RU2536097C1 - Vibration meter - Google Patents
Vibration meter Download PDFInfo
- Publication number
- RU2536097C1 RU2536097C1 RU2013125848/28A RU2013125848A RU2536097C1 RU 2536097 C1 RU2536097 C1 RU 2536097C1 RU 2013125848/28 A RU2013125848/28 A RU 2013125848/28A RU 2013125848 A RU2013125848 A RU 2013125848A RU 2536097 C1 RU2536097 C1 RU 2536097C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- circuit
- output
- operational amplifier
- capacitor
- vibration
- Prior art date
Links
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 claims abstract description 46
- 238000005259 measurement Methods 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 238000012935 Averaging Methods 0.000 description 5
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 5
- 230000003321 amplification Effects 0.000 description 3
- 238000000034 method Methods 0.000 description 3
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 description 3
- 230000009471 action Effects 0.000 description 2
- 238000013461 design Methods 0.000 description 2
- 230000008569 process Effects 0.000 description 2
- 230000004044 response Effects 0.000 description 2
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 2
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 230000001186 cumulative effect Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 1
- 238000011089 mechanical engineering Methods 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 230000011664 signaling Effects 0.000 description 1
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 1
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)
- Measuring Volume Flow (AREA)
Abstract
Description
Измеритель вибрации относится к информационно-измерительной технике и может быть использован в контрольно-сигнальной аппаратуре для измерения виброускорения и виброскорости.The vibration meter belongs to the information-measuring technique and can be used in control and signaling equipment for measuring vibration acceleration and vibration velocity.
Известен пассивный линейный детектор эффективных значений Боуке (см. Л.И. Волгин «Линейные электрические преобразователи для измерительных приборов и систем», М., Сов. Радио, 1971, с.166, рис.3.15б), содержащий диодный мост, входы которого подключены к источнику сигнала, а выходы - к резистивному делителю, состоящему из неравных сопротивлений, к выходу которого подключен конденсатор. При известных соотношениях резисторов 4:1 выполняется функция определения эффективного значения.Known passive linear detector of effective Bowke values (see LI Volgin "Linear electrical converters for measuring instruments and systems", M., Sov. Radio, 1971, p.166, Fig. 3.15b), containing a diode bridge, inputs which are connected to the signal source, and the outputs to a resistive divider, consisting of unequal resistances, to the output of which a capacitor is connected. With known ratios of resistors 4: 1, the function of determining the effective value is performed.
Недостатками известного линейного детектора эффективных значений являются:The disadvantages of the known linear detector of effective values are:
- выполнение только функции линейного детектора эффективных значений, что ограничивает его функциональные возможности по измерению вибрации, т.к. отсутствует функция пикового детектора;- performing only the function of a linear detector of effective values, which limits its functionality for measuring vibration, because there is no peak detector function;
- отсутствие регулируемого усилителя с высоким входным сопротивлением, полосового фильтра;- the lack of an adjustable amplifier with high input impedance, a bandpass filter;
- работа с высоковольтными сигналами (имеет низкую чувствительность), т.к. потери напряжения на двух диодах моста равны 1,5 В;- work with high-voltage signals (has a low sensitivity), because voltage losses on two bridge diodes are 1.5 V;
- наличие высокой погрешности из-за некомпенсированной температурной зависимости характеристик диодов.- the presence of a high error due to uncompensated temperature dependence of the characteristics of the diodes.
Известен фильтр второго порядка Саллена-Ки на повторителе напряжения (см. П. Гарет «Аналоговые устройства для микропроцессоров и микро ЭВМ», М., Мир, 1981, с.71, рис.3.16а), содержащий операционный усилитель, неинвертирующий вход которого подключен через два последовательно соединенных резистора с равными сопротивлениями к источнику сигнала, точка объединения резисторов подключена к выходу операционного усилителя через конденсатор, неинвертирующий вход операционного усилителя (ОУ) через другой конденсатор подключен к общей шине. Фильтр обеспечивает высокое входное сопротивление до частоты среза.A well-known second-order filter Sullen-Key on the voltage follower (see P. Gareth "Analog devices for microprocessors and microcomputers", M., Mir, 1981, p. 71, Fig.3.16a), containing an operational amplifier, the non-inverting input of which connected through two series-connected resistors with equal resistances to the signal source, the combining point of the resistors is connected to the output of the operational amplifier through a capacitor, the non-inverting input of the operational amplifier (op-amp) is connected to a common bus through another capacitor. The filter provides high input impedance up to the cutoff frequency.
