Устройство для измерения нестабильности частоты вращения вала

 

Изобретение относится к измерительной технике, может быть использовано для измерения неравномерности вращения вала, например, в аппаратах магнитной записи, и позволяет попы-. Г 1 сить точность и расширить частотный диапазон измерения-. Для этого генератор 10 высокой частоты выполнен управляемым . Частотный детектор 13 для уменьшения нелинейных искажений может быть выполнен по схеме частотного детектора с обратной связью. На вход фазового детектора 19 подаются сигналы, пропорциональный мгновенной частоте вращения и пропорциональный средней частоте вращения. После их сравнения на вьссоде фазового детектора 19 формируется сигнал, пропорциональный отклонению мгновенной частоты вращения от ее среднего значения, которьй подается на второй вход блока 22 вычисления, а на первый вход блока 22 - сигнал с выхода схемы 16 выделения модуля сигнала и усреднения , который пропорционален средней частоте вращения вала. Отношение указанных сигналов определяет величину нестабильности частоты вращения вала, которая вычисляется -в блоке 22. 3 ил. i (f) с КчЭ Wia 1

СОЮЗ GOBETCHHX

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (5g 4 G 01 P 3/48,l

8к;.„

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕННАЯ, : «,/

К ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3773372/24-10 (22) 24.07.84 (46) 07.02.86. Бюл. У 5 (71) Ленинградский институт авиационного приборостроения (72) А.Ю. Заоэерский, А.А. Кутищев, Н.В. Курдыбайлова, А.А. Серебрянский, А.И. Скалон и К.Н. Явленский (53) 621.317.76(088.8) (56) Электрические машины малой мощности./Под ред. В.M. Голубева. М.:

Энергия, 1978, с. 155-158.

Алексеенко А.Г., Коломбет Е.А., Стародуб Г.И. Применение прециэион ных аналоговых интегральных схем.М.:

Радиосвязь, 1981.

Авторское свидетельство СССР

У 684451, кл. С 01 P 15/08, 1977. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ НЕСТАБИЛЬНОСТИ ЧАСТОТЫ ВРАЩЕНИЯ ВАЛА (57) Изобретение относится к измерительной технике, может быть использовано для измерения неравномерности вращения вала, например, в аппаратах магнитной записи, и позволяет повы„„Я0„„121 01ОО А сить точность и расширить частотный диапазон измерения. Для этого генератор 10 высокой частоты выполнен управляемым. Частотный детектор 13 для уменьшения нелинейных искажений может быть выполнен по схеме частотного детектора с обратной связью. На вход фазового детектора 19 подаются сигналы, пропорциональный мгновенной частоте вращения и пропорциональный средней частоте вращения. После их сравнения на выходе фазового детектора 19 формируется сигнал, пропорциональный отклонению мгновенной частоты вращения от ее среднего значения, который подается на второй вход блока 22 вычисления, а на первый вход блока 22 — сигнал с выхода схемы 16 выделения модуля сигнала и усреднения, который пропорционален средней частоте вращения вала. Отношение укаэанных сигналов определяет величину нестабильности частоты вращения вала, которая вычисляется .в блоке 22. 3 ил.

Изобретение относится к измери тельной технике и может быть использовано для измерения неравномерности вращения вала, например, в аппаратах магнитной записи.

Цель изобретения — повышение точности и расширение частотного,циапазона измерения.

На фиг. 1 изображена функциональ-. ная схема устройства; на фиг. деконструкция преобразователя угла поворота; на фиг. 3 — зпюры действующих сигналов.

d = Оь80> еОэ95)Л й. =.(0,55,...,0,75)П, где dt — диаметр большой окружности 7;

d — диаметр меньшей акружнссти 8;

D — диаметр диска 2, причем центр большей окружности 7 совпадает с осью вращения диска 2, а центр меньшей окружности; 8 смещен относи-.ельно оси на величину

d.i — с4 панесе» слой 9 ферромагнитного ма";..риала, например никеля.

