諧振濾波直接定位式平衡儀的製作方法
2023-09-16 14:54:05 1
專利名稱：諧振濾波直接定位式平衡儀的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種機器或結構部件的靜態或動態平衡的測試裝置，特別是一種諧振濾波直接定位式平衡儀。
背景技術：
現有技術中的平衡儀包括有相干檢波坐標分解乘法器，其根據複數平面矢量測量法的原理，將所測量的物體分為兩個校正面，每個面分別進行坐標分解，即在平面上將不平衡量分解為X分量和Y分量，在平衡的過程中往往隨著測量物體的進一步平衡，X分量和Y分量逐漸減小。該電路的不足之處在於當兩個分量較小時就會失去角解析度，即兩分量之間的夾角變小了，此時再也無法進一步平衡了，這樣將帶來平衡的精度低；其次，在進行平衡的過程中需要對平衡進行補償，此時引入一概念叫分離比，即在一個校正面上的校正平衡時，在其中一個面上進行分量補償時，該補償量與此補償量對另一個面的影響量之比，分離比越大，則影響量越小，當分離比為無窮大時，為最理想狀態，而現有技術的檢測電路的兩個校正面上各有兩個分量，而且該兩分量之間不垂直、不對稱，將產生方向性誤差，從而導致影響了分離補償效果，使分離比變小。
發明構成本發明的目的在於克服現有技術中的不足之處而提供一種平衡精度高、分離補償效果好、分離比高的諧振濾波直接定位式平衡儀。
本發明的目的可以通過以下途徑來實現諧振濾波直接定位式平衡儀，其結構要點在於，包括傳感器、諧振濾波電路、幅值檢波電路和相位檢測電路，傳感器的信號輸出端與諧振濾波電路電連接，而幅值檢波電路和相位檢測電路分別與諧振濾波電路的信號輸出端電連接。
諧振濾波電路用以測量轉動物體振動時產生的諧波，然後通過幅值檢波電路對該諧波進行幅值檢測，並通過相位檢測電路對該諧波進行相角檢測。首先，本發明不再採用坐標分解法，而是採用將校正面上的不平衡量用幅值和相角來計量，由於幅值和相位都是各自獨立的實數，可以分別處理，幅值的大小不再會影響相位的檢測，從而達到完全的分離，使分離比達到無窮大；其次通過採用諧振濾波電路可以提高波形的真實度，從而提高測量電路的精度。
本發明所提出的技術方案主要是基於以下論證理論第一條要達到無誤差測量。設初始不平衡量為U1，測得為U，有相位誤差Δθ和幅值誤差ΔU1。按U1校平衡，則U2為一次校正的剩餘不平衡量。如圖一所示，根據三角形邊長定理，U22=U12+(U1+U1)2-2U1(U1+U1)COS,]]>可以導出(U2U1)2=4(1+U1U1)Sin22+(U1U1)2]]>令幅值誤差以δ表示，為=U1U11,]]>則剩餘率為=U2U1=Sin2+2.]]>在無線電技術中諧振放大器ω的傳輸係數K=K011+jQ(0-0),]]>其中ω0是諧振頻率，ω是信號頻率。對於ω0附近可取=0(1+0),]]>其中01,]]>則K=K011+jQ200.]]>失諧相移為Δθ，tg=Q20,]]>幅降=12(Q20)2,]]>當Δθ不很大時tgΔθ＝Δθ。=122]]>是高階小，所以如果ε＝SinΔθ＝Δθ＝0，則平衡效率為η＝1-ε＝100％。採用保相措施，使Δθ＝0，就可實現無差測量。由於本發明採用了相位檢測電路，其直接針對相位進行測量，所以可以達到相位誤差Δθ＝0。
理論第二條要充分滿足精度要求，由於諧振濾波電路不同於相干檢波電路，其可以多級連用，使檢測精度可無限提高，從而滿足精度要求。
理論第三點要達到完全分離。在本發明中，採用了幅值和相位兩測量參數，由於幅值和相位是各自獨立的實數，可以分別處理，對準相位進行補償的調整，可以達到完全的分離。
諧振濾波電路還可以進一步具體為諧振濾波電路可以為複數個諧振濾波電路電連接而形成的多級諧振濾波電路。
由於在對振動諧波進行處理時，諧振濾波電路的級數越多，其檢測到的波形的精度也就越高，其達到平衡的精度也相應更高。
