МИКРОПРОЦЕССОРНЫЙ ВИБРОМЕТР Российский патент 1997 года по МПК G01H11/00 

Изобретение относится к виброизмерительной технике и может быть использовано для измерения вибрации, контроля и диагностики роторного оборудования.

В технике широко используются виброметры при контроле состояния различного оборудования. Так, известен виброметр [1] содержащий, в частности, вибропреобразователь, фильтр нижних частот, фильтр верхних частот, интеграторы, усилители, детектор среднеквадратичного значения. Известный виброметр обеспечивает измерение общего уровня вибрации оборудования, однако его схема не предусматривает обеспечение импульсного режима измерения вибрации, который позволяет диагностировать наличие дефекта оборудования на ранней стадии его возникновения.

Известен также "Детектор вибрации" [2] содержащий пьезопреобразователь, блок нормировки сигнала, первый и второй интеграторы, первый и второй усилители, фильтр нижних частот и пиковый детектор. Указанный детектор вибрации наряду с измерением параметров вибрации: виброускорения, виброскорости и вибросмещения, обеспечивает также режим измерения высокочастотных ударных импульсов, который позволяет определить наличие таких дефектов механизмов, как микротрещины, микроосколки или отсутствие смазки в подшипниках качения или зубчатых передачах. Известный детектор является наиболее близким по технической сущности к заявленному решению и принят за прототип.

Однако схема известного детектора не предусматривает динамического процесса диагностирования механизмов, поскольку не позволяет производить сравнение пиковых значений высокочастотного сигнала, полученных в различные моменты времени, а также не обеспечивает измерение среднеквадратичного значения высокочастотного сигнала и определение соотношения пикового значения сигнала к его среднему значению. Это приводит к недостаточной достоверности измерений и к невозможности определения динамики процесса развития дефектов.

Кроме того, схема известного прибора также не предусматривает возможности его автокалибровки в процессе измерений, что также снижает достоверность полученных результатов, поскольку влияние внешних климатических факторов неизбежно приводит к изменению параметров измерительного тракта прибора.

Целью заявленного технического решения является расширение эксплуатационных возможностей прибора, а также повышение достоверности измерений.

Указанная цель достигается тем, что известный виброметр, содержащий вибропреобразователь, блок нормировки сигнала, первый и второй усилители, первый и второй интеграторы, фильтр нижних частот и пиковый детектор, снабжен первым и третьим коммутаторами, фильтром верхних частот, детектором среднеквадратичного значения сигнала, блоком настройки пикового детектора, последовательно соединенными аналого-цифровым преобразователем, микропроцессорным блоком управления и блоком индикации, блоком калибровки, вибропреобразователь, первый коммутатор, блок нормировки сигнала, первый интегратор, фильтр нижних частот, первый усилитель, второй интегратор, второй усилитель, второй коммутатор, детектор среднеквадратичного значения, третий коммутатор соединены последовательно, вход аналого-цифрового преобразования соединен с выходом третьего коммутатора, второй вход второго коммутатора соединен с выходом первого усилителя, третий вход с выходом блока нормировки сигнала, четвертый вход с выходом фильтра верхних частот, вход которого соединен с выходом блока нормировки сигнала, первых вход пикового детектора соединен с входом детектора среднеквадратичного значения, второй вход с выходом блока настройки пикового детектора, выход пикового детектора соединен с вторым входом третьего коммутатора, второй вход первого коммутатора соединен с выходом блока калибровки, второй выход микропроцессорного блока управления соединен с третьим входом первого коммутатора, третий выход с вторым входом блока нормировки сигнала, четвертый выход с пятым входом второго коммутатора, пятый выход с входом блока настройки пикового детектора, шестой выход с третьим входом третьего коммутатора, седьмой выход с управляющим входом аналого-цифрового преобразователя.

Проведенные патентные исследования показали, что заявленное техническое решение не известно из источников информации, общедоступных на территории России, следовательно, оно является новым. Также заявленное техническое решение явным образом не следует из уровня техники, следовательно, оно имеет изобретательский уровень.

На чертеже изображена блок-схема предлагаемого виброметра.

