УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ВИБРОПЕРЕМЕЩЕНИЙ Российский патент 2000 года по МПК G01H11/00 G01M7/02 

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

Известно устройство для измерения параметров вибрации, а именно для измерения виброперемещений, содержащее два измерительных преобразователя, например вихретокового типа, установленных вблизи ротора соосно и диаметрально противоположно, выходы преобразователей соединены с входами сумматора, выход которого соединен с формирователем зоны нечувствительности, на второй и третий входы которого подается опорное напряжение. Устройство также содержит аналоговый ключ, управляющий вход которого соединен с выходом формирователя зоны нечувствительности, а информационный вход - с выходом первого преобразователя, выход аналогового ключа через блок выборки-хранения соединен со входом регистратора (Авторское свидетельство СССР N 1631309, кл. G 01 H 1/00, 1991).

Недостатком известного устройства является то, что оно имеет ограниченное применение, так как для установки преобразователей требуются неподвижные опоры, расположенные близко от вращающегося ротора.

Известно устройство для измерения параметров вибрации, а именно для вибродиагностики технического состояния механизма, содержащее последовательно соединенные вибропреобразователь, усилитель, блок полосовых фильтров, блок детекторов, блок интеграторов, многоканальный магнитофон, АЦП, арифметический блок, пороговый блок, логический блок и блок отображения, а также блок коммутации, первые и вторые входы которого соединены с выходами арифметического блока и логического блока, а выходы соединены с входами блока отображения (Патент РФ N 2049320, кл. G 01 M 7/00, 1995).

Недостатком известного устройства является отсутствие возможности производить измерения низкочастотных виброперемещений низкого уровня при наличии ударных воздействий вследствие относительно малого динамического диапазона устройства.

Известно устройство для измерения виброперемещений, содержащее вибропреобразователь, фильтр нижних частот, первый и второй интеграторы, первый и второй усилители, первый фильтр верхних частот, детектор среднеквадратичного сигнала, первый аналого-цифровой преобразователь и блок индикации (Патент РФ N 2098777, кл. G 011 H 1/00, 1997).

По общности решаемой задачи и структурных признаков устройство для измерения виброперемещений по патенту N 2098777 выбрано в качестве ближайшего аналога (прототипа).

Однако известное устройство имеет недостаточную чувствительность при измерении виброперемещений в низкочастотной области спектра, так как не осуществляется подавление собственных низкочастотных шумов устройства, которые значительно увеличиваются из-за наличия коммутатора на входе устройства.

Кроме того, устройство имеет ограниченные функциональные возможности вследствие отсутствия спектрального анализа измеренных виброперемещений.

Техническим результатом является создание устройства для измерения виброперемещений, работоспособного при воздействии случайных ударов и обеспечивающего измерение контактным методом низкочастотных виброперемещений малого уровня.

Кроме того, устройство обеспечивает возможность проведения спектрального анализа измеренных виброперемещений, что повышает достоверность контроля и диагностики, например, роторного оборудования.

Сущность изобретения заключается в том, что усовершенствуется устройство для измерения виброперемещений, содержащее вибропреобразователь, фильтр нижних частот (ФНЧ), два интегратора, два усилителя, фильтр верхних частот (ФВЧ), детектор среднеквадратичного сигнала, аналого-цифровой преобразователь (АЦП) и блок индикации.

Отличительными признаками устройства являются введение третьего усилителя, второго и третьего ФВЧ, второго АЦП, анализатора спектра и блока отображения, причем выход вибропреобразователя через последовательно соединенные третий усилитель, ФНЧ, второй ФВЧ, первый интегратор, первый усилитель, третий ФВЧ, второй интегратор и первый ФВЧ соединен со входом второго усилителя, выход которого соединен с входом детектора среднеквадратичного сигнала, выход которого через первый АЦП соединен с входом блока индикации, выход второго усилителя через второй АЦП соединен также с входом анализатора спектра, выход которого соединен с входом блока отображения.

Вибропреобразователь выполнен в виде акселерометра, выбранного из условия, что его амплитудная характеристика имеет линейный участок, превышающий максимальные амплитуды случайных ударных воздействий, а его амплитудно-частотная характеристика имеет равномерный участок, который превышает третью гармонику частоты ударных воздействий.

