УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ВИБРАЦИИ Российский патент 2013 года по МПК G01M7/02 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для вибродиагностики оборудования, оказывающегося в опасных зонах при подаче на него напряжения (высоковольтных камерах, в герметизированных отсеках, отсеках обрабатывающих центров с работающим высокоскоростным оборудованием), а также мотор-вентиляторов, применяемых на железнодорожном транспорте.

Современные технологии требуют непрерывного контроля за многими параметрами технологического процесса и контроля состояния оборудования. Одними из важнейших являются параметры вибрации.

Известен микропроцессорный виброметр (МПК G01H 11/00, №2098777, 29.09.1995), содержащий вибропреобразователь, блок нормировки сигнала, первый и второй интеграторы, первый и второй усилители, фильтр нижних частот и пиковый детектор. Виброметр дополнительно 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, причем 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. Далее 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. В указанном микропроцессорном виброметре осуществляется автокалибровка, в блоке нормировки сигнала производится измерение вибросмещения, виброскорости или виброускорения, измерение высокочастотных ударных импульсов.

Недостатком данного устройства является наличие проводов, соединяющих блоки и датчики вибрации с блоками, которые не позволяют проводить измерения в изолированных помещениях и объемах (высоковольтных камерах, в герметизированных отсеках, отсеках обрабатывающих центров с работающим высокоскоростным оборудованием), а также доставляют неудобства в процессе измерения параметров, ограничивают области измерения и свободу перемещения оператора. В случае нахождения объекта измерения в опасной зоне, измерения делаются не возможными по требованиям техники безопасности.

Известно также устройство для измерения вибрации роторных механизмов (МПК G01M 1/22, №2073835, 14.08.1992), содержащее датчик вибрации, аналого-цифровой преобразователь, переключатель, узел управления, соединенные с ним вычислитель и индикатор. Устройство также снабжено дополнительными датчиками вибрации, подключенным к их выходам и выходу основного датчика вибрации переключателем каналов, последовательно соединенными усилителем, вход которого подключен к выходу переключателя каналов, и узлом функционального преобразования, последовательно соединенными перестраиваемым фильтром. Вход фильтра связан с выходом переключателя, соединенного входами с выходами узла функционального преобразования, нормализатором и блоком выборки-хранения. Выход блока выборки-хранения подключен к аналого-цифровому преобразователю, последовательно соединенными датчиком метки, формирователем импульсов и таймером, выход которого подключен к управляющим входам аналого-цифрового преобразователя и блока выборки-хранения. Узел управления выполнен с шинами адресов, данных и управления с узлами прямого доступа и с интерфейсом, подключенным к нормализатору, перестраиваемому фильтру, переключателям и таймеру. Данное устройство может быть использовано при вибрационных измерениях, для измерения и анализа колебаний, записи и хранения вибрационных и акустических сигналов и контроля дисбаланса роторных механизмов и балансировки роторов.

Недостатком данного устройства является наличие проводов, соединяющих блоки и датчики вибрации с блоками, которые не позволяют проводить измерения в изолированных помещениях и объемах (высоковольтных камерах, в герметизированных отсеках, отсеках обрабатывающих центров с работающим высокоскоростным оборудованием), а также доставляют неудобства в процессе измерения параметров, ограничивают области измерения и свободу перемещения оператора. В случае нахождения объекта измерения в опасной зоне, измерения делаются не возможными по требованиям техники безопасности.

Наиболее близкой является система экспресс диагностики транспортных дизелей (СЭД ТД) (МПК G01M 15/00, №75743, 15.04.2008 г). СЭД ТД относится к оборудованию для испытания машин и двигателей, в том числе применяемому на железнодорожном транспорте и может быть использована для мониторинга и поиска неисправностей на других дизельных энергетических установках, а именно на локомотивах, самоходном подвижном составе и стационарных установках. Система экспресс диагностики транспортных дизелей содержит датчик вибрации, датчик давления, оптический датчик, установленные на корпусе диагностируемого дизеля во взаимно перпендикулярных плоскостях, причем каждый из датчиков соединен соответственно с первым, вторым и третьим входами платы аналого-цифрового преобразователя, расположенной в ударопрочном корпусе портативного сборщика данных, на выходе которой формируется выходной напряжение, представляемое на экране портативного сборщика данных в графической форме.

