SU1753295A1 - Vibration measuring method - Google Patents

Vibration measuring method Download PDF

Info

Publication number
SU1753295A1
SU1753295A1 SU904781809A SU4781809A SU1753295A1 SU 1753295 A1 SU1753295 A1 SU 1753295A1 SU 904781809 A SU904781809 A SU 904781809A SU 4781809 A SU4781809 A SU 4781809A SU 1753295 A1 SU1753295 A1 SU 1753295A1
Authority
SU
USSR - Soviet Union
Prior art keywords
signal
measuring
ati
acoustic wave
account
Prior art date
Application number
SU904781809A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Альмантас Вацловович Мозурас
Казимерас Миколович Рагульскис
Original Assignee
Каунасский Политехнический Институт
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 Каунасский Политехнический Институт filed Critical Каунасский Политехнический Институт
Priority to SU904781809A priority Critical patent/SU1753295A1/en
Application granted granted Critical
Publication of SU1753295A1 publication Critical patent/SU1753295A1/en

Links

Landscapes

  • Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)

Abstract

Изобретение относитс  к измерительной технике и может быть использовано дл  измерени  параметров механических колебаний с помощью акустических волн. Цель изобретени  - повышение точности путем учета нелинейности, возникающей при частотной модул ции акустической волны при отражении. При реализации способа вибрирующего объекта принимают отраженную волну, дифференцируют по времени сдвиг частоты, по характерным интервалам времени , измеренным между экстремальными значени ми продифференцированного сигнала с учетом выведенных рабочих соотношений , суд т об амплитуде механических колебаний, 1 ил.The invention relates to a measurement technique and can be used to measure mechanical vibration parameters using acoustic waves. The purpose of the invention is to improve the accuracy by taking into account the nonlinearity that occurs when the frequency modulation of an acoustic wave during reflection. When implementing the method of a vibrating object, a reflected wave is received, a frequency shift is differentiated by time, according to characteristic time intervals, measured between extreme values of a differentiated signal, taking into account the derived working relationships, judging the amplitude of mechanical vibrations, 1 sig.

Description

Изобретение относитс  к измерительной технике и может быть использовано дл  измерени  параметров механических колебаний с помощью акустических волн.The invention relates to a measurement technique and can be used to measure mechanical vibration parameters using acoustic waves.

Известен способ измерени  параметров движени  с помощью излучаемой и отраженной акустических волн, определ ющий скорость движени  объекта по доплеровскому сдвигу частоты. При этом считаетс , что до- плеровский сдвиг частоты Af пропорционален скорости v движени  объекта:There is a method for measuring the motion parameters using radiated and reflected acoustic waves, which determines the velocity of an object in terms of the Doppler frequency shift. Here, it is considered that the Doppler frequency shift Af is proportional to the velocity v of the movement of the object:

Af 2f0v/c,Af 2f0v / c,

ельвано ских олн.Yelvano yns.

тров женкорокому о до- она (Dto the woman about the dog (D

Сравнива  формулы (2) и (1), видно, что при расчете скорости v по формуле (1) сталкиваютс  с погрешностью измерени . Это  вл етс  недостатком способа. Кроме того, в дЗнном способе дл  определени  v нужно дополнительно измер ть частоту fo, так как она входит в рабочее выражение (1).Comparing formulas (2) and (1), it can be seen that when calculating the velocity v by formula (1), one encounters a measurement error. This is a disadvantage of the method. In addition, in the definition method, to determine v, the frequency fo must be additionally measured, since it is included in the working expression (1).

Наиболее близким к предлагаемому  вл етс  способ измерени  амплитуды х0 механических колебаний объекта по доплеровскому сдвигу частоты акустической падающей и отраженной волны. Если вибраци  объекта гармоническа , тогда виброскорость измен етс  по законуThe closest to the present invention is a method for measuring the amplitude x0 of mechanical vibrations of an object from the Doppler shift of the frequency of the acoustic incident and reflected waves. If the vibration of the object is harmonic, then the vibration velocity changes according to the law.

VIVI

СПSP

со го юwith you

СПSP

где fo - частота излучаемой волны;where fo is the frequency of the emitted wave;

с - фазова  скорость распространени  волны в среде.c is the phase velocity of wave propagation in the medium.