Микропроцессорный виброметр содержит последовательно соединенные вибропреобразователь 1, первый коммутатор 2, блок 3 нормировки сигнала, первый интегратор 4, фильтр 5 нижних частот (ФНЧ), первый усилитель 6, второй интегратор 7, второй усилитель 8, второй коммутатор 9, детектор 10 среднеквадратичного сигнала, третий коммутатор 11, аналого-цифровой преобразователь 12, микропроцессорный блок 13 управления и блок 14 индикации, блок 15 калибровки, фильтр 16 верхних частот, пиковый детектор 17, блок 18 настройки пикового детектора, второй вход второго коммутатора 9 соединен с выходом первого усилителя 6, третий вход с выходом блока 3 нормировки сигнала, четвертый вход с выходом фильтра 16 верхних частот, вход которого соединен с выходом блока 3 нормировки сигнала, первый вход пикового детектора 17 объединен с входом детектора 10 среднеквадратичного значения, второй вход - с выходом блока 18 настройки пикового детектора, а выход пикового детектора 17 соединен с вторым входом третьего коммутатора 11, выход которого соединен с входом аналого-цифрового преобразователя 12, второй вход первого коммутатора 2 соединен с выходом блока 15 калибровки, второй выход микропроцессорного блока 13 управления соединен с входом блока 15 калибровки и входом первого коммутатора, третий выход с входом блока 3 нормировки сигнала, четвертый выход с пятым входом второго коммутатора 9, пятый выход с входом блока 18 настройки пикового детектора, шестой выход с третьим входом третьего коммутатора, седьмой выход с управляющим входом аналого-цифрового преобразователя.

Виброметр работает следующим образом.

Вибропреобразователь 1 устанавливается на контролируемый объект.

Перед началом измерений производится автокалибровка прибора: по управляющему сигналу блока 13 управления с второго входа первого коммутатора 2 на измерительный тракт прибора поступает сигнал, калиброванный по амплитуде и частоте блоком 15 калибровки. Значение полученных при эталонном измерении параметров измерительного тракта запоминается в микропроцессорном блоке 13 управления, при проведении измерения значения измеренных параметров сравниваются с эталонным значением и производится их соответствующая корректировка.

Затем путем нажатия соответствующей клавиши пульта микропроцессорного блока 13 управления производится выбор программы измерения, т.е. определяется, какой именно параметр вибрации будет контролироваться: смещение, скорость, ускорение или высокочастотный сигнал.

С выхода вибропреобразователя 1 сигнал, содержащий информацию о состоянии контролируемого объекта, поступает на вход блока 3 нормировки, где производится его фильтрация в требуемой полосе частот 10 Гц 10 кГц и усиление до требуемого для дальнейшей обработки уровня. Коэффициент усиления блока 3 нормировки определяется управляющим сигналом, поступающим на его второй вход с третьего выхода микропроцессорного блока 13 управления.

В зависимости от выбранного режима измерения в схеме прибора производится следующая его обработка.

1. При измерении виброускорения сигнал с выхода блока 3 нормировки по управляющему сигналу с четвертого выхода блока 13 управления через вход второго коммутатора 9 поступает на входы детектора 10 среднеквадратичного уровня и пикового детектора 17.

2. При измерении виброскорости сигнал с выхода блока 3 нормировки после интегрирования первым интегратором 4, фильтрации фильтром 5 нижних частот и усиления первым усилителем 6 поступает по управляющему сигналу блока 13 управления через второй вход второго коммутатора 9 на его выход.

3. При измерении вибросмещения производится двойное интегрирование сигнала блока 3 нормировки первым и вторым интеграторами 4, 7, его фильтрация ФНЧ 5. После усиления вторым усилителем 8 сигнал через первый вход второго коммутатора 9 по управляющему сигналу блока 13 управления поступает на его выход.

4. При осуществлении импульсного режима измерения сигнал с выхода блока 3 нормировки поступает на вход фильтра 16 верхних частот, где производится его фильтрация в диапазоне частот 400 Гц 10 кГц.

При импульсном режиме производится измерение высокочастотных ударных импульсов, возникающих при наличии микродефектов подшипников качения и зубчатых передач или при отсутствии достаточной смазки в этих элементах механизмов. Таким образом, наличие импульсного режима измерения позволяет достоверно диагностировать состояние механизмов даже при наличии дефектов на ранней стадии их развития.

