АППАРАТУРА КОНТРОЛЯ ВИБРАЦИИ Российский патент 2017 года по МПК G01M13/04 H05K3/36 

Предлагаемое изобретение относится к авиаприборостроению и может быть использовано на летательном аппарате, содержащем не менее двух газотурбинных двигателей (ГТД), для контроля их технического состояния в процессе эксплуатации.

Известна аппаратура контроля вибрации, предназначенная для контроля технического состояния ГТД, установленного на летательном аппарате, по текущим значениям роторных составляющих виброускорения, содержащая датчик вибрации, преобразователь, канал связи датчика вибрации с преобразователем и размещенное в электронном блоке устройство обработки виброинформации, формирующее сигналы о текущих и опасных значениях виброскорости для передачи этих сигналов экипажу и во взаимодействующие системы летательного аппарата (см. патент РФ №2318194, кл G01M 13/04, 2008 г.).

Недостатком известной аппаратуры является значительная погрешность измерения виброскорости, вызванная установкой датчика вибрации на корпусе трубы слива масла от межвального подшипника ГТД, поскольку виброколебания этой трубы могут вызываться внешними факторами, не связанными с вибрациями ГТД.

Также известна аппаратура вибрации, которая может использоваться для виброконтроля ГТД, и содержит датчик вибрации, представляющий собой виброчувствительный пьезоэлемент, установленный в корпусе, преобразователь, соединительный кабель для подключения датчика вибрации к преобразователю, соединенному с электронным блоком, а также элементы встроенного контроля: инжектор тестовых сигналов и частично размещенную в упомянутых кабеле и датчике линию возбуждения ответного сигнала в сенсорной цепи датчика вибраций, предназначенные для проверки исправности датчика вибраций и соединительного кабеля (см. патент US 2014/0225634 А1).

Недостатком этой аппаратуры служит низкая надежность канала передачи измерительного сигнала от датчика вибрации к преобразователю, обусловленная наличием в составе упомянутого канала элементов встроенного контроля, которые, по сравнению с датчиком вибрации и соединительным кабелем, обладают существенно меньшей надежностью.

Указанные недостатки устранены в наиболее близкой к предложенной и принятой за прототип аппаратуре контроля вибрации, содержащей датчики вибрации, соединительные кабели, преобразователи и размещенные в электронном блоке информационно-измерительные каналы, каждый из которых предназначен для виброконтроля соответствующего ГТД, а также для формирования сигналов о повышенных и опасных вибрациях и передачи этих сигналов экипажу и во взаимодействующие системы летательного аппарата (см. Паспорт сводный на аппаратуру контроля вибрации ИВ-500Е, серия 2, №6Л1.620.003-13 ПС, 2013 г., а также Руководство по технической эксплуатации изделия ИВ-500, серия 2, разработки и производства ПАО «Техприбор»).

Каждый из датчиков вибрации известной аппаратуры представляет собой виброчувствительный пьезоэлемент, установленный в корпусе с высокой жесткостью, предназначенном для установки в штатном месте ГТД, наиболее информативном при его виброконтроле.

Выход каждого из датчиков вибрации подключен с помощью соединительного кабеля, обладающего повышенной жесткостью, ко входу соответствующего преобразователя, выход которого соединен со входом одного из информационно-измерительных каналов, в состав каждого из которых входят последовательно соединенные между собой высокочувствительные электронные элементы: полосовой фильтр, масштабный усилитель и детектор, выход которого подключен ко входам первого и второго компараторов, снабженных, каждый, проводным выходом для связи с взаимодействующими системами, причем каждый из информационно-измерительных каналов смонтирован на отдельной печатной плате, а масштабные усилители и детекторы, содержат, каждый, помимо основного, проводного, выхода, предназначенного для связи с соответствующим компаратором, также и дополнительный выход по соответствующей информационной линии связи с взаимодействующими системами.

Указанные печатные платы размещены в электронном блоке известной аппаратуры напротив друг друга и параллельно между собой своими плоскостями, а линии информационных связей каждого из информационно-измерительных каналов выполнены в виде отдельных проводов, собранных в монтажные жгуты. Проверка исправности датчиков вибрации и соединительных кабелей в этой аппаратуре может производиться по наличию вибросигнала на выходе соответствующего преобразователя при кратковременном включении (прогоне) контролируемого ГТД в процессе предполетной подготовки, хотя необходимость подобной проверки не является существенной, поскольку наработка на отказ датчика вибрации, установленного в корпусе с высокой жесткостью, и обладающего повышенной жесткостью соединительного кабеля составляет более 200000 летных часов для каждого из них, что многократно превосходит наработку на отказ других элементов известной аппаратуры.

Недостатком известной аппаратуры является возможность периодических сбоев измерительной виброинформации, вырабатываемой высокочувствительными электронными элементами информационно-измерительных каналов, в результате наличия существенных паразитных электроемкостных связей между плоскими печатными проводниками параллельно установленных отдельных печатных плат, расположенных своими плоскостями одна напротив другой, а также в результате наличия существенных паразитных индуктивных связей между отдельными проводами вышеупомянутых монтажных жгутов.

Помимо этого точная настройка масштабного усилителя и компараторов в каждом из информационно-измерительных каналов может быть искажена при случайном взаимном смещении отдельных проводов монтажных жгутов под действием эксплуатационных нагрузок.

Периодические сбои виброизмерительной информации и искажение точной настройки информационно-измерительных каналов известной аппаратуры могут приводить к формированию и выдаче ложных сигналов «Превышение нормы» и «Опасная вибрация» в процессе полета.

Задачей предложенного изобретения и его техническим результатом является создание аппаратуры контроля вибрации, в которой затруднена возможность формирования и выдачи ложных сигналов, вызванных периодическими сбоями измерительной виброинформации, возникающими в результате наличия паразитных электроемкостных связей между высокочувствительными электронными элементами информационно-измерительных каналов и наличия паразитных индуктивных связей между отдельными проводами монтажных жгутов, а также обеспечена долговременная эксплуатационная стабильность настройки электронных элементов каждого информационно-измерительного канала.

Для решения поставленной задачи в состав предложенной аппаратуры, содержащей не менее: двух датчиков вибрации, каждый из которых содержит пьезоэлемент, установленный в жестком корпусе, двух, обладающих повышенной жесткостью, соединительных кабелей и двух преобразователей, причем каждый из датчиков вибрации с помощью одного из соединительных кабелей соединен с соответствующим преобразователем, а также не менее двух, расположенных в электронном блоке, информационно-измерительных каналов, каждый из которых подключен к выходу одного из преобразователей и состоит из последовательно соединенных между собой полосового фильтра, масштабного усилителя и детектора, выход которого соединен со входами первого и второго компараторов, причем масштабный усилитель и детектор содержат, каждый, помимо основного выхода, также и дополнительный выход, предназначенный для выдачи текущей информации во взаимодействующие системы по соответствующей информационной линии связи, выход первого компаратора предназначен для выдачи во взаимодействующие системы по проводной линии связи сигнала «Превышение нормы», а выход второго - для выдачи во взаимодействующие системы по проводной линии связи сигнала «Опасная вибрация», в соответствии с изобретением добавлен установленный в электронном блоке новый элемент - кросс-плата, изменено взаимное расположение информационно-измерительных каналов в электронном блоке, а также жестко зафиксированы линии связи информационно-измерительных каналов с взаимодействующими системами.

Предложенная аппаратура отличается от прототипа тем, что согласно изобретению в его состав дополнительно введена установленная в электронном блоке кросс-плата, печатные проводники которой представляют собой жестко зафиксированные линии связи каждого из информационно-измерительных каналов, а все информационно-измерительные каналы, смонтированы на единой, общей для них, печатной плате и размещены в ее противолежащих участках, причем кросс-плата расположена перпендикулярно единой печатной плате.

Работа предложенного устройства поясняется Фигурой. На Фигуре представлены структурная схема предложенного устройства, а также показано взаимное расположение в электронном блоке кросс-платы и единой печатной платы для случая, когда число датчиков вибрации равно двум.

На Фигуре введены следующие обозначения:

1 - датчик вибрации, 2 - корпус, 3 - пьезоэлемент, 4 - кабель, 5 - преобразователь, 6 - информационно-измерительный канал, 7 - полосовой фильтр, 8 - масштабный усилитель, 9 - детектор, 10 - первый компаратор, 11 - второй компаратор, 12 - кросс-плата, 13 - печатная плата, 14 - электронный блок.

Выход каждого из датчиков вибрации 1, содержащего установленный в корпусе 2 пьезоэлемент 3, подключен с помощью кабеля 4 ко входу соответствующего преобразователя 5, выход которого соединен со входом одного из двух информационно-измерительных каналов 6, каждый из которых представляет собой последовательно соединенные между собой электронные элементы: полосовой фильтр 7, масштабный усилитель 8 и детектор 9, основной выход которого подключен ко входам первого и второго компараторов 10, И, выходы компараторов 10, 11 подключены к кросс-плате 12. Каждый из масштабных усилителей 8 и каждый из детекторов 9 содержит, помимо основного, проводного, также и дополнительный выход, соединяющий этот масштабный усилитель 8 и этот детектор 9 с кросс-платой 12 с помощью соответствующей информационной линии связи. Проводные выходы кросс-платы 12 предназначены для передачи во взаимодействующие системы сигналов о превышении нормы (ПН) и опасных вибрациях (ОВ) каждого из ГТД, а выходные информационные линии связи кросс-платы 12 - для передачи во взаимодействующие системы текущей виброинформации. Оба информационно-измерительных канала 6 смонтированы в противолежащих участках единой, общей для них, печатной платы 13, установленной в электронном блоке 14 перпендикулярно кросс-плате 12.

При работе предложенной аппаратуры каждый из пьезоэлементов 3 соответствующего датчика вибрации 1, корпус 2 которого закреплен в штатном месте соответствующего ГТД, наиболее информативном для виброконтроля последнего, вырабатывает пропорциональный виброускорению сигнал, поступающий через кабель 4 на вход одного из преобразователей 5, интегрирующего этот сигнал, и затем, в виде напряжения, пропорционального виброскорости контролируемого ГТД, подается на вход соответствующего информационно-измерительного канала 6, где поступивший сигнал фильтруется полосовым фильтром 7 с установленной полосой пропускания, масштабируется масштабным усилителем 8 в соответствии с уровнем заданного значения номинальной виброскорости и детектируется детектором 9, после чего поступает на входы первого и второго компараторов 10 и 11, соответственно, в каждом из которых сравнивается с установленным в данном компараторе предельным значением. В случае превышения поступившим сигналом предельного значения в одном из компараторов 10, 11, на выходе такого компаратора формируется сигнал о превышении нормы или об опасном значении вибраций соответствующего ГТД и через кросс-плату 12 передается во взаимодействующие системы и экипажу, например, на сигнальные табло ПН (Превышение нормы) или ОВ (Опасная вибрация).

Текущие значения виброинформации снимаются с дополнительного выхода каждого из масштабных усилителей 8 и каждого из детекторов 9, поступают на кросс-плату 12 по соответствующим информационным линиям связи и с ее выхода по соответствующим информационным линиям связи передаются во взаимодействующие системы, например, в систему вибрографирования.

При работе электронного блока 14 оба его информационно-измерительных канала 6 не создают заметных взаимных помех, вызванных паразитными электроемкостными связями между ними, поскольку электроемкостные связи между плоскими проводниками двух информационно-измерительных каналов 6, расположенными на единой печатной плате в одной плоскости на расстояниях, многократно превышающих толщину этих проводников, пренебрежимо малы. В результате оба канала 6 работают без сбоев даже в тех случаях, когда обрабатываемые ими сигналы содержат близкие по частоте или кратные виброгармоники.

Бесперебойная работа каналов 6 обеспечивается также благодаря практически безындуктивному исполнению линий связи каждого из них на основе печатных проводников кросс-платы 12, которая, для исключения паразитных связей с общей печатной платой 13, установлена перпендикулярно к ней.

Кроме того, жесткая фиксация печатных проводников кросс-платы 12 гарантирует неизменность настройки каждого из информационно-измерительных каналов 6 даже в условиях эксплуатационных механических перегрузок электронного блока 14.

Таким образом, задача изобретения успешно решена с помощью предложенных технических решений.

Изобретение относится к метрологии, в частности к устройствам контроля вибрации. Аппаратура контроля вибрации содержит не менее двух датчиков вибрации, каждый из которых содержит пьезоэлемент, не менее двух преобразователей и двух, обладающих повышенной жесткостью, кабелей, каждый из которых соединяет один из датчиков вибрации с соответствующим преобразователем. Также содержит электронный блок, включающий в себя не менее двух информационно-измерительных каналов, каждый из которых подключен к выходу одного из преобразователей и состоит из последовательно соединенных между собой полосового фильтра, масштабного усилителя и детектора, основной выход которого соединен со входами первого и второго компараторов. Масштабный усилитель и детектор содержат дополнительный выход для выдачи информации во взаимодействующие системы по соответствующей информационной линии связи. В электронном блоке расположена кросс-плата, содержащая выходные линии связи каждого из информационно-измерительных каналов. Все информационно-измерительные каналы смонтированы на единой, общей для них, печатной плате и размещены в ее противолежащих участках. Кросс-плата расположена перпендикулярно единой печатной плате. Технический результат - снижение вероятности формирования ложных сигналов. 1 ил.

Аппаратура контроля вибрации, содержащая не менее двух датчиков вибрации, каждый из которых содержит пьезоэлемент, установленный в жестком корпусе, не менее двух преобразователей и двух, обладающих повышенной жесткостью, кабелей, каждый из которых соединяет один из датчиков вибрации с соответствующим преобразователем, а также электронный блок, включающий в себя не менее двух информационно-измерительных каналов, каждый из которых подключен к выходу одного из преобразователей и состоит из последовательно соединенных между собой полосового фильтра, масштабного усилителя и детектора, основной выход которого соединен со входами первого и второго компараторов, при этом масштабный усилитель и детектор содержат, каждый, помимо основного выхода дополнительный выход для выдачи информации во взаимодействующие системы по соответствующей информационной линии связи, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит расположенную в электронном блоке кросс-плату, содержащую выходные линии связи каждого из информационно-измерительных каналов, а все информационно-измерительные каналы смонтированы на единой, общей для них, печатной плате и размещены в ее противолежащих участках, причем кросс-плата расположена перпендикулярно единой печатной плате.