СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОПАСНОЙ ВИБРАЦИИ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 2007 года по МПК G01H9/00 

Изобретение относится к измерительной технике и может использоваться при определении вибраций, опасных для человека.

Наиболее близким к изобретению является способ определения вибрации, заключающийся в излучении светового потока, разделении его на три части во взаимно перпендикулярных направлениях, перемещении световых потоков в направлении плоских зеркальных граней инерционного элемента, развязанного от корпуса, изменении пространственного положения световых потоков при воздействии вибрации на корпус датчика вибрации, отражении световых потоков от плоских граней инерционного элемента, перемещении световых потоков в направлении фотоприемников, преобразовании их в электрические сигналы, определении модуля составляющих ускорений вибрации по трем ортогональным осям, определении по этим значениям вектора и модуля ускорений вибрации (Авторское свидетельство СССР №1249343, кл. G01H 9/00 от 07.08.1986 г.).

Наиболее близким к изобретению является устройство для контроля параметров вибраций, содержащее датчик вибрации и блок обработки электрических сигналов, датчик вибрации состоит из источника излучения, трех разветвленных световодов, корпуса сферической формы, инерционного элемента, упругого элемента, трех фотоприемников, каждый из которых скреплен с одним из световодов, юстировочных элементов, установочного винта, а блок обработки сигналов включает три усилителя, три детектора, вычислительный блок и блок индикации, при этом инерционный элемент датчика вибрации выполнен в виде шара с тремя зеркальными плоскими гранями во взаимно перпендикулярных плоскостях, установлен внутри корпуса и связан с ним через упругий элемент, на плоские грани инерционного элемента нанесено отражающее покрытие, световоды крепятся к корпусу вдоль взаимно перпендикулярных осей посредством юстировочных элементов, фиксирующих их торцы параллельно плоским граням шара, установочный винт предназначен для скрепления корпуса с объектом контроля, один конец световодов соединен с источником излучения, другой - с фотоприемниками, каждый из трех световодов оптически связан соответственно с одной из плоских граней инерционного элемента, а упругий элемент выполнен из резины, которая размещена в зазоре между корпусом и инерционным элементом, блок обработки электрических сигналов электрически соединен с тремя фотоприемниками, выходы которых через усилители, детекторы соединены с входами вычислительного блока, выход которого соединен с входом блока индикации (Авторское свидетельство СССР №1249343, кл. G01H 9/00 от 07.08.1986 г.).

Недостатками данных способа и устройства является невозможность определения наличия опасной вибрации для человека и допустимого времени нахождении человека в зоне опасной вибрации.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей за счет автоматического определения опасной вибрации для человека при измерении вибраций объекта по трем ортогональным осям и автоматического определения времени допустимого нахождения человека в зоне опасной вибрации на основе анализа текущих значений частоты и уровня вибрации.

Технический результат изобретения достигается тем что, в способе определения параметров вибрации, заключающемся в излучении светового потока, разделении его на три части во взаимно перпендикулярных направлениях, перемещении световых потоков в направлении плоских зеркальных граней инерционного элемента, развязанного от корпуса, изменении пространственного положения световых потоков при воздействии вибрации на корпус датчика вибрации, отражении световых потоков от плоских граней инерционного элемента, перемещении световых потоков в направлении фотоприемников, преобразовании их в электрические сигналы, определении модуля составляющих ускорений вибрации по трем ортогональным осям, определении по этим значениям вектора и модуля ускорений вибрации, дополнительно определяют частоту вибрации по трем ортогональным осям, осуществляют селекцию частоты вибрации, определяют наличие опасной вибрации для человека при соответствии комбинации текущих параметров вибрации частоты и ускорения заданным значениям по трем ортогональным осям, определяют время допустимого нахождения человека в зоне опасной вибрации при соответствующей частоте вибрации в зависимости от уровня превышения значений ускорения, осуществляют выдачу информации о времени допустимого нахождения человека в зоне опасной вибрации.