Второй и третий ФВЧ на входах соответственно первого и второго интеграторов выполнены с линейной фазово-частотной характеристикой, а первый ФВЧ на выходе второго интегратора выполнен с максимальным коэффициентом затухания в полосе задержания.

На чертеже приведена функционально-структурная схема устройства для измерения виброперемещений.

Устройство для измерения виброперемещений содержит вибропреобразователь 1, ФНЧ 2, первый и второй интеграторы 3 и 5, первый, второй и третий усилители 4, 7 и 11, первый, второй и третий ФВЧ 6, 12 и 13, детектор 8 среднеквадратичного сигнала, первый и второй АЦП 9 и 14, блок 10 индикации, анализатор 15 спектра и блок 16 отображения.

В устройстве для измерения виброперемещений выход вибропреобразователя 1 через последовательно соединенные третий усилитель 11, ФНЧ 2, второй ФВЧ 12, первый интегратор 3, первый усилитель 4, третий ФВЧ 13, второй интегратор 5 и первый ФВЧ 6 соединен со входом второго усилителя 7. Выход второго усилителя 7 соединен с входом детектора 8 среднеквадратичного сигнала, выход которого через первый АЦП 9 соединен с входом блока 10 индикации. Выход второго усилителя 7 соединен также через второй АЦП 14 с входом анализатора 15 спектра, выход которого соединен с входом блока 16 отображения.

Устройство для измерения виброперемещений работает следующим образом.

Вибропреобразователь 1 устанавливается на контролируемый объект. Сигнал с вибропреобразователя 1, содержащий информацию о воздействующих на объект вибрационных и ударных ускорениях, поступает на усилитель 11, где производится его усиление до требуемого для дальнейшей обработки уровня. Сигнал с выхода усилителя 11 фильтруется в требуемой полосе частот фильтром 2 нижних частот (ФНЧ) и фильтром 12 верхних частот (ФВЧ), а затем преобразуется первым интегратором 3 в сигнал, пропорциональный виброскорости контролируемого объекта.

Этот сигнал усиливается усилителем 4, фильтруется ФВЧ 13 и поступает на вход второго интегратора 5. Сигнал с выхода интегратора 5, пропорциональный виброперемещению контролируемого объекта, фильтруется ФВЧ 6 и усиливается усилителем 7 до заданного номинального значения.

Коэффициент усиления усилителя 7 регулируется до требуемой величины по результатам сквозной градуировки устройства, при которой вибропреобразователь 1 подвергается виброперемещениям синусоидальной формы, амплитуда которых известна с высокой точностью.

Сигнал с выхода усилителя 7 поступает на вход детектора 8 среднеквадратичного сигнала, который обеспечивает общую оценку вибрационного нагружения объекта. Сигнал с выхода детектора 8 преобразуется в цифровую форму в АЦП 9 и регистрируется блоком 10 индикации.

Сигнал с выхода усилителя 7 через АЦП 14 поступает также на вход анализатора 15 спектра, который обеспечивает определение амплитуды каждой из гармоник колебаний, что позволяет правильно оценить степень влияния различных факторов, вызывающих виброперемещения исследуемого объекта. С выхода анализатора 15 спектра информация передается в блок 16 отображения.

Двойная амплитуда виброперемещений А_пер [мм] связана с амплитудой виброускорений а_уск [g] и частотой f [Гц] соотношением
A_пер = 250 a_уск/f².

Возможность измерения низкочастотных виброперемещений при использовании акселерометрического вибропреобразователя ограничена резким уменьшением уровня выходного сигнала при уменьшении частоты. Например, на частоте 1 Гц при опасных для объекта значениях амплитуды виброперемещений на уровне 0,1 мм амплитуда виброускорений не превышает 5•10^-4 g, что находится на уровне шумов вибропреобразователя. В то же время сигналы помех (амплитуды виброускорений на высоких частотах от ударных воздействий) могут на несколько порядков превышать измеряемый низкочастотный сигнал.

