SU996884A1

SU996884A1 - Устройство дл измерени параметров вектора дисбаланса вращающегос тела

Info

Publication number: SU996884A1
Application number: SU792758051A
Authority: SU
Inventors: Борис Ильич Минцерис; Ленгинас Ионо Кулис; Валентинас Антано Крищюкайтис
Original assignee: Вильнюсский Филиал Экспериментального Научно-Исследовательского Института Металлорежущих Станков
Priority date: 1979-05-14
Filing date: 1979-05-14
Publication date: 1983-02-15
Also published as: CS241970B1

Description

Изобретение относится к измерительной технике и. может быть использовано в измерительных устройствах для определения гармонических составляющих сигнала вибрации.

Известно устройство для измерения параметров вектора дисбаланса вращающегося тела, содержащее датчик опорного сигнала, светоконтрастную метку, связыва'емую с телом, датчик вибрации, блок формирования синусоидального и косинусоидального опорных сигналов, вход которого связан с выходом датчика опорного сигнала, , и блок определения величины и угла дисбаланса, входы которого связаны с выходами, датчика вибрации и блока формирования синусоидального и косинусоидального опорных сигналов. Блок формирования синусоидального и косинусоидального 'сигналов выполнен в виде последовательно соединенных управляемых генераторов пилообразного напряжения, меандра, сигнала треугольной формы, синусоидальной формы и формирователя сигнала косинусоидаль.ной формы f1] .

Недостатком устройства является пониженная точность балансировки, связанная с тем, что опорные синусои- ^0 дальний и косинусоидальный сигналы, формируемые из сигнала треугольной формы,'характеризуются повышенным коэффициентом нелинейных искажений, причем формирование опорных сигналов осуществляется электронным блоком во времени, а не по положению вращающегося ротора.

Наиболее близким к предложенному по технической сущности является устройство для измерения параметров вектора дисбаланса вращающегося тела, содержащее два датчика опорного сиг’’ нала, светоконтрастную метку, связываемую с телом, датчик вибрации и блок определения величины и угла дисбаланса, входа которого соединены -η с выходами.датчиков вибрации и опорного сигнала. Метка нанесена на поверхности балансируемого тела и регистрируется датчиками опорного сигнала, размещенными под углом 90° в плоскости, перпендикулярной оси вращения тела, в виде импульсов прямоугольной формы, предназначенных для работы электронных ключей в блоке определения величины и угла дисбаланса и выделения проекций вектора дисбаланса £ 2] . ·

Недостатком устройства является невысокая точность и существенные погрешности измерений проекций вектора дисбаланса, связанные с присутствием верхних гармонических составляющих в опорном сигнале прямо- 5 угольной формы. Это объясняется тем, что полезную информацию о прямоугольной проекции вектора дисбаланса несет лишь первая гармоника сигнала дисбаланса, поэтому повышение гармоники 10 представляет собой погрешность измерения этой проекции. Аналогично образуется погрешность при формировании второй прямоугольной проекции, которая получается при перемножении 15 опорного сигнала, сдвинутого на 90® на сигнал дисбаланса. При перемножении нечетных гармоник сигнала вектора дисбаланса, синхронных гармоникам прямоугольного сигнала, образуется 2Q активная компонента. Измерение прямоугольных проекций осуществляется с погрешностью, так как постоянная, составляющая определяется суммой всех активных компонент. Таким образом, из-за косинусоидальности опорного сигнала измерение прямоугольных проекций осуществляется с погрешностью., а значит и получаемая из этих проекций информация об амплитуде и фазе вектора дисбаланса 40 вращающегося тела будет неточной. Кроме того, устройство не обеспечивает функций анализа гармонических составляющих вектора, вибраций вращающихся тел, что ограничивает воз- 35 можность получения полной информации о его параметрах на кратных гармониках.

Цель изобретения' - повышение точности балансировки и расширение Функ-40 циональных возможностей.путем определения гармонических составляющих сигнала вибрации.