Недостатками известного фильтра нижних частот (ФНЧ) являются:The disadvantages of the known low-pass filter (LPF) are:
- выполнение только функции фильтрации нижних частот, что ограничивает его функциональные возможности по измерению вибрации. Фильтр не имеет возможности выбора коэффициента усиления напряжения при сохранении требований к равенству резисторов и соотношениях конденсаторов 2:1;- performing only the low-pass filtering function, which limits its functionality for measuring vibration. The filter does not have the ability to select the voltage gain while maintaining the requirements for the equality of resistors and the ratio of capacitors 2: 1;
- фильтр не является детектором, порядок фильтра 2 за счет включения другого конденсатора к выходу ОУ, а для измерения вибрации должно быть ≈3, не выполняет функцию полосового фильтра на одном операционном усилителе.- the filter is not a detector, the order of filter 2 due to the inclusion of another capacitor to the output of the op-amp, and for measuring vibration should be ≈3, does not perform the function of a band-pass filter on one operational amplifier.
Известен измеритель вибрации (см. В.П. Максимов и др. «Измерение, обработка и анализ быстропеременных процессов в машинах», М., Машиностроение, 1987, стр.47, рис.1.15а), б)), содержащий вибропреобразователь, подключенный к последовательно соединенным каскадам: согласующему усилителю напряжения, полосовому фильтру, детектору и усредняющему устройству.A known vibration meter (see V.P. Maksimov and others. "Measurement, processing and analysis of rapidly changing processes in machines", M., Mechanical Engineering, 1987, p.47, Fig.1.15a), b)), containing a vibration transducer, connected to series-connected stages: matching voltage amplifier, band-pass filter, detector and averaging device.
Недостатками известного измерителя вибрации являются сложность и громоздкость за счет наличия большого числа последовательно соединенных каскадов, каждый из которых содержит один или два операционных усилителя и накапливающуюся погрешность по мере роста числа последовательных каскадов.The disadvantages of the known vibration meter are the complexity and cumbersomeness due to the presence of a large number of series-connected cascades, each of which contains one or two operational amplifiers and the cumulative error as the number of consecutive stages increases.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является измеритель вибрации (Р. Граф «Электронные схемы. 1300 примеров», М., Мир, 1989, стр.88, рис.9.4), содержащий вибропреобразователь, выход которого подключен через первый резистивный делитель к общей шине и подключен к неинвертирующему входу операционного усилителя, выход которого подключен через второй резистивный делитель к средней точке первого резистивного делителя. Средняя точка второго резистивного делителя подключена через параллельную RC-цепь к инвертирующему входу операционного усилителя.The closest in technical essence to the proposed invention is a vibration meter (R. Graf "Electronic circuits. 1300 examples", M., Mir, 1989, p. 88, Fig. 9.4), containing a vibration transducer, the output of which is connected through the first resistive divider to a common bus and is connected to a non-inverting input of the operational amplifier, the output of which is connected through a second resistive divider to the midpoint of the first resistive divider. The midpoint of the second resistive divider is connected through a parallel RC circuit to the inverting input of the operational amplifier.
Недостатками известного измерителя вибрации являются ограниченные функциональные возможности по измерению вибрации из-за отсутствия функций полосового фильтра и детектора эффективных или пиковых значений, т.к. при согласовании с вибропреобразователем выполняется только функция обеспечения высокого входного сопротивления и усиления напряжения неинвертирующим усилителем.The disadvantages of the known vibration meter are the limited functionality for measuring vibration due to the lack of functions of a band-pass filter and a detector of effective or peak values, because in coordination with the vibration transducer, only the function of ensuring a high input resistance and voltage amplification by a non-inverting amplifier is performed.
Технический результат, на достижение которого направлено изобретение, заключается в расширении функциональных возможностей до уровня измерителя эффективных или пиковых значений вибрации при минимизации числа последовательно соединенных каскадов. Это обеспечено за счет совмещения известной функции неинвертирующего усилителя с высоким входным сопротивлением с новой функцией: полосового фильтра и линейного детектора эффективных или пиковых значений.The technical result to which the invention is directed is to expand the functionality to the level of a meter of effective or peak vibration values while minimizing the number of cascades connected in series. This is achieved by combining the well-known function of a non-inverting amplifier with a high input impedance with a new function: a band-pass filter and a linear detector of effective or peak values.
