SU1210100A1 - Устройство дл измерени нестабильности частоты вращени вала - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к измерительной технике, может быть использовано дл  измерени  неравномерности вращени  вала, например, в аппаратах магнитной записи, и позвол ет попы-. Г 1 сить точность и расширить частотный диапазон измерени -. Дл  этого генератор 10 высокой частоты выполнен управл емым . Частотный детектор 13 дл  уменьшени  нелинейных искажений может быть выполнен по схеме частотного детектора с обратной св зью. На вход фазового детектора 19 подаютс  сигналы, пропорциональный мгновенной частоте вращени  и пропорциональный средней частоте вращени . После их сравнени  на вьссоде фазового детектора 19 формируетс  сигнал, пропорциональный отклонению мгновенной частоты вращени  от ее среднего значени , которьй подаетс  на второй вход блока 22 вычислени , а на первый вход блока 22 - сигнал с выхода схемы 16 выделени  модул  сигнала и усреднени , который пропорционален средней частоте вращени  вала. Отношение указанных сигналов определ ет величину нестабильности частоты вращени  вала, котора  вычисл етс  -в блоке 22. 3 ил. i (f) с КчЭ Wia 1

Description

1

Изобретение относитс  к измерительной технике и может быть использовано дл  измерени  неравномерности вращени  вала, например, в аппаратах магнитной записи.

Цель изобретени  - повьшение точности и расширение частотного диапазона измерени .

На фиг. 1 изображена функциональна  схема устройства; на фиг. 1 - конструкци  преобразовател  угла поворота; на фиг. 3 - эпюры действующи сигналов.

Устройство содержит преобразователь 1 угла поворота, включающий диск 2, жестко закрепленный, например , с помощью цангового зажима.3 на исследуемом валу 4, между двум  катушками 5 индуктивности тороидальной формы в зазоре их магнитопрово- доз с возможностью свободного вращени  на валу 4. Катушки 5 индуктивности включены последовате;7ьно-вст- речно и жестко скреплены между собой держателем 6. На плоскости диска 2 на площади, ограниченной двум  окружност ми разных диаметров 7 и 8, выбираемых из соотношени 

(0,80j..,,0,95)D, d.-(0,55,,..,0,75)D,

где d, - диаметр большой окружности 7;

dg - диаметр меньшей окружности 8;

D - диаметр диска 2, причем центр большей окружности 7 совпадает с осью вращени  диска 2, а центр меньшей окружности 8 смещен относительно оси на величину

d I - ds

нанесен слой 9 ферромагнитного ма- т.триала, например никел .

Упг авл емый генератор 10 высокой частоты сострит из генератора 11 вы- сской частоты и согласующего полосового усилител  12. Генератор 11 высокой частоты может быть выполнен по скеме емкостей трехточки, например, на транзисторе ГТ313Б.При этом индуктивность катушек 5 включена непосредственно в резонансный ко.нтур генератора 11 высокой частоты. Согласующий полосовой усилитель 12 может быть собран, например, на тран02

зисторах ГГ313Б и ПС311Б. Частотный детектор 13 дл  уменьшени  нелинейных искажений может быть выполнен на транзисторах КП305Д по схеме частот- .

ного детектора с обратной св зью. Интегратор 14 выполнен на двух микросхемах - операционных усилител х типа К140УД8А. Управл емый генератор 15.низкой частоты содержит схему 16

выделени  модул  сигнала и усреднени , котора  собрана по известной схеме, и преобразователь 17 напр жение - частота, который может быть выполнен на операционном усилителе

типа К140УД8А по известной схеме. Фазометр 18 содержит фазовый детектор 19, фильтр 20 низкой частоты и индикатор 21. Фазовый детектор 19 выполнен на базе интегрального перем ножител  К525ПС1 по известной схеме. Фильтр 20 низкой частоты можно, например , выполнить на базе операционного усилител  К140УД8А по известной ; сх.еме. В качестве индикатора 21 может быть применен цифровой универсаль- ный вольтметр, например, В7-23. В качестве блока 22 вычислени  нестабильной частоты можно использовать ЭВМ, например микро-ЭЗМ Электроника-бОМ.

В качестве регистрирующего прибора 23 можно применить, например, свето- гучевок осциллограф типа Н-117.

Устройство работает слез|у1ощим образом.

