RU2536097C1 - Vibration meter - Google Patents

Vibration meter Download PDF

Info

Publication number
RU2536097C1
RU2536097C1 RU2013125848/28A RU2013125848A RU2536097C1 RU 2536097 C1 RU2536097 C1 RU 2536097C1 RU 2013125848/28 A RU2013125848/28 A RU 2013125848/28A RU 2013125848 A RU2013125848 A RU 2013125848A RU 2536097 C1 RU2536097 C1 RU 2536097C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
circuit
output
operational amplifier
capacitor
vibration
Prior art date
Application number
RU2013125848/28A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2013125848A (en
Inventor
Анатолий Иванович Гутников
Надежда Николаевна Дубровских
Original Assignee
Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом"
Федеральное государственное унитарное предприятие "Российский Федеральный ядерный центр-Всероссийский научно-исследовательский институт экспериментальной физики"-ФГУП "РФЯЦ-ВНИИЭФ"
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 Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом", Федеральное государственное унитарное предприятие "Российский Федеральный ядерный центр-Всероссийский научно-исследовательский институт экспериментальной физики"-ФГУП "РФЯЦ-ВНИИЭФ" filed Critical Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом"
Priority to RU2013125848/28A priority Critical patent/RU2536097C1/en
Publication of RU2013125848A publication Critical patent/RU2013125848A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2536097C1 publication Critical patent/RU2536097C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)
  • Measuring Volume Flow (AREA)

Abstract

FIELD: measurement equipment.
SUBSTANCE: vibration meter comprises a vibration converter, a parallel RC-circuit, the first operational amplifier, the first and second resistive dividers. To achieve the technical result, the second operational amplifier, the first, second and third capacitors, the serial RC-circuit, the resistor, the first, second and third diodes, the circuit of back-to-back diodes, an integrating circuit are introduced, being connected in accordance with the circuit on fig. 1.
EFFECT: expansion of functional capabilities during minimisation of a number of serially connected cascades.
3 cl, 3 dwg

Description

Измеритель вибрации относится к информационно-измерительной технике и может быть использован в контрольно-сигнальной аппаратуре для измерения виброускорения и виброскорости.The vibration meter belongs to the information-measuring technique and can be used in control and signaling equipment for measuring vibration acceleration and vibration velocity.

Известен пассивный линейный детектор эффективных значений Боуке (см. Л.И. Волгин «Линейные электрические преобразователи для измерительных приборов и систем», М., Сов. Радио, 1971, с.166, рис.3.15б), содержащий диодный мост, входы которого подключены к источнику сигнала, а выходы - к резистивному делителю, состоящему из неравных сопротивлений, к выходу которого подключен конденсатор. При известных соотношениях резисторов 4:1 выполняется функция определения эффективного значения.Known passive linear detector of effective Bowke values (see LI Volgin "Linear electrical converters for measuring instruments and systems", M., Sov. Radio, 1971, p.166, Fig. 3.15b), containing a diode bridge, inputs which are connected to the signal source, and the outputs to a resistive divider, consisting of unequal resistances, to the output of which a capacitor is connected. With known ratios of resistors 4: 1, the function of determining the effective value is performed.

Недостатками известного линейного детектора эффективных значений являются:The disadvantages of the known linear detector of effective values are:

- выполнение только функции линейного детектора эффективных значений, что ограничивает его функциональные возможности по измерению вибрации, т.к. отсутствует функция пикового детектора;- performing only the function of a linear detector of effective values, which limits its functionality for measuring vibration, because there is no peak detector function;

- отсутствие регулируемого усилителя с высоким входным сопротивлением, полосового фильтра;- the lack of an adjustable amplifier with high input impedance, a bandpass filter;

- работа с высоковольтными сигналами (имеет низкую чувствительность), т.к. потери напряжения на двух диодах моста равны 1,5 В;- work with high-voltage signals (has a low sensitivity), because voltage losses on two bridge diodes are 1.5 V;

- наличие высокой погрешности из-за некомпенсированной температурной зависимости характеристик диодов.- the presence of a high error due to uncompensated temperature dependence of the characteristics of the diodes.

Известен фильтр второго порядка Саллена-Ки на повторителе напряжения (см. П. Гарет «Аналоговые устройства для микропроцессоров и микро ЭВМ», М., Мир, 1981, с.71, рис.3.16а), содержащий операционный усилитель, неинвертирующий вход которого подключен через два последовательно соединенных резистора с равными сопротивлениями к источнику сигнала, точка объединения резисторов подключена к выходу операционного усилителя через конденсатор, неинвертирующий вход операционного усилителя (ОУ) через другой конденсатор подключен к общей шине. Фильтр обеспечивает высокое входное сопротивление до частоты среза.A well-known second-order filter Sullen-Key on the voltage follower (see P. Gareth "Analog devices for microprocessors and microcomputers", M., Mir, 1981, p. 71, Fig.3.16a), containing an operational amplifier, the non-inverting input of which connected through two series-connected resistors with equal resistances to the signal source, the combining point of the resistors is connected to the output of the operational amplifier through a capacitor, the non-inverting input of the operational amplifier (op-amp) is connected to a common bus through another capacitor. The filter provides high input impedance up to the cutoff frequency.

Недостатками известного фильтра нижних частот (ФНЧ) являются:The disadvantages of the known low-pass filter (LPF) are:

- выполнение только функции фильтрации нижних частот, что ограничивает его функциональные возможности по измерению вибрации. Фильтр не имеет возможности выбора коэффициента усиления напряжения при сохранении требований к равенству резисторов и соотношениях конденсаторов 2:1;- performing only the low-pass filtering function, which limits its functionality for measuring vibration. The filter does not have the ability to select the voltage gain while maintaining the requirements for the equality of resistors and the ratio of capacitors 2: 1;

- фильтр не является детектором, порядок фильтра 2 за счет включения другого конденсатора к выходу ОУ, а для измерения вибрации должно быть ≈3, не выполняет функцию полосового фильтра на одном операционном усилителе.- the filter is not a detector, the order of filter 2 due to the inclusion of another capacitor to the output of the op-amp, and for measuring vibration should be ≈3, does not perform the function of a band-pass filter on one operational amplifier.