Заявляемый способ реализуется в устройстве измерения параметров вибрации, содержащем датчик вибрации и блок обработки электрических сигналов, датчик вибрации состоит из источника излучения, трех разветвленных световодов, корпуса сферической формы, инерционного элемента, упругого элемента, трех фотоприемников, каждый из которых скреплен с одним из световодов, котировочных элементов, установочного винта, блок обработки сигналов, включает три усилителя, три детектора, вычислительный блок и блок индикации, при этом инерционный элемент датчика вибрации выполнен в виде шара, с тремя зеркальными плоскими гранями во взаимно перпендикулярных плоскостях и установлен внутри корпуса, связан с ним через упругий элемент, на плоские грани инерционного элемента нанесено отражающее покрытие, световоды крепятся к корпусу вдоль взаимно перпендикулярных осей посредством котировочных элементов, фиксирующих их торцы параллельно плоским граням шара, установочный винт предназначен для скрепления корпуса с объектом контроля, один конец световодов соединен с источником излучения, другой -с фотоприемниками, каждый из трех световодов оптически связан соответственно с одной из плоских граней инерционного элемента, а упругий элемент выполнен из резины, которая размещена в зазоре между корпусом и инерционным элементом, блок обработки электрических сигналов электрически соединен с тремя фотоприемниками, выходы которых через усилители, детекторы, соединены с входами вычислительного блока, выход которого соединен с входом блока индикации дополнительно имеется вычислитель, индикатор наличия опасной вибрации для человека, индикатор допустимого времени нахождения человека в зоне опасной вибрации, причем выходы усилителей и детекторов соединены соответственно с первым и вторым входами вычислителя, первый и второй выходы которого соединены соответственно с входом индикатора наличия опасной вибрации для человека и входом индикатора допустимого времени нахождения человека в зоне опасной вибрации.

Кроме того, вычислитель состоит из трех идентичных блоков анализа параметров вибрации, первого элемента И, вторых n элементов И, причем первый и второй выходы блока обработки сигналов соединены соответственно с первым и вторым входами блоков анализа параметров вибрации, первый и группа вторых выходов которых соединены соответственно с входами первого элемента И и n вторых элементов И, выход элемента И соединен с входом индикатора наличия опасной вибрации для человека, выходы n элементов И соединены с входами индикатора допустимого времени нахождения человека в зоне опасных вибраций.

Кроме того, блок анализа параметров вибрации состоит из сдвигового регистра, элемента И-НЕ, элемента И, генератора импульсов, счетчика, n дешифраторов, n ключей, n пороговых устройств, задатчика постоянных сигналов, n элементов И, второго генератора импульсов, второго сдвигового регистра, n линий задержки, n элементов И-НЕ, n счетчиков, причем первый выход блока обработки электрических сигналов соединен с входом первого сдвигового регистра, первый и второй выход которого соединен соответственно с первым и вторым входом элемента И, третий вход которого соединен с выходом первого генератора импульсов, выход элемента И через счетчик соединен со входами дешифраторов, выходы которых соединены с первыми входами ключей, вторые входы которых соединены со вторым выходом блока обработки электрических сигналов, выходы ключей соединены с первыми входами n пороговых устройств, вторые входы которых соединены с выходами задатчика постоянных сигналов, выходы n пороговых устройств соединены с входами элемента И и первыми входами n элементов И, вторые входы которых соединены через элемент И-НЕ, n линий задержки с n выходами сдвиговых регистров, вход которого соединен с выходом второго генератора импульсов, выходы n элементов И соединены со входами n счетчиков, выходы которых являются вторыми выходами блока анализа параметров вибрации.

Новыми признаками, обладающими существенными отличиями, по способу являются следующая совокупность действий:

1) определяют частоту вибрации по трем ортогональным осям;

2) определяют наличие опасной вибрации для человека при соответствии комбинации текущих параметров вибрации частоты и ускорения заданным значениям по трем ортогональным осям;

3) определяют время допустимого нахождения человека в зоне опасной вибрации при анализе текущих значений частоты ускорений вибрации;

4) осуществляют выдачу информации о времени допустимого нахождения человека в зоне опасной вибрации.

Существенными отличительными признаками по устройству являются вычислитель, индикатор наличия опасной вибрации для человека, индикатор допустимого времени нахождения человека в зоне опасной вибрации и новые связи в устройстве.

Использование совокупности всех новых и известных признаков позволит расширить функциональные возможности способа и устройства за счет автоматического определении наличия опасной вибрации для человека и автоматического определении времени допустимого нахождения человека в зоне опасной вибрации на основе анализа значений частоты и уровня вибрации.

На фиг.1 приведена структурная схема устройства определения опасной вибрации; на фиг.2 - принципиальная схема вибрационного датчика; на фиг.3 - структурная схема блока обработки электрических сигналов; на фиг.4 - структурная схема вычислителя; на фиг.5 - структурная схема блока анализа параметров вибрации.