Однако точна  формула дл  расчета до- плеровского сдвига частоты, котора  дл  на- шего случа  выводитс  из известной формулы при Н 0, следующа :However, the exact formula for calculating the Doppler frequency shift, which in our case is derived from the well-known formula for H 0, is as follows:

«J i-ч-се"J i-hr

ff

v ЧУ x0cos(tt) t),v NC x0cos (tt) t),

(3)(3)

где (о- циклическа  частота колебаний объекта ,where (o is the cyclic frequency of the object,

t - врем .t - time

Однако и в этом способе закон зависимости Л f от v считают линейным, т.е. в качестве расчетной формулы дл  определени However, in this method, the law of dependence of L f on v is considered linear, i.e. as a calculation formula for determining

х0 принимают формулу (1), и сталкиваютс  с систематической погрешностью измерени ,x0 takes formula (1), and encounters a systematic measurement error,

Недостатком  вл етс  то, что нужно дополнительно измер ть опорную частоту f0, вход щую в расчетную формулу (1).The disadvantage is that it is necessary to additionally measure the reference frequency f0, which is included in the calculation formula (1).

Целью изобретени   вл етс  повышение точности путем учета нелинейностей.The aim of the invention is to improve accuracy by taking into account non-linearities.

Сущность изобретени  заключаетс  в том, что при дифференцировании по времени доплеровского сдвига частоты, измерении характерных интервалов времени и определении х0 по формуле (4) представл етс  возможность повысить точность из-за учета нелинейностей основной зависимости эффекта Доплера (2).The essence of the invention is that when differentiating the Doppler frequency shift in time, measuring characteristic time intervals and determining x0 by the formula (4), it is possible to improve the accuracy by taking into account the nonlinearities of the main dependence of the Doppler effect (2).

На чертеже представлен характерный ход информативного сигнала, полученного путем дифференцировани  по времени доплеровского сдвига частоты (2) при измерении виброскорости по закону (3).The drawing shows the characteristic course of the informative signal obtained by time differentiation of the Doppler frequency shift (2) when measuring the vibration velocity according to the law (3).

Способ осуществл ют следующим образом .The method is carried out as follows.

Распростран ют акустическую волну в направлении вибрирующего объекта (так, чтобы волновой вектор был коллинеарен вектору виброскорости). Принимают отраженную от объекта волну. Информативный сигнал получают путем дифференцировани  по времени доплеровского сдвига частоты . Условно принимают второй экстремум из любой пары ближних соседних экстремумов информативного сигнала за первый. Измер ют интервал времени Ati между первым и n-м экстремумами (п - четное число , п 2: 2) и интервал времени A t между первым и (п+1)-м экстремумами последнего сигнала, а амплитуду колебаний определ ют по формулеAn acoustic wave is propagated in the direction of the vibrating object (so that the wave vector is collinear to the velocity vector). Accept the wave reflected from the object. The informative signal is obtained by time differentiation of the Doppler frequency shift. Conditionally take the second extremum from any pair of nearby neighboring extremes of the informative signal for the first. The time interval Ati between the first and nth extremes (n is an even number, n 2: 2) and the time interval A t between the first and (n + 1) th extremums of the last signal are measured, and the amplitude of oscillations is determined by the formula

Хо Ho

с Atwith At

ЯПСОЗ (лп (Ati/At - 1)/2)HACS (LP (Ati / At - 1) / 2)

где А ctgV n(A ti/ At -1)/2);Where A ctgV n (A ti / At -1) / 2);

с - фазова  скорость распространени  волны в среде.c is the phase velocity of wave propagation in the medium.

Приведем вывод формулы (4).We present the derivation of formula (4).

Пусть виброскорость объекта измен етс  по закону (3). Подставл ем v из (3) в выражение (2), получаем зависимость доплеровского сдвига частоты A f от времени t. Полученный A f дифференцируем по времени t и получаем зависимость информативного сигнала от времени t. Дл  нахождени  услови  экстремума информативного сигнала, еще раз дифференцируем предыдущую зависимость по времени. Приравниваем в результате этого полученноеLet the vibration velocity of an object vary according to the law (3). Substituting v from (3) into expression (2), we obtain the dependence of the Doppler frequency shift A f on time t. The obtained A f is differentiated in time t and we obtain the dependence of the informative signal on time t. To find the condition of the extremum of the informative signal, we once again differentiate the previous time dependence. Equate to the result of this

выражение нулю и получаем соотношение, св зывающее искомую амплитуду механических колебаний х0 с фазой максимума информативного сигнала ( ж)тах. Учитыва expression is zero and we get a relation relating the desired amplitude of mechanical vibrations x0 to the phase of the maximum of the informative signal (l) max. Considering

соотношени , св зывающие фазу максимума информативного сигнала (ftrtjmax с характерными интервалами времени Аи и At, из предыдущего соотношени  выражаем и получаем расчетную формулу способа (4).relations connecting the maximum phase of the informative signal (ftrtjmax with characteristic time intervals Au and At; we express from the previous relation and we obtain the calculation formula of method (4).