Известен измеритель вибрации (см. В.П. Максимов и др. «Измерение, обработка и анализ быстропеременных процессов в машинах», М., Машиностроение, 1987, стр.47, рис.1.15а), б)), содержащий вибропреобразователь, подключенный к последовательно соединенным каскадам: согласующему усилителю напряжения, полосовому фильтру, детектору и усредняющему устройству.A known vibration meter (see V.P. Maksimov and others. "Measurement, processing and analysis of rapidly changing processes in machines", M., Mechanical Engineering, 1987, p.47, Fig.1.15a), b)), containing a vibration transducer, connected to series-connected stages: matching voltage amplifier, band-pass filter, detector and averaging device.

Недостатками известного измерителя вибрации являются сложность и громоздкость за счет наличия большого числа последовательно соединенных каскадов, каждый из которых содержит один или два операционных усилителя и накапливающуюся погрешность по мере роста числа последовательных каскадов.The disadvantages of the known vibration meter are the complexity and cumbersomeness due to the presence of a large number of series-connected cascades, each of which contains one or two operational amplifiers and the cumulative error as the number of consecutive stages increases.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является измеритель вибрации (Р. Граф «Электронные схемы. 1300 примеров», М., Мир, 1989, стр.88, рис.9.4), содержащий вибропреобразователь, выход которого подключен через первый резистивный делитель к общей шине и подключен к неинвертирующему входу операционного усилителя, выход которого подключен через второй резистивный делитель к средней точке первого резистивного делителя. Средняя точка второго резистивного делителя подключена через параллельную RC-цепь к инвертирующему входу операционного усилителя.The closest in technical essence to the proposed invention is a vibration meter (R. Graf "Electronic circuits. 1300 examples", M., Mir, 1989, p. 88, Fig. 9.4), containing a vibration transducer, the output of which is connected through the first resistive divider to a common bus and is connected to a non-inverting input of the operational amplifier, the output of which is connected through a second resistive divider to the midpoint of the first resistive divider. The midpoint of the second resistive divider is connected through a parallel RC circuit to the inverting input of the operational amplifier.

Недостатками известного измерителя вибрации являются ограниченные функциональные возможности по измерению вибрации из-за отсутствия функций полосового фильтра и детектора эффективных или пиковых значений, т.к. при согласовании с вибропреобразователем выполняется только функция обеспечения высокого входного сопротивления и усиления напряжения неинвертирующим усилителем.The disadvantages of the known vibration meter are the limited functionality for measuring vibration due to the lack of functions of a band-pass filter and a detector of effective or peak values, because in coordination with the vibration transducer, only the function of ensuring a high input resistance and voltage amplification by a non-inverting amplifier is performed.

Технический результат, на достижение которого направлено изобретение, заключается в расширении функциональных возможностей до уровня измерителя эффективных или пиковых значений вибрации при минимизации числа последовательно соединенных каскадов. Это обеспечено за счет совмещения известной функции неинвертирующего усилителя с высоким входным сопротивлением с новой функцией: полосового фильтра и линейного детектора эффективных или пиковых значений.The technical result to which the invention is directed is to expand the functionality to the level of a meter of effective or peak vibration values while minimizing the number of cascades connected in series. This is achieved by combining the well-known function of a non-inverting amplifier with a high input impedance with a new function: a band-pass filter and a linear detector of effective or peak values.

Для достижения технического результата в измерителе вибрации, содержащем вибропреобразователь, параллельную RC-цепь, вход которой соединен с инвертирующим входом первого операционного усилителя, неинвертирующий вход которого соединен с первым выводом первого резистивного делителя, второй резистивный делитель, новым является то, что дополнительно введены последовательная RC-цепь, второй операционный усилитель, первый, второй и третий конденсаторы, резистор, первый, второй и третий диоды, схема встречно-параллельно включенных диодов, интегрирующая цепь, общий вывод которой соединен с общей шиной, которая соединена с неинвертирующим входом второго операционного усилителя, через последовательную RC-цепь с инвертирующим входом первого операционного усилителя, через первый конденсатор с первым выводом первого резистивного делителя, через резистор со вторым выводом первого резистивного делителя и с первым выводом вибропреобразователя, второй вывод которого через второй конденсатор соединен со вторым выводом первого резистивного делителя, средняя точка которого через резистор соединена с входом параллельной RC-цепи, выход которой соединен с первыми выводами второго резистивного делителя и схемы встречно-параллельно включенных диодов, второй вывод которой соединен с выходом первого операционного усилителя и с анодом первого диода, катод которого соединен с входом интегрирующей цепи, вторым выводом второго резистивного делителя и катодом второго диода, анод которого соединен с катодом третьего диода и выходом второго операционного усилителя, инвертирующий вход которого соединен с анодом третьего диода и средней точкой второго резистивного делителя.To achieve a technical result in a vibration meter containing a vibration transducer, a parallel RC circuit, the input of which is connected to the inverting input of the first operational amplifier, the non-inverting input of which is connected to the first output of the first resistive divider, the second resistive divider, new is that an additional serial RC -chain, second operational amplifier, first, second and third capacitors, resistor, first, second and third diodes, circuit of parallel-parallel diodes, in an integrating circuit, the common output of which is connected to a common bus, which is connected to the non-inverting input of the second operational amplifier, through a serial RC circuit with an inverting input of the first operational amplifier, through the first capacitor with the first output of the first resistive divider, through a resistor with the second output of the first resistive divider and with the first output of the vibration transducer, the second output of which through the second capacitor is connected to the second output of the first resistive divider, the midpoint of which is through the resistor is connected to the input of a parallel RC circuit, the output of which is connected to the first terminals of the second resistive divider and the counter-parallel-connected diodes circuit, the second terminal of which is connected to the output of the first operational amplifier and to the anode of the first diode, the cathode of which is connected to the input of the integrating circuit, by the second the output of the second resistive divider and the cathode of the second diode, the anode of which is connected to the cathode of the third diode and the output of the second operational amplifier, the inverting input of which is connected to the anode of the third diode and a second middle point of the resistive divider.

