CS242041B1

CS242041B1 - Connection for stabilization of turbine rotor speed in induction magnetometer

Info

Publication number: CS242041B1
Application number: CS849840A
Authority: CS
Inventors: Jan Halousek; Karel Prihoda
Original assignee: Jan Halousek; Karel Prihoda
Priority date: 1984-12-17
Filing date: 1984-12-17
Publication date: 1986-04-17
Also published as: CS984084A1

Abstract

Zapojení pro stabilizaci otáček turbínového rotoru v indukčním magnetometru s polohovým snímačem, a to rotoru, ve kterém je uspořádána prstencová cívka, a který je uložen v plovoucích ložiscích a poháněn tlakovým vzduchem. Účelem je odstranit nestálost frekvence otáčení turbínového rotoru a zvýšit tím přesnost a dynamické parametry indukčního magnetometru. Účelu se dosahuje tím, že polohový snímač (2j je spojen postupně přes otáčkoměr (3), odchylkový zesilovač (4) a řídicí obvod (6) s elektropneumatickým ventilem (7), uspořádaným v přívodním potrubí (11) mezi tlakovým zdrojem (8) vzduchu a vzduchovou tryskou (10), směrovanou na oběžné lopatky (12) turbínového rotoru (1). Řešení je využitelné v oboru měřicí techniky jako součást indukčních magnetometrů s turbínovým rotorem (1) poháněným pneumaticky.Connection for stabilizing the speed of a turbine rotor in an induction magnetometer with a position sensor, namely a rotor in which an annular coil is arranged, which is mounted in floating bearings and driven by compressed air. The purpose is to eliminate the instability of the turbine rotor rotation frequency and thereby increase the accuracy and dynamic parameters of the induction magnetometer. The purpose is achieved by connecting the position sensor (2j) successively via a tachometer (3), a deviation amplifier (4) and a control circuit (6) to an electropneumatic valve (7), arranged in the supply pipe (11) between the pressure source (8) of air and the air nozzle (10), directed to the impeller blades (12) of the turbine rotor (1). The solution is usable in the field of measurement technology as a part of induction magnetometers with a pneumatically driven turbine rotor (1).

Description

Zapojení pro stabilizaci otáček turbínového rotoru v indukčním magnetometru s polohovým snímačem, a to rotoru, ve kterém je uspořádána prstencová cívka, a který je uložen v plovoucích ložiscích a poháněn tlakovým vzduchem. Účelem je odstranit nestálost frekvence otáčení turbínového rotoru a zvýšit tím přesnost a dynamické parametry indukčního magnetometru.An arrangement for stabilizing the speed of a turbine rotor in an induction magnetometer with a position sensor, namely a rotor in which an annular coil is arranged and which is housed in floating bearings and driven by compressed air. The purpose is to eliminate the volatility of the turbine rotor rotational frequency and thereby increase the accuracy and dynamic parameters of the induction magnetometer.

Účelu se dosahuje tím, že polohový snímač (2j je spojen postupně přes otáčkoměr (3), odchylkový zesilovač (4) a řídicí obvod (6) s elektropneumatickým ventilem (7), uspořádaným v přívodním potrubí (11) mezi tlakovým zdrojem (8) vzduchu a vzduchovou tryskou (10), směrovanou na oběžné lopatky (12) turbínového rotoru (1). Řešení je využitelné v oboru měřicí techniky jako součást indukčních magnetometrů s turbínovým rotorem (1) poháněným pneumaticky.This is achieved by the position sensor (2j) being connected sequentially via the tachometer (3), the deflection amplifier (4) and the control circuit (6) to the electro-pneumatic valve (7) arranged in the supply line (11) between the pressure source (8) The solution is applicable in the field of measuring technology as part of induction magnetometers with a turbine rotor (1) driven pneumatically.