諧振濾波電路的濾波特性要象高頻LC諧振電路一樣，而品質因數Q值要保持均勻，這樣就可以保持諧振濾波電路良好的選頻能力，從而保持只對一個頻率的選定。也就是說，諧振的Q值不隨著電路中的電阻或電抗值而改變。詳細見中國專利ZL86101843.5，名稱為《均Q調諧RC諧振放大器》。如圖2所示，K0=Q2(1+R1R2),]]>Q=C1C2R1R2R1+R2.]]>統調R1＝R2，則Q=12C1C2]]>為一常數，不受統調誤差的影響。兩級聯用可用雙聯電位器分別調R1和R2，使K0在頻段中心最大，兩端對稱微降，Q值的變化也是均勻對稱的。在fmax＝λfmin的頻段兩端最小值為Qmin=Q021+,]]>當λ＝2時，Qmin＝0.943Q。而根據圖3所示的諧振濾波電路，Q=C1C2C1C2C1+C2,]]>K0=Q2C1+CC1C2,]]>它適用於開關電容同步跟蹤。雖然C不能連續調節，其元件參數誤差也不產生影響，僅需校正到相移為零。
幅值檢波電路還可以進一步具體為幅值檢波電路可以是二極體檢波電路，還可以是超線性檢波電路。
超線性檢波電路包括有兩級線性運放電路，兩運放電路進行反饋電連接。
在這裡，第一級運放的輸出通過負向二極體完成正半周的反饋同時輸給第二級運放的負輸入端，而第一級運放的負半周通過正向二極體完成反饋同時輸給第二級運放的正輸入端，這樣輸出的波形就是兩個半周波形的同向接續。
相位檢測電路還可以進一步具體為相位檢測電路可以是一種超低頻數字相位計，其包括相連接的比相計和多級低通濾波器。
由於相位的準確度對於本發明所述的論證很重要，所以對相位計檢測的相位值要求很高，採用數字相位計可以使人工讀數的誤差減小到最低。
當工作頻率≥5HZ時，這多級低通濾波器可以是簡單的多級RC電路，各節RC值接近或相等，級數越高則阻值越大，但可以插入直流降壓電路以擴大前後級電路的阻值比。
多級低通濾波器可以包含至少一級的無漂移低通。其實際上可以是諧振頻率比起始工作頻率低的二階諧振放大器。
相位檢測電路還可以是一種脈衝觸發閃光停相電路。
脈衝觸發閃光停相電路是採用閃頻停相法來顯示校平衡的位置，閃光燈的觸發脈衝是測幅正弦波形成的信號方波微分放大形成的。
閃光停相電路為多年前就被捨棄的技術，由於閃光停相法要求電路輸入的信號必須為交流量，而現有技術的相干檢波輸出的量卻是直流量，所以即使該電路具有很好的作用卻不得不捨棄，但現在本發明的發明人通過將電路進行改造，使之產生相位和幅值兩個矢量，也保證了輸出量為交流量，從而使原有的閃光停相法得以再應用。
傳感器還可以進一步具體為傳感器為一種電磁速度式傳感器。這樣的傳感器與軟支承或硬支承無關，所以其可以適用於幾種相類似的轉子，帶來了一出乎意料的效果，即可以使設備具有通用的功能。傳感器中包括有一可調分離補償和定標靈敏度的電位器，這樣，每一種轉子可以專門配置一套調分離補償和定標靈敏度的電位器，在平衡每一種轉子時，將電位器調整好就可以將該電位器直接用於測量這種轉子，而無須改變平衡測量的電路和平衡軌道。
本發明還可以通過以下途徑來實現諧振濾波電路為雙聯電位器統調的兩級諧振電路的電阻，而相位檢測電路為閃頻停相檢測電路，幅值檢測電路則由一積分移相器和同步檢波器組成。
上述結構為一種可手動調諧的鑑相調諧指示的平衡儀，具體可參見中國專利ZL86201598，名稱為鑑相調諧參差諧振濾波測量電路。
針對雙面外懸渦輪或雙面外懸轉子，可以根據以下理論來進行平衡對遠離葉輪的傳感器所代表的校正面進行完全徹底的分離和完全徹底的平衡，使其剩餘不平衡可視為零，然後再平衡另一面而不管它對前一面的影響，即認為它在前一面上的影響量為虛量，當後一面平衡好了它的影響也就消失了。具體來說，通常遠離葉輪的尾端傳感器可以實現完全徹底的分離，它可以按校正相位並調定靈敏度，所以稱之為A面，而在葉輪的這一面則為B面，如果A面的校正對B面不影響，那麼就先把A面徹底平衡好，然後平衡B面，此時A面上已經沒有不平衡量，校正B面時在A面出現的是影響虛量，無須理會，只要按B面的指示相位和量進行校正，等把B面校正好了，它在A面的影響量也就隨著消失了，也就是說採用單向分離雙面進行雙面外懸渦輪或雙面外懸轉子的平衡操作。
本發明所述的諧振濾波直接定位式平衡儀，主要是基於以下指標一次平衡剩餘率ε＝SinΔθ≈Δθ，按每1°為0.01745計算，Δθ是測量位置的誤差角，測試方法是在偏重點上加10倍左右的試重，Δθ可以校正為零或記錄在案，然後於測量數據中扣除。
綜上所述，本發明的優點在於採用了多級的諧振濾波電路來提高檢測平衡的精度，並且利用了波的幅值和相位為兩各自獨立的實數的原理，採用了幅值檢測電路和相位檢測電路來實現平衡檢測，這樣可以達到很高的分離比，從而實現了平衡檢測的無誤差、分離補償效果好，分離比高的效果。