Интегрирующая цепь выполнена на интегрирующей RC-цепи, при этом измеряется эффективное значение вибрации.The integrating circuit is made on an integrating RC circuit, and the effective value of vibration is measured.

Интегрирующая цепь выполнена на конденсаторе (например, путем закорачивания выводов резистора интегрирующей RC-цепи или его исключения), при этом измеряется пиковое значение вибрации.The integrating circuit is made on the capacitor (for example, by shorting the terminals of the resistor of the integrating RC circuit or eliminating it), while the peak value of vibration is measured.

Расширенные функциональные возможности измерителя вибрации обеспечиваются дополнительно введенными элементами и связями, за счет которых совмещена известная функция неинвертирующего операционного усилителя (высокое входное сопротивление и регулируемое усиление на одном операционном усилителе) с новой функцией: полосового фильтра и линейного детектора эффективных или пиковых значений. Причем крутизна спада верхних частот полосового фильтра измерителя вибрации соответствует ФНЧ третьего порядка (у второго аналога ФНЧ второго порядка) за счет нового места подключения выхода параллельной RC-цепи в дополнение к первому и третьего конденсаторам. Крутизна спада нижних частот полосового фильтра соответствует фильтру высоких частот (ФВЧ) второго порядка за счет совместного действия новых последовательной RC-цепи и второго конденсаторов. Второй вывод схемы встречно-параллельно включенных диодов полосового фильтра на первом операционном усилителе обеспечивает интегрирующую цепь (усредняющее устройство) линейного детектора эффективных или пиковых значений на первом и втором операционном усилителях с его диодами нужными напряжениями исключает потери и погрешность пассивных диодов. Характеристика первого операционного усилителя со схемой встречно-параллельно включенных диодов обеспечивает компенсацию прямого падения напряжения на первом диоде, высокую чувствительность и точность, т.к. противоположна характеристике первого диода.The expanded functionality of the vibration meter is provided by additionally introduced elements and links, due to which the well-known function of a non-inverting operational amplifier (high input impedance and adjustable gain on one operational amplifier) is combined with a new function: a band-pass filter and a linear detector of effective or peak values. Moreover, the steepness of the decay of the upper frequencies of the band-pass filter of the vibration meter corresponds to the third-order low-pass filter (for the second analog of the second-order low-pass filter) due to the new connection point of the output of the parallel RC circuit in addition to the first and third capacitors. The steepness of the low-pass decay of the band-pass filter corresponds to a second-order high-pass filter (HPF) due to the combined action of a new serial RC circuit and a second capacitor. The second output of the on-parallel-bandpass filter diode circuit on the first operational amplifier provides an integrating circuit (averaging device) of a linear detector of effective or peak values on the first and second operational amplifiers with its diodes with the required voltages eliminates the loss and error of passive diodes. The characteristic of the first operational amplifier with a circuit of counter-parallel connected diodes provides compensation for the direct voltage drop on the first diode, high sensitivity and accuracy, because opposite to the characteristic of the first diode.

На фиг.1 представлен пример реализации измерителя вибрации, на фиг.2 приведена амплитудно-частотная характеристика (АЧХ) его полосового фильтра. На фиг.3 приведены диаграммы напряжений на выходе вибропреобразователя и на входе и выходе интегрирующей цепи.Figure 1 presents an example implementation of a vibration meter, figure 2 shows the amplitude-frequency characteristic (AFC) of its band-pass filter. Figure 3 shows the voltage diagrams at the output of the vibration transducer and at the input and output of the integrating circuit.

Измеритель вибрации (фиг.1) содержит вибропреобразователь 1, параллельную RC-цепь 2, первый операционный усилитель 3, первый 4 и второй 5 резистивные делители, второй операционный усилитель 6, первый 7, второй 8 и третий 9 конденсаторы, последовательную RC-цепь 10, резистор 11, первый 12, второй 13 и третий 14 диоды, схему 15 встречно-параллельно включенных диодов, интегрирующую цепь 16.The vibration meter (figure 1) contains a vibration transducer 1, a parallel RC circuit 2, a first operational amplifier 3, a first 4 and a second 5 resistive dividers, a second operational amplifier 6, a first 7, a second 8 and a third 9 capacitors, a serial RC circuit 10 , a resistor 11, a first 12, a second 13 and a third 14 diodes, a circuit 15 of counter-parallel connected diodes, an integrating circuit 16.