Для достижения технического результата в измерителе вибрации, содержащем вибропреобразователь, параллельную RC-цепь, вход которой соединен с инвертирующим входом первого операционного усилителя, неинвертирующий вход которого соединен с первым выводом первого резистивного делителя, второй резистивный делитель, новым является то, что дополнительно введены последовательная RC-цепь, второй операционный усилитель, первый, второй и третий конденсаторы, резистор, первый, второй и третий диоды, схема встречно-параллельно включенных диодов, интегрирующая цепь, общий вывод которой соединен с общей шиной, которая соединена с неинвертирующим входом второго операционного усилителя, через последовательную RC-цепь с инвертирующим входом первого операционного усилителя, через первый конденсатор с первым выводом первого резистивного делителя, через резистор со вторым выводом первого резистивного делителя и с первым выводом вибропреобразователя, второй вывод которого через второй конденсатор соединен со вторым выводом первого резистивного делителя, средняя точка которого через резистор соединена с входом параллельной RC-цепи, выход которой соединен с первыми выводами второго резистивного делителя и схемы встречно-параллельно включенных диодов, второй вывод которой соединен с выходом первого операционного усилителя и с анодом первого диода, катод которого соединен с входом интегрирующей цепи, вторым выводом второго резистивного делителя и катодом второго диода, анод которого соединен с катодом третьего диода и выходом второго операционного усилителя, инвертирующий вход которого соединен с анодом третьего диода и средней точкой второго резистивного делителя.To achieve a technical result in a vibration meter containing a vibration transducer, a parallel RC circuit, the input of which is connected to the inverting input of the first operational amplifier, the non-inverting input of which is connected to the first output of the first resistive divider, the second resistive divider, new is that an additional serial RC -chain, second operational amplifier, first, second and third capacitors, resistor, first, second and third diodes, circuit of parallel-parallel diodes, in an integrating circuit, the common output of which is connected to a common bus, which is connected to the non-inverting input of the second operational amplifier, through a serial RC circuit with an inverting input of the first operational amplifier, through the first capacitor with the first output of the first resistive divider, through a resistor with the second output of the first resistive divider and with the first output of the vibration transducer, the second output of which through the second capacitor is connected to the second output of the first resistive divider, the midpoint of which is through the resistor is connected to the input of a parallel RC circuit, the output of which is connected to the first terminals of the second resistive divider and the counter-parallel-connected diodes circuit, the second terminal of which is connected to the output of the first operational amplifier and to the anode of the first diode, the cathode of which is connected to the input of the integrating circuit, by the second the output of the second resistive divider and the cathode of the second diode, the anode of which is connected to the cathode of the third diode and the output of the second operational amplifier, the inverting input of which is connected to the anode of the third diode and a second middle point of the resistive divider.
Интегрирующая цепь выполнена на интегрирующей RC-цепи, при этом измеряется эффективное значение вибрации.The integrating circuit is made on an integrating RC circuit, and the effective value of vibration is measured.
Интегрирующая цепь выполнена на конденсаторе (например, путем закорачивания выводов резистора интегрирующей RC-цепи или его исключения), при этом измеряется пиковое значение вибрации.The integrating circuit is made on the capacitor (for example, by shorting the terminals of the resistor of the integrating RC circuit or eliminating it), while the peak value of vibration is measured.
Расширенные функциональные возможности измерителя вибрации обеспечиваются дополнительно введенными элементами и связями, за счет которых совмещена известная функция неинвертирующего операционного усилителя (высокое входное сопротивление и регулируемое усиление на одном операционном усилителе) с новой функцией: полосового фильтра и линейного детектора эффективных или пиковых значений. Причем крутизна спада верхних частот полосового фильтра измерителя вибрации соответствует ФНЧ третьего порядка (у второго аналога ФНЧ второго порядка) за счет нового места подключения выхода параллельной RC-цепи в дополнение к первому и третьего конденсаторам. Крутизна спада нижних частот полосового фильтра соответствует фильтру высоких частот (ФВЧ) второго порядка за счет совместного действия новых последовательной RC-цепи и второго конденсаторов. Второй вывод схемы встречно-параллельно включенных диодов полосового фильтра на первом операционном усилителе обеспечивает интегрирующую цепь (усредняющее устройство) линейного детектора эффективных или пиковых значений на первом и втором операционном усилителях с его диодами нужными напряжениями исключает потери и погрешность пассивных диодов. Характеристика первого операционного усилителя со схемой встречно-параллельно включенных диодов обеспечивает компенсацию прямого падения напряжения на первом диоде, высокую чувствительность и точность, т.к. противоположна характеристике первого диода.The expanded functionality of the vibration meter is provided by additionally introduced elements and links, due to which the well-known function of a non-inverting operational amplifier (high input impedance and adjustable gain on one operational amplifier) is combined with a new function: a band-pass filter and a linear detector of effective or peak values. Moreover, the steepness of the decay of the upper frequencies of the band-pass filter of the vibration meter corresponds to the third-order low-pass filter (for the second analog of the second-order low-pass filter) due to the new connection point of the output of the parallel RC circuit in addition to the first and third capacitors. The steepness of the low-pass decay of the band-pass filter corresponds to a second-order high-pass filter (HPF) due to the combined action of a new serial RC circuit and a second capacitor. The second output of the on-parallel-bandpass filter diode circuit on the first operational amplifier provides an integrating circuit (averaging device) of a linear detector of effective or peak values on the first and second operational amplifiers with its diodes with the required voltages eliminates the loss and error of passive diodes. The characteristic of the first operational amplifier with a circuit of counter-parallel connected diodes provides compensation for the direct voltage drop on the first diode, high sensitivity and accuracy, because opposite to the characteristic of the first diode.