Устройство содержит датчик 1 вибрации и блок 2 обработки электрических сигналов, вычислитель 15, индикатор 16 наличия опасной вибрации для человека, индикатор 17 допустимого времени нахождения человека в зоне опасной вибрации, датчик 1 вибрации состоит из источника 3 излучения, трех разветвленных световодов 4, корпуса 5 сферической формы, инерционного элемента 6, упругого элемента 7, трех фотоприемников 8, каждый из которых скреплен с одним из световодов 4, юстировочных элементов 9, установочного винта 10. Блок 2 обработки сигналов включает три усилителя 11, три детектора 12, вычислительный блок 13 и блок 14 индикации. Вычислитель 15 состоит из трех блоков 18 анализа параметров вибрации, первого элемента И 19, вторых n элементов И 20, при этом блок анализа 18 параметров вибрации состоит из сдвигового регистра 21, первого элемента И-НЕ 22, третьего элемента И 23, первого генератора 24 импульсов, первого счетчика 25 импульсов, n дешифраторов 26, n ключей 27, n пороговых устройств 28, задатчика 29 постоянных сигналов, элемента ИЛИ 30, второго генератора 31 импульсов, второго 32 сдвигового регистра, n линий 33 задержки, n элементов И-НЕ 34, n четвертых элементов И 35, n вторых 36 счетчиков, при этом инерционный элемент 6 выполнен в виде шара, с тремя зеркальными плоскими гранями во взаимно перпендикулярных плоскостях и установлен внутри корпуса 5, связан с ним через упругий элемент 7. На плоские грани инерционного элемента нанесено отражающее покрытие, световоды 4 крепятся к корпусу 5 вдоль взаимно перпендикулярных осей посредством юстировочных элементов 9, фиксирующих их торцы параллельно плоским граням шара, установочный винт 10 предназначен для скрепления корпуса 5 с объектом контроля, один конец световодов 4 соединен с источником 3 излучения, другой - с фотоприемниками 8, каждый из трех световодов 4 оптически связан соответственно с одной из плоских граней инерционного элемента 6, а упругий элемент 7 выполнен из резины, которая размещена в зазоре между корпусом 5 и инерционным элементом 6. Блок 2 обработки электрических сигналов электрически соединен с тремя фотоприемниками 8, выходы которых через усилители 11, детекторы 12, соединены с входами вычислительного блока 13, выход которого соединен с входом блока 14 индикации, выходы усилителей 11 и детекторов 12 являются соответственно первыми и вторыми выходами блока 2 обработки электрических сигналов и соединены соответственно с первым и вторым входами вычислителя 15, первый и второй выходы которого соединены соответственно с входом индикатора 16 наличия опасной вибрации для человека и входом индикатора 17 допустимого времени нахождения человека в зоне опасной вибрации, первый и второй выходы блока 2 обработки сигналов соединены соответственно с первым и вторым входами блоков 18 анализа параметров вибрации, первый и группа вторых выходов которых соединены соответственно с входами первого 19 элемента И и n вторых 20 элементов И, выход первого 19 элемента И соединен с входом индикатора 16 наличия опасной вибрации для человека, выходы вторых 20 n элементов И соединены с входами индикатора 17 допустимого времени нахождения человека в зоне опасных вибраций, причем первый выход блока 2 обработки электрических сигналов соединен с входом первого сдвигового регистра 21, первый и второй выходы которого соединены с первым и вторым входами третьего 23 элемента И, соответственно непосредственно и через элемент И-НЕ 22, третий вход которого соединен с выходом первого 24 генератора импульсов, выход третьего 23 элемента И через счетчик 25 импульсов соединен со входами дешифраторов 26, выходы которых соединены с первыми входами n ключей 27, вторые входы которых соединены со вторым выходом блока 2 обработки электрических сигналов, выходы n ключей 27 соединены с первыми входами n пороговых устройств 28, вторые входы которых соединены с выходами задатчика 29 постоянных сигналов, выходы n пороговых устройств 28 соединены с входами элемента ИЛИ 30, и первыми входами n четвертых 35 элементов И, вторые входы которых соединены через n вторых 34 элементов И-НЕ, n линий 33 задержки, с n выходами вторых 32 сдвиговых регистров, вход которого соединен с выходом второго 31 генератора импульсов, выходы n четвертых 35 элементов И соединены со входами n вторых 36 счетчиков, выходы которых являются вторыми выходами блока 18 анализа параметров вибрации.

