Прибор для измерения параметров вибрации Российский патент 2024 года по МПК G01H11/06 G01P15/97 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к электротехнике, а именно к измерениям вибрации приборами, содержащими корпус. Заявляемый прибор относится к активным, имеющим внешние источники питания, что позволяет измерять сопротивление, частоту и другие электрические параметры сигналов пьезоэлектрического вибропреобразователя. Здесь и далее используются термины в соответствии с ГОСТ 16819-71 Приборы виброизмерительные. Термины и определения.

Уровень техники

Известны виброметры, предназначенные для определения виброскорости, виброперемещения и виброускорения, и представляющие собой устройство, которое реагирует на вибрационные явления и регистрирует их. Такие устройства представляют собой конструкцию, состоящую из двух блоков: первичного вибропреобразователя и электронного блока. Первый представляет собой чувствительный элемент, предназначенный для улавливания вибрационного движения и преобразования данного механического сигнала в электрический. Второй компонент выполняет функцию дешифровщика полученного электрического импульса и вывода информации в доступной форме, например, цифровой. Современные модели оборудованы микропроцессорным блоком управления. С его помощью возможна цифровая обработка сигналов, а также использование сложных алгоритмов, с их помощью учитывается весь спектр вибрационного воздействия (см., например, 4277-032-00205435 РЭ, ООО «ВиКонт», Москва, стр.8).

Наиболее близким из аналогов, принятым за прототип, является Комплекс устройств для измерения параметров механических колебаний объектов (патент RU 2701207; G01P 15/09; G01H11/08; опубликовано 25.09.2019). В описании указанного технического решения, в части, относящейся к Блоку питания и регистрации результатов измерения, приведена следующая совокупность признаков, характеризующая конструкцию.

Блок питания и регистрации содержит концевой соединитель, два из трех контактов которого подключены к источнику постоянного тока и параллельно ему к фильтру, который содержит последовательно соединенные конденсатор и резистор, средняя точка между которыми соединена с входом регистратора переменного напряжения.

Выход регистратора переменного напряжения соединен с первым и вторым каналами трехканального двухпозиционного переключателя. Контакты первого канала трехканального двухпозиционного переключателя соединены с входом запоминающего блока, выход которого соединен с первым входом блока сравнения, контакт второго канала трехканального двухпозиционного переключателя соединен со вторым входом блока сравнения, выход которого соединен с входом индикатора неисправности. Третий канал трехканального двухпозиционного переключателя через третий контакт концевого соединителя подключает источник тестового сигнала.

Такой Блок питания и регистрации результатов измерения имеет ограниченные функциональные возможности, а именно недостаточное число каналов передачи сигналов от первичных преобразователей вибрации, отсутствие возможностей сохранения и дальнейшего анализа параметров вибрации. Технической проблемой, решаемой заявляемым прибором, которая не могла быть решена приборами для измерения параметров вибрации, известными из уровня техники, является расширение функциональных возможностей за счет увеличения числа одновременно обрабатываемых сигналов от первичных преобразователей вибрации, повышение точности аналоговых и цифровых преобразований сигналов, обеспечив при этом защиту коммутации измерительных каналов под управлением контроллера от взаимных помех.

Раскрытие сущности изобретения

Для решения указанной технической проблемы известный прибор для измерения параметров вибрации, включающий Блок питания и регистрации результатов измерения, содержащий концевой соединитель с контактами, источник тока, коммутатор напряжения, фильтр, запоминающее устройство и индикатор неисправности. Блок также содержит коммутатор тока, аналогово-цифровой преобразователь, микропроцессор, клеммы для подключения внешнего источника питания, связанные с преобразователем для питания аналоговой части и преобразователем для питания цифровой части, сетевой контроллер типа Ethernet, имеющий на корпусе блока разъем с гальваноразвязкой, размещенные на плате основного модуля, а также размещенные на плате вспомогательного модуля контроллер типа RS-485 с гальваноразвязкой, имеющий на корпусе блока соответствующий разъем, и кнопку системного сброса, размещенную вместе с сигнальными светодиодами на корпусе.