Вход параллельной RC-цепи 2 соединен с инвертирующим входом первого операционного усилителя 3, неинвертирующий вход которого соединен с первым выводом первого резистивного делителя 4. Общий вывод интегрирующей цепи 16 соединен с общей шиной. Общая шина соединена с неинвертирующим входом второго операционного усилителя 6, через последовательную RC-цепь 10 с инвертирующим входом первого операционного усилителя 3, через первый конденсатор 7 с первым выводом первого резистивного делителя 4, через резистор 11 со вторым выводом первого резистивного делителя 4 и с первым выводом вибропреобразователя 1. Второй вывод вибропреобразователя 1 через второй конденсатор 8 соединен со вторым выводом первого резистивного делителя 4, средняя точка которого через третий конденсатор 9 соединена с входом параллельной RC-цепи 2. Выход параллельной RC-цепи 2 соединен с первыми выводами второго резистивного делителя 5 и схемы 15 встречно-параллельно включенных диодов. Второй вывод схемы 15 встречно-параллельно включенных диодов соединен с выходом первого операционного усилителя 3 и с анодом первого диода 12. Катод первого диода 12 соединен с входом интегрирующей цепи 16, вторым выводом второго резистивного делителя 5 и катодом второго диода 13. Анод второго диода 13 соединен с катодом третьего диода 14 и выходом второго операционного усилителя 6. Инвертирующий вход второго операционного усилителя 6 соединен с анодом третьего диода 14 и средней точкой второго резистивного делителя 5.The input of the parallel RC circuit 2 is connected to the inverting input of the first operational amplifier 3, the non-inverting input of which is connected to the first output of the first resistive divider 4. The common output of the integrating circuit 16 is connected to a common bus. The common bus is connected to the non-inverting input of the second operational amplifier 6, through a serial RC circuit 10 with an inverting input of the first operational amplifier 3, through the first capacitor 7 with the first output of the first resistive divider 4, through the resistor 11 with the second output of the first resistive divider 4 and with the first the output of the vibration transducer 1. The second output of the vibration transducer 1 through the second capacitor 8 is connected to the second output of the first resistive divider 4, the midpoint of which through the third capacitor 9 is connected to Odom parallel RC-circuit 2. Yield parallel RC-circuit 2 is connected to first terminals of second resistor 5 and the divider circuit 15 included in antiparallel diodes. The second output of the anti-parallel-connected diodes circuit 15 is connected to the output of the first operational amplifier 3 and to the anode of the first diode 12. The cathode of the first diode 12 is connected to the input of the integrating circuit 16, the second output of the second resistive divider 5 and the cathode of the second diode 13. Anode of the second diode 13 connected to the cathode of the third diode 14 and the output of the second operational amplifier 6. The inverting input of the second operational amplifier 6 is connected to the anode of the third diode 14 and the midpoint of the second resistive divider 5.

Параллельная RC-цепь 2 выполнена на резисторе 17 и конденсаторе 18.Parallel RC circuit 2 is made on the resistor 17 and the capacitor 18.

Интегрирующая цепь 16 может быть выполнена на интегрирующей RC-цепи: конденсаторе 19 и резисторе 20 или на конденсаторе 19 (например, путем закорачивания выводов резистора 20 интегрирующей RC-цепи, см. точки а и b на фиг.1, или его исключением).The integrating circuit 16 can be performed on an integrating RC circuit: a capacitor 19 and a resistor 20 or on a capacitor 19 (for example, by shorting the terminals of the resistor 20 of the integrating RC circuit, see points a and b in figure 1, or its exception).

Второй резистивный делитель 5 выполнен на последовательно соединенных резисторах 21, 22.The second resistive divider 5 is made on series-connected resistors 21, 22.

Последовательная RC-цепь выполнена на резисторе 23 и конденсаторе 24.The serial RC circuit is made on the resistor 23 and the capacitor 24.

Измеритель вибрации (см. фиг.1) может быть выполнен выполнен на операционных усилителях 544УД14, 544УД7, прецизионных резисторах Р1-16, прецизионных конденсаторах К10-43в и других конденсаторах типа К53-56.The vibration meter (see figure 1) can be performed on operational amplifiers 544UD14, 544UD7, precision resistors P1-16, precision capacitors K10-43v and other capacitors such as K53-56.

Измеритель вибрации работает следующим образом.The vibration meter works as follows.

По сути, заявленный измеритель вибрации является фильтроусилительным линейным детектором эффективного или пикового значения, в зависимости от выполнения интегрирующей цепи 16: на интегрирующей RC-цепи (резистор 20, конденсатор 19) или конденсаторе 19 соответственно. Фильтроусилительный линейный детектор эффективного или пикового значения имеет коэффициент усиления 16 дБ. Резистор 17 с сопротивлением R17 и конденсатор 18 являются элементами параллельной RC-цепи 2, резистор 23 имеет сопротивление R23<R17. Коэффициент усиления в полосе пропускания равен ( 1 + R 17 R 23 )

Figure 00000001
(как у неинвертирующего усилителя).In fact, the claimed vibration meter is a filter amplifier linear detector of effective or peak value, depending on the implementation of the integrating circuit 16: on the integrating RC circuit (resistor 20, capacitor 19) or capacitor 19, respectively. An effective linear or peak value filter amplifier has a gain of 16 dB. Resistor 17 with resistance R17 and capacitor 18 are elements of a parallel RC circuit 2, resistor 23 has resistance R23 <R17. The gain in the passband is ( one + R 17 R 23 )
Figure 00000001
(like a non-inverting amplifier).

