SU398835A1 - Цифровой виброметр - Google Patents

Description

1 .

Изобретение относитс  к виброизмерительной технике и может быть использовано нрн построении переносных виброизмерительных приборов с цифровым отсчетом, а также соответствующих узлов систем телеметрии и централизованного контрол .

Известны виброизмерительвые приборы, содержащие пьезоэлектрический акселерометр, у которых регистраци  мгновенного значени  вибросмещени  происходит путем двойного интегрировани  аналогового сигнала, пропорционального виброускорению. Достоинством этих приборов  вл етс  возможность измерени  вибраций на более низких частотах по сравнению с обычными виброметрами с индукционными акселерометрами.

Однако при современном состо нии измерительной техники аналоговый выходной сигнал и аналоговый способ обработки информации в подобных виброметрах следует рассматривать как недостаток. Например, если проектируетс  информационно-измерительна  система, у которой все измер емые параметры преобразуютс  в частоту или цифровой код, то естественно потребовать, чтобы и выходной сигнал виброметра был представлен либо в частоте, либо в коде. Простое присоединение преобразовател  напр жени  в частоту либо аналого-цифрового преобразовател  к выходу амплитудного выпр мител  малоцелесообразно , так как приводит к суммированию погрешностей аналоговой и цифровой частей прибора и не зстран ет необходимости применени  высококачественных УПТ и интегрирующих

конденсаторов, большого ослаблени  сигнала, невозможности интегрировани  в бесконечном времени, большого носто нного времени измерени , относительно больших погрешностей измерени , присущих аналоговой части.

Цель изобретени  заключаетс  в том, чтобы создать виброметр, в котором все операции сигналом, в том числе и двойное интегрирование , производились бы в частотноимпульсной либо цифровой форме. Это достигаетс  те.м, что вместо аналоговых интеграторов .примен ютс  интеграторы частотноимпульсных сигналов, в качестве которых используютс  след щие частотомеры. На чертеже показана структурна  блоксхема предлагаемого цифрового виброметра.

Виброметр содержит датчик (в частном

случае пьезоэлектрический акселерометр) /;

преобразователь напр жени  в частоту

(ПНЧ) 2; интегратор, состо щий из блока 3

вычитани  частот, реверсивного счетчнка 4, преобразовател  код-частота (КПЧ) 5 и делител  6 частоты; интегратор, состо щий из реверсивного счетчика 4, преобразовател  код-частота (КПЧ) 5 и делител  6 частоты.

и кварцевый генератор 7.

Выход датчика соединен с входом ПНЧ, выход которого через блок вычитани  частот подключен к суммирующему входу реверсивного счетчика 4. К вычитающему входу последнего через блок вычитани  частот и делитель 6 частоты подключен ПКЧ 5, который подсоединен одним входом к кварцевому генератору , а другим к единичным выходам счетчика 4. Выходной сигнал первого интегратора , снимаемый с выхода делител  частоты, поступает на суммирующий вход реверсивного счетчика 4. Вычитающий вход счетчика 4 через делитель 6 частоты подключен к выходу ПКЧ 5, который одним входом соединен с кварцевым генератором, а другим - с единичными выходами счетчика 4.

Сигнал с выхода ПНЧ имеет переменную составл ющую f, пропорциональную измер емому сигналу, и посто нную составл ющую f, несущую частоту ЧИМ-сигнала, т. е. fnjjq г f -bf. Дл  разделени  составл ющих /ПНЧ примен етс  известна  схема след щего частотомера.

Как известно, реакци  след щего частомера на скачкообразное изменение частоты представл ет собой экспоненту с посто нной вре ...

мени , где AN- изменение показаД/

НИИ реверсивного счетчика при изменении частоты ,на Af. Это позвол ет использовать принцип след щего частотомера в качестве частотно-цифрового аналога У С-цепочки дл  интегрировани  частотного сигнала при произвольном законе изменени  измер емой величины .

Уравнение след щего частотомера (без учета квантовани )

t , Л (/вх - fo.c) d, но так как Т, то

оЛ|,с

1 i fo.c - -(fBTi - fo.c)df,

р что совпадает с уравнением С-интегратора

.с)/. О

Принцип след щего частотомера заключаетс  в том, что при подаче на его вход измер емой частоты с наложенной переменной помехой он отрабатывает посто нную составл ющую и медленные изменени  частоты, отфильтровыва  переменную помеху.

При использовании след щего частотомера в качестве частотного интегратора его задача Пр мо противоположна.

Он должен интегрировать в непрерывном масщтабе . переменный входной сигнал

,dt,

что достигаетс  выбором соответствующей посто нной времени частотомера, путем введени  в цепь обратной св зи делител  частоты, в результате чего foc С fex и, кроме того, f - f

/ос - /вх

Таким образом, при достаточно большой посто нной времени замкнутого контура интегратора в схеме происходит непрерывна  коррекци  посто нной составл ющей входной частоты.

Передаточна  функци  след щего частотомера

Ц7Л/) . F{P)1 + ТР

т1

где 1 посто нна  времени передачи,

тп

а /п и «. - коэффициенты передачи ПКЧ 5 и делител  6 частоты соответственно. Ее можно записать так же, как

-() т . е. передаточна  функци  след щего частотомера есть передаточна  функци  последовательно соединенных разделительной цепочки и идеального интегратора. Аналоговым эквивалентом разделительной цепочки  вл етс  обычна  разделительна  ./ С-цепь.

Второй интегратор построен аналогично, цепь вычитани  частот на его входе не нужна, так как выходные импульсы первого интегратора и импульсы обратной св зи foe, получаютс  от одного и того же задающего генератора .

Более того, оба ПКЧ могут быть выполнены на основе одного и того же счетчика с двум  наборами ключей на выходах.

В зависимости от конкретного применени  виброметра выходными параметрами его могут быть коды и N-2 либо частотно-импульсные сигналы /ВЫХ1 и /вых, .

Л, -г ср (V) ср ( adt

о /

Ux. () {adt d

N b(a;v) b({adt b(l), о У

U. f (а; t) f (О i Y/f

0 /

где a, V, I -параметры вибропроцесса.

С точки зрени  точностных характеристик предлагаемое устройство в основном имеет две погрешности: погрешность от дискретности выходного сигнал а интегратора и методическую погрешность.

Приближенный расчет цены импульса, поступающего на реверсивный счетчик первого интегратора, можно произвести, пренебрега 

частотой обратной св зи, так как дл  правильного интегрировани  она должна быть малой по сравнению с входной частотой. Тогда , если переменна  составл юща  входной частоты мен етс  по закону.

fex COS 2, где fa, максимальна  девиаци  частоты ПНЧ, Q - частота измер емого вибропроцесса, код в счетчике 4 колеблетс  по закону

,&{пШ

Sin Qt

Q

Отсюда амплитуда переменной составл ющей кода в счетчике 4

Д7 1 /в: Vl.,,, --

И2  f

С

Аналогично дл  второго интегратора

Л 2„акс-Ч()

Следовательно, частотный диапазон данного виброметра ограничен -сверху при определенной заданной погрешности дискретности

8д. (F) и f до„ 9 (Зд.доп)

макс

Оптимальный частотный диапазон вибраций , полученный теоретическим и экспериментальным путем дл  данного прибора, лежит в пределах единиц долей герца до сотен герц.

Методическа  погрешность бм, возникающа  вследствие введени  обратных св зей в интеграторах, определ етс  по формулам

risT

™ 1

где / , посто вна  времени перво7П ,«,

го интегратора.

+

т т1

8м.

20

где Т

посто нна  времени второго

«а/га

интегратора.

Соответствующим подбором можно довести методическую погрешность в указанном диапазоне частот до величин пор дка 0,1-0,3%.

Предмет изобретени 

Claims (2)

1.Цифровой виброметр, содержащий датчик , преобразователь напр жение-частота, кварцевый генератор и два последовательно

соединенных интегратора, отличающийс  тем, что, с челью повышени  его точности и расширени  класса решаемых задач, выход датчика через преобразователь напр л ение-частота подключен к входу первого интегратора,

второй вход которого соединен с выходом кварцевого генератора и входом второго интегратора .

2.Виброметр по п. 1, отличающийс  тем, что первый интегратор содержит блок вычитани  частот, один вход которого подключен к первому входу интегратора, другой - к выходу делител  частоты, а выходы - к суммирующему и вычитающему входам .реверсивного счетчика, единичные выходы которого через преобразователь код-частота подсоединены к входу Делител  частоты и выходу первого интегратора, раздельный вход преобразовател  код-частота подключен к второму

входу первого интегратора.