Устройство работает следующим образом.

Световой поток от источника 3 излучения разветвленными световодами 4 делится на три части и по ним направляется на инерционный элемент 6 в трех взаимно перпендикулярных направлениях, отразившись от плоских граней инерционного элемента, световой поток воспринимается входными торцами приемной части разветвленных световодов 4, которые канализируют его на фотоприемники 8.

При наличии вибраций объекта совершает колебания и корпус 5, жестко скрепленный с объектом. Инерционный элемент 5, развязанный от корпуса через упругий элемент 7, сохраняет свое пространственное положение. В результате этого происходит перемещение торцов световодов относительно плоских зеркальных граней инерционного элемента, что приводит к изменению сигнала на входе фотоприемников 8.

Фотоприемники 8 преобразуют световой сигнал в электрический, который усиливают усилителями 11 и через детекторы 12 подают на вычислительное устройство 13, которое по уровням трех сигналов определяет модуль и направление вектора контролируемого параметра (амплитуда, скорость или ускорение).

Информация, результаты вычислений отображаются на блоке 14 индикации.

Кроме того, сигналы о параметрах вибрации поступают с выхода блока 2 обработки электрических сигналов на первые и вторые входы вычислителя 15.

Вычислитель 15 обеспечивает анализ текущих параметров вибрации по частоте и уровню ускорений, и при условии нахождении частоты вибрации в заданном диапазоне и превышении текущих значений ускорений по трем ортогональным осям выдает сигнал на вход индикатора наличия опасных вибраций, а также определяет время допустимого нахождения человека в в зоне опасной вибрации.

Блок 18 анализа параметров вибрации обеспечивает измерения и селекцию частоты и ускорений вибрации.

Сигналы с первого выхода блока 2 обработки сигналов поступают на вход первого 21 сдвигового регистра, с первого и второго выхода которого поступают на первые и вторые входы третьего 23 элемента И, соответственно непосредственно и через элемент И-НЕ 22 на третий вход элемента И 23 поступает сигнал с выхода первого 24 генератора импульсов, с выхода третьего 23 элемента И сигналы поступают через счетчик 25 импульсов на входы n дешифраторов 26.

С выхода дешифраторов 26 проходят сигналы, соответствующие заданному диапазону вибраций на первые входы n ключей 27, вторые входы которых соединены со вторым выходом блока 2 обработки электрических сигналов, на которые поступают сигналы, пропорциональные уровню ускорений вибрации.

С выходов n ключей 27 сигналы поступают на первые входы n пороговых устройств 28, на вторые входы которых поступают сигналы с выходов задатчика 29 постоянных сигналов.

С выходов n пороговых устройств 28 сигналы, соответствующие заданному диапазону частот и уровню ускорений вибрации, поступают на входы элемента ИЛИ 30 и первые входы n четвертых 35 элементов И, на вторые входы которых поступают сигналы через n вторых 34 элементов И-НЕ, n линий 33 задержки, с n выходов вторых 32 сдвиговых регистров, на вход которого поступают сигналы с выхода второго 31 генератора импульсов.

Сигналы с выходов n четвертых 35 элементов И поступают на входы n вторых 36 счетчиков, которые ведут обратный подсчет времени и выдают информацию на индикатор 17 допустимого времени нахождения человека в зоне опасных вибраций.

Таким образом, осуществляется автоматическое определение наличия опасной вибрации для человека и автоматическое определение допустимого времени нахождения человека в зоне опасной вибрации.