В исходном статическом состоянии на выходе вибропреобразователя 1 нулевое напряжение, чему соответствует нулевое напряжение на выходе интегрирующей цепи 16 в любом исполнении, т.к. на первом выводе схемы 15 встречно-параллельно включенных диодов нулевое напряжение за счет включения ее в цепь отрицательной обратной связи операционного усилителя 3. На выходе операционного усилителя 3 напряжение держится на уровне прямого напряжения на встречно-параллельно включенных диодах схемы 15. Оно компенсирует падение напряжения на диоде 12, обеспечивая на его катоде и выходе интегрирующей цепи 16 нулевое напряжение. На катоде диода 13 также нулевое напряжение, как у включенного в цепь отрицательной обратной связи инвертирующего операционного усилителя (повторителя) 6 с нулевым напряжением на входе.In the initial static state, the output of the vibration transducer 1 is zero voltage, which corresponds to zero voltage at the output of the integrating circuit 16 in any design, because at the first output of the circuit 15 of the on-parallel-connected diodes, zero voltage due to its inclusion in the negative feedback circuit of the operational amplifier 3. At the output of the operational amplifier 3, the voltage is kept at the forward voltage level on the on-parallel-connected diodes of the circuit 15. It compensates for the voltage drop by diode 12, providing at its cathode and the output of the integrating circuit 16 zero voltage. The cathode of the diode 13 also has a zero voltage, as in the inverting operational amplifier (repeater) 6 included in the negative feedback circuit with zero input voltage.

При подаче переменного напряжения от вибропреобразователя 1 (см. U1 на фиг.3) начинается процесс его усиления, выделения заданной полосы, детектирования с усреднением по уровню эффективного значения при выполнении интегрирующей цепи 16 на интегрирующей RC-цепи или по уровню пикового значения при выполнении интегрирующей цепи 16 на конденсаторе 19. Схема 15 встречно-параллельно включенных диодов не искажает АЧХ полосового фильтра измерителя вибрации в целом, но обеспечивает детектирование по выходу интегрирующей цепи 16 без ошибок.When applying alternating voltage from the vibration transducer 1 (see U1 in Fig. 3), the process of amplifying it, highlighting a given band, and detecting with averaging over the level of the effective value when performing the integrating circuit 16 on the integrating RC circuit or over the peak value when performing the integrating circuit 16 on the capacitor 19. Scheme 15 counter-parallel connected diodes does not distort the frequency response of the bandpass filter of the vibration meter as a whole, but provides detection by the output of the integrating circuit 16 without errors.

АЧХ полосового фильтра, приведенная на фиг.2, подтверждает совмещение функций полосового фильтра с высоким входным сопротивлением, усиления и детектирования, совмещенных в едином устройстве. В полосе пропускания полосового фильтра от f с р н

Figure 00000002
до f с р в
Figure 00000003
(см. фиг.2) коэффициент усиления равен ( 1 + R 17 R 23 )
Figure 00000001
, как у неинвертирующего усилителя. Сопротивление согласования с вибропреобразователем 1 высокое, в полосе пропускания полосового фильтра равно сопротивлению резистора 11 (R11=5 МОм).The frequency response of the band-pass filter shown in figure 2, confirms the combination of the functions of the band-pass filter with high input impedance, amplification and detection, combined in a single device. In the passband of the bandpass filter from f from R n
Figure 00000002
before f from R at
Figure 00000003
(see figure 2) the gain is ( one + R 17 R 23 )
Figure 00000001
like a non-inverting amplifier. The coordination resistance with the vibration transducer 1 is high, in the passband of the band-pass filter is equal to the resistance of the resistor 11 (R11 = 5 MΩ).

На катодах объединенных диодов 12, 13 имеется двухполупериодное выпрямление сигналов (см. U13в на фиг.3) с ненулевым смещением (см. Uсм на фиг.3), подтверждающее функцию детекторов. На выходе интегрирующей RC-цепи 16 (точка объединения резистора 20 и конденсатора 19 на фиг.1) имеется эффективное значение (см. U16эфф=0,707·U13в на фиг.3), подтверждающее функцию линейного детектирования по уровню эффективного значения без ошибок, благодаря компенсирующей схеме 15 встречно-параллельно включенных диодов, диодам 12, 13 и неравенству величин постоянных времени зарядных и разрядных цепей. При этом с вибропреобразователя 1 (его эквивалента) подавались симметричные центрированные конденсатором 8 сигналы: синусоидальное напряжение, треугольное пилообразное напряжение, меандр, вибрация, шум. На выходе интегрирующей цепи 16, выполненной на конденсаторе 19, имеется пиковое значение (см. U16пик=U13в на фиг.3), подтверждающее функцию линейного детектирования по уровню пикового значения без ошибок, благодаря компенсирующей схеме 15 встречно-параллельно включенных диодов, диодам 12, 13. Без параллельной RC-цепи 2 схема полосового фильтра похожа на ФНЧ Саллена-Ки, но сигнал обратной связи снят не с выхода операционного усилителя 3, а с его инвертирующего входа. Это обеспечивает независимую (не изменяет частот среза, см. f с р н