На фиг.1 представлен пример реализации измерителя вибрации, на фиг.2 приведена амплитудно-частотная характеристика (АЧХ) его полосового фильтра. На фиг.3 приведены диаграммы напряжений на выходе вибропреобразователя и на входе и выходе интегрирующей цепи.Figure 1 presents an example implementation of a vibration meter, figure 2 shows the amplitude-frequency characteristic (AFC) of its band-pass filter. Figure 3 shows the voltage diagrams at the output of the vibration transducer and at the input and output of the integrating circuit.
Измеритель вибрации (фиг.1) содержит вибропреобразователь 1, параллельную RC-цепь 2, первый операционный усилитель 3, первый 4 и второй 5 резистивные делители, второй операционный усилитель 6, первый 7, второй 8 и третий 9 конденсаторы, последовательную RC-цепь 10, резистор 11, первый 12, второй 13 и третий 14 диоды, схему 15 встречно-параллельно включенных диодов, интегрирующую цепь 16.The vibration meter (figure 1) contains a vibration transducer 1, a parallel RC circuit 2, a first operational amplifier 3, a first 4 and a second 5 resistive dividers, a second operational amplifier 6, a first 7, a second 8 and a third 9 capacitors, a serial RC circuit 10 , a resistor 11, a first 12, a second 13 and a third 14 diodes, a circuit 15 of counter-parallel connected diodes, an integrating circuit 16.
Вход параллельной RC-цепи 2 соединен с инвертирующим входом первого операционного усилителя 3, неинвертирующий вход которого соединен с первым выводом первого резистивного делителя 4. Общий вывод интегрирующей цепи 16 соединен с общей шиной. Общая шина соединена с неинвертирующим входом второго операционного усилителя 6, через последовательную RC-цепь 10 с инвертирующим входом первого операционного усилителя 3, через первый конденсатор 7 с первым выводом первого резистивного делителя 4, через резистор 11 со вторым выводом первого резистивного делителя 4 и с первым выводом вибропреобразователя 1. Второй вывод вибропреобразователя 1 через второй конденсатор 8 соединен со вторым выводом первого резистивного делителя 4, средняя точка которого через третий конденсатор 9 соединена с входом параллельной RC-цепи 2. Выход параллельной RC-цепи 2 соединен с первыми выводами второго резистивного делителя 5 и схемы 15 встречно-параллельно включенных диодов. Второй вывод схемы 15 встречно-параллельно включенных диодов соединен с выходом первого операционного усилителя 3 и с анодом первого диода 12. Катод первого диода 12 соединен с входом интегрирующей цепи 16, вторым выводом второго резистивного делителя 5 и катодом второго диода 13. Анод второго диода 13 соединен с катодом третьего диода 14 и выходом второго операционного усилителя 6. Инвертирующий вход второго операционного усилителя 6 соединен с анодом третьего диода 14 и средней точкой второго резистивного делителя 5.The input of the parallel RC circuit 2 is connected to the inverting input of the first operational amplifier 3, the non-inverting input of which is connected to the first output of the first resistive divider 4. The common output of the integrating circuit 16 is connected to a common bus. The common bus is connected to the non-inverting input of the second operational amplifier 6, through a serial RC circuit 10 with an inverting input of the first operational amplifier 3, through the first capacitor 7 with the first output of the first resistive divider 4, through the resistor 11 with the second output of the first resistive divider 4 and with the first the output of the vibration transducer 1. The second output of the vibration transducer 1 through the second capacitor 8 is connected to the second output of the first resistive divider 4, the midpoint of which through the third capacitor 9 is connected to Odom parallel RC-circuit 2. Yield parallel RC-circuit 2 is connected to first terminals of second resistor 5 and the divider circuit 15 included in antiparallel diodes. The second output of the anti-parallel-connected diodes circuit 15 is connected to the output of the first operational amplifier 3 and to the anode of the first diode 12. The cathode of the first diode 12 is connected to the input of the integrating circuit 16, the second output of the second resistive divider 5 and the cathode of the second diode 13. Anode of the second diode 13 connected to the cathode of the third diode 14 and the output of the second operational amplifier 6. The inverting input of the second operational amplifier 6 is connected to the anode of the third diode 14 and the midpoint of the second resistive divider 5.