圖1所示為本發明所述論證的原理圖；圖2所示為本發明所述諧振濾波電路示意圖；圖3所示為本發明所述可同步跟蹤的諧振濾波電路示意圖；圖4所示為本發明所述傳感接口與諧振濾波之間的前置電路圖；圖5所示為本發明所述諧振濾波電路圖；圖6所示為本發明所述相位檢波電路和幅值檢波電路圖；下面我們結合實施例對本發明做進一步描述。
具體實施例最佳實施例參見圖4、圖5和圖6，諧振濾波直接定位式平衡儀，包括傳感器、諧振濾波電路、幅值檢波電路和相位檢測電路，傳感器的信號輸出端與諧振濾波電路電連接，而幅值檢波電路和相位檢測電路分別與諧振濾波電路的信號輸出端電連接。圖4所示的傳感接口與諧振濾波之間的前置電路，其1端和2端分別為轉動物質左右傳感電路的接口端，而3端則與圖5的4端電連接，圖5為4級諧振濾波電路，後三級完全相同，都是對稱型的帶通，該諧振濾波電路的5端則分別與圖6的6端和7端電連接，圖6的上部為超線形檢波器，其輸出紋波比相位計頻率高一倍，而幅值小一半；下部為一超低頻數字相位計，其包括相連接的比相計和多級低通濾波器。
圖4為一種雙聯電位器，為定標解算電路圖，兩353雙運放對左右傳感電路傳來的信號是對稱放大的，輸出電壓放大3倍，並交叉送到對面運放入端中部的電位器上，當電位器共8級可選端，其耦合係數是 所以補償量是 也就是2.5。
圖5上部為4級諧振濾波電路，其中的第一級諧振ω表達式、Q表達式與後三級完全相同，只是K表達式多了一個積分因子 K0小2Q倍，並且沒有零點漂移，這是按硬支承平衡機的要求設計的，如果是軟支承，則第一級也應當是與後三級完全相同的電路。圖5的9端接的是集成開關，4級諧振電路共8個開關，由下部電路所產生的恆寬窄脈衝正向觸發接通，負向切斷，因此RC是在恆寬窄脈衝佔寬的期間工作的，同步跟蹤的頻率上限接近自然頻率的 當信號頻率降低時脈衝數按比例減少，等效RC按比例增大，這就實現了同步跟蹤。
圖5的下部為由光電頭基準信號觸發鎖相倍頻器產生512倍頻恆寬窄脈衝的電路，轉速為240r/min、1-4HZ時1024倍頻應由4040第14腳引出，調4098第三腳的電位器R值，改變脈衝寬度，可以校正各級諧振總相移為零。
本發明未述部分與現有技術相同。
權利要求
1.諧振濾波直接定位式平衡儀，其特徵在於，包括傳感器、諧振濾波電路、幅值檢波電路和相位檢測電路，傳感器的信號輸出端與諧振濾波電路電連接，而幅值檢波電路和相位檢測電路分別與諧振濾波電路的信號輸出端電連接。
2.根據權利要求1所述的諧振濾波直接定位式平衡儀，其特徵在於，諧振濾波電路可以為複數個諧振濾波電路電連接而形成的多級諧振濾波電路。
3.根據權利要求1所述的諧振濾波直接定位式平衡儀，其特徵在於，幅值檢波電路可以是二極體檢波電路，還可以是超線性檢波電路。
4.根據權利要求3所述的諧振濾波直接定位式平衡儀，其特徵在於，超線性檢波電路包括有兩級線性運放電路，兩運放電路進行反饋電連接。
5.根據權利要求1所述的諧振濾波直接定位式平衡儀，其特徵在於，相位檢測電路可以是一種超低頻數字相位計，其包括相連接的比相計和多級低通濾波器。
6.根據權利要求5所述的諧振濾波直接定位式平衡儀，其特徵在於，多級低通濾波器可以包含至少一級的無漂移低通。其實際上可以是諧振頻率比起始工作頻率低的二階諧振放大器。
7.根據權利要求1所述的諧振濾波直接定位式平衡儀，其特徵在於，相位檢測電路還可以是一種脈衝觸發閃光停相電路。
8.根據權利要求1所述的諧振濾波直接定位式平衡儀，其特徵在於，諧振濾波電路為雙聯電位器統調兩級諧振電路的電阻，而相位檢測電路為閃頻停相檢測電路，幅值檢測電路則由一積分移相器和同步檢波器組成。
全文摘要
本發明涉及一種機器或結構部件的靜態或動態平衡的測試裝置，特別是一種諧振濾波直接定位式平衡儀，其結構要點在於，包括傳感器、諧振濾波電路、幅值檢波電路和相位檢測電路，傳感器的信號輸出端與諧振濾波電路電連接，而幅值檢波電路和相位檢測電路分別與諧振濾波電路的信號輸出端電連接。本發明的優點在於採用了多級的諧振濾波電路來提高檢測平衡的精度，並且利用了波的幅值和相位為兩各自獨立的實數的原理，採用了幅值檢測電路和相位檢測電路來實現平衡檢測，這樣可以達到很高的分離比，從而實現了平衡檢測的無誤差、分離補償效果好，分離比高的效果。
文檔編號G01M1/08GK1566915SQ0313194
公開日2005年1月19日 申請日期2003年6月17日 優先權日2003年6月17日
發明者王經一 申請人:王經一