Figure 00000002
, f с р в
Figure 00000003
на фиг.2) регулировку коэффициента усиления резистором 23 без изменения параметров резистивного делителя 4 и конденсаторов 9, 7 и 18 (плечи резистивного делителя 4 всегда равны, а соотношение конденсаторов 9, 7 равно 2 при любом усилении). Равенство плеч резистивного делителя 4 позволяет использовать цифровые потенциометры для регулировки верхней частоты среза (см. f с р в
Figure 00000003
на фиг.2) с помощью цифрового кода (кодоуправляемый фильтр). Конденсатор 18 параллельной RC-цепи 2 превращает его в ФНЧ третьего порядка. Вибропреобразователем 1 может быть пьезоакселерометр с нулевым смещением нуля или линейный акселерометр с ненулевым смещением нуля, конденсатор 8 разделительный, исключает постоянную составляющую с вибропреобразователя 1 и нижние частоты сигнала.At the cathodes of the combined diodes 12, 13 there is a half-wave rectification of the signals (see U13c in Fig. 3) with non-zero bias (see Ucm in Fig.3), confirming the function of the detectors. The output of the integrating RC circuit 16 (the point of combining of the resistor 20 and the capacitor 19 in Fig. 1) has an effective value (see U16eff = 0.707 · U13c in Fig. 3), confirming the linear detection function by the level of the effective value without errors, thanks circuit 15 counter-parallel connected diodes, diodes 12, 13 and the inequality of the time constants of the charging and discharge circuits. In this case, from the vibration transducer 1 (its equivalent), symmetrical signals centered by the capacitor 8 were applied: a sinusoidal voltage, a triangular sawtooth voltage, a meander, vibration, noise. At the output of the integrating circuit 16, executed on the capacitor 19, there is a peak value (see U16 peak = U13 in Fig. 3), confirming the linear detection function by the level of the peak value without errors, thanks to the compensating circuit 15 of counter-parallel connected diodes, diodes 12, 13. Without a parallel RC circuit 2, the bandpass filter circuit is similar to the Sallen-Key lowpass filter, but the feedback signal is not taken from the output of the operational amplifier 3, but from its inverting input. This provides an independent (does not change the cutoff frequencies, see f from R n
Figure 00000002
, f from R at
Figure 00000003
figure 2) adjusting the gain of the resistor 23 without changing the parameters of the resistive divider 4 and capacitors 9, 7 and 18 (the shoulders of the resistive divider 4 are always equal, and the ratio of the capacitors 9, 7 is 2 for any gain). Equal shoulders of resistive divider 4 allows the use of digital potentiometers to adjust the upper cutoff frequency (see f from R at
Figure 00000003
figure 2) using a digital code (code-controlled filter). The capacitor 18 of the parallel RC circuit 2 turns it into a third-order low-pass filter. Vibration transducer 1 may be a piezo-accelerometer with zero zero offset or a linear accelerometer with non-zero zero bias, the capacitor 8 is isolating, eliminates the constant component from vibration transducer 1 and the lower frequencies of the signal.

Первый каскад на операционном усилителе 3 выполняет функции:The first stage on the operational amplifier 3 performs the functions of:

- усиления с высоким входным сопротивлением, за счет чего Rвх=R11;- amplification with a high input resistance, due to which Rin = R11;

- полосового фильтра;- band-pass filter;

- компенсирующей цепи 15 детектора положительной полуволны сигнала (компенсируя прямое падение напряжения на диоде 12);- compensating circuit 15 of the detector of the positive half-wave signal (compensating for the direct voltage drop across the diode 12);

- согласования с резистивным делителем 5 детектора отрицательной полуволны сигнала на инвертирующем операционном усилителе 6 с детектирующим диодом 13.- coordination with the resistive divider 5 of the detector of the negative half-wave signal on the inverting operational amplifier 6 with the detecting diode 13.

На катодах диодов 13 и 12 имеется суммарное смещенное относительно уровня нуля (см. Uсм на фиг.3), двухполупериодное выпрямление амплитуд с исключенной встречно-параллельно включенными диодами схемы 15 погрешностью. При выполнении интегрирующей цепи 16 на резисторе 20 и конденсаторе 19 с помощью резистора 22 и инвертирующего входа операционного усилителя 6 осуществляется усреднение по уровню эффективного значения за счет неравенства постоянных времени при заряде конденсатора 19 и его последующем разряде. При выполнении интегрирующей цепи 16 на конденсаторе 19 осуществляется пиковое детектирование.At the cathodes of the diodes 13 and 12 there is a total bias half-wave rectification of the amplitudes offset with respect to the zero level (see Ucm in Fig. 3) with an error in the opposite-parallel connected diodes of the circuit 15. When performing the integrating circuit 16 on the resistor 20 and the capacitor 19 using the resistor 22 and the inverting input of the operational amplifier 6, averaging is performed over the level of the effective value due to the inequality of the time constants when charging the capacitor 19 and its subsequent discharge. When performing the integrating circuit 16 on the capacitor 19, peak detection is performed.

Расширенные функциональные возможности измерителя вибрации обеспечиваются дополнительно введенными элементами и связями, за счет которых совмещена известная функция неинвертирующего операционного усилителя 3 (высокое входное сопротивление и регулируемое усиление на одном операционном усилителе) с новой функцией полосового фильтра и компенсирующей цепи линейного детектора эффективных или пиковых значений. Причем крутизна спада верхних частот полосового фильтра соответствует ФНЧ третьего порядка за счет конденсатора 18 из параллельной RC-цепи 2 и конденсаторов 7, 9. Крутизна спада нижних частот полосового фильтра соответствует ФВЧ второго порядка за счет совместного действия конденсаторов 8, 24. Схема 15 встречно-параллельно включенных диодов обеспечивает интегрирующую цепь 16 нужными напряжениями, исключает потери и погрешность диода 12 и обеспечивает безошибочную работу полосового фильтра. Характеристика первого операционного усилителя 3 со схемой 15 встречно-параллельно включенных диодов противоположна характеристике диода 12, что обеспечивает компенсацию прямого падения напряжения на диоде 12. Диод 14 обеспечивает ненасыщенный режим работы операционного усилителя 6 для положительной полуволны сигнала и участвует в цепи усреднения эффективного значения. Постоянные времени зарядных и разрядных цепей линейного детектора эффективного значения не равны и подобраны таким образом, чтобы постоянная составляющая напряжения на конденсаторе 19 интегрирующей RC-цепи была равна эффективному значению. Например, для синусоидального напряжения и нормального шума отношение R 20 + R 22 R 20 = 2.5