Параллельная RC-цепь 2 выполнена на резисторе 17 и конденсаторе 18.Parallel RC circuit 2 is made on the resistor 17 and the capacitor 18.
Интегрирующая цепь 16 может быть выполнена на интегрирующей RC-цепи: конденсаторе 19 и резисторе 20 или на конденсаторе 19 (например, путем закорачивания выводов резистора 20 интегрирующей RC-цепи, см. точки а и b на фиг.1, или его исключением).The integrating circuit 16 can be performed on an integrating RC circuit: a capacitor 19 and a resistor 20 or on a capacitor 19 (for example, by shorting the terminals of the resistor 20 of the integrating RC circuit, see points a and b in figure 1, or its exception).
Второй резистивный делитель 5 выполнен на последовательно соединенных резисторах 21, 22.The second resistive divider 5 is made on series-connected resistors 21, 22.
Последовательная RC-цепь выполнена на резисторе 23 и конденсаторе 24.The serial RC circuit is made on the resistor 23 and the capacitor 24.
Измеритель вибрации (см. фиг.1) может быть выполнен выполнен на операционных усилителях 544УД14, 544УД7, прецизионных резисторах Р1-16, прецизионных конденсаторах К10-43в и других конденсаторах типа К53-56.The vibration meter (see figure 1) can be performed on operational amplifiers 544UD14, 544UD7, precision resistors P1-16, precision capacitors K10-43v and other capacitors such as K53-56.
Измеритель вибрации работает следующим образом.The vibration meter works as follows.
По сути, заявленный измеритель вибрации является фильтроусилительным линейным детектором эффективного или пикового значения, в зависимости от выполнения интегрирующей цепи 16: на интегрирующей RC-цепи (резистор 20, конденсатор 19) или конденсаторе 19 соответственно. Фильтроусилительный линейный детектор эффективного или пикового значения имеет коэффициент усиления 16 дБ. Резистор 17 с сопротивлением R17 и конденсатор 18 являются элементами параллельной RC-цепи 2, резистор 23 имеет сопротивление R23<R17. Коэффициент усиления в полосе пропускания равен
В исходном статическом состоянии на выходе вибропреобразователя 1 нулевое напряжение, чему соответствует нулевое напряжение на выходе интегрирующей цепи 16 в любом исполнении, т.к. на первом выводе схемы 15 встречно-параллельно включенных диодов нулевое напряжение за счет включения ее в цепь отрицательной обратной связи операционного усилителя 3. На выходе операционного усилителя 3 напряжение держится на уровне прямого напряжения на встречно-параллельно включенных диодах схемы 15. Оно компенсирует падение напряжения на диоде 12, обеспечивая на его катоде и выходе интегрирующей цепи 16 нулевое напряжение. На катоде диода 13 также нулевое напряжение, как у включенного в цепь отрицательной обратной связи инвертирующего операционного усилителя (повторителя) 6 с нулевым напряжением на входе.In the initial static state, the output of the vibration transducer 1 is zero voltage, which corresponds to zero voltage at the output of the integrating circuit 16 in any design, because at the first output of the circuit 15 of the on-parallel-connected diodes, zero voltage due to its inclusion in the negative feedback circuit of the operational amplifier 3. At the output of the operational amplifier 3, the voltage is kept at the forward voltage level on the on-parallel-connected diodes of the circuit 15. It compensates for the voltage drop by diode 12, providing at its cathode and the output of the integrating circuit 16 zero voltage. The cathode of the diode 13 also has a zero voltage, as in the inverting operational amplifier (repeater) 6 included in the negative feedback circuit with zero input voltage.