Недостатком данного устройства является наличие проводов, соединяющих блоки и датчики вибрации с блоками, которые не позволяют проводить измерения в изолированных помещениях и объемах (высоковольтных камерах, в герметизированных отсеках, отсеках обрабатывающих центров с работающим высокоскоростным оборудованием), а также доставляют неудобства в процессе измерения параметров, ограничивают области измерения и свободу перемещения оператора. В случае нахождения объекта измерения в опасной зоне, измерения делаются не возможными по требованиям техники безопасности.

Целью изобретения является измерение вибрации, в том числе в зонах, становящимися опасными после подачи напряжения, с возможностью дистанционного запуска процесса измерения и дистанционного приема данных.

Цель достигается тем, что устройство для измерения вибрации состоит из блока измерения, содержащего датчик вибрации, фильтр низких частот, аналогово-цифровой преобразователь, процессор, флэш-память, источник питания, индикатор. Кроме того, устройство содержит приемопередатчик связи с персональным компьютером, приемник радиоканала; а блок управления имеет передатчик радиоканала.

Блок измерения может содержать оптический приемник, а блок управления - оптический передатчик, связь между блоком управления и блоком измерения может быть выполнена с использованием оптического канала.

Блок измерения может содержать инфракрасный приемник, блок управления иметь инфракрасный передатчик, а связь между блоком управления и блоком измерения может быть выполнена с использованием инфракрасного канала.

Блок измерения может содержать приемопередатчик радиоканала, блок управления может содержать приемопередатчик радиоканала, а двунаправленная связь между блоком управления и блоком измерения может быть выполнена с использованием радиоканала.

Блок измерения может содержать оптический приемопередатчик, блок управления может содержать оптический приемопередатчик, а двунаправленная связь между блоком управления и блоком измерения может быть выполнена с использованием оптического канала.

Блок измерения может содержать инфракрасный приемопередатчик, блок управления может содержать инфракрасный приемопередатчик, а двунаправленная связь между блоком управления и блоком измерения может быть выполнена с использованием инфракрасного канала.

Блок измерения может быть помещен в единый металлический корпус, что обеспечивает высокую помехозащищенность. Кроме того, устройство содержит магнит, позволяющий крепить блок измерения вибрации на объект измерения. Блок измерения включает датчик, установленный непосредственно на магните. Из набора блоков измерения может быть сформирована многоканальная измерительная система.

Сущность изобретения поясняется чертежом (фиг.1).

На чертеже представлена блок-схема устройства для измерения вибрации. Устройство для измерения вибрации включает в себя блок измерения вибрации (1) и блок управления (2).

Блок измерения вибрации (1) состоит из датчика виброускорения (3), закрепленного на магните (4), фильтра низких частот (5), микроконтроллера, включающего в себя АЦП (6), приемника или приемопередатчика радио, оптического, или инфракрасного канала связи (7), флэш памяти (8), приемопередатчика USB (9), кнопок управления (10), индикатора (11), источника питания (12). Блок измерения вибрации (1) крепится на объекте измерения (13) с помощью магнита. Блок измерения вибрации (1) помещен в металлический корпус (14)

Блок управления (2) состоит из передатчика или приемопередатчика радио, оптического или инфракрасного канала связи (15), микропроцессор (16), кнопок управления (17), приемопередатчика для связи с персональным компьютером (18).

Связь между блоком управления и блоком измерения вибрации выполнена с помощью радио, оптического или инфракрасного однонаправленного или двунаправленного канала связи.

Устройство работает следующим образом: блок измерения крепится при помощи магнита на объекте измерения. При помощи кнопок управления на самом блоке, либо дистанционно, по сигналу от пульта управления производится запуск измерения вибрации. Механические колебания посредством датчика виброускорения (3) преобразуются в электрические колебания и поступают на фильтр низких частот (5) для фильтрации от высокочастотных составляющих спектра вибрации. Затем данные преобразуются в цифровой формат с помощью аналого-цифрового преобразователя микроконтроллера (6), работающего от источника питания (12). Данные сохраняются в блоке флэш-памяти (8), количество произведенных измерений отображается на индикаторе (11). При необходимости можно считать любое из проведенных измерений через USB-порт (9), а также через радиоканал, либо через оптический, либо через инфракрасный канал.