Figure 00000004
.The expanded functionality of the vibration meter is provided by additionally introduced elements and links, due to which the well-known function of the non-inverting operational amplifier 3 (high input resistance and adjustable gain on one operational amplifier) is combined with a new function of the bandpass filter and the compensation circuit of a linear effective or peak detector. Moreover, the steepness of the decay of the upper frequencies of the band-pass filter corresponds to the third-order low-pass filter due to the capacitor 18 from the parallel RC circuit 2 and capacitors 7, 9. The steepness of the decay of the lower frequencies of the band-pass filter corresponds to the second-order high-pass filter due to the combined action of the capacitors 8, 24. parallel connected diodes provides the integrating circuit 16 with the necessary voltages, eliminates the loss and error of the diode 12 and ensures error-free operation of the band-pass filter. The characteristic of the first operational amplifier 3 with a counter-parallel-connected diode circuit 15 is opposite to that of the diode 12, which compensates for the direct voltage drop across the diode 12. The diode 14 provides an unsaturated mode of operation of the operational amplifier 6 for the positive half-wave of the signal and participates in the effective value averaging circuit. The time constants of the charging and discharge circuits of the linear detector of the effective value are not equal and are selected so that the constant component of the voltage across the capacitor 19 of the integrating RC circuit is equal to the effective value. For example, for sinusoidal voltage and normal noise, the ratio R twenty + R 22 R twenty = 2.5
Figure 00000004
.

За счет этого при градуировке на синусоидальном напряжении и последующем измерении эффективного значения треугольного напряжения, напряжения меандра, вибрации или шума погрешность будет отсутствовать. На конденсаторе 19 выделяется постоянная составляющая, равная эффективному или пиковому значению вибрации при соответствующем исполнении интегрирующей цепи 16.Due to this, when calibrating at a sinusoidal voltage and then measuring the effective value of the triangular voltage, meander voltage, vibration or noise, there will be no error. A constant component equal to the effective or peak value of vibration with the corresponding design of the integrating circuit 16 is allocated on the capacitor 19.

Испытания макета измерителя вибрации, выполненного на счетверенных операционных усилителях типа 564УД14, и моделирование измерителя вибрации в САПР Micro-Cap 7.1.0, подтвердили его работоспособность и заявленные преимущества в диапазоне рабочих температур от -40 до +50°C.Tests of the vibration meter mock-up performed on quadruple operational amplifiers of the 564UD14 type and simulation of the vibration meter in the Micro-Cap 7.1.0 CAD system confirmed its operability and claimed advantages in the operating temperature range from -40 to + 50 ° C.

Claims (3)

1. Измеритель вибрации, содержащий вибропреобразователь, параллельную RC-цепь, вход которой соединен с инвертирующим входом первого операционного усилителя, неинвертирующий вход которого соединен с первым выводом первого резистивного делителя, второй резистивный делитель, отличающийся тем, что дополнительно введены последовательная RC-цепь, второй операционный усилитель, первый, второй и третий конденсаторы, резистор, первый, второй и третий диоды, схема встречно-параллельно включенных диодов, интегрирующая цепь, общий вывод которой соединен с общей шиной, которая соединена с неинвертирующим входом второго операционного усилителя, через последовательную RC-цепь с инвертирующим входом первого операционного усилителя, через первый конденсатор с первым выводом первого резистивного делителя, через резистор со вторым выводом первого резистивного делителя и с первым выводом вибропреобразователя, второй вывод которого через второй конденсатор соединен со вторым выводом первого резистивного делителя, средняя точка которого через третий конденсатор соединена с входом параллельной RC-цепи, выход которой соединен с первыми выводами второго резистивного делителя и схемы встречно-параллельно включенных диодов, второй вывод которой соединен с выходом первого операционного усилителя и с анодом первого диода, катод которого соединен с входом интегрирующей цепи, вторым выводом второго резистивного делителя и катодом второго диода, анод которого соединен с катодом третьего диода и выходом второго операционного усилителя, инвертирующий вход которого соединен с анодом третьего диода и средней точкой второго резистивного делителя.1. A vibration meter containing a vibration transducer parallel to the RC circuit, the input of which is connected to the inverting input of the first operational amplifier, the non-inverting input of which is connected to the first output of the first resistive divider, the second resistive divider, characterized in that the serial RC circuit is additionally introduced, the second operational amplifier, first, second and third capacitors, resistor, first, second and third diodes, a circuit of counter-parallel connected diodes, an integrating circuit, the common output of which is dinene with a common bus, which is connected to the non-inverting input of the second operational amplifier, through a serial RC circuit with an inverting input of the first operational amplifier, through the first capacitor with the first output of the first resistive divider, through the resistor with the second output of the first resistive divider and with the first output of the vibration transducer, the second terminal of which through the second capacitor is connected to the second terminal of the first resistive divider, the midpoint of which through the third capacitor is connected to the steam input allelic RC-circuit, the output of which is connected to the first terminals of the second resistive divider and the counter-parallel diode circuit, the second terminal of which is connected to the output of the first operational amplifier and the anode of the first diode, the cathode of which is connected to the input of the integrating circuit, the second terminal of the second resistive divider and the cathode of the second diode, the anode of which is connected to the cathode of the third diode and the output of the second operational amplifier, the inverting input of which is connected to the anode of the third diode and the midpoint of the second cut a stylish divider. 2. Измеритель вибрации по п.1, отличающийся тем, что интегрирующая цепь выполнена на RC-цепи.2. The vibration meter according to claim 1, characterized in that the integrating circuit is made on an RC circuit. 3. Измеритель вибрации по п.1, отличающийся тем, что интегрирующая цепь выполнена на конденсаторе. 3. The vibration meter according to claim 1, characterized in that the integrating circuit is made on a capacitor.
RU2013125848/28A 2013-06-04 2013-06-04 Vibration meter RU2536097C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013125848/28A RU2536097C1 (en) 2013-06-04 2013-06-04 Vibration meter

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013125848/28A RU2536097C1 (en) 2013-06-04 2013-06-04 Vibration meter