В способе предусмотрена возможность по большим интервалам времени (в смысле того, что информаци  может быть получена не только по одному, но и по любому числу периодов информат; шчого сигнала), проводить расчеты, что также повышает точность измерений.The method provides for the possibility of carrying out calculations over large intervals of time (in the sense that information can be obtained not only by one, but also by any number of informatics periods; a hich signal), which also increases the accuracy of measurements.

Дл  реализации способа использовались УЗК в диапазоне 1 МГц.For the implementation of the method, UT was used in the 1 MHz range.

С помощью генератора, электрическийUsing a generator, electric

сигнал которого усиливалс  усилителем мощности, и подсоединенного пьезоэлектрического преобразовател  облучали УЗ волнами вибрирующий объект. Отраженный сигнал, восприн тый приемным пьезоэлементом , преобразовалс  им снова в электрический сигнал. Этот сигнал усиливалс  и поступал на смеситель. На этот же смеситель поступал сигнал от опорной частоты . С выхода смесител  частота результирующего электрического сигнала, равна  доплеровскому сдвигу частоты A f, измер лась с помощью цифрового частотомера, подключенного к вычислительному блоку, построенному на базе Электроника-60,the signal of which was amplified by a power amplifier, and a connected piezoelectric transducer was irradiated with an ultrasonic wave by a vibrating object. The reflected signal, perceived by the receiving piezoelectric element, was transformed by it again into an electrical signal. This signal was amplified and fed to the mixer. On the same mixer received a signal from the reference frequency. From the mixer output, the frequency of the resulting electrical signal, equal to the Doppler frequency shift A f, was measured using a digital frequency meter connected to a computing unit built on the basis of Electronics-60,

Операции дифференцировани  и изменени  характерных интервалов времени Ati и At проводились программным образом.The operations of differentiation and change of characteristic time intervals Ati and At were carried out programmatically.

Разработанный способ позвол ет в широком диапазоне до нескольких сот м/с измер ть виброскорости.The developed method allows measuring vibration velocities in a wide range of up to several hundred m / s.

Дл  определени  х0 не надо дополнительно измер ть опорную частоту f0, что видно из рабочей формулы (4).To determine x0, it is not necessary to additionally measure the reference frequency f0, as can be seen from the working formula (4).

В предлагаемом способе учтены нелинейности (исключены систематические погрешности прототипа), так как рабоча  формула (4) выведена из (2) с учетом всех нелинейностей (без приближенных допущений ), что повышает точность в среднем 3,2In the proposed method, non-linearities are taken into account (systematic errors of the prototype are excluded), since the working formula (4) is derived from (2) with all non-linearities taken into account (without approximate assumptions), which increases the accuracy by an average of 3.2

раза.times.

Расширен динамический диапазон измерений , так как в предлагаемом способе соотношени  точные, в то врем  как в прототипе из-за прин того допущени  линейностиThe dynamic measurement range is expanded, as in the proposed method the ratios are exact, while in the prototype because of the assumed linearity assumption

ограничивают динамический диапазон измерений , чтобы не возросли систематические ошибки.limit the dynamic range of measurements so that systematic errors do not increase.