При этом информационный сигнал с выхода ФВЧ 16 поступает на четвертый вход второго коммутатора 9 по управляющему сигналу блока 13 управления.

Определенные при различных режимах измерения сигналы соответственно вибросмещения, виброскорости, виброускорения или высокочастотный сигнал импульсного режима поступают на входы детектора 10 среднеквадратичного значения и пикового детектора 17.

В заявленном техническом решении предусмотрена возможность изменения постоянной времени пикового детектора в зависимости от выбранного режима измерения. Блок 18 настройки пикового детектора по управляющему сигналу с пятого выхода блока 13 управления устанавливает три различных постоянных времени разряда детектора. Выбор постоянной времени пикового детектора определяется спектром измеряемого сигнала.

Определение среднеквадратичного значения вибросигнала и его пикового значения осуществляется попеременно. По управляющему сигналу с шестого выхода блока 13 управления на вход аналого-цифрового преобразователя 12 поступает соответственно через первый и второй входы третьего коммутатора 11 среднеквадратичное значение вибросигнала и значение его максимальной амплитуды. Полученные значения после преобразования АЦП 12 в цифровом коде поступают в блок 13 управления, в котором производится запоминание каждого измерения.

При наличии микродефектов в элементах механизма среднеквадратичное значение Д вибросигнала остается постоянным во времени, величина А пикового значения сигнала увеличивается. В блоке 13 управления определяется соотношение Р, полученных параметров: Р= А/Д, которое является диагностическим признаком состояния контролируемого механизма. Возможность запоминания диагностического параметра каждого измерения и сравнения этих параметров от измерения к измерению, предусмотренная в микропроцессорном блоке 13 управления, обеспечивает проведение динамического процесса диагностики, определение дефектов на стадии образования и прогнозирования их развития.

Обработанные микропроцессорным блоком 13 управления результаты измерений отображаются блоком 14 индикации.

Таким образом, заявленный микропроцессорный виброметр обеспечивает высокое быстродействие процесса измерения, его большую достоверность по сравнению с прототипом в широком амплитудном и частотном диапазонах, а также простоту и удобство эксплуатации.

Использование: измерение вибрации, контроля и диагностики роторного оборудования. Сущность изобретения: в микропроцессорном виброметре осуществляется автокалибровка, в блоке нормировки сигнала производится измерение вибросмещения, виброскорости или виброускорения, измерение высокочастотных ударных импульсов. В блоке управления виброметра определяется диагностический параметр состояния механизма, как соотношение пикового значения вибросигнала к его среднеквадратичному значению. 1 ил.

Микропроцессорный виброметр, содержащий вибропреобразователь, блок нормировки сигнала, первый и второй интеграторы, первый и второй усилители, фильтр нижних частот и пиковый детектор, отличающийся тем, что он снабжен блоком калибровки, первым, вторым и третьим коммутаторами, фильтром верхних частот, детектором среднеквадратичного значения сигнала, блоком настройки пикового детектора, последовательно соединенными аналого-цифровым преобразователем, микропроцессорным блоком управления и блоком индикации, вибропреобразователь, первый коммутатор, блок нормировки сигнала, первый интегратор, фильтр нижних частот, первый усилитель, второй интегратор, второй усилитель, второй коммутатор, детектор среднеквадратичного значения и третий коммутатор соединены последовательно, вход аналого-цифрового преобразователя соединен с выходом третьего коммутатора, второй вход второго коммутатора соединен с выходом первого усилителя, третий вход с выходом блока нормировки сигнала, четвертый вход с выходом фильтра верхних частот, вход которого соединен с выходом блока нормировки сигнала, первый вход пикового детектора соединен с входом детектора среднеквадратичного значения, второй вход с выходом блока настройки пикового детектора, выход пикового детектора соединен с вторым входом третьего коммутатора, второй вход первого коммутатора соединен с выходом блока калибровки, второй выход микропроцессорного блока управления соединен с третьим входом первого коммутатора и с входом блока калибровки, третий выход с вторым входом блока нормировки сигнала, четвертый выход с пятым входом второго коммутатора, пятый выход с входом блока настройки пикового детектора, шестой выход с третьим входом третьего коммутатора, седьмой выход с управляющим входом аналого-цифрового преобразователя.