximum output signal level of the output differential amplifiers 15 (VDU1) and 16 (VDU2), corresponding to the highest possible level for the registrar 21 (P). According to the previously taken dependences of the distance between the eddy current transducer 1 (ETC) and various collectors of electric machines 28 (KEM) with known properties, build correspondence tables, which are then used to determine the electrical conductivity of the collector plates and the distance between the eddy current transducer 1 (ECP) and the collector Machine 28 (CEM). The speed of the proposed device allows you to work out rapidly changing interactions between the profile of the collector of electric machines 28 (KEM) and eddy current transducer 1 (VTP).

Таким образом, предлагаемый объект позволяет проведение измерения микрогеометрии коллекторов электрических машин без их предварительной градуировки.Thus, the proposed facility allows the measurement of microgeometry of the collectors of electrical machines without their preliminary calibration.

Claims (1)

Профилометр для контроля микрогеометрии коллекторов электрических машин, содержащий устанавливаемый над рабочей поверхностью контролируемого коллектора вихретоковый преобразователь, который содержит обмотки возбуждения измерительной и компенсирующей катушек, отличающийся тем, что вихретоковый преобразователь состоит из дифференциального усилителя и моста, при этом одно плечо моста образовано измерительной и компенсирующей катушками, а другое - активными сопротивлениями, причем средние точки плеч моста подключены к входам дифференциального усилителя, к выходу которого подключен буферный усилитель, который связан с первым амплитудным детектором и схемой преобразования фазового отклика в амплитудный, которая состоит из последовательно соединенных детектора нуля, токоограничивающего резистора, полосового фильтра и второго дифференциального усилителя, причем схема преобразования фазового отклика в амплитудный подключена ко второму амплитудному детектору, а первый и второй амплитудные детекторы соединены соответственно с первым и вторым выходными дифференциальными усилителями, которые подключены к регистратору и микроконтроллеру, связанному через преобразователь уровней с персональным компьютером, и с буферированным по выходу вторым полосовым фильтром, который соединен с вихретоковым преобразователем и схемой преобразования фазового отклика в амплитудный. A profilometer for monitoring the microgeometry of the collectors of electrical machines, comprising an eddy current transducer mounted above the working surface of the monitored collector, which contains the field windings of the measuring and compensating coils, characterized in that the eddy current transducer consists of a differential amplifier and a bridge, while one bridge arm is formed by measuring and compensating coils and the other with active resistances, and the midpoints of the shoulders of the bridge are connected to the inputs of the different a potential amplifier, the output of which is connected to a buffer amplifier, which is connected to the first amplitude detector and a circuit for converting the phase response to amplitude, which consists of a series-connected zero detector, a current-limiting resistor, a bandpass filter, and a second differential amplifier, and the phase to amplitude converting circuit is connected to the second amplitude detector, and the first and second amplitude detectors are connected respectively to the first and second output differential amplifiers that are connected to a recorder and a microcontroller connected via a level converter to a personal computer, and to a second bandpass filter, which is buffered by the output, which is connected to an eddy current converter and a phase to amplitude conversion circuit.
RU2010114379/28A 2010-04-12 2010-04-12 Roughness indicator to control electrical machine commutator micro geometry RU2422767C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2010114379/28A RU2422767C1 (en) 2010-04-12 2010-04-12 Roughness indicator to control electrical machine commutator micro geometry

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2010114379/28A RU2422767C1 (en) 2010-04-12 2010-04-12 Roughness indicator to control electrical machine commutator micro geometry

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2422767C1 true RU2422767C1 (en) 2011-06-27

Family

ID=44739316

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2010114379/28A RU2422767C1 (en) 2010-04-12 2010-04-12 Roughness indicator to control electrical machine commutator micro geometry

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2422767C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2495522C2 (en) * 2011-07-11 2013-10-10 Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли Российской Федерации (Минпромторг России) Buffer amplifier

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2495522C2 (en) * 2011-07-11 2013-10-10 Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли Российской Федерации (Минпромторг России) Buffer amplifier

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN106969825B (en) Fan vibration monitoring system
CN103217349A (en) High-speed motorized spindle dynamic and static rigidity testing device and high-speed motorized spindle dynamic and static rigidity testing method based on three-way electromagnetic force loading
Wang et al. Design of ultrastable and high resolution eddy-current displacement sensor system
CN103245819B (en) Magnetic excitation resonant piezoresistive cantilever beam is adopted to measure the method for DC current or DC voltage
CN104142431B (en) Eddy current conductivity measuring sensor
CN111043946B (en) Magnetic field interference noise test system for eddy current displacement sensor
CN211476993U (en) Differential bridge type eddy current displacement sensor
CN109115868A (en) A kind of depth of defect detection device and method based on impulse eddy current
CN102608528A (en) Defect detection method and device for motors
Borges et al. New contactless torque sensor based on the Hall effect
CN112834815A (en) Fluxgate digital current sensor based on pulse amplitude detection method
CN202372625U (en) Device for detecting defects of motor
CN108955863B (en) Novel vibration frequency sensor system based on voltage multiplier
CN114018144A (en) Sensor detection circuit and sensor detection method
RU2422767C1 (en) Roughness indicator to control electrical machine commutator micro geometry
CN205826736U (en) A kind of high accuracy single-turn cored structure formula electric current Online Transaction Processing
CN110568064A (en) Resonant eddy current detection method and system for damage of carbon fiber composite material
CN107014406A (en) A kind of autodyne fraction eddy current displacement sensor for magnetic levitation bearing system
CN102621508A (en) Novel method for measuring magnetostriction coefficient
CN103278698A (en) Device and method for measuring oriented silicon steel iron loss value
CN201096843Y (en) Detection device for measuring metal conductivity instrument based on backset phase
CN216115843U (en) Inductance type displacement detection device based on differential signal
Chao et al. GMR based eddy current system for defect detection
JP6245183B2 (en) Analog signal processing circuit, physical quantity measuring device and material testing machine
Babu et al. A wide range planar coil based displacement sensor with high sensitivity

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20120413