При подаче переменного напряжения от вибропреобразователя 1 (см. U1 на фиг.3) начинается процесс его усиления, выделения заданной полосы, детектирования с усреднением по уровню эффективного значения при выполнении интегрирующей цепи 16 на интегрирующей RC-цепи или по уровню пикового значения при выполнении интегрирующей цепи 16 на конденсаторе 19. Схема 15 встречно-параллельно включенных диодов не искажает АЧХ полосового фильтра измерителя вибрации в целом, но обеспечивает детектирование по выходу интегрирующей цепи 16 без ошибок.When applying alternating voltage from the vibration transducer 1 (see U1 in Fig. 3), the process of amplifying it, highlighting a given band, and detecting with averaging over the level of the effective value when performing the integrating circuit 16 on the integrating RC circuit or over the peak value when performing the integrating circuit 16 on the capacitor 19. Scheme 15 counter-parallel connected diodes does not distort the frequency response of the bandpass filter of the vibration meter as a whole, but provides detection by the output of the integrating circuit 16 without errors.
АЧХ полосового фильтра, приведенная на фиг.2, подтверждает совмещение функций полосового фильтра с высоким входным сопротивлением, усиления и детектирования, совмещенных в едином устройстве. В полосе пропускания полосового фильтра от
На катодах объединенных диодов 12, 13 имеется двухполупериодное выпрямление сигналов (см. U13в на фиг.3) с ненулевым смещением (см. Uсм на фиг.3), подтверждающее функцию детекторов. На выходе интегрирующей RC-цепи 16 (точка объединения резистора 20 и конденсатора 19 на фиг.1) имеется эффективное значение (см. U16эфф=0,707·U13в на фиг.3), подтверждающее функцию линейного детектирования по уровню эффективного значения без ошибок, благодаря компенсирующей схеме 15 встречно-параллельно включенных диодов, диодам 12, 13 и неравенству величин постоянных времени зарядных и разрядных цепей. При этом с вибропреобразователя 1 (его эквивалента) подавались симметричные центрированные конденсатором 8 сигналы: синусоидальное напряжение, треугольное пилообразное напряжение, меандр, вибрация, шум. На выходе интегрирующей цепи 16, выполненной на конденсаторе 19, имеется пиковое значение (см. U16пик=U13в на фиг.3), подтверждающее функцию линейного детектирования по уровню пикового значения без ошибок, благодаря компенсирующей схеме 15 встречно-параллельно включенных диодов, диодам 12, 13. Без параллельной RC-цепи 2 схема полосового фильтра похожа на ФНЧ Саллена-Ки, но сигнал обратной связи снят не с выхода операционного усилителя 3, а с его инвертирующего входа. Это обеспечивает независимую (не изменяет частот среза, см.
Первый каскад на операционном усилителе 3 выполняет функции:The first stage on the operational amplifier 3 performs the functions of:
- усиления с высоким входным сопротивлением, за счет чего Rвх=R11;- amplification with a high input resistance, due to which Rin = R11;
- полосового фильтра;- band-pass filter;
- компенсирующей цепи 15 детектора положительной полуволны сигнала (компенсируя прямое падение напряжения на диоде 12);- compensating circuit 15 of the detector of the positive half-wave signal (compensating for the direct voltage drop across the diode 12);
- согласования с резистивным делителем 5 детектора отрицательной полуволны сигнала на инвертирующем операционном усилителе 6 с детектирующим диодом 13.- coordination with the resistive divider 5 of the detector of the negative half-wave signal on the inverting operational amplifier 6 with the detecting diode 13.
На катодах диодов 13 и 12 имеется суммарное смещенное относительно уровня нуля (см. Uсм на фиг.3), двухполупериодное выпрямление амплитуд с исключенной встречно-параллельно включенными диодами схемы 15 погрешностью. При выполнении интегрирующей цепи 16 на резисторе 20 и конденсаторе 19 с помощью резистора 22 и инвертирующего входа операционного усилителя 6 осуществляется усреднение по уровню эффективного значения за счет неравенства постоянных времени при заряде конденсатора 19 и его последующем разряде. При выполнении интегрирующей цепи 16 на конденсаторе 19 осуществляется пиковое детектирование.At the cathodes of the diodes 13 and 12 there is a total bias half-wave rectification of the amplitudes offset with respect to the zero level (see Ucm in Fig. 3) with an error in the opposite-parallel connected diodes of the circuit 15. When performing the integrating circuit 16 on the resistor 20 and the capacitor 19 using the resistor 22 and the inverting input of the operational amplifier 6, averaging is performed over the level of the effective value due to the inequality of the time constants when charging the capacitor 19 and its subsequent discharge. When performing the integrating circuit 16 on the capacitor 19, peak detection is performed.