Claims (1)

По сравнению с другими известными техническими решени ми, например, -способом измерений с помощью пьезоэлектрических датчиков, предлагаемый способ имеет преимущества, св занные с возможностью отдалени  измерител  от объекта, а также с возможностью измерени  высокого уровн  вибраций, при котором контактные пьезопреобразователи обычно разрушаютс . Формула изобретени  Способ измерени  вибраций, заключающийс  в том, что на контролируемый объект направл ют акустическую волну, регистрируют отраженную акустическую волну, преобразованную в электрический сигнал, детектируют его и по параметрам детектированного электрического сигнала суд т о параметрах колебаний объекта, о т- личающийс  тем, что, с целью повышени  точности путем учета нелинейности , возникающей при частотной модул 0Compared to other known technical solutions, for example, by measuring using piezoelectric sensors, the proposed method has the advantages associated with the possibility of measuring the meter from the object, as well as the ability to measure a high level of vibrations, in which contact piezoelectric transducers are usually destroyed. The method of measuring vibrations, which consists in directing an acoustic wave to a controlled object, registering the reflected acoustic wave converted into an electrical signal, detecting it, and judging by the parameters of the detected electrical signal, that, in order to improve accuracy by taking into account the nonlinearity arising in the frequency module 0 ции акустической волны при отражении, дифференцируют по времени продетекти- рованный электрический сигнал, определ ют временной интервал Ati, между любым из экстремумов полученного сигнала, который принимают за первый, и n-м экстремумом этого сигнала, счита  n 2k, где k 1,2,3..., измер ют временной интервал At между Первым и (п+1)-м экстремумами, а амплитуду колебаний объекта определ ют по формуле:reflection of the acoustic wave, differentiate the detected electric signal by time, determine the time interval Ati between any of the extremes of the received signal, which is taken as the first, and the nth extremum of this signal, counting n 2k, where k 1,2 , 3 ..., measure the time interval At between the First and (n + 1) th extremums, and the amplitude of the object oscillations is determined by the formula: х0 x0 с At jzncos лп (Ati/At - 1)751With At jzncos LP (Ati / At - 1) 751 АBUT 4-,four-, rfleA (Ati/At- 1)rfleA (Ati / At- 1) с - фазова  скорость распространени  волны в среде.c is the phase velocity of wave propagation in the medium. 2020
SU904781809A 1990-01-16 1990-01-16 Vibration measuring method SU1753295A1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU904781809A SU1753295A1 (en) 1990-01-16 1990-01-16 Vibration measuring method

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU904781809A SU1753295A1 (en) 1990-01-16 1990-01-16 Vibration measuring method

Publications (1)

Publication Number Publication Date
SU1753295A1 true SU1753295A1 (en) 1992-08-07

Family

ID=21491284

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SU904781809A SU1753295A1 (en) 1990-01-16 1990-01-16 Vibration measuring method

Country Status (1)

Country Link
SU (1) SU1753295A1 (en)

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Вибрации в технике. Справочник под ред. Генкина М.Д. - М.: Машиностроение, т.5, 1981.С.132. Приборы и системы дл измерени шума и удара. Справочник под ред. Клюева В.В. - М.: Машиностроение, 1988, кн.1, с.49. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7046015B2 (en) Ultrasonic distance measure
JP3022623B2 (en) Electrical measuring device for measuring signal propagation time
CA1079391A (en) Acoustic oscillator fluid velocity measuring device
JPS5828554B2 (en) ultrasonic distance meter
USRE28686E (en) Measurement of fluid flow rates
SU1753295A1 (en) Vibration measuring method
SU1753296A1 (en) Vibration measuring method
SU1483266A1 (en) Phase ultrasonic flow meter
SU546818A1 (en) Ultrasonic device for automatic measurement of flow rate
SU794532A1 (en) Ultrasonic liquid rate meter
SU436985A1 (en) The method for determining the effective radius of the ultrasonic radiator
SU564601A1 (en) Medium flow rate ultrasound meter
SU587388A1 (en) Device for measuring ultrasound velocity in liquid media
SU1377622A1 (en) Method of determining temperature
SU1404836A1 (en) Device for determining absorption factor of energy in objects under vibrations
SU1753293A1 (en) Vibration measuring method
SU1408239A1 (en) Ultrasonic vibration meter
SU1744475A1 (en) Device for measurement of gas-air flow velocity
SU1428939A1 (en) Ultrasonic vibration meter
SU748240A1 (en) Ultrasonic liquid density meter
SU1139974A1 (en) Ultrasonic level indicator
SU1646994A1 (en) Device for measuring surface acoustic wave speed in st- cut quartz piezo crystal plates
KR20010026502A (en) Method and apparatus for measuring the amount of flowing in gas pipe using sonic waves
JPS6085319A (en) Ultrasonic wave distance measuring device
RU1795394C (en) Electro-acoustic device for testing coordinates of radiotelescope illuminator