Такая совокупность признаков существенно расширит функциональные возможности прибора для измерения параметров вибрации, повысит точность преобразований аналоговых сигналов в цифровые, обеспечив при этом защиту коммутации измерительных каналов под управлением контроллера от взаимных помех. В самом деле, применение в качестве концевого соединителя первичного вибропреобразователя и электронного блока клеммной колодки позволит увеличить число каналов передачи параметров, что приведет к возможности вести контроль одновременно в ряде характерных точек контролируемого объекта, для чего необходим микропроцессор, который одновременно с выбором коммутатором напряжения очередного измерительного канала производит подключение к этому же измерительному каналу коммутатора тока, что обеспечивает формирование стабилизированного тока питания от внутреннего источника, необходимого для работы вибропреобразователя в выбранном измерительном канале. Этот же контроллер управляет работой оперативного запоминающего устройства, которое позволяет записывать и автономно хранить некоторое время в памяти несколько фрагментов измерений параметров, что также расширяет функциональные возможности прибора. Наличие дополнительной клеммной колодки позволит подключить внешний источник питания для работы помехоподавляющего фильтра и обеспечить преобразование напряжения для питания как аналоговой части схемы, так и цифровой, что повысит точность преобразования аналоговых сигналов в цифровые. Наличие гальваноразвязки в соответствующих разъемах контроллеров Ethernet и RS-485, находящихся в разных платах, также повысит точность работы, исключив взаимные помехи этих сетей. Повышению удобства использования прибора для измерения параметров вибрации способствует наличие на корпусе кнопки системного сброса, по длительности нажатия на которую, определенную формирователем, микропроцессор выбирает настройки программы работы.

Краткое описание чертежей

На фигуре приведена структурная электрическая схема, поясняющая сущность заявляемого прибора для измерения параметров вибрации.

Осуществление изобретения

Заявляемое изобретение может быть осуществлено следующим образом.

В корпусе из изоляционного материала, например, из поликарбоната размещены платы основного модуля 1 и вспомогательного модуля 2, содержащие элементы схемы, подключенные в соответствии с приведенной структурной электрической схемой. Основной модуль 1 содержит концевой соединитель с контактами, выполненными в виде клемм A1, A2, … A8, B1, B2, … B8 - поз.3 на схеме, например, Клеммный блок СПб УПП-5 КБ 76-16П-БМ-08 ТУ 3424-003-03965778-97 или ГОСТ 31195.1-2012. Основной модуль 1 содержит также источник тока 5 и коммутатор тока 4, коммутатор напряжения 6, аналоговый фильтр со схемой согласования уровней 7, аналогово-цифровой преобразователь 8, тактовый генератор 9 на частоту 20 МГц, служащий для управления работой модуля 1 сетевой микропроцессор, например, АРМ контроллер 10, оперативное запоминающее устройство 11, формирователь 12, управляемый с помощью кнопки системного сброса 21. Схема содержит также клеммы 13 для подключения внешнего источника питания, связанные через помехоподавляющий фильтр 16 с преобразователем для питания цифровой части 23 и преобразователем для питания аналоговой части 18. АРМ контроллер 10 связан с сетевым контроллером типа Ethernet 14, имеющим на корпусе блока разъем Ethernet с гальваноразвязкой 17. Состояние контроллера Ethernet 14 отражают светодиоды 15 - «LINK» и «ACT». Вспомогательный модуль 2 содержит контроллер типа RS-485 с гальваноразвязкой 20 и установленный на корпусе соответствующий разъем 19. Также на корпусе прибора находятся светодиоды 22 «ПИТ» и «РАБ», отражающие режим работы прибора в целом.

Заявляемый прибор для измерения параметров вибрации работает следующим образом.