Уп >авляемый генератор 10 высокой частоты состоит иэ генератора 11 высекай частоты и согласующего паласового усилителя 12 ° Генератор 11 высокой частоты мажет быть выполнен по схеме емкостей трехточки, например, на транзисторе ГТ313Б.При этом индуктивность катушек 5 включена непосредственно в резонансный контур м генератора 11 высокой частоты. Согласующий паласовой усилитель 12 мажет быть собран, например, на тран50

Устройство содержит преобразователь 1 угла поворота, включающий l5 диск 2, жестко закрепленный, например, с помощью цангового зажима.3 на исследуемом валу 4, между двумя катушками 5 индуктивности тароидальной формы в зазоре их магнитопроводов с воэможностью свободнога вращения на валу 4. Катушки 5 индуктивности включены последовательно-встречно и жестко скреплены между собой держателем 6. На плоскости диска 2 на площади, ограниченной двумя окружностями разных диаметров 7 и 8, выбираемых из соотношения

00 2 зисторах ГГ313Б и 1 ГЗ t 1Б. Частотный детектор 13 для уменьшения нелинейных искажений может быть выполнен на транзисторах КП305Д по схеме частот- .

L ного детектора с обратной связью. Ин. тегратар 14 выполнен на двух микросхемах — операционных усилителях типа К140УД8А. Управляемый генератор

15 низкой частоты содержит схему 16 выделения модуля сигнала и усреднения, которая собрана по известной схеме, и преобразователь 17 напряжение — частота, который может быть выполнен на операционном усилителе типа К140УД8А по известной схеме.

Фазометр 18 содержит фазовый детектор 19, фильтр 20 низкой частоты и индикатор 21. Фазовый детектор 19 выполнен на базе интегрального перем южителя К525ПС1 по известной схеме.

Фильтр 20 низкой частоты можно, например, выполнить на базе операционного усилителя К140УДЯА по известной схеме. В качестве индикатора 21 может быть применен цифровой универсальный вольтметр, например, В7-23. В качестве блока 22 вычисления нестабильной частоты можно использовать ЭВИ, например микро-ЭЗМ "Электроника-60M".

В ка-;естве регистрирующего прибора

23 можно применить, например, светолучевой осциллограф типа h-117 °

Устройство работает сл.-:1ующим образом.

Диск 2 с помощью цанговаго зажима 3 устанавливается на исследуемый вал 4 так, чтобы катушки 5 индуктивности были расположены симметрично относительно диска 2, Поскольку частоты колебаний генератора 11 высокой частоты совпадает с резонансной частотой контура я, можно считать, что

-@Г где L — индуктивность контура;

С вЂ” емкость.

При изменении индуктивности контура па величину a I(t) соответствующее изменение частоты определяется иэ выражения

Я+ Я (t)

С

В предложенной конструкции преабраэователя 1 угла поворота изменение нндуктивности n L(t) составляет единиць;. процентов.

1210100

В этом случае справедливо соотношение

Ью (t) 1 д L(t) я 2 L где К вЂ” коэффициент пропорциональности.

Таким образом, при малых относительных изменениях величины d V (t) и d L(t) связаны линейной зависимостью. Знак "минус" показывает, что положительному приращению индуктив ности d L(t) соответствует отрицательное приращение частоты ЬЯ ().

При вращении диска 2 в зазорах магнитопроводов катушек 5 индуктивности происходит периодическое изменение площади ферромагнитного материала 8, нанесенного на плоскость диска 2 и пронизываемого магнитным пото. ком катушек 5 индуктивности. При этом происходит изменение суммарной индуктивности катушек 5 по закону (фиг. 3a)

L(t) = L„+ î cos 2Qt где 1, — амплитУда колебаниЯ сУммаРнои индуктивностиу сд — частота вращения вала 4.

Поскольку катушки 5 включены в резонансный контур генератора ll высокой частоты, то управление частотой его колебаний осуществляется прямым изменением индуктивности контура, что приводит к изменению частоты настройки контура и, следовательно, частоты генератора ii высокой частоты. Tsõèì образом осуществляется частотная модуляция напряжения генератора it высокой частоты. Изменение частоты генератора 11 высокой частоты определяется выражением ю(t) =ю,+ о сое 2юt, где ы = 2 Р f — средняя частота колео о банкя (в отсутствие модуляции);

2и — частота модуляции;

Ы вЂ” девиация частоты.