Изобретение относится к области измерительной техники и может применяться для автоматического определения наличия на объекте опасной вибрации для человека. Техническим результатом изобретения является расширение функциональных возможностей. Предложенный способ позволяет осуществить автоматическое определение опасной для человека вибрации и автоматическое определение времени допустимого нахождения человека в зоне опасной вибрации на основании анализа текущих значений частоты и уровня вибрации. Устройство для реализации способа содержит датчик 1 вибрации, блок 2 обработки электрических сигналов, вычислитель 15, индикатор 16 наличия опасной вибрации для человека и индикатор 17 допустимого времени нахождения человека в зоне опасной вибрации. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Способ определения опасной вибрации, заключающийся в излучении светового потока, разделении его на три части во взаимно перпендикулярных направлениях, перемещении световых потоков в направлении плоских зеркальных граней инерционного элемента, развязанного от корпуса, изменении пространственного положения световых потоков при воздействии вибрации на корпус датчика вибрации, отражении световых потоков от плоских граней инерционного элемента, перемещении световых потоков в направлении фотоприемников, преобразовании их в электрические сигналы, определении модуля составляющих ускорений вибрации по трем ортогональным осям, определении по этим значениям вектора и модуля ускорений вибрации, отличающийся тем, что определяют частоту вибрации по трем ортогональным осям, осуществляют селекцию частоты вибрации, определяют наличие опасной вибрации для человека при соответствии комбинации текущих параметров вибрации частоты и ускорения заданным значениям по трем ортогональным осям, определяют время допустимого нахождения человека в зоне опасной вибрации при соответствующей частоте вибрации в зависимости от уровня превышения значений ускорения, осуществляют выдачу информации о времени допустимого нахождения человека в зоне опасной вибрации.2. Устройство для определения опасных вибраций, содержащее датчик вибрации и блок обработки электрических сигналов, где датчик вибрации состоит из источника излучения, трех разветвленных световодов, корпуса сферической формы, инерционного элемента, упругого элемента, трех фотоприемников, каждый из которых скреплен с одним из световодов, котировочных элементов, установочного винта, а блок обработки сигналов включает три усилителя, три детектора, вычислительный блок и блок индикации, при этом инерционный элемент выполнен в виде шара, с тремя зеркальными плоскими гранями во взаимно перпендикулярных плоскостях и установлен внутри корпуса, связан с ним через упругий элемент, на плоские грани инерционного элемента нанесено отражающее покрытие, световоды крепятся к корпусу вдоль взаимно перпендикулярных осей посредством котировочных элементов, фиксирующих их торцы параллельно плоским граням шара, установочный винт, предназначенный для скрепления корпуса с объектом контроля, причем один конец световодов соединен с источником излучения, другой - с фотоприемниками, каждый из трех световодов оптически связан соответственно с одной из плоских граней инерционного элемента, а упругий элемент выполнен из резины, которая размещена в зазоре между корпусом и инерционным элементом, блок обработки электрических сигналов электрически соединен с тремя фотоприемниками, выходы которых через усилители и детекторы соединены с входами вычислительного блока, выход которого соединен со входом блока индикации, отличающееся тем, что дополнительно содержит вычислитель, индикатор наличия опасной вибрации для человека, индикатор допустимого времени нахождения человека в зоне опасной вибрации, причем выходы усилителей и детекторов соединены соответственно с первым и вторым входами вычислителя, первый и второй выходы которого соединены соответственно с входом индикатора наличия опасной вибрации для человека и входом индикатора допустимого времени нахождения человека в зоне опасной вибрации.3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что вычислитель состоит из трех идентичных блоков анализа параметров вибрации, первого элемента И, вторых n-элементов И, причем первый и второй выходы блока обработки сигналов соединены соответственно с первым и вторым входами блоков анализа параметров вибрации, первый и группа вторых выходов которых соединены соответственно с входами первого элемента И и n-вторых элементов И, выход элемента И соединен с входом индикатора наличия опасной вибрации для человека, выходы n-элементов И соединены с входами индикатора допустимого времени нахождения человека в зоне опасных вибраций.4. Устройство по п.3, отличающееся тем, что блок анализа параметров вибрации состоит из сдвигового регистра, элемента И-НЕ, элемента И, генератора импульсов, счетчика, n дешифраторов, n ключей, n пороговых устройств, задатчика постоянных сигналов, n элементов И, второго генератора импульсов, второго сдвигового регистра, n линий задержки, n элементов И-НЕ, n счетчиков, причем первый выход блока обработки электрических сигналов соединен с входом первого сдвигового регистра, первый и второй выходы которого соединены соответственно с первым и вторым входами элемента И, соответственно непосредственно и через элемент И-НЕ, третий вход которого соединен с выходом первого генератора импульсов, выход элемента И через счетчик соединен со входами дешифраторов, выходы которых соединены с первыми входами ключей, вторые входы которых соединены со вторым выходом блока обработки электрических сигналов, выходы ключей соединены с первыми входами n пороговых устройств, вторые входы которых соединены с выходами задатчика постоянных сигналов, выходы n пороговых устройств соединены с входами элемента ИЛИ, и первыми входами n элементов И, вторые входы которых соединены через n элементов И-НЕ, n-линий задержки с n выходами сдвигового регистра, вход которого соединен с выходом второго генератора импульсов, выходы n элементов И соединены со входами n счетчиков, выходы которых являются вторыми выходами блока анализа параметров вибрации.