Vynález se týká zapojení pro stabilizaci otáček turbínového rotoru v indukčním magnetometru s polohovým snímačem, a to rotoru, ve kterém je uspořádána prstencová cívka, a který je uložen v plovoucích ložiscích a poháněn tlakovým vzduchem. Účelem vynálezu je odstranit nestálost frekvence otáčení turbínového rotoru a zvýšit tím přesnost a dynamické parametry indukčního magnetometru.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an arrangement for stabilizing the speed of a turbine rotor in an induction magnetometer with a position sensor, namely a rotor in which an annular coil is arranged and which is supported in floating bearings and driven by compressed air. The purpose of the invention is to eliminate the volatility of the turbine rotor rotational frequency and thereby increase the accuracy and dynamic parameters of the induction magnetometer.

Předností indukčních magnetometrů s rotující cívkou proti magnetometrům s Hallovou nebo ferromagnetickou sondou, protonovým magnetometrům, magnetometrům na Josephosonově principu je teoretická způsobilost měřit i magnetické vakuum. Teoretické způsobilosti však nebylo v praxi dosahováno, neboť známé pohony rotorů narušovaly homogenitu měřeného magnetického pole natolik, že indukční magnetometry s rotující cívkou se staly z hlediska současné měřicí techniky nevyhovujícími. Kromě neodstranitelného šumu vyskytoval se u těchto magnetometrů i problém stabilizace otáček rotoru, unášejícího cívku. Byly pokusy stabilizovat otáčky rotoru rotačním generátorem.Advantages of induction magnetometers with rotating coil over magnetometers with Hall or ferromagnetic probe, proton magnetometers, magnetometers based on Josephoson principle are theoretical ability to measure magnetic vacuum. However, the theoretical capability has not been achieved in practice, since the known rotor drives disturbed the homogeneity of the measured magnetic field to such an extent that induction magnetometers with a rotating coil have become unsatisfactory in terms of current measuring technology. In addition to the irreparable noise, there was a problem of stabilizing the rotational speed of the coil-carrying rotor in these magnetometers. Attempts have been made to stabilize the rotor speed with a rotary generator.

Elektromotor, který poháněl rotor s cívkou současně poháněl i tachodynamo, jehož signál byl využit k analogovému nebo číslicovému vydělení hodnoty výstupního napětí z indukčního magnetometru nebo ke kompenzaci měřeného signálu. Tak se sice dosahovalo měření hodnot magnetické indukce nezávislých na frekvenci otáčení avšak elektromotor byl příčinou vzniku parazitních elektromagnetických vazeb, koherentních s rotující cívkou a způsobujících nadměrný posun nuly. Ani při použití pokrokovějších způsobů získání elektrického signálu, úměrného frekvenci otáčení rotoru, se nepodařilo vyloučit parazitní signály. Obvody analogového i číslicového dělení vnášejí do měřicího sytému přídavné chyby a zpomalují časovou odezvu magnetometru. Způsobují fázový posun detekčních obvodů. Interferenčními jevy mezi frekvencí i násobky frekvence otáčení cívky a parazitními signály vstupujícími do obvodů magnetometru s kmitočtem a násobky kmitočtu elektrovodné sítě je značně snižována přesnost detekčních obvodů indukčního magnetometru.The electric motor that powered the rotor with the coil simultaneously powered the tachodynamo, whose signal was used for analog or digital division of the output voltage value from the induction magnetometer or to compensate the measured signal. Thus, while the measurement of the magnetic induction values independent of the rotational speed was achieved, the electric motor was the cause of the parasitic electromagnetic coupling coherent with the rotating coil and causing excessive zero shift. Even when using more advanced methods of obtaining an electrical signal proportional to the rotational speed of the rotor, parasitic signals could not be excluded. Analog and digital division circuits add additional errors to the measuring system and slow down the magnetometer time response. They cause phase shift of the detection circuits. Interference phenomena between the frequency and multiples of the coil rotation frequency and the parasitic signals entering the magnetometer circuits at the frequency and multiples of the frequency of the mains network significantly reduce the accuracy of the induction magnetometer detection circuits.