Расширенные функциональные возможности измерителя вибрации обеспечиваются дополнительно введенными элементами и связями, за счет которых совмещена известная функция неинвертирующего операционного усилителя 3 (высокое входное сопротивление и регулируемое усиление на одном операционном усилителе) с новой функцией полосового фильтра и компенсирующей цепи линейного детектора эффективных или пиковых значений. Причем крутизна спада верхних частот полосового фильтра соответствует ФНЧ третьего порядка за счет конденсатора 18 из параллельной RC-цепи 2 и конденсаторов 7, 9. Крутизна спада нижних частот полосового фильтра соответствует ФВЧ второго порядка за счет совместного действия конденсаторов 8, 24. Схема 15 встречно-параллельно включенных диодов обеспечивает интегрирующую цепь 16 нужными напряжениями, исключает потери и погрешность диода 12 и обеспечивает безошибочную работу полосового фильтра. Характеристика первого операционного усилителя 3 со схемой 15 встречно-параллельно включенных диодов противоположна характеристике диода 12, что обеспечивает компенсацию прямого падения напряжения на диоде 12. Диод 14 обеспечивает ненасыщенный режим работы операционного усилителя 6 для положительной полуволны сигнала и участвует в цепи усреднения эффективного значения. Постоянные времени зарядных и разрядных цепей линейного детектора эффективного значения не равны и подобраны таким образом, чтобы постоянная составляющая напряжения на конденсаторе 19 интегрирующей RC-цепи была равна эффективному значению. Например, для синусоидального напряжения и нормального шума отношение
За счет этого при градуировке на синусоидальном напряжении и последующем измерении эффективного значения треугольного напряжения, напряжения меандра, вибрации или шума погрешность будет отсутствовать. На конденсаторе 19 выделяется постоянная составляющая, равная эффективному или пиковому значению вибрации при соответствующем исполнении интегрирующей цепи 16.Due to this, when calibrating at a sinusoidal voltage and then measuring the effective value of the triangular voltage, meander voltage, vibration or noise, there will be no error. A constant component equal to the effective or peak value of vibration with the corresponding design of the integrating circuit 16 is allocated on the capacitor 19.
Испытания макета измерителя вибрации, выполненного на счетверенных операционных усилителях типа 564УД14, и моделирование измерителя вибрации в САПР Micro-Cap 7.1.0, подтвердили его работоспособность и заявленные преимущества в диапазоне рабочих температур от -40 до +50°C.Tests of the vibration meter mock-up performed on quadruple operational amplifiers of the 564UD14 type and simulation of the vibration meter in the Micro-Cap 7.1.0 CAD system confirmed its operability and claimed advantages in the operating temperature range from -40 to + 50 ° C.
Claims (3)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2013125848/28A RU2536097C1 (en) | 2013-06-04 | 2013-06-04 | Vibration meter |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2013125848/28A RU2536097C1 (en) | 2013-06-04 | 2013-06-04 | Vibration meter |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2013125848A RU2013125848A (en) | 2014-12-10 |
RU2536097C1 true RU2536097C1 (en) | 2014-12-20 |
Family
ID=53286243
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2013125848/28A RU2536097C1 (en) | 2013-06-04 | 2013-06-04 | Vibration meter |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2536097C1 (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2705747C1 (en) * | 2018-08-07 | 2019-11-11 | Акционерное общество "Вибро-прибор" | Complex of devices for measuring parameters of mechanical oscillations of high-temperature objects |
RU2754243C1 (en) * | 2020-12-09 | 2021-08-30 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом") | Vibration meter |
RU2771980C1 (en) * | 2021-11-19 | 2022-05-16 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Донской государственный технический университет" (ДГТУ) | Low-pass filter of the sallen-key family with independent tuning of main parameters |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1767377A1 (en) * | 1990-09-19 | 1992-10-07 | Хабаровский институт инженеров железнодорожного транспорта | Device for roller bearing diagnostics |
WO1995005584A2 (en) * | 1993-08-11 | 1995-02-23 | Bently Nevada Corporation | Two-wire constant current powered transducer |
RU2098777C1 (en) * | 1995-09-29 | 1997-12-10 | Товарищество с ограниченной ответственностью Фирма "ДИАМЕХ" | Microprocessor vibration meter |
RU2125716C1 (en) * | 1997-02-26 | 1999-01-27 | Волгоградский государственный технический университет | Gear for vibroacoustic diagnostics of machines |
RU2146806C1 (en) * | 1999-05-21 | 2000-03-20 | Брехов Роман Сергеевич | Gear to measure vibration displacement |
US7870786B2 (en) * | 2006-11-10 | 2011-01-18 | Seiko Epson Corporation | Detection device, sensor, and electronic instrument |
-
2013
- 2013-06-04 RU RU2013125848/28A patent/RU2536097C1/en active
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1767377A1 (en) * | 1990-09-19 | 1992-10-07 | Хабаровский институт инженеров железнодорожного транспорта | Device for roller bearing diagnostics |
WO1995005584A2 (en) * | 1993-08-11 | 1995-02-23 | Bently Nevada Corporation | Two-wire constant current powered transducer |
RU2098777C1 (en) * | 1995-09-29 | 1997-12-10 | Товарищество с ограниченной ответственностью Фирма "ДИАМЕХ" | Microprocessor vibration meter |
RU2125716C1 (en) * | 1997-02-26 | 1999-01-27 | Волгоградский государственный технический университет | Gear for vibroacoustic diagnostics of machines |
RU2146806C1 (en) * | 1999-05-21 | 2000-03-20 | Брехов Роман Сергеевич | Gear to measure vibration displacement |
US7870786B2 (en) * | 2006-11-10 | 2011-01-18 | Seiko Epson Corporation | Detection device, sensor, and electronic instrument |
Cited By (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2705747C1 (en) * | 2018-08-07 | 2019-11-11 | Акционерное общество "Вибро-прибор" | Complex of devices for measuring parameters of mechanical oscillations of high-temperature objects |
RU2754243C1 (en) * | 2020-12-09 | 2021-08-30 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом") | Vibration meter |
RU2783752C1 (en) * | 2021-09-27 | 2022-11-16 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом") | Vibration meter |
RU2771980C1 (en) * | 2021-11-19 | 2022-05-16 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Донской государственный технический университет" (ДГТУ) | Low-pass filter of the sallen-key family with independent tuning of main parameters |
RU2771979C1 (en) * | 2021-11-19 | 2022-05-16 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Донской государственный технический университет" (ДГТУ) | Sallen-key class band filter with independent tuning of main parameters |
RU2774806C1 (en) * | 2021-11-22 | 2022-06-23 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Донской государственный технический университет" (ДГТУ) | Band filter of the sallen-key family |
RU2772316C1 (en) * | 2021-11-23 | 2022-05-18 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Донской государственный технический университет" (ДГТУ) | Sallen-key family band-pass filter with independent tuning of main parameters |
RU2784375C1 (en) * | 2022-03-04 | 2022-11-24 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Донской государственный технический университет" (ДГТУ) | Sallen-key subclass low-pass filter with independent tuning of main parameters |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2013125848A (en) | 2014-12-10 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Depari et al. | Autobalancing analog front end for full-range differential capacitive sensing | |
US9459291B2 (en) | Voltage detection device | |
CN104267244B (en) | A kind of integration ratio circuit and the impedance measurement method based on integration ratio circuit | |
RU2536097C1 (en) | Vibration meter | |
CN101257466B (en) | Apparatus and method for performing attenuation to direct current offset of equipment output | |
US3602819A (en) | Sensitivity or noise level measurement circuit and method | |
EP2131203A2 (en) | Method for the precise measurement of dependency on amplitude and phase of a plurality of high frequency signals and device for carrying out said method | |
CN110231587B (en) | Detection circuit and method of voltage divider circuit parameters and electric energy metering chip | |
US3448378A (en) | Impedance measuring instrument having a voltage divider comprising a pair of amplifiers | |
RU2783752C1 (en) | Vibration meter | |
RU2460081C2 (en) | Multichannel null radiometer | |
RU2522827C2 (en) | Device to meter harmonic distortions of electric signal and its derivatives at high noise immunity | |
RU2754243C1 (en) | Vibration meter | |
JP2587970B2 (en) | Impedance measuring device | |
US2895105A (en) | Peak reading voltmeter | |
RU2333592C2 (en) | Method of ensuring amplifier frequency distortion tolerance and device to this effect | |
JP5851316B2 (en) | Voltage detector | |
RU2310872C2 (en) | Method for determining parameters of multi-element bipolar circuits | |
RU2517698C1 (en) | Broadband attenuator for high-speed analogue and analogue-digital interfaces | |
RU2718210C1 (en) | Active low-pass rc-filter with single element pole frequency tuning on differential and multi-differential operational amplifiers | |
RU2698488C1 (en) | Zero radiometer | |
SU1413556A1 (en) | Device for measuring signal-to-noise ratio of radio receiver | |
SU603129A1 (en) | Arrangement for measuring overload threshold communication channels | |
Sotner et al. | Fractional-Order Asymptotical Phase Shifter with Flat Magnitude Response | |
Met et al. | Precise phase-sensitive detector with switched two-terminal RC network |