Диск 2 с помощью цангового зажима 3 устанавливаетс  на исследуемый вал 4 так, чтобы катупжи 5 индуктивности были расположены симметрично относительно диска 2.

Поскольку частоты колебаний генератора 11 высокой частоты совпадает с резонансной частотой контура «о s можно считать, что 1

S

где L - индуктивность контура;

С - емкость.

При изменении индуктивности контура на величину fiL(t) соответствую- 50 щае изменение частоты определ етс  из выражени 

1

0)„Ч- ДО) (t)

+ bL(t) с

55 В предложенной конструкции преобразовател  1 угла поворота изменение индуктивности uL(t) составл ет еди- ш-пдьз процентов.

В этом случае справедливо соотношение

4to (t)

1

uL(t)

W,

или

A«(t) -К uL(t),

где К - коэффициент пропорциональности .

Таким образом, при малых относительных изменени х величины л со (t) и U L(t) св заны линейной зависимостью . Знак минус показывает, что положительному приращению индуктив- нести л L(t) соответствует отрицательное приращение частоты &W (t).

При вращении диска 2 в зазорах магнитопроводов катушек 5 индуктивности происходит периодическое изменение площади ферромагнитного материала В, нанесенного на плоскость диска 2 и пронизываемого магнитным потоком катушек 5 индуктивности. При этом происходит изменение суммарной индуктивности катушек 5 по закону (фиг. За)

L(t) LO + LQ cos 2 Qt,

где L - амплитуда колебани  суммарной индуктивности} W - частота вращени  вала 4. Поскольку катушки.5 включены в резонансный контур генератора 11 высокой частоты, то управление частотой его колебаний осуществл етс  пр мым изменением индуктивности контура , что приводит к изменению частоты настройки контура и, следовательно , частоты генератора 11 высокой частотьг. Таким образом осуществл етс  частотна  модул ци  напр жени  генератора 11 высокой частоты. Изменение частоты генератора 11 высокой частоты определ етс  выражением

со (t) ы, + ы„соб 2cot,

2 п f - средн   частота коле2ы

Wr

бани  (в отсутствие

модул ции); -частота модул ции; - девиаци  частоты.

Значение напр жени  на выходе ге50 средней частотой вращени  вала. Таки образом, на входы фазового детектора 19 подаютс  сигнал, пропорциональ ный мгновенной частоте вращени , и сигнал, пропорциональный средней час

нератора 11 высокой частоты (фиг. 36) 55 тоте вращени . После сравнени  укаопредел етс  вьфажением U(t)UoSin («ot +

- sin 2 G) t)

Согласующий полосовой усилитель 12 настроен на среднюю частоту колебаний Щд и усиливает сигнал до величины , необходимой дл  работы частотного детектора 13. В последнем осуществл етс  детектирование частотно-модулированного сигнала, в результате чего сигнал на его выходе (t) измен етс  с частотой модулирующего колебани , т.е. с частотой вращени  вала (фиг. Зв). Далее этот сигнал поступает на интегратор 14 и фазометр 18. Поскольку на интегратор 14 поступает периодический

сигнал без посто нной составл ющей, то амплитуда сигнала на его выходе Uy.(t) обратно пропорциональна частоте вращени  вала в соответствии с амплитудно-частотной характеристикой интегратора 14. Этот сигнал содержит информацию как о средней час- тоте вращени  вала (в виде несущей частоты), так и информацию о нестабильности частоты вращени 

(фиг. Зг) в виде функций,.модулирующих несущую частоту.

Схема 16 выделени  модул  сигнала -.производит выделение модул  сигнала U(t) и его усреднение (фиг. Зд). Причем посто нна  времени осреднени  выбрана таким образом , чтобы она была больше, чем пе- |риод низшего колебани , подлежащего исследованию, т.е. t 5с. ,Это позвол ет осредн ть как. низкочастотные, так и высокочастотные колебани  мгновенной частоты вращени  и формировать электрический эталон средней частоты вращени , относительно которого определ ютс  колебани  мпновенной частоты вращени  с высокой точностью. Полученное с выхода схемы 16 выделени  абсолютного значени  и усреднени  напр жение Ufg (t) (фиг. Зд) подаетс  на

вход преобразовател  17 напр жение - частота. На выходе последнего формируетс  гармонический сигнал с частотой , обратно пропорциональной управл ющему напр жению, т.е. с удвоенной

средней частотой вращени  вала. Таким образом, на входы фазового детектора 19 подаютс  сигнал, пропорциональный мгновенной частоте вращени , и сигнал, пропорциональный средней частоте вращени . После сравнени  указанных сигналов на выходе фазового детектора фор1 шруетс  сигнал, про- г:ог;Ц - ональньй отклонению мгновенной .

частоты вращени  от ее среднего значени , который подаетс  на второй вход блока 22 .вычислени . На первый вход блока 22 вычислени  подаетс  сигнал с выхода схемы 16 выделени  модул  сигнала и усреднени  который пропорционален средней частоте вращени  вала. Отношение указанных сигналов и определ ет величину нестабил ности частоты вращени  вала, котора  вычисл етс  в блоке 22 вычислени ,

Блок 22 вычислени  .производит также разложение сигнала нестабильности мгновенной частоты вращени  на гар- мон ические составл ющие р да Фурье, вычисление амплитуды и частоты гармонических составл ющих и суммарной нестабильности частоты вращени . Результаты вычислени  регистрируютс  на многоканальном регистрирующем приборе 23.

Формул а изобретени 

Устройство дл  измерени  неста- бильности частоты вращени  вала, содержащее преобразователь угла поворота , фазометр и блок регистрации, о т личающеес  тем, что, с целью повь:шени -ТОЧНОСТИ и расшире- ии  частотного диапазона измерени , в него введены последовательно соединенные управл емый генератор высокой частоты, частотный детектор,, интегратор, управл емый генератор низкой частоты и блок вычислени 

нестабильности частоты, причем второй выход управл емого генератора низкой частоты соединен с первым входом фазометра, выход которого соединен с вторым входом блока вычислени  нестабильности частоты, соединенного выходом с блоком регистраци а преобразователь угла поворота выполнен в виде диска с нанесенными на него слоем ферромагнитного материала и двум  катушками индуктивности тороидальной формы, причем диск жестко закреплен на исследуемом г валу и установлен симметрично катущками индуктивности тороидальной формы в зазоре их магнитопрово- дов с возможностью вращени , при этом, катушки индуктивности скреплены между собой, соединены последовательно-встречно и подключены к входу управл емого генератора высокой частоты, а слой ферромагнитного материала нанесен на площади диска, ограниченной двум  окружност ми разных диаметров, выбираемых н з соотношени 

d, (0,80,o.,.0,95)D, - . d (0,55....0,75)i3,

где D - диаметр диска, причем центр большей окружности совпадает с осью вращени  диска, а центр меньшей смещен относительно оси на величину ()/2.

tffut.l

а

L

/

д 1б(}

.

Фиг.З

Редактор А, Козориз

Заказ 513/53Тираж 778Подписное

ВНИИПИ Государственного Комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушска  наб,, д. 4/5

Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектна , 4

Составитель А. Астахов

Техред Т.Тулик Корректор Л. Патай

Claims (1)

1. Формул а изобретения

   Устройство для измерения нестабильности частоты вращения вала, содержащее преобразователь угла поворота, фазометр и блок регистрации, о т· личающееся тем, что, с целью повышения точности и расширения частотного диапазона измерения, в него введены последовательно соединенные управляемый генератор высокой частоты, частотный детектор, интегратор, управляемый генератор низкой частоты и блок вычисления

   1210100 6 нестабильности частоты, причем второй выход управляемого генератора низкой частоты соединен с первым входом фазометра, выход которого _г соединен с вторым входом блока_ вычисления нестабильности частоты, соединенного выходом с блоком регистрации, а преобразователь угла поворота выполнен в виде диска с нанесенными на 10 него слоем ферромагнитного материала и двумя катушками индуктивности тороидальной формы, причем диск . жестко закреплен на исследуемом валу и установлен симметрично между ₁₅ катушками индуктивности тороидальной формы в зазоре их магнитопроводов с возможностью вращения, при этом, катушки индуктивности скреплены между собой, соединены последо20 вательно-встречно и подключены к входу управляемого генератора высокой частоты, а слой ферромагнитного материала нанесен на площади диска, ограниченной двумя окружностями 25 разных диаметров, выбираемых я'З соотношения =(0,80,o...0,95)D, =(0,55.„..0,75>D,

   - диаметр диска, центр большей окружности совпадает с осью йращения диска, а центр меньшей смещен относитель-. но оси на величину (d₄-d₂)/2.

   ^d1 ^d2 где D причем

   Vhit.Z фиг. J