Je známý indukční magnetometr, jehož rotor s prstencovou cívkou je uložen ve vzduchových plovoucích ložiscích a poháněn tlakovým vzduchem proudícím z trysky na oběžné lopatky rotoru podle čs. autorského osvědčení č. 237 071. U tohoto indukčního magnetometru je odstraněn šum způsobovaný elektromotorickým pohonem rotoru, avšak měřené hodnoty jsou nežádoucně ovlivněny nestálostí frekvence otáčení turbínového rotoru. Protože výstupní střídavé napětí je úměrné součinu hodnot měřené magnetické indukce, počtu a plochy závitů cívky a frekvence otáčení, působí nestabilita frekvence otáčení turbínového rotoru nestabilitu výchylkové citlivosti indukčního magnetometru.An inductive magnetometer is known whose rotor with an annular coil is mounted in air floating bearings and is driven by compressed air flowing from a nozzle onto the rotor blades of the rotor according to U.S. Pat. This induction magnetometer eliminates the noise caused by the electromotive drive of the rotor, but the measured values are adversely affected by the volatility of the turbine rotor's rotational frequency. Since the AC output voltage is proportional to the product of the measured magnetic induction, the number and area of coil turns, and the rotational speed, the instability of the turbine rotor's rotational frequency causes instability of the inductance magnetometer's displacement sensitivity.

Uvedený nedostatek odstraňuje zapojení pro stabilizaci otáček turbínového rotoru v indukčním magnetometru s polohovým snímačem podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že polohový snímač je spojen postupně přes otáčkoměr, odchylkový zesilovač a řídicí obvod s elektropneumatickým ventilem, uspořádaným v přívodním potrubí mezi tlakovým zdrojem vzduchu a vzduchovou tryskou, směřovanou na oběžné lopatky turbínového rotoru.This drawback eliminates the turbine rotor speed stabilization circuit in an induction magnetometer with a position sensor according to the invention, which consists in that the position sensor is connected sequentially via a tachometer, a deflection amplifier and a control circuit to an electropneumatic valve arranged in the supply line between the pressure air source and an air nozzle directed at the turbine rotor impeller blades.

V odchylkovém zesilovači je uspořádán spínací tranzistor zapojený bází na výstup otáčkoměru, emitorem na neinvertující vstup operačního zesilovače propojený se společnou svorkou a kolektorem přes vyvažovači odpor na invertující vstup operačního zesilovače a přes kolektorový odpor na prvý referenční zdroj spojený se společnou svorkou, přitom invertující vstup operačního zesilovače je spojen přes referenční odpopr s druhým referenčním zdrojem zapojeným na společnou svorku a přes zpětnovazební odpor a paralelně s ním zapojený filtrační kondenzátor s výstupem operačního zesilovače, připojeným na vstup řídicího obvodu.In the deflection amplifier there is a switching transistor connected by a base to the tachometer output, an emitter to the non-inverting input of the operational amplifier connected to the common terminal and the collector via a balancing resistor to the inverting input of the operational amplifier. The amplifier is connected via a reference resistor to a second reference source connected to a common terminal and through a feedback resistor and a filter capacitor connected in parallel to the output of the operational amplifier connected to the input of the control circuit.

Výhody zapojení podle vynálezu vyplývají ze stabilizace frekvence otáčení trubíno· vého rotoru a projevují se ve zvýšené přesností měření obou složek vektoru magnetického pole indukčním magnetometrem. Je odstraněn fázový posun v zesilovači signálu i posun fázové reference, která řídí činnost synchronních demodulátorů. Zrychlují se dynamické parametry indukčního magnetometru.The advantages of the circuitry according to the invention result from the stabilization of the rotational speed of the tubular rotor and are manifested in increased accuracy of measurement of both components of the magnetic field vector by an induction magnetometer. The phase shift in the signal amplifier as well as the phase reference shift that controls the operation of the synchronous demodulators are removed. The dynamic parameters of the induction magnetometer are accelerating.