Поставленная цель достигается тем, что известное устройство снаб- 45 жено К дисками для размещения меток, устанавливаемыми соосно с вращающимся телом и жестко закрепляемыми с ним, и 2(К-1) датчиками опорного сигнала, расположенными попарно, jq под углом 90°/К относительно друг друга в плоскости, перпендикулярной оси вращения дисков, и связанными с входами блока определения величины и угла дисбаланса, а поверхность „ К-го диска разделена на Кп секторов, в каждом из которых длина меток составляет ₄ часть длины дуги сектора,60 где ,п , i - целые числа;η 7 2 J i =0,1 ,. . .·

К - номер диска.'

Кроме того, длина метки в пределах сектора разделена на_: равные части, которые отделены одна от другой.45

На фиг. 1 приведена блок-схема устройства; на фиг. 2 - конструкция диска для размещения меток.

Устройство содержит датчик 1 вибрации, установленный на опоре 2 вращающегося тела 3, блок 4 определения величины и угла дисбаланса, выполненный в виде усилителя 5, вход которого соединен с выходом датчика . 1 вибрации, электронных ключей 6 и 7, входы которых связаны с выходом усилителя 5, интеграторов 8 и 9, подключенных соответственно к выходам клЩчей 6 и 7, индикатора 10, входа которого соединены с выходами интеграторов 8 и 9, коммутатора 11 и формирователей 12 и 13, входы * которых соединены с выходами коммутатора 11, а выходы - с вторыми входами электронных ключей 6 и 7, соответственно, К дисков 14^- 14_к, устанавливаемых соосно с вращающимся телом 3 и жестко закрепляемых с ним, на которые нанесены светоконтрастные метки 15_и- 15_1<йи 2 К датчиков 16^ 16χ и 17^- 17к опорного сигнала, расположенных попарно под углом 90®/К относительно друг, друга в плоскости, перпендикулярной оси вращения дисков, и связанных с входами коммутатора 11 блока 4 определения величины и угла дисбаланса.. Поверхность каждого из.К дисков 14^- 14^ разделена на Кп секторов- 18, в каждом из которых длина.меток 15 составляет 1/2 (.4+5in ) часть длины дуги сектора 18, а длина меток в пределах сектора разделена на равные части, которые отделены одна от другой. о

Устройство работает следующим образом.

При вращении тела 3 вращаются и жестко связанные с ним диски 14 с нанесенными на них светоконтрастными метками 15. Когда метки 15, нанесенные по периметру дисков 14 по определенному закону, проходят мимо датчиков 16 и 17 опорного сигнала, последними вырабатываются электрические сигналы, которые через соответствующие входы коммутатора 11 поступают на формирователи 12 и 13, где усиливаются и формируются в прямоугольные импульсы. Опорные сигналы на выходах формирователей 12 и 13 сдвинуты на четверть периода, причем частота этих сигналов всегда синхронна частоте вращения тела 3 и равна ей, если сигнал получается от датчиков 16 к и 17 расположенных у К-го диска 14_к.

Форма, частота и закон изменения опорного сигнала обусловлены законом размещения меток 15.

Рассмотрим, как заданы длина меток 15 и место их расположения для частотного случая (например, для второго диска, К=2).

Пусть диск 14 разделен на п секторов (например, η = 12). Таким образом, диск 14₂, разделен на 24 сектора. В секторе 1 (слева направо? нанесена метка 15, далее промежуток, равный по длине метки, снова метка . и т.д. При прохождении этого сектора мимо датчика 16я опорного сигнала, на выходе формирователя 12 появляется 10 электрический сигнал, один период которого представляет собой прямоугольное симметричнее напряжение ίмеандр). Наличию метки соответствует сигнал с амплитудой + (J , а отсутствию 15 метки - сигнал с амплитудой-U .

В зависимости от длины метки 15 по дуге окружности сектора 18 среднее значение сигнала изменяется в пределах от-U до + (J и , наоборот. Длина меток выбирается такой, что при вращении диска 14 среднее значение опорного сигнала изменяется по синусоидальному закону с частотой в два раза большей частоты вращения тела 3, т.е. имеет место широтноимпульсная модуляция.

Для первого диска 14^ средние зна,чения изменяются по синусоидальному закону с частотой, равной частоте вращения тела.З, а для К-го диска частота превышает частоту вращения в К раз. Точность формирования синусоидального закона определяется точностью формирования значений отдельных углов. Очевидно, что чем на большее число Кп секторов 18 будет разделен диск 14, тем ближе к синусоидальному будет закон изменения.

Качества аппроксимации будет еще выше, если длина метки 15 в пределах дуги сектора 18 разделена на любое число равных частей, которые отделены одна от другой, что обусловливает более плавные перехода , между точками аппроксимации.

Выхода формирователей 12 и 13 прямоугольных к управляющим ключей б и 7, рых поступает чика- 1 вибраций ? j-ί ί где U; - амплитуда j гармоники сиг² нала вибрации;

(V - частота вращения тела;

- начальная фаза J гармоники сигнала вибрации;

J ' - номер гармоники сигнала вибрации.

Относительное время пребывания ключа б в замкнутом состоянии равно а ключа 7 + 4,, импульсов подключены входам электронных на другие входы котоаналоговый сигнал Дат50 где γ - часть, которую составляет длина метки 15 в пределах дуги сектора 18 от длины дуги сектора 18.

Среднее значение сигнала на выходе ключей 6 и 7

UjSintjurt+^pcoskttrtcIwit

Для К=1, что соответствует первой гармонике сигнала вибрации, напряжение на выходе ключей составляет υ_ΚΛ---1/2υ^0β4.

> и_ характеризует проекции вектора дисбаланса по двум взаимно перпендикулярным осям. .

Остальные гармоники не принимают-, ся в расчет, так как они зависят от частоты, и как переменные величины отфильтровываются в интеграторах 8 и 9. Оба полученных сигнала обрабатываются в блоке 10 регистрации, где из проекций сигнала дисбаланса могут быть непосредственно получены параметры амплитуда и фазы любой гармоники. ' · ·

Таким образом, применение в устройстве К дисков с метками, нанесена ными на их поверхности по определенному закону, и применение 2К датчиков опорного сигнала, расположенных попарно под углом 90°/К относительно друг друга в плоскости дисков, обеспечивает возможность производить полный гармонический анализ (с определением амплитуд и фаз? сигнала дисбаланса вращающегося тела. Причем: процесс такого анализа сврдится к смене дисков 14, набор которых с разными законами нанесения меток может быть подготовлен для наиболее характерных исследуемых частот. Естественно, что при К=1 производится измерение параметров вектора дисбаланса . Эти измерения проводятся с повышенной точностью, так как опорный сигнал ( дискретный во времени? более точно аппроксимирует синусоиду , а это значит, что погрешность, обусловленная высшими гармоническими составляющими вектора вибраций, будет значительно ниже.

Claims

Недостатком устройства вл етс невысока точность и существенные погрешности измерений проекций вектора дисбаланса, св занные с присут ствием верхних гармонических сос: тавл ющих в опорном сигнале пр моугольной формы. Это объ сн етс тем что полезную информацию о пр моугол ной проекции вектора дисбаланса нес лишь перва гармоника сигнала дисбаланса , поэтому повышение гармоник представл ет собой погрешность изме рени этой проекции. Аналогично об разуетс погрешность при формирован второй пр моугольной проекции, кото ра получаетс при перемножении опорного сигнала, сдвинутого на 90® на сигнал дисбаланса. При перемноже нии нечетных гармоник сигнала векто ра дисбаланса синхронных гармоника пр моугольного сигнала, образуетс активна компонента. Измерение пр моугольных проекций осуществл етс с погрешностью, так как посто нна , составл юща определ етс суммой всех активных компонент. Таким образом , из-за косинусоидальности опо ного сигнала измерение пр моугольных проекций осуществл етс с погрешностью ., а значит и получаема из этих проекций информаци об амплитуде и фазе вектора дисбаланса вращающегос тела будет неточной. Кроме того, устройство не обеспечивает функций анализа гармонически составл ющих вектора, вибраций вращающихс тел, что ограничивает возможность получени полной информаци о его параметрах на кратных гармониках .. , Цель изобретени г - повышение точ ности балансировки и расширение фун циональных возможностей.путем определени гармонических составл ющих сигнала вибрации. Поставленна цель достигаетс тем, что известное устройство снабжено К дисками дл размещени меток устанавливаемыми соосно с вращающим с телом и жестко закрепл емыми с ним, и 2(К-1) датчиками опорного сигнала, расположенными попарно под углом 90/К относительно друг друга в плоскости, перпендикул рной оси вращени дисков, и св за1нными с входами блока определени величины и угла дисбаланса, а поверхность К-го диска разделена на Кп секторов в каждом из которых длина меток составл ет / . i часть длины дуги сектора, где , 1 - целые числа п 2 ; i 0 ,1 ,. . К - номер диска. Кроме того, длина метки .в предел сектора разделена на: равные части которые отделены одна от другой. На фиг. 1 приведена блок-схема устройства; на фиг. 2 - конструкци диска дл размещени меток. Устройство содержит датчик 1 вибрации , установленный на опоре 2 вращающегос тела 3, блок 4 определени величины и угла дисбаланса, выполненный в виде усилител 5, вход coтopoгo соединен с выходом датчика 1 вибрации, электронных ключей 6 и 7, входы которых св заны с выходом усилител 5, интеграторов 8 и 9, подключенных соответственно к выходам кличей 6 и 7, индикатора 10, входы которого соединены с выходами интеграторов 8 и 9, коммутатора 11 и формирователей 12 и 13, входы которых соединены с выходами коммутатора 11, а выходы - с вторыми входами электронных ключей 6 и 7, соответственно , К дисков 14ц, устанавливаемых соосно с вращающимс телом 3 и жестко закрепл емых с ним, на которые нанесены светоконтрастные метки 15)1 - 2 К датчиков 16 16 и 17к; опорного сигнала, расположенных попарно под углом 90°/К относительно друг, друга в плоскости, перпендикул рной оси вращени дисков, и св занных с входами коммутатора 11 блока 4 определени величины и угла дисбаланса.. Поверхность каждого из. К дисков 144 разделена на Кп секторов- 18, в каждом из которых длина.меток 15 составл ет 1/2С 1+51К1 ) часть длины дуги сектора 18, а длина меток в пределах сектора разделена на равные части, которые отделены одна от другой . f, Устройство работает следующим образом. При вращении тела 3 вращаютс и жестко св занные с ним диски 14 с нанесенными на них светоконтрастными метками 15. Когда метки 15, нанесенные по периметру дисков 14 по определенному закону, проход т мимо датчиков 16 и 17 опорного сигнала, последними вырабатываютс электрические сигналы, которые через соответствующие входы коммутатора 11 поступают на формирователи 12 и 13, где усиливаютс и формируютс в пр моугольные импульсы. Опорные сигналы на выходах формирователей 12 и 13 сдвинуты на четверть периода, причем частота этих сигналов всегда синхронна частоте вращени тела 3 и равна ей, если сигнал получаетс от датчиков 16 (С и 17 |с, расположенных у К-го диска 14ц. Форма, частота и закон изменени порного сигнала обусловлены законом азмещени меток 15. Рассмотрим, как заданы длина еток 15 и место их расположени дл частотного случа (например, дл вт рого диска, ). Пусть диск 14 разделен на п сек торов (например, п 12). Таким образом, диск 142, разделен на 24 се тора. В секторе 1 Iслева направо ) нанесена метка 15, далее промежуток равный по длине метки, снова метка и т.д. При прохождении этого сектор мимо датчика 1б2 опорного сигнала, на выходе формировател 12 по вл ет электрический сигнал, один период которого представл ет собой пр моугольное симметричное напр жение Смеандр). Нгизичию метки соответству сигнал с амплитудой U , а отсутств метки - сигнал с амплитудой -U . В зависимости от длины метки 15 по дуге окружности сектора 18 среднее значение сигнала измен етс в пределах от - и до 4-и и., наоборот. Длина меток выбираетс такой, что при вращении диска 142: среднее зна чение опорного сигнала измен етс по синусоидальному закону с частото в два раза большей частоты вращени тела 3, т.е. имеет место широтноимпульсна модул ци . .Дл первого диска 14 средние зн чени измен ютс по синусоидальному закону с частотой, равной частоте вращени , а дл К-го диска частота превышает частоту вращени в К раз. Т.очность формировани сину соидального закона определ етс точ ностью формировани значений отдель ных углов. Очевидно, что чем на большее число Кп секторов 18 будет разделен диск 14, тем ближе к сину соидальному будет закон изменени . Качествааппроксимации будет еще выше, если длина метки 15 в пределах дуги сектора 18 разделена на любое число равных частей, котоЕ ле отделены одна от другой, что обусловливает более плавные переходы . ,между точками аппроксимации. Выходы формирователей 12 и 13 пр моугольных импульсов подключены к управл ющим входам электронных ключей б и 7, .на другие входы кото рых поступает ангшоговый сигнал да чика 1 вибраций .T0 5iMCjC«i+ j), где и - амплитуда j гармоники сигнала вибрации ; частота вращени тела; начальна фаза j гармоники сигнала вибрации; номер гармоники сигнала вибрации. Относжгельное врем пребывани ключа б в замкнутом состо нии равно y 5SiiviKvyt- -2. а ключа 7 j--1Cos lttt;t 4;, где -у - часть, которую составл ет длина метки 15 в пределах дуги сектора 18 от длины дуги сектора 18. Среднее значение сигнала на вы ходе ключей 6 и 7 и К. (jcjui4 })cosKcutdcut - U-ytf ub(jt)UVj)cosK «tawt Дл , что соответствует первой гармонике сигнала вибрации, напр жение на выходе ключей составл ет Uк l U1S1nV|, U -1/2U coeV, и характеризует проекции вектора дисбаланса по двум взаимно перпендикул рным ос м. . ; Остальные гармоники не принимают-, с в расчет, так как они завис т от частоты, и как переменные величины отфильтровываютс в интеграторах 8 и 9. Оба полученных сигнала обрабатываютс в блоке 10 регистрации, где из проекций сигнала дисбаланса могут быть непосредственно получены параметры амплитудал и фазы любой гармоники . . . Таким образом, применение в устройстве К дисков с метками, нанесенп ными на их поверхности по определен ному закону, и применение 2К датчиков опорного сигнала, расположенных попарно под углом относительно друг друга в плоскости дисков, обеспечивает возможность производить полный гармонический анализ (с определением амплитуд и фаз) сигнала дисбаланса вращающегос тела. Причем: процесс такого анализа сврдит- с к смене дисков 14, набор которых с разными законами нанесени меток может быть подготовлен дл наиболее характерных исследуелалх частот. Естественно , что при производитс измерение параметров вектора дисбаланса . Эти измерени провод тс с .повышенной точностью, так как опорный сигнал ( дискретный во времени) более точно аппроксимирует синусоиду , а это значит, что погрешность/ обусловленна высшими гармоническими составл ющими вектора вибраций,, будет значительно ниже. Формула изобретени 1. Устройство дл измерени параметров вектора дисбаланса вращающегос тела, содержащее два датчика опорного сигнала, светоконтрастную метку, св зываемую с телом, датчик.

вибрации и блок определени величины и угла дисбаланса, входы которого соединены с выходами датчиков вибрации и опорного сигнала, отличающеес тем, что, с целыо повышени точности балансировки и расширени функциональных воэмож остей путем определени , гармонических составл ющих сигнала вибрации, оио снабжено К дисками дл размещени меток, устанавливаемыми соосно с .рращающимс телом и жестко закрепл емыми с ним, и 2 (,К-17 датчиками опорного сигнала, расположенными попарно под углом относительнр друг друга Ё плоскости, перпендикул рной рей вращени дисков, и св занными С входами блока определени величины и угла дисбаланса, а поверхность К-го диска разделена на Кп, секторов

в каждом из которых длина меток составл ет (

|a(-sш)

часть длины дуги сектора, где п , i - целые числа п 2 ,1 0 ,1 ,2...

К - номер диска.
2. Устройство по п. 1, 6 т л и чаюыеес тем, что длина МЕТКИ 8 пределах сектора разделена на равные части, которые отделены одна от другой.

Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе 1. Патент США 3938394, 1Ш. Q01 М 1/16, 1976.

2. Автррское свидетельство СССР № 222710, кл. G01 М 1/22, 1965 (прототип).

-Ж-,

idiHiziH