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2013125848A RU2013125848A (en) 2014-12-10
RU2536097C1 true RU2536097C1 (en) 2014-12-20

Family

ID=53286243

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2013125848/28A RU2536097C1 (en) 2013-06-04 2013-06-04 Vibration meter

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2536097C1 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2705747C1 (en) * 2018-08-07 2019-11-11 Акционерное общество "Вибро-прибор" Complex of devices for measuring parameters of mechanical oscillations of high-temperature objects
RU2754243C1 (en) * 2020-12-09 2021-08-30 Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом") Vibration meter
RU2771980C1 (en) * 2021-11-19 2022-05-16 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Донской государственный технический университет" (ДГТУ) Low-pass filter of the sallen-key family with independent tuning of main parameters

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1767377A1 (en) * 1990-09-19 1992-10-07 Хабаровский институт инженеров железнодорожного транспорта Device for roller bearing diagnostics
WO1995005584A2 (en) * 1993-08-11 1995-02-23 Bently Nevada Corporation Two-wire constant current powered transducer
RU2098777C1 (en) * 1995-09-29 1997-12-10 Товарищество с ограниченной ответственностью Фирма "ДИАМЕХ" Microprocessor vibration meter
RU2125716C1 (en) * 1997-02-26 1999-01-27 Волгоградский государственный технический университет Gear for vibroacoustic diagnostics of machines
RU2146806C1 (en) * 1999-05-21 2000-03-20 Брехов Роман Сергеевич Gear to measure vibration displacement
US7870786B2 (en) * 2006-11-10 2011-01-18 Seiko Epson Corporation Detection device, sensor, and electronic instrument

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1767377A1 (en) * 1990-09-19 1992-10-07 Хабаровский институт инженеров железнодорожного транспорта Device for roller bearing diagnostics
WO1995005584A2 (en) * 1993-08-11 1995-02-23 Bently Nevada Corporation Two-wire constant current powered transducer
RU2098777C1 (en) * 1995-09-29 1997-12-10 Товарищество с ограниченной ответственностью Фирма "ДИАМЕХ" Microprocessor vibration meter
RU2125716C1 (en) * 1997-02-26 1999-01-27 Волгоградский государственный технический университет Gear for vibroacoustic diagnostics of machines
RU2146806C1 (en) * 1999-05-21 2000-03-20 Брехов Роман Сергеевич Gear to measure vibration displacement
US7870786B2 (en) * 2006-11-10 2011-01-18 Seiko Epson Corporation Detection device, sensor, and electronic instrument

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2705747C1 (en) * 2018-08-07 2019-11-11 Акционерное общество "Вибро-прибор" Complex of devices for measuring parameters of mechanical oscillations of high-temperature objects
RU2754243C1 (en) * 2020-12-09 2021-08-30 Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом") Vibration meter
RU2783752C1 (en) * 2021-09-27 2022-11-16 Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом") Vibration meter
RU2771980C1 (en) * 2021-11-19 2022-05-16 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Донской государственный технический университет" (ДГТУ) Low-pass filter of the sallen-key family with independent tuning of main parameters
RU2771979C1 (en) * 2021-11-19 2022-05-16 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Донской государственный технический университет" (ДГТУ) Sallen-key class band filter with independent tuning of main parameters
RU2774806C1 (en) * 2021-11-22 2022-06-23 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Донской государственный технический университет" (ДГТУ) Band filter of the sallen-key family
RU2772316C1 (en) * 2021-11-23 2022-05-18 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Донской государственный технический университет" (ДГТУ) Sallen-key family band-pass filter with independent tuning of main parameters
RU2784375C1 (en) * 2022-03-04 2022-11-24 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Донской государственный технический университет" (ДГТУ) Sallen-key subclass low-pass filter with independent tuning of main parameters

Also Published As

Publication number Publication date
RU2013125848A (en) 2014-12-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2536097C1 (en) Vibration meter
US3602819A (en) Sensitivity or noise level measurement circuit and method
EP2131203A2 (en) Method for the precise measurement of dependency on amplitude and phase of a plurality of high frequency signals and device for carrying out said method
RU2783752C1 (en) Vibration meter
CN115436694A (en) Voltage measurement method, system, electronic device and non-volatile storage medium
RU2460081C2 (en) Multichannel null radiometer
Sen et al. An arbitrary power-law device based on operational transconductance amplifiers
RU2522827C2 (en) Device to meter harmonic distortions of electric signal and its derivatives at high noise immunity
CN111751611A (en) Weak current measuring system
RU2754243C1 (en) Vibration meter
CN105988045B (en) Calibration circuit in lateral logging instrument
JP2587970B2 (en) Impedance measuring device
RU2310872C2 (en) Method for determining parameters of multi-element bipolar circuits
RU131539U1 (en) AMPLITUDE DETECTOR
US2895105A (en) Peak reading voltmeter
RU2333592C2 (en) Method of ensuring amplifier frequency distortion tolerance and device to this effect
JP5851316B2 (en) Voltage detector
RU2615014C1 (en) Apparatus for measuring parameters of multi-element rlc two-terminal networks
RU2517698C1 (en) Broadband attenuator for high-speed analogue and analogue-digital interfaces
RU2718210C1 (en) Active low-pass rc-filter with single element pole frequency tuning on differential and multi-differential operational amplifiers
KR101948715B1 (en) System and method of simultaneous measurement of direct current and electric noise of semiconductor/metal
RU2698488C1 (en) Zero radiometer
SU1413556A1 (en) Device for measuring signal-to-noise ratio of radio receiver
SU603129A1 (en) Arrangement for measuring overload threshold communication channels
Sotner et al. Fractional-Order Asymptotical Phase Shifter with Flat Magnitude Response