Блок управления (2) состоит из микроконтроллера (16) который формирует управляющие команды для блока измерения вибрации, по командам от кнопок (17) или от персонального компьютера, присоединенного через приемопередатчик (18). Команды передаются блоку измерения вибрации с помощью передатчика (15). При использовании приемопередатчика (15) и наличии двунаправленной связи через него считываются данные, полученные при измерении блоком измерения вибрации (1).

Причем канал связи между блоком управления и блоком измерения вибрации может быть выполнен в виде радиоканала, либо в виде оптического канала или инфракрасного канала. Может использоваться однонаправленная либо двунаправленная связь между блоком управления и блоком измерения вибрации.

С целью компактного выполнения блока измерения, все элементы блока помещены в металлический корпус (14), снабженный магнитом (4), позволяющим крепить блок измерения (1) на объекте измерения (13). Также металлический корпус (14) обеспечивает высокую помехозащищенность блока измерения вибрации (2) от воздействия электромагнитных помех промышленной частоты.

При использовании нескольких блоков измерения вибрации возможна организация многоканальной системы сбора данных с единым управлением.

Предложенное устройство для измерения вибрации с использованием радиоканала было изготовлено и испытано.

Испытания показали большое преимущество, позволившее отказаться от проводной сети, резко сократить время на подготовку для проведения замеров, а также позволило проводить замеры вибрации в опасных для нахождения человека во время измерения зонах.

Изобретения относятся к измерительной технике и могут быть использованы для вибродиагностики оборудования, оказывающегося в опасных зонах при подаче на него напряжения. По первому варианту устройство состоит из блока измерения вибрации, содержащего датчик вибрации, фильтр низких частот, процессор, включающий в себя аналогово-цифровой преобразователь, флэш-память, источник питания, индикатор, и блока управления. Блок измерения вибрации содержит приемник радиоканала и блок управления содержит передатчик радиоканала. Связь между блоком управления и блоком измерения вибрации выполнена с использованием радиоканала. По второму варианту устройства связь между блоком управления и блоком измерения вибрации выполнена с использованием оптического канала, а по третьему варианту с использованием инфракрасного канала. Технический результат заключается в возможности дистанционного запуска процесса измерений и приема данных, при исключении проводной сети. 3 н. и 9 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Устройство для измерения вибрации, состоящее из блока измерения вибрации, содержащего датчик вибрации, фильтр низких частот, процессор, включающий в себя аналогово-цифровой преобразователь, флэш-память, источник питания, индикатор, и блока управления, отличающееся тем, что блок измерения вибрации содержит приемник радиоканала, и блок управления содержит передатчик радиоканала, а связь между блоком управления и блоком измерения вибрации, обеспечивающая запуск измерения, выполнена с использованием радиоканала.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что блок измерения помещен в единый металлический корпус.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что блок измерения вибрации содержит магнит, позволяющий крепить его на объект измерения.

4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что содержит несколько блоков измерения вибрации.

5. Устройство для измерения вибрации, состоящее из блока измерения вибрации, содержащего датчик вибрации, фильтр низких частот, процессор, включающий в себя аналогово-цифровой преобразователь, флэш-память, источник питания, индикатор, и блока управления, отличающееся тем, что блок измерения вибрации содержит оптический приемник, блок управления имеет оптический передатчик, а связь между блоком управления и блоком измерения вибрации, обеспечивающая запуск измерения, выполнена с использованием оптического канала.

6. Устройство по п.5, отличающееся тем, что блок измерения помещен в единый металлический корпус.

7. Устройство по п.5, отличающееся тем, что блок измерения вибрации содержит магнит, позволяющий крепить его на объект измерения.

8. Устройство по п.5, отличающееся тем, что содержит несколько блоков измерения вибрации.

9. Устройство для измерения вибрации, состоящее из блока измерения вибрации, содержащего датчик вибрации, фильтр низких частот, процессор, включающий в себя аналогово-цифровой преобразователь, флэш-память, источник питания, индикатор, и блока управления, отличающееся тем, что блок измерения вибрации содержит инфракрасный приемник, блок управления имеет инфракрасный передатчик, а связь между блоком управления и блоком измерения вибрации, обеспечивающая запуск измерения, выполнена с использованием инфракрасного канала.

10. Устройство по п.9, отличающееся тем, что блок измерения помещен в единый металлический корпус.

11. Устройство по п.9, отличающееся тем, что блок измерения вибрации содержит магнит, позволяющий крепить его на объект измерения.

12. Устройство по п.9, отличающееся тем, что содержит несколько блоков измерения вибрации.