Для обеспечения достоверного измерения низкоуровневых низкочастотных сигналов на фоне сигналов высокого уровня случайных высокочастотных помех необходимо, чтобы амплитудные характеристики акселерометрического вибропреобразователя 1 и интеграторов 3 и 5 имели бы линейные участки, превышающие максимальные амплитуды случайных ударных воздействий, а их амплитудно-частотные характеристики имели бы равномерные участки, превышающие третью гармонику частоты ударных воздействий.

Кроме того, ФВЧ 12 и ФВЧ 13 на входах соответственно первого и второго интеграторов 3 и 5 выполнены как фильтры Бесселя, обладающими оптимальными переходными характеристиками, что является следствием линейности их фазочастотных характеристик.

ФВЧ 6 на выходе второго интегратора 5 выполнен как фильтр Чебышева с максимальным коэффициентом затухания в полосе задержания.

Предложенное устройство для измерения виброперемещений обеспечивает измерение контактным методом низкочастотных (0,8 - 200 Гц) виброперемещений малого (0,01 - 0,1 мм) уровня, работоспособного при воздействии случайных ударов, а также позволяет измерять как интегральную интенсивность вибрационного нагружения объекта, так и проведение спектрального анализа измеренных виброперемещений, что обуславливает его большую практическую значимость.

Изобретение относится к виброизмерительный технике и может быть использовано при контроле и диагностике роторного оборудования. Устройство содержит последовательно соединенные вибропреобразователь 1, усилитель 11, фильтр нижних частот (ФНЧ)2, фильтр верхних частот (ФВЧ) 12, интегратор 3, усилитель 4, ФВЧ 13, интегратор 5, ФВЧ 6 и усилитель 7. К выходу последнего подключены, во-первых, последовательно соединенные детектор 8 среднеквадратичного сигнала, аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 9 и блок индикации 10, а во-вторых, последовательно соединенные АЦП 14, анализатор спектра 15 и блок отображения 16. Вибропреобразователь 1 является акселерометром с амплитудной характеристикой, имеющей линейный участок, превышающий максимальные амплитуды случайных ударных воздействий, и амплитудно-частотной характеристикой, имеющей равномерный участок, превышающий третью гармонику частоты ударных воздействий. ФВЧ 12 и 13 на входах интеграторов 3 и 5 выполнены с линейной фазочастотной характеристикой, а ФВЧ 6 на выходе интегратора 5 - с максимальным коэффициентом затухания в полосе задержания. Устройство работоспособно при воздействии случайных ударов и обеспечивает измерение низкочастотных перемещений малого уровня, а также спектральный анализ измеренных виброперемещений, что повышает достоверность контроля и диагностики. 1 ил.

Устройство для измерения виброперемещений, содержащее вибропреобразователь, фильтр нижних частот, первый и второй интеграторы, первый и второй усилители, первый фильтр верхних частот, детектор среднеквадратичного сигнала, первый аналого-цифровой преобразователь и блок индикации, отличающееся тем, что в него введены третий усилитель, второй и третий фильтры верхних частот, второй аналого-цифровой преобразователь, анализатор спектра и блок отображения, выход вибропреобразователя через последовательно соединенные третий усилитель, фильтр нижних частот, второй фильтр верхних частот, первый интегратор, первый усилитель, третий фильтр верхних частот, второй интегратор и первый фильтр верхних частот соединен со входом второго усилителя, выход которого соединен с входом детектора среднеквадратичного сигнала, выход которого через первый аналого-цифровой преобразователь соединен с входом блока индикации, выход второго усилителя через второй аналого-цифровой преобразователь соединен с входом анализатора спектра, выход которого соединен с входом блока отображения, причем вибропреобразователь выполнен в виде акселерометра с амплитудной характеристикой, имеющей линейный участок, превышающий максимальные амплитуды случайных ударных воздействий, и амплитудно-частотной характеристикой, имеющей равномерный участок, превышающий третью гармонику частоты ударных воздействий, второй и третий фильтры верхних частот на входах соответственно первого и второго интеграторов выполнены с линейной фазочастотной характеристикой, а первый фильтр верхних частот на выходе второго интегратора выполнен с максимальным коэффициентом затухания в полосе задержания.