Значение напряжения на выходе генератора 1, высокой частоты (фиг. Зб) определяется выражением

0l g U(t)=U sin (яоt + 2 sin 2ы t). о О 2 со

Согласующий полосовой усилитель

12 настроен на среднюю частоту колебаний (а, и усиливает сигнал до величины, необходимой для работы частотного детектора 13. В последнем осуществляется детектирование частотно-модулированного сигнала, в результате чего сигнал на его выходе

VÄ>(t) изменяется с частотой модулирующего колебания, т.е..с частотой вращения вала (фиг. Зв). Далее этот сигнал поступает на интегратор

14 н фаэометр 18. Поскольку на интегратор 14 поступает периодический сигнал беэ постоянной составляющей, то амплитуда сигнала на его выходе

V „ö (t) обратно пропорциональна часннт тоте вращения вала в соответствии с амплитудно-частотной характеристикой интегратора 14. Этот сигнал содержит информацию как о средней частоте вращения вала (в виде несущей частоты), так и информацию о нестабильности частоты вращения (фиг. Зг) в виде функций, модулирующих несущую частоту.

Схема 16 выделения модуля сигнала производит выделение модуля сигнала U„„ (t) и его усреднение (фиг. Зд). Причем постоянная времени осреднения выбрана таким образом, чтобы она была больше, чем пе риод низшего колебания, подлежащего исследованию, т.е. < » 5c.,Ýòî позволяет осреднять как низкочастотные, так и высокочастотные колебания мгновенной частоты вращения и формировать электрический эталон средней частоты вращения, относительно которого определяются колебания мгновенной частоты вращения с высокой точностью. Полученное с выхода схемы 16 выделения абсолютного значения и усреднения нап. ряжение V„ (t) (фиг. Зд) подается на вход преобразователя 17 напряжение— частота. На выходе последнего формируется гармонический сигнал с частотой, обратно пропорциональной управляющему напряжению, т.е. с удвоенной средней частотой вращения вала. Таким образом, на входы фазового детектора 19 подаются сигнал, пропорциональный мгновенной частоте вращения, и сигнал, пропорциональный средней частоте вращения. После сравнения указанных сигналов на выходе фазового детектора формируется сигнал, прог:опцяональный отклонению мгновенной, 5 12 частоты вращения от ее среднего значения, который подается на второй вход блока 22,вычисления. На первый вход блока 22 вычисления подается сигнал с выхода схемы 16 выделения модуля сигнала и усреднения который пропорционален средней частоте вращения вала. Отношение указанных сигналов и определяет величину нестабиль ности частоты вращения вала, которая вычисляется в блоке 22 вычисления.

Блок 22 вычисления,производит также разложение сигнала нестабильности мгновенной частоты вращения на гармонические составляющие ряда Фурье, вычисление амплитуды и частоты гармонических составляющих и суммарной нестабильности частоты вращения. Результаты вычисления регистрируются на многоканальном регистрирующем приборе 23.

Формул а изобретения

Устройство для измерения нестабильности частоты вращения вала, со-. держащее преобразователь угла поворота, фаэометр и блок регистрации, о т. л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности и расширения частотного диапазона измерения, в него введены последовательно соединенные управляемый генератор высокой частоты, частотный детектор,, интегратор, управляемый генератор низкой частоты и блок вычисления

10100 Ь нестабильности частоты, причем второй выход управляемого генератора низкой частоты соединен с первым входом фаэометра, выход которого соединен с вторым входом блока вычисления нестабильности частоты, соединенного выходом с блоком регистрации, а преобразователь угла поворота выполнен в виде диска с нанесенными на

1п него слоем ферромагнитного материала и двумя катушками индуктивности

"" îðîèäàëüHoé формы, причем диск жестко закреплен на исследуемом:. валу и установлен симметрично между

1 катушками индуктивности тороидальной формы в зазоре их магнитопроводов с возможностью вращения, при этом, катушки индуктивности скреплены между собой, соединены последовательно-встречно и подключены к входу управляемого генератора высокой частоты, а слой ферромагнитного материала нанесен на площади диска, ограниченной двумя окружностями р разных диаметров, выбираемых пэ соотношения

d1 =(0,80,....0,95)D, с1 =(0 55....0,75)0, xpe D — диаметр диска, причем центр большей окружности совпадает с осью вращения диска, а центр меньшей смещен относительно оси на величину (й„-d2)/2.

1210100

Редактор А. Козориз

Заказ 513/53 Тираж 778

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Подписное

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород- ул. Проектная, 4

° Р rg(t) Составитель А. Астахов

Техред Т.Тулик Корректор Л. Батай