Příklad zapojení pro stabilizaci otáček turbínového rotoru v indukčním magnetometru podle vynálezu je znázorněn na přiloženém výkrese, kde na obr. 1 je blokové schéma celého zapojení a na obr. 2 schéma zapojení odchylkového zesilovače.An example of a circuit for stabilizing the speed of a turbine rotor in an induction magnetometer according to the invention is shown in the accompanying drawing, in which Fig. 1 is a block diagram of the whole circuit and Fig. 2 shows a diagram of the deviation amplifier.

Zapojením podle vynálezu se stabilizuje frekvence otáčení turbínového rotoru 1 indukčního magnetometru, nezakresleného. Poloha turbínového rotoru 1, ve kterém jsou upraveny oběžné lopatky 12 a je v něm uložena prstencová cívka 13, je snímána polohovým snímačem 2, zapojeným na otáčkoměr 3. Z hlediska pracnosti a nákladovosti je výhodné použít na funkci otáčkoměru 3 monostabilní klopný obvod. Na výstup 14 otáčkoměru 3 je zapojen odchylkový zesilovač 4, spojený se vstupem 16 řídicího obvodu 6, Řídicí obvod 6 je zapojen na elektropneumatický ventil 7 uspořádaný v přívodním potrubí 7 mezi tlakovým zdrojem 8 vzduchu a vzduchovou tryskou 10 směrovanou na oběžné lopatky 12 turbínového rotoru 1. Odchylkový zesilovač 4 obr. 2, je zapojen na výstup 14 otáčkoměru 3 bází 20 spínacího tranzistoru 17. Kolektor 18 spínacího tranzistoru 17 je spojen přes vyvažova242041 cí odpor 22 s invertujícím vstupem 25 operačního zesilovače 28 a emitor 19 s jeho neinvertujícim vstupem 28 přes společnou svorku 15. Invertující vstup 25 operačního zesilovače 28 je spojen přes zpětnovazební odpor 24 a paralelně s ním zapojený filtrační kondenzátor 27 s výstupem 29 operačního zesilovače 28, připojeným ke vstupu 16 řídicího obvodu 6. Na společnou svorku 15 je zapojený prvý referenční zdroj 30, spojený přes kolektorový odpor 21 s kolektorem 18 spínacího tranzistoru 17 a druhý referenční zdroj 31, spojený přes referenční odpor 23 s invertujícím vstupem 25 operačního zesilovače 28.The circuit according to the invention stabilizes the rotational frequency of the induction magnetometer turbine rotor 1, not shown. The position of the turbine rotor 1 in which the rotating blades 12 are arranged and the annular coil 13 is accommodated therein is sensed by a position sensor 2 connected to the tachometer 3. In terms of labor and cost, it is advantageous to use a monostable flip-flop. A variation amplifier 4 connected to the input 16 of the control circuit 6 is connected to the output 14 of the tachometer. The control circuit 6 is connected to an electro-pneumatic valve 7 arranged in the inlet duct 7 between the air pressure source 8 and the air nozzle 10 directed to the blades 12 of the turbine rotor 1. The deflection amplifier 4 of FIG. 2 is connected to the output 14 of the tachometer 3 of the base 20 of the switching transistor 17. The collector 18 of the switching transistor 17 is connected via a balancing resistor 22 to the inverting input 25 of the operational amplifier 28 and the emitter 19 to its non-inverting input 28 via a common. an inverting input 25 of the operational amplifier 28 is connected via a feedback resistor 24 and a filter capacitor 27 connected in parallel to the output 29 of the operational amplifier 28 connected to the input 16 of the control circuit 6. The first reference source 30 connected to the common terminal 15 through the collector resistor 21 with a collector 18 of a switching transistor 17 and a second reference source 31 coupled via a reference resistor 23 to an inverting input 25 of an operational amplifier 28.

Otáčí-li se turbínový rotor 1 proudem tlakového vzduchu, vystupujícím ze vzduchové trysky a působícím na oběžné lopatky 12, generuje polohový snímač 2 při každé otáčce polohový impuls. Na výstupu 14 otáčkoměru 3 vzniká sled impulsů konstantní délky, jejichž opakovači kmitočet je shodný s počtem otáček turbínového rotoru 1. Každý impuls uvede spínací tranzistor 17 v odchylkovém zesilovači 4 do sepnutého stavu, takže střední hodnota napětí na kolektoru 18 je nepřímo úměrná počtu otáček turbínového rotoru 1. Tato střední hodnota napětí vytváří přes vyvažovači odpor 22 proud do invertujícího vstupu 25, který se porovnává se stabilním proudem přitékajícím z druhého referenčního zdroje 31 přes referenční odpor 23. Odchylka, reprezentující rozdíl obou proudů, se v operačním zesilovači 28 zesílí, nežádoucí kmitočtové složky signálu se odstraní filtračním kondenzátorem 27 a zesílený signál vstupuje do řídicího obvodu 6, jehož podstatou je elektronický integrátor. V řídicím obvodu 6 dojde k výkonovému zesílení signálu a k jeho kmitočtové korekci. V závislosti na velikosti tohoto signálu se nastavuje elektropneumatický ventil 7, který reguluje přívod stlačeného vzduchu u tlakového zdroje 8 tak, že počet otáček turbínového rotoru 1 se v ustáleném stavu zapojení podle vynálezu stabilizuje.When the turbine rotor 1 rotates with a jet of compressed air exiting the air nozzle and acting on the rotating blades 12, the position sensor 2 generates a position pulse at each rotation. At the output 14 of the tachometer 3, a sequence of pulses of constant length is generated whose repetition rate is equal to the number of revolutions of the turbine rotor 1. Each pulse brings the switching transistor 17 in the deflection amplifier 4 to the closed state. This mean voltage produces a current through the balancing resistor 22 to the inverting input 25, which is compared to a stable current flowing from the second reference source 31 through the reference resistor 23. The deviation representing the difference of the two currents is amplified in the opamp 28 the frequency component of the signal is removed by the filter capacitor 27 and the amplified signal enters the control circuit 6, which is based on the electronic integrator. In the control circuit 6, the power amplification of the signal and its frequency correction occur. Depending on the magnitude of this signal, the electro-pneumatic valve 7, which regulates the supply of compressed air at the pressure source 8, is adjusted so that the speed of the turbine rotor 1 is stabilized in the steady state connection according to the invention.

Vynález je využitelný v oboru měřicí techniky jako součást indukčních magnetometrů s turbínovým rotorem 1 poháněným pneumaticky.The invention is applicable in the field of measuring technology as a part of induction magnetometers with a turbine rotor 1 driven by pneumatic means.

Claims

Subject

Wiring for stabilizing the speed of a turbine rotor in an induction magnetometer with a position sensor, characterized in that the position sensor (2) is connected sequentially via a tachometer (3), a deflection amplifier (4) and a control circuit (6) to an electro-pneumatic valve (7) arranged in the inlet duct (11) between the air pressure source (8) and the air nozzle (10) directed at the rotating blades (12) of the turbine rotor (1).

Connection according to claim 1, characterized in that a switching transistor (17) connected to the base (20) at the output (14) of the tachometer (3), by an emitter (19) to the non-inverting input (26) of the opamp (28) coupled to the common terminal (15) and the collector via the balancing resistor (22) to the inverting input (25) of the operational amplifier (28) and through the collector resistor (21) to the first reference source (30) connected to the common terminal (15) wherein the inverting input (25) of the operational amplifier (28) is connected via a reference resistor (23) to a second reference source (31) connected to a common terminal (15) and a feedback resistor (24) and a filter capacitor (27) connected in parallel. ) with the output (29) of the operational amplifier (28) connected to the input (16) of the control circuit (6).