Подключение первичных преобразователей вибрации (датчиков) производится к клеммным соединителям 3. Входные сигналы с клемм A1, A2,…, A8, B1, B2,…, B8 поступают на вход коммутатора напряжения 6, который обеспечивает возможность проведения измерений в каждом из восьми измерительных каналов. Далее сигнал проходит через аналоговый фильтр низких частот 7 от сигналов, частота которых выходит за пределы диапазона измерений, и через схему согласования поступает на вход 16-битного аналого-цифрового преобразователя 8, где преобразуется в цифровую форму для последующей обработки ARM контроллером (микропроцессором) 10. Одновременно с выбором коммутатором напряжения 6 очередного измерительного канала для обработки сигналов, производится подключение к этому же измерительному каналу коммутатора тока 4, что обеспечивает формирование стабилизированного тока питания от источника тока 5, необходимого для работы вибродатчика в выбранном измерительном канале. ARM контроллер 10 осуществляет процессы коммутации измерительных каналов, цифровой обработки, хранения и обмена информацией по интерфейсам RS-485 поз. 20 на схеме и Ethernet поз.14. Оперативное запоминающее устройстволя 11 служит для временного хранения информации (например, фрагментов оцифрованных сигналов). В приборе осуществляется гальваническая изоляция цепей интерфейса Ethernet 14 за счет индуктивной связи посредством разделительных трансформаторов, находящихся непосредственно в разъеме 17. Гальваническая изоляция цепей интерфейса RS-485 поз.20 осуществляется за счет индуктивной связи в микросхеме контроллера RS-485. Светодиоды LINK и ACT поз.15 управляются от контроллера Ethernet 14 в зависимости от состояния цепей, подключенных к этому интерфейсу. Светодиоды ПИТ. и РАБ. поз.22 управляются от ARM контроллера 10 в зависимости от состояния прибора. Кнопка системного сброса 21 предназначена для установки настроек прибора в исходное состояние по "долгому" нажатию - более 10 секунд (применяется для начальной конфигурации прибора), или для системного сброса без изменения настроек по "короткому" нажатию - не более 1 секунды. Аппаратную функцию распознавания "долгого" и "короткого" нажатия выполняет формирователь 12. Входное напряжение от внешнего источника питания поступает через клеммы 13 и помехоподавляющий фильтр 16 на импульсный преобразователь 23, который обеспечивает формирование напряжения 3,3 В для питания цифровой части. Далее из этого напряжения, поступающего на преобразователь 18, формируется двуполярное напряжение, необходимое для питания аналоговой части прибора.

Таким образом с помощью заявляемого прибора осуществляется аналого-цифровое преобразование выходных сигналов первичных преобразователей вибрации одновременно по нескольким каналам, обработка и запоминание полученной информации с возможностью ее последующей передачи в цифровой форме на внешний компьютер, осуществляющий функции дистанционной настройки и анализа информации от первичных вибропреобразователей. При этом прибор обеспечивает формирование стабилизированного тока питания, необходимого для работы пьезоэлектрических вибродатчиков с электронным предусилителем заряда. Это существенно расширяет функциональные возможности прибора для измерения параметров вибрации, повышает точность преобразований аналоговых сигналов в цифровые, обеспечив при этом защиту коммутации измерительных каналов под управлением контроллера от взаимных помех.

Прибор для измерения параметров вибрации относится к электротехнике, а именно к измерениям вибрации приборами, содержащими корпус. Прибор содержит клеммы концевого соединителя, связанные с коммутатором напряжения, коммутатор тока, выход которого соединен с коммутатором напряжения, а входы которого соединены с источником тока и АРМ контроллером, аналоговый фильтр, вход которого соединен с коммутатором напряжения, а выход - с аналогово-цифровым преобразователем. Упомянутый АРМ контроллер соединен с контроллером Ethernet, имеющим разъем с гальваноразвязкой, с оперативным запоминающим устройством, формирователем, управляемым с помощью кнопки системного сброса, и контроллером RS-485, имеющим разъем с гальваноразвязкой. Кроме того, прибор содержит клеммы для подключения внешнего источника тока, соединенные через помехоподавляющий фильтр с преобразователем для питания цифровой части схемы, выход которого соединен с преобразователем для питания аналоговой части схемы. Технический результат заключается в расширении функциональных возможностей приборов для измерения параметров вибрации, повышении точности преобразований аналоговых сигналов в цифровые, обеспечивая при этом защиту коммутации измерительных каналов под управлением контроллера от взаимных помех. 1 ил.

Прибор для преобразования и обработки вибрационных сигналов, содержащий клеммы концевого соединителя, связанные с коммутатором напряжения, коммутатор тока, выход которого соединен с коммутатором напряжения, а входы которого соединены с источником тока и АРМ контроллером, аналоговый фильтр, вход которого соединен с коммутатором напряжения, а выход - с аналогово-цифровым преобразователем, отличающийся тем, что АРМ контроллер соединен с контроллером Ethernet, имеющим разъем с гальваноразвязкой, с оперативным запоминающим устройством, формирователем, управляемым с помощью кнопки системного сброса, и контроллером RS-485, имеющим разъем с гальваноразвязкой, кроме того, прибор содержит клеммы для подключения внешнего источника тока, соединенные через помехоподавляющий фильтр с преобразователем для питания цифровой части схемы, выход которого соединен с преобразователем для питания аналоговой части схемы.