SU994929A1

SU994929A1 - Device for touch-free measuring of vibration rate

Info

Publication number: SU994929A1
Application number: SU802988214A
Authority: SU
Inventors: Иван Александрович Чернобай; Николай Витальевич Бычков
Original assignee: Научно-исследовательский институт прикладных физических проблем им.А.Н.Севченко
Priority date: 1980-09-23
Filing date: 1980-09-23
Publication date: 1983-02-07

Description

Изобретение относитс к измерительной технике и может быть использовано в любой отрасли машиностроени дл автоматического бесконтактного измерени параметров вибрации, в частности скорости вибрации или перемещени объекта.The invention relates to a measurement technique and can be used in any branch of mechanical engineering for automatically contactless measurement of vibration parameters, in particular, the speed of vibration or movement of an object.

Известно устройство дл бесконтактного измерени параметров вибрации в акустической среде, содержащее генератор опорной частоты, соединенный с излучателем ультразвуковых колебаний , приемник ультразвуковых колебаний , соединенный с избирательным усилителем и регистрирующий прибор U .A device for contactless measurement of vibration parameters in an acoustic medium is known, comprising a reference frequency generator connected to an ultrasonic oscillation emitter, an ultrasonic vibration receiver connected to a selective amplifier, and a recording device U.

Недостатками известного устройства вл ютс зависимость измерений от состава и температуры акустической среды и ограниченный диапазон измерений .The disadvantages of the known device are the dependence of the measurements on the composition and temperature of the acoustic medium and the limited range of measurements.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению, вл етс устройство дл бесконтактного измерени скорости вибрации содержащее возбудитель синусоидальных колебаний, соединенный с ним излучатель, ociiQBной приемник/ размещенный на фиксированном рассто нии от излучател дополнительный приемник, усилитель, дваThe closest to the technical essence of the invention is a device for contactless measurement of the speed of vibration containing a sinusoidal exciter, an emitter connected to it, an ociiQB receiver / an additional receiver placed at a fixed distance from the radiator

умножител частоты, к входу одного из которых через усилитель подключен основной приемник, детектор и регистратор 2 .frequency multiplier, the main receiver, detector and recorder 2 are connected to the input of one of which through an amplifier.

Недостатки известного устройства состо т в ;недостаточно высокой I точности измерений при -йэмен нйй состава и температуры акустической среды и ограниченности диапазона измерений The disadvantages of the known device are: insufficiently high I accuracy of measurements at the composition and temperature of the acoustic medium and the limited measurement range

10 со стороны низких частот.10 at the low end.

Целью изобретени вл етс повышение точности измерений при изменении состава и температуры акустической среды и ра -ширение диапазона из15 мерений в область низких частот.The aim of the invention is to improve the measurement accuracy when changing the composition and temperature of the acoustic medium and expanding the range of measurements to the low frequency range.

Поставленна цель достигаетс тем что устройство дл бесконтактного измерени скорости вибрации, содержащее возбудитель синусоидальных КО20 лебаний, соединенный с ним излучатель , основной приемник/ размещенный на фиксированном ь асстр нии от излучател дополнительный приемник, усилитель, два умножител частоты, This goal is achieved by the fact that a device for contactless measurement of the vibration velocity, containing a causative agent of sinusoidal QO20 oscillations, a radiator connected to it, a main receiver / an additional receiver, an amplifier, two frequency multipliers placed on a fixed asstry from the radiator,

25 к входу одного из которых через усилитель подключен основной приемник, детектор и регистратор, снабжено смесителем и трем избирательными усилител ми, через два из которых 25 to the input of one of which, through an amplifier, the main receiver, detector and recorder are connected, equipped with a mixer and three selective amplifiers, through two of which

30 выходы обоих умножителей подключены К соответствующим входам, а выход последнего через третий избирательны усилитель подключен к первому входу д€;тектора. С целью создани в акустической среде режима автоциркул ции синусоидального сигнала возбудитель выполнен в виде блока формировани положительной обратной св зи включающег в себ последовательно соединенные и бирательный усилитель, вход которого соединен с выходом дополнительного приемника, согласующую цепь и оконеч ный усилитель, соответствующие выход которого подключены к входу второго умножител и второму входу детектора При этом в качестве детектора использован синхронный детектор. Кроме того, умножители частоты имеют коэффициенты умножени п и п-1 На чертеже представлена блок- схема предлагаемого устройства. Устройство дл бесконтактного измерени скорости вибрации содержит возбудитель 1 синусоидальных колебаний , соеди енный с ним излучатель 2, расположенный в акустической среде 3 основной приемник 4, размещенный на фиксированном рассто нии от излучател 2 дополнительный приемник 5, та же расположенный в акустической ереде . 3, усилитель б, два умножител 7 и 8 частоты, к входу умножител 7 частоты через усилитель 6- подключен основной приемник 4, детектор 9 и подключенный к его выходу регистра .тор .10. Устройство содержит также смеситель 11 и .три. избирательных усилител 12-14, через избирательные усилители 12 и 13 выходы умножителей 7 и 8 соответственно подклю-. чены к соответствующим входам смесител 11, а выход последнего через третий избирательный усилитель 14 подключен к первому входу детектора Возбудитель 1 выполнен в виде блока формировани положительной обратной св зи, включающего в себ последоватёльно соединенные избирательный усилитель 1Ь, вход которого соединен с выходом дополнительного приемника Ь/ согласующую цепь 16 и оконечный усилитель 17, соответствующие выходы которого подключены к входу умно жител в и второму входу детектора 9. В качестве детектора 9 использован синхронный детектрр. Умножитё . ли частоты :8 и 7 имеют коэффициенты умножени п и пг1-соответственно. Устройство работает следующим об .разом. . Излучатель 2, основной .и дополни ельный 4 и b приемники размещают в акустической среде 3, в которой находитс контролируема вибрирующа поверхность 18. Возбудитель 1 выраба тывает непрерывный синусоидальный сигнал, который преобразуетс лзлучателем 2 в ультразвуковой сигнал и направл етс через акустическую среду 3 в сторону вибрирующей ловерх-, ности 18. Отраженный от вибрирующей поверхности 18 ультразвуковой; сигнал приобретает допл ровский сдвиг относительно опорной частоты возбудител 1. Величина сдвига зависит от мгновенной скорости вибрирующей поверхности &относительно системы излучатель 2 - приемник 4, рассто ние между которыми фиксировано. Дл устранени зависимости измерений от состава и температуры акустической среды 3,и, следовательно, скорости ультразвука в ней, в акустической среде создаетс режим автоциркул ции непрерывного синусоидального сигнала, который осуществл етс следующим образом. После включени устройства в , электрической схеме его возникают флyктyaциJи электрического налр же- . ни , которые преобразуютс в акустический .- сигнал излучателем 2. Этот сигнал, проход через акустическую среду 3, поступает на дополнительный приемник 5, расположенный на фиксированном рассто нии от излучател 2, преобразуетс в электрический сигнал и поступает на вход избирательного усилител 15, в котором из спектра частот выдел етс сигнал с частотой автоцйркул ции. Далее указанный сигнал попадает через согласующую цепь 16 на Оконечный усилитель 17, в котором усиливаетс до необходимого уровн мощности, и вновь излучаетс в акустическую среду 3 с помощью излучател 2. В кольце положительной обратной св зи возникают незатухающие сс нусоидальные колебани , причем на участке излучатель 2 дополнительный приемник 5 укладывает -, целое число волн ультразвуковых ко- лебаний. Согласующа цепь 16, выполненна , например |, в виде дисперсионной линии 3 адержки, служит дл компенсации вли ни зад 5ержки в электронной схеме устройства, чем достигаетс - ; пр ма пропорциональность между частотой возбуждаемых Колебаний и скоростью ультразвука в акустической среде 3. При любом изменении параметров акустической среды 3 измен етс скорость ультразвука в ней, что приводит к такому изменению частоты возбуждаемых колебаний, что фазовьй сдвиг между излучателем 2 и дополнительным приемником 5 остаетс посто нным , чем достигаетс полное устранение зависимости от- темпеТратуры и состава акустической среды 3. Отраженный от контролируемой поверхности 18 ультразвуковой сигнал попадает на основной приемник 4, преобразуетс в электрический , эатем усиливаетс и стабилизируетс по амплитуде в усилителе 6 с автомати ческой регулировкой усилени и поступает на y внoжитeль 7 частоты с коэффициентом умножени , равным п. С выхода умножител : частоты колебани 19.частотой вп раз большей . входной частоты к, соответственно, в п раз большими частотно-фазовыми сдвигами проход т через избирательный усилитель 12, где усиливаютс по амплитуде и отфильтровываютс от побочных составл ктшх и поступают на вход смесител 11. На другой вход .смсител 11 через второй умножитель 8 частоты с коэффициентом усилени п-1 и второй избирательный усилитель 13 колебани , частота которых умножена в п-1 раз, поступают с выхода Окопечного усилител 17. В смесителе выдел етс сигнал разностной частоты равной частоте опорного колебани , но с усиленными в п раз частотнофазовыми сдвигами, который затем усиливаетс по амплитуде и отфильтровываетс от побочных составл ющих в избирательном усилителе 14 и поступает на один из входов синхронного детектора 9, на второй вход которого поступает опорный сигнал с выхода оконечного усилител 17. В реэул.тате , на выходе синхронного детек- , тора 9 надел етс частота колебаний, величина которого щ) мо nponoptwioнальна скорости вибрации контролируемой поверхности: 18,The 30 outputs of both multipliers are connected to the corresponding inputs, and the output of the latter through the third selective amplifier is connected to the first input of the tector. In order to create a sinusoidal signal in the acoustic mode of the autocirculation of a sinusoidal signal, the exciter is made in the form of a positive feedback forming unit including a series-connected bi-amp amplifier whose input is connected to the output of an additional receiver, a matching circuit and a final amplifier whose corresponding output is connected to the input of the second multiplier and the second input of the detector. A synchronous detector was used as the detector. In addition, frequency multipliers have multipliers n and n-1. The drawing shows a block diagram of the proposed device. A device for contactless measurement of the vibration velocity contains a sinusoidal exciter 1 exciter, a radiator 2 connected to it, a primary receiver 4 located in an acoustic medium 3, an additional receiver 5 located at a fixed distance from the radiator 2, the same receiver located in an acoustic signal. 3, amplifier b, two multipliers 7 and 8 frequencies, to the input of frequency multiplier 7 through amplifier 6- the main receiver 4, detector 9 and the register .10 connected to its register output are connected. The device also contains a mixer 11 and. selective amplifiers 12-14, through selective amplifiers 12 and 13 outputs of multipliers 7 and 8, respectively, the sub-switches. The output of the latter through the third selective amplifier 14 is connected to the first input of the detector. The exciter 1 is made in the form of a positive feedback forming unit that includes a series-connected selective amplifier 1b, the input of which is connected to the output of the auxiliary receiver b / a matching circuit 16 and a terminal amplifier 17, the corresponding outputs of which are connected to the input of an intelligent inhabitant and the second input of detector 9. As detector 9, synchronous de tectr. Multiply. Frequencies: 8 and 7 have multiplication factors n and ng-1, respectively. The device works as follows. . The emitter 2, the main and additional 4 and b receivers are placed in an acoustic medium 3, in which a controlled vibrating surface 18 is located. vibrating overliness. 18. Reflected from ultrasonic vibrating surface 18; the signal acquires Doppler shift relative to the reference frequency of the exciter 1. The magnitude of the shift depends on the instantaneous velocity of the vibrating surface & relative to the system emitter 2 - receiver 4, the distance between which is fixed. In order to eliminate the dependence of the measurements on the composition and temperature of the acoustic medium 3, and, consequently, on the speed of ultrasound in it, in the acoustic medium a mode of auto-circulation of the continuous sinusoidal signal is created, which is carried out as follows. After the device is turned on, the electric circuit arises of the electric junction. None that is converted into an acoustic .- signal by the emitter 2. This signal, passing through the acoustic medium 3, is fed to an additional receiver 5, located at a fixed distance from the radiator 2, is converted into an electrical signal and fed to the input of a selective amplifier 15, in which A signal with a frequency of autocirculation is extracted from the frequency spectrum. Further, this signal passes through matching circuit 16 to Termination amplifier 17, in which it is amplified to the required power level, and is again radiated to acoustic medium 3 by means of emitter 2. Continuous oscillations occur in the positive feedback ring, and emitter 2 additional receiver 5 places -, an integer number of waves of ultrasonic oscillations. Matching circuit 16, made, for example |, in the form of a dispersion line 3 of the support, serves to compensate for the influence of the backside of the electronic circuit of the device, which achieves -; direct proportionality between the frequency of the excited oscillations and the ultrasound velocity in the acoustic medium 3. Any change in the parameters of the acoustic medium 3 changes the ultrasound velocity in it, which leads to such a change in the frequency of the excited oscillations that the phase shift between the radiator 2 and the additional receiver 5 remains constant This is why the complete elimination of the dependence of the temperature and composition of the acoustic medium 3 is achieved. The ultrasonic signal reflected from the test surface 18 goes to the main Secondly, the receiver 4 is converted into electrical, amplified and stabilized in amplitude in amplifier 6 with automatic gain control and fed to y inadequer frequency 7 with a multiplication factor equal to n. From the output of the multiplier: vibration frequency 19 times greater. input frequency k, respectively, in n times large frequency-phase shifts, pass through the selective amplifier 12, where they are amplified in amplitude and filtered from the secondary components and are fed to the input of the mixer 11. To the other input of the detector 11 through the second multiplier 8 frequency c amplification factor n-1 and the second selective amplifier 13 oscillations, whose frequency is multiplied n-1 times, come from the output of Opepechny amplifier 17. In the mixer, the difference frequency signal is equal to the frequency of the reference oscillation, but with amplified n times the frequency-phase shifts, which are then amplified in amplitude and filtered from the side components in the selective amplifier 14 and fed to one of the inputs of the synchronous detector 9, the second input of which receives the reference signal from the output of the final amplifier 17. The output signal, output the synchronous detector- torus 9 is endowed with a frequency of oscillations, the magnitude of which is n) and the speed of the controlled surface: 18,

Использование смесител 11 и иэби .рательных усилителей в устройстве по вол ет увеличить коэффищ нт умножени пчастотно-фазо вых сдвигов невысокой частоте и тем {Расширить диапазон измерений в сторону .низких частот вибрации, а применение в качестве детектора сийзфонного дете ктора 9 оЭ1рл етг усТ| ганить вли ние побочных состав ктщх, прони1саюв|их с выхода усилител 14 на частоту клходного сигнала, что повышает ., ность измеренийThe use of mixer 11 and IBI amplifiers in the device will increase the multiplication factor nt of the frequency-phase shifts at a low frequency and by that {Extend the measurement range to the side of low vibration frequencies, and use as a detector a sound engineer 9 oE1pl etg setT | to expel the influence of side-effects of ktshhh, penetrating them from the output of amplifier 14 to the frequency of the signal, which increases the measurement

Использование предлагаемого устройства позвол ет повысить точность .измерени параметров вибрации и пбремещени твердых тел в акустической среде за счет устранени зависимости результатов измерений от физикохш«а1ческих параметров этой среды и значительно расшир ет диапазон измерений в область низких частот.The use of the proposed device makes it possible to increase the accuracy of measuring the parameters of vibration and the transfer of solids in an acoustic medium by eliminating the dependence of the measurement results on the physical and physical parameters of this medium and greatly expands the range of measurements to the low frequencies.

Claims

1. A device for contactless measurement of the speed of vibration, containing a sinusoidal exciter, an associated transmitter / main receiver, placed at a fixed distance from the radiator, an additional receiver, an amplifier, two frequency multipliers,

To the input of one of the koholo1kh through the amplifier is connected the main receiver, detector and registratsf, about t and ch and e with the fact that, in order to improve the accuracy

5 changing the composition and temperature of the acoustic medium, and thus expanding the measurement range to low frequencies, it is equipped with a mixer and three selective amplifiers, through two of which the outputs of both multipliers are connected to the corresponding inputs of the mixer, and the iBoxoR of the latter through the third selective amplifier is connected to

5 nepBoii r detector input. I ..

2. The device according to claim 1, in accordance with clause 1

creating in an acoustic environment an autocirculation mode of sinusoidal

0 signal, the exciter is made in the form of a positive feedback formation unit, including a series-connected selective amplifier, whose input

5 is connected to, with the additional input switch, a matching circuit and a terminal amplifier, the corresponding output (s. Of which are connected to the input of the second multiplier and the second input of the detector.

0

3. A device according to claim 1, wherein the detector is a synchronous detector.

4. The device according to claim 1, about t and 5 hours and so that multipliers frequency multiplication factors of frequency ii and n-1.

Sources of information and,,

0 take into account in the examination

1. Scales and systems for measuring vibration, noise and shock. Edited by; V.V. Klyueva, t. 2, M., Mechanical Engineering, 1978, p. 55-61.

five

2.Assignment of the USSR on the application 2965368 (18-28)

cl. G 01 H 3/06, 1980 (prototype).