Устройство для выявления дефектов машин и механизмов Советский патент 1986 года по МПК G01M15/00 

1

Изобретение относится к диагностике машин и механизмов циклического действия и может быть преимущественно использовано для вибрационной и другой диагностики, например, подтип НИКОВ качения, зубчатых передач, двигателей внутреннего сгорания и т.п.

Цель изобретения - повышение ка- честна контроля (диагностирования) объектов циклического действия при значительном изменении амплитуды анализируемого сигнала и частоты вращения приводного вала механизма путем анализа статистических амплитудных характеристик и статистических характеристик длительности превьшге- ния и длительности отсутствия, нормированных относительно периода вращения вала привода.

На чертеже приведена блок-схема предлагаемого устройства.

Устройство содержит последовательно соединенные преобразователь 1 динамического процесса в электрический сигнал, фильтр 2, усилитель 3, де- тектор 4 огибающей, а также преобразователь 5 среднего значения, блок 6 сравнения, измеритель 7 максимума огибалощей, преобразователь 8 частоты вращения, счетчик 9 периодов враще- НИН, блок 10 нормирования длительностей превьшшния заданных уровней (на возрастающем участке огибаюш,ей), блок 11 нормирования длительностей превьш ения заданных уровней на убыва щем участке огибающей, блок 12 измерения длительностей отсутствия сигнала на заданных уровнях, блок 13 управления, последовательно соединенные анализатор 14 длительностей, бло

15 памяти и блок 16 индикации. 1

Выход усилителя 3 соединен с входом преобразователя 5 среднего значения, выход которого подключен к второму входу блока 6 сравнения и к третьему входу анализатора 14 длительностей, выход детектора .4 огибающей соединен с первым входом блока б сравнения и входом измерителя 7 максимума огибающей, первые, вто- рые и третьи входы блоков 10 и 11 нормирования длительностей превышения заданных уровней и блока 13 упраления подключены соответственно к первому выходу измерителя 7 максиму- ма огибающей, к выходу блока 6 сравнения и выходу преобразователя. 8 частоты вращения, который подключен

15J . .

также к второму входу блока 12 измерения длительности отсутствия сигнала на заданных уровнях и через счетчик 9 периодов - к четвертому входу блока 13 управления, пятьгй вхо которого соединен с объединенными выходами двух блоков 10 и 11 нормирования длительностей превышения заданных уровней и выходом блока 12 измерения длительностей отсутствия сигнала на заданных уровнях, первый выход блока 13 управления соединен с первым входом анализатора 14 длительностей, второй, четвертый входы которого подключены соответственно к второму выходу измерителя 7 максимума огибающей и второму выходу блока 13 управления, который соединен с вторыми входами блока 15 памяти и блока J6 индикации.

Устройство работает следующим образом.

На корпус контролируемой мащины или механизма устанавливают преобразователь 1 динамического процесса в пропорциональный электрический сигнал, а преобразователь 8 частоты вращения - в последовательность импульсов угловых меток рядом с приводным валом машины. В процессе работы контролируемого механизма или машины электрический сигнал, пропорциональный динамическому процессу, с выхода преобразователя 1 поступает на вход фильтра 2, где происходит выделение той частоты сигнала, которая соответствует ударным импульсам динамического процесса. При этом составляющие сигнала, обусловленные собственными резонансными частотами корпуса машины или узла- механизма, подавляются данным фильтром. Для обеспечения надежной работы детектора 4 огибающей.и преобразователя 5 среднего значения сигнал на выходе фильтра 2 усиливается до необходимого уровня с помощью усилителя 3. Одновременно с этим сигнал с выхода преобразователя 8 в виде последовательности угловых меток поступает на третьи входы блоков 10 и 1 1 нормирования длительностей на воз растающем и убывающем участках огибающей, блока 13 управления, на второй вход блока 12 измерения длительности отсутствия и на вход счетчика 9 числа периодов- вращения.

G выхода усилителя 3 электрический сигнал, пропорциональный динамическому процессу в механизме, поступает на входы детектора 4 огибающей и преобразователь 5 среднего значения, а на выходе преобразователя 8 частоты вращения генерируетс.я последовательность импульсов угловых меток, частота которых пропорциональна частоте вращения приводного вала механизма. Детектор4 огибающей .формирует на своем выходе электрический сигнал, который повторяет форму огибающей: положительной полярности сигнала на

щей сигнала на данном уровне. Сформированные таким образом импульсы с длительностью превышения Г и отсутствия Т. поступают на вторые входы 5 блоков IО и 11 для нормирования их длительностей превьшения соответствен но на возрастающем (+L ), убывающем (-L. ) участках, на второй вход 13 управления, а также на первый вход блока 12 измерения длительности отсутствия Т/. На вторые входы блоков 10 и 11 нормирования длительностей и первый вход блока I3 управления по10

дается импульс, который соответству- его входе, который для измерения зна- ,5 ет моменту появления максимального чений максимумов огибающей подается на вход измерителя 7 максимумов огибающей, а для получения длительное- . тей превышения и длительностей отсутствия поступает на первый вход блока- 2о 6 сравнения, на второй вход которого сравнения поступает среднее значение сигнала с выхода преобразователя 5. Блок сравнения осуществляет сравнение Для неск ольких уровней 25 мгновенного значения амплитуды огибающей со средним значением сигнала

значения огибающей на первом выходе измерителя 7 максимумов, работа которого происходит следующим образом. До тех пор, пока огибающая сигнала имеет возрастающий характер, на выходе компаратора в измерителе генерируется потенциал нулевого уроь. ня, но как только огибающая сигнала начнет убывать, то на выходе компаратора в измерителе 7 генерируется потенциал высокого (положительного) уровня. Таким образом, те моменты времени, в которые потенциал на первом выходе измерителя 7 максимума изменяется с нулевого на высокий уровень, точно соответствуют моментам максимумов огибающей. В такт этим переходам выходного потенциала компаратора с нулевого на высокий уровень на первом выходе измерителя 7 формируются короткие импульсы, ко торые подаются на первые входы блоков 10 и 11 для определения какая часть длительности импульсов пре- выщения L: соответствует возрастающему участку огибающей +L. и убывающему участку огибающей - L. , а также на первый вход блока 13 управления для организации работы аналитак, чтобы определить

) А К., Ф

30

35

где a(t) - мгновенное значение амплитуды огибающей сигнала; - среднее значение сигнала; i - номер уровня по амплитуде

(i I ,2,3,. . .,m); К - коэффициент.ослабления амплитуд огибающей на уровне.

В зависимости от соотнощения амплитуды огибающей на данном уровне 40 и среднего значения сигнала это условие или выполняется, или не выполняется, В первого рлучае, когда условие, выполняется, для i-ro (одного или

значения огибающей на первом выходе измерителя 7 максимумов, работа которого происходит следующим образом. До тех пор, пока огибающая сигнала имеет возрастающий характер, на выходе компаратора в измерителе генерируется потенциал нулевого уроь ня, но как только огибающая сигнала начнет убывать, то на выходе компаратора в измерителе 7 генерируется потенциал высокого (положительного) уровня. Таким образом, те моменты времени, в которые потенциал на первом выходе измерителя 7 максимума изменяется с нулевого на высокий уровень, точно соответствуют моментам максимумов огибающей. В такт этим переходам выходного потенциала компаратора с нулевого на высокий уровень на первом выходе измерителя 7 формируются короткие импульсы, ко торые подаются на первые входы блоков 10 и 11 для определения какая часть длительности импульсов пре- выщения L: соответствует возрастающему участку огибающей +L. и убывающему участку огибающей - L. , а также на первый вход блока 13 управления для организации работы аналинескольких) уровня амплитуды огибаю-45 атора 14, блока 15 памяти и блока .щей, на выходе блока 6 сравнения для индикации. На втором выходе из- i-ro уровня (одного или нескольких), мерителя 7 амплитуд генерируется на- формируется положительный импульс пряжение, равное максимуму огибающей

L , длительность которого сооветству- ет продолжительности превышения оги- 50 бающей сигнала данного i-ro уровня. Во втором случае, когла условие не выполняется, для i-ro уровня, на вы- ходе блока 6 сравнения для i-ro уровня (одного или нескольких), форми- 55 руется отрицательный импульс Т. , длительность которого соответствует продолжительности отсутствия огибаю-; ;

которое сохраняется до следующего максимума оги.бающей.

Для того, чтобы за время анализа число ударных импульсов (а следовательно, и число длительностей превышения и длительностей отсутствия) при неизменном состоянии контролируемого механизма не зависело от частоты вращения, в устройстве предусмотрен счетчик 9 периодов, с по

261154

щей сигнала на данном уровне. Сформированные таким образом импульсы с длительностью превышения Г и отсутствия Т. поступают на вторые входы 5 блоков IО и 11 для нормирования их длительностей превьшения соответственно на возрастающем (+L ), убывающем (-L. ) участках, на второй вход 13 управления, а также на первый вход блока 12 измерения длительности отсутствия Т/. На вторые входы блоков 10 и 11 нормирования длительностей и первый вход блока I3 управления по10

дается импульс, который соответству ,5 ет моменту появления максимального 2о 25

0

значения огибающей на первом выходе измерителя 7 максимумов, работа которого происходит следующим образом. До тех пор, пока огибающая сигнала имеет возрастающий характер, на выходе компаратора в измерителе генерируется потенциал нулевого уроь. ня, но как только огибающая сигнала начнет убывать, то на выходе компаратора в измерителе 7 генерируется потенциал высокого (положительного) уровня. Таким образом, те моменты времени, в которые потенциал на первом выходе измерителя 7 максимума изменяется с нулевого на высокий уровень, точно соответствуют моментам максимумов огибающей. В такт этим переходам выходного потенциала компаратора с нулевого на высокий уровень на первом выходе измерителя 7 формируются короткие импульсы, ко торые подаются на первые входы блоков 10 и 11 для определения какая часть длительности импульсов пре- выщения L: соответствует возрастающему участку огибающей +L. и убывающему участку огибающей - L. , а также на первый вход блока 13 управления для организации работы анали атора 14, блока 15 памяти и блока индикации. На втором выходе из- мерителя 7 амплитуд генерируется на- пряжение, равное максимуму огибающей

атора 14, блока 15 памяти и блока индикации. На втором выходе из- мерителя 7 амплитуд генерируется на- пряжение, равное максимуму огибающей

которое сохраняется до следующего максимума оги.бающей.

Для того, чтобы за время анализа число ударных импульсов (а следовательно, и число длительностей превышения и длительностей отсутствия) при неизменном состоянии контролируемого механизма не зависело от частоты вращения, в устройстве предусмотрен счетчик 9 периодов, с помощью которого формируется такой, измерительный интервал, который равен целому числу периодов вращения при- водногв вала. Это достигается путем счета такого числа импульсов угловых меток, поступающих на вход счетчика 9 периодов с выхода преобразователя 8 частоты вращения, которое соответствует целому чиспу периодов враще- ния приводного вала механизма. Таким образом,, на выходе счетчика 9 формируется прямоугольный, периодически повторяющийся импульс, длительность которого равна целому чис- лу периодов вращения вала. Этот импульс является измерительным интервалом, который подается на четвертый вход блока 13 управления для организации работы анализатора 14 периодов блока 15 памяти и блока 16 индикации Нормирование длительностей Т отсутствия в блоке 12 происходит путем счета числа импульсов угловых меток на втором входе блока 12 измерения , длительностей за время импульса Т i длительности отсутствия на каждом i-M уровне. При этом по окончанию каждого импульса длительности отсутствия на выходе блока 1 2 генерируется числовой код нормированной длительноти, а также признак готовности значен нормированной длительности в виде положительного потенциала на одной из шин его выхода.

Работа Олоков 10 и 11 нормирования длительности превьпиения происходит аналогично работе блока 12 измерения длительности отсутствия с той лишь разницей, что нормируется не вся длительность импульса превышения I. , а по частям: вначале длительность +L; на возрастающей участке в блоке 10, а затем длительность -tj на убывающем участке в блоке 11. Это обеспечивается благодаря тому, что в бяоке 10 нормирования длительностей превьпиения нормирование производится путем счета числа импульсов угловых меток от начала импульса превьшения t | на втором входе блока 10 до момента появления на первом входе импульса, соответствующего максимуму огибающей, а в блоке П нормирование производится путем счета .числа импульсов угловых меток от мо- мента появления на первом входе им- пульса, соответствующего максимуму

Q 5 0 5 О 5

0

0

, огибающей, до момента окончания импульса превьшенияь. на втором входе блока 10,

Таким образом, в момент прихода начала импульса, соответствующего огибающей на выходе блока 10, генерируется числдв зй код нормированной длительности +1- f а в момент окончания импульса превышения Т; формируется числовой код нормированной длительности -TI на выходе блока 11, а также признаки готовности значений нормированной длительности в виде положительного потенциала на одной из щин выходов блока 10 и П. Эти признаки готовности перерабатьшаются блоком 13 управления в управляющие сигналы для обеспечения работы анализатора 14, блока 15 памяти и блока 16 индикатора.

Блок 13 управления работает следующим образом.

С поступлением на его четвертом входе фронта прямоугольного импульса, длительность которого равна целому числу периодов вращения приводного вала механизма, на втором выходе (управляющем) блока 13 управления генерируются управляющие импульсы, которые адресованы на четвертый вход анализатора 14, вторые входы блока 15 памяти и блока 16 индикатора приводят их в исходное состояние. Как только на втором входе блока 13 управления появляется положительный импульс длительности превышения , то на втором выходе появляются импульсы, которые адресованы на четвертый вход анализатора 14 для подготовки к приему по первому (информационному) коