SU1265620A1 - Виброизмерительное устройство - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к измерению параметров движени , в частности к измерител м вибраций в стендовых и натурных испытани х машин и механизмов . Целью изобретени   вл етс  повьичеиие точности измерени  ускорений . 1}лок электронных узлов состоит из микропроцессора 14, входы которого соединены соответственно с выходам1г таймера 15, аналого-цифрового преобразовател  16, соединенного с датчиком смещени 3, и датчика тем

Description

(Л

с

to

О)

ел

а

1C

о

пературы 17. Выходы микропроцессора 14 соединены с входами блока индикации 18 и усилител  19, .соединенного с катушкой 9. Результат измерени  считываетс  ; индикатора 5, где он может быть представлен совместно с меткой, указывающей на характер индицируемой информации. Вькодные характеристики устройства определ ютс  применением подвеса с нулевой жесткостью , в результате чего резонансИзобретение относитс  к измерению параметров движени , в частности, к измерител м параметров вибраций, предназначенных дл  стендовых и натурных испытаний различных машин и механизмов.

Цель изобретени  - повьшение точности измерени  ускорений путем расширени  амплитудно-частотного диапазона и уменьв1ени  фазочастотных иска жений.

На фиг. 1 и 2 представлена упрощенна  конструкци  виброизмерительногр устройства; на фиг. 3 - структурна  схема блока электронных узлов на фиг. 4 - конструкци  магиитодиодного датчика смещени  с профилированной магнитной системой; на фиг. 5 датчик с магнитной линейкой и магнитной головкой; на фиг. 6 - график зависимости выходного сигнала на магнитодиоде , от величины зазора между диодом и магнитом дл  магнитодиода /типа КД 301 в режиме питани  от ге; нератора тока 1,6 мА и форм образуюI щей полюсных наконечников магнитодиодного датчика смещени ; на фиг.7 силова  характеристика магнитной пружины виброизмерительного устройства ...

Виброизмер тельнре устройство (фиг. 1 и 2) содержит корпус 1 и инерционный элемент на магнитной пружине, установленной на направл ющих 2 с помощью пьезокерамических виброподиитников, возбуждаемых от генератора высокой частоты, а также цепь преобразовани  перемещений инерционного элемента в электрина  частота исключаетс , нет необходимости в демпфировании, что расшир ет амплитудно-частотный диапазон и снижает фазочастотные искажени . Устройство определ ет вибросмещени , остальные параметры определ ютс  математической обработкой результата . Представлены конструктивные особенности выполнени  датчика смещени . 2 з.п. ф-лы, 7 ил;

}ческий сигнал, включающую датчик

3смещени  (фиг. 3). Инерционный элемент образован блоком 4 электронных узлов с индикатором 5, опорными пластинами 6, магнитом 7

с полюсным наконечником 8 и катушкой 9, которые вместе с ферромагнитными пластинами 10, имеющими гиперболические вырезы выпуклостью внутрь пластин и закрепленными на П-образном кронштейне 11, образуют магнитную пружину, жесткость которой равна нулю. На onopiaix пластинах 6 установлены пьезоекрамические диски 12 с втулками 13, которые вместе с направл ющими 2 образуют виброподшипники пр молинейного движени . Блок 4 электронных узлов состоит из. микропроцессора 14 (фиг.З), выхойы которого соединены с выходами таймера 15, анапого-ц11фрового преобразовател  16, соединенного с датчиком 3 смещени , и датчика t7 температуры. Выходы микропроцессора 14 соединены с входа м блока 18 индикации и усилителем 19, соединенным с катушкой 9. Блок

Claims (3)

1. 4электронных узлов содержит также генератор высокой частоты дл  возбуждени  пьезокерамических дисков 12, причем втулки 13 установлены на пьезокерамических дисках на общей на- правл кщей 2. Запитка блока 4 осуществл етс  от аккумул тора или батарей , размещенных в инерционном элементе , или через электрический кабель , проход щий через отверстие в корпусе. Результаты измерени  считываютс  с индикатора 5, где они могут быть представлены, например, совместно с меткой, указывающей на характе индицируемой информации. Датчик 3 вибросмещени  может быт вьшолнен различным образом. Датчик 3 Бибросмещений может содержать магнит 20 с полюсными наконечниками 21 (фиг.4), закрепленными на корпусе устройства 1, и магнитодиод 22, закрепленный на инерционно элементе с возможностью перемещени  в зазоре полюсных наконечников 21, имеющих наклонные пр молинейные образующие . Образугацие полюсных наконечников 21 могут иметь форму, повтор ющую форму характеристики магни точувствительности магнитодиода 22 (фиг. 6) - приращение смещени . Датчик 3 вибросмещени  может со- дер сать .магнитную линейку 23 с равными участками встречной намагниченности (до 200 участков),закрепленную в корпусе 1, и магнитную головку 24, установленную на инерционном элементе , причем магнитна  головка 24 может содержать магннтопровод 25. Датчик 3 вибросмещени  может быть выполнен фотоэлектрическим и содержать полупрозрачную линейку с плавноизмен  сщейс  оптической плотностью вдоль оси, закрепленную на корпусе 1, и оптронную пару, закрепленную на инерционном элементе, в зазоре которого размещена линейка. Последн   может быть выполнена прозрачной , но с поперечными непрозрачными штрихами. Аналого-цифровой преобразователь 16 преобразует напр жение , снимаемое с датчика 3 смещени  в цифровую форму. Датчик 17 температуры представл ет собой, например, терморезистор, расположенный вблизи магнитодио5а 22. Блок 18 индикации представл ет собой устройство, управ л ющее работой индикатора 5, в виде например, шкросхемы; а индикатор может быть жидкокристаллическим. Микропроцессор имеет три информационных входа, один аналоговый и один цифровой выходы. Система 19 автоматической регулировки, в частности, может представл ть собой усилитель низкой частоты, в том числе повторитель , например эмиттерньш. Генератор высокой частоты должен иметь частоту рапную частоте собственных колебаний пьезркерамических виброподшипников. Виброизмерительное устройство работает следующим образом. При отсутствии вибрации положение инерционного элемента произвольное по отношеншо к корпусу 1. Когда корпус 1 прибора, жестко закрепленный на исследуемом объекте, совершает колебательное движение, ннерционньш элемент остаетс  неподвижным, скольз  в виброподшшниках по направл ющим 2, при этом с датчика 3 снимаетс  сигнал вибросмащени . Измерени  производ тс  циклически. Цикл состоит из следующих этапов. 1. Сигналом с микропроцессора включаетс  система 19 азтоматической регулировки, подакща  сигнал на катушку 9. Благодар  действию катушки 9 измен етс  намагниченность магнитной системы MariHiT 7 - полюсный наконечник 8 - нижнеопорна  пластина 6. В исходном состо нии силова  характеристика магнитной пружины, приведенной в конструкции, имеет участок с нулевой жесткостью, т.е. горизонтальный участок на силовой характеристике (рис.7). Величина, усили  F на этом участке определ етс  зазором между пластиной 10 и магнитной системой , размерам полюсов 8, намагниченностью магнита 7 и некоторыми ДРУГИМ параметрами. Наличие же самого горизонтального участка определ етс  только формой выреза на пластине 10, которьй при малом рассто нии между полюсными наконечниками об зательно должен быть гиперболическим . Так как верх и низ пластин 10 имеют горизонтальньй срез, на силовой характеристике пружины (фиг.7) образовались два пика - справа и слева. Эти пики играют роль очень гибких и неизнашивающихс  магнитных упоров. Упоры предохран ют инерционньш элемент от ударов о корпус при перегрузках. Таким образом, изменение намагниченности магнита 7 от действи  катушки 9 приводит к изменению грузоподъемности F магнитной пружины , в результате чего инерционньи1 элемент начинает ускоренно-колебательно перемещатьс  к заданному заранее среднему положению. В качестве сигнала рассогласовани  может служить посто нна  составл юща  сигнала с датчика 3 смещени . Когда величина этой составл ющей достигает значени , соответствующего колебани м инерционного элемента около среднего положени  в корпусе прибора, цикл авторегулировки прекращаетс , система автоматической регулировки выключаетс , и величина подмагничивани  катушки 9 фиксируетс  на полученном уровне,при этом фиксируетс  и значение F,,. Прибор может быть установлен наклонно. Процесс установки инерционного элемента в среднее положение протекает аналогично при тех же элементах. Если угол наклона от вертикали б.ольшой (вплоть до горизонтального положени  оси чувствительного прибора), то кронштейн 11 с пластинами 10 может быть удален, а на его место установлен другой, пластины 10 которого имеют меньшую магнитную проницаемость и (или) больший зазор с магнитной системой. В этом случае диапазон изменени  грузоподъемности Fe пружины смещаетс  вниз, что позвол ет обойтись системой 19 автоматической регулировки с меньшим диапазоном регулировки. Дл  горизонтального положени  оси чувствительности прибора пластины 10 могут иметь, например , треуголыгую форму, как показано на фиг. 2 штриховой линией. 2. В течение 1-2-х периодов колебани  прибора фиксируютс  основные параметры кoлeбaтeJlьнoгo процес са. Поскольку жесткость магнитной пружины нулева  - собственна  часто та колебаний инерционного элемента равна нулю. Врем  измерени  практически не превышает нескольких секун поэтому инерционный элемент не успе вает заметно отклонитьс  от среднего положени  за счет случайных возмущений . Это, а также отсутствие демпфировани , делает амплитудночастотную и фазочастотную характеристики виброизмерительного прибора строго горизонтальными на всем частотном диапазоне, т.е. соответствую щие искажени  минимальны. С исследуемым объектом колеблютс  только . корпус 1 и закрепленные на нем ферромагнитные пластины 10. П-образный кронштейн 11, направл ющие 12 и соответствугадие элементы датчиков 3 смещени  и их деформации на высоких частотах не отражаютс  на показани  прибор.а, поскольку они св заны с инерционным элементом только силой магнитного взаимодействи . Масса же Колеблющихс  элементов датчика 3 см . ени  незначительна, и они практиески не подвержены вибродеформацим и вибростарению. Таким образом, частотный диапазон иброизмерительного прибора имеет ысокий предел и б сторону высоких астот. То, что основна  масса уст- ойства заключена в инерционном элеенте , обеспечивает малое искажение, вносимое устройством в саму исследумую цепь, поскольку амплитуду и частоту колебаний исследуемого объекта измен ет только масса устройства, естко соединенна  с ним. 3. Измеренные параметры колебательного процесса - частота и форма колебани  - обрабатываютс  микропроцессором . В частности, определ ютс  амплитуды виброускорений, виброскорости и т.п. По определенной программе , например, с небольшим интервалом времени все эти величины вывод тс  на индикатор 5. Выходные характеристики устройства полностью определ ютс  применением подвеса t нулевой жесткостью, в результате чего резонансна  частота исключаемс , отпадает необходимость в демпфировании, что и расшир ет амплитудно-частотный диапазон и снижает фазочастотные искажени . . Устройство определ ет только вибросмещени . Остальные параметры опре дел ютс  математической обработкой полученного результата. Программа работы устройства заноситс  в пам ть микропроцессора 14. Формула изобретени  1. Виброизмерительное устройство, содержащее корпус, в котором размещен инерционный элемент на магнитной пружине, установленный на направл ющих посредством пьезокерамических виброподшипников с пьёзокерамическими дисками и втулками, подключенных к генератору высокой частоты, и преобразовательную цепь, состо щую из датчика смещений, микропроцессора и блока индикации. Отличающеес  тем, что, с целью повышени  точности измерени , в него введеш 1 установленный в корпусе П-образный кронштейн, охватывающий инерционный элемент и несущий на своих концах две ферромагнитные пластины с вырезами гиперболической формы, а также опорные пластины, магнит с полюсными наконечниками и катушка, перекрываемые ферромагнитными пластинами , установленные на инерционном элементе и образук цие совместно магнитную пружину нулевой жесткости, датчик температуры, таймер, аналогоцифровой преобразователь, подключенные к информационным входам микропро цессора, и усилитель, подключенный к аналоговому выходу микропроцессора, причем вход анолого-цифрового преобразовател  подключен к датчику смещений , цифровой выход микропроцессора - к входу блока индикации, а катушка подсоединена к выходу усилител , при этом датчик температуры, тай мер, аналого-цифровой преобразователь , микропроцессор, усилитель. блок индикации и генератор высокой частоты установлены на инерционном элементе, а пьезокерамические диски с втулками - на опорных пластинах.
2. 2.Устройство ПОП.1, отличаю щ е е с   тем, что датчик смещений содержит магнит с полюсными наконечниками , закрепленный на корпусе устройства, и магнитодиод, закрепленный на инерционном элементе с позможностью перемещени  в зазоре полюсных наконечников.
3. 3.Устройство по П.1, о т л и ч.аю щ е е с   тем, что датчик смещений содержит магнитную линейку с равными участками встречной намагниченности, закрепленную на корпусе, и магнитную , головку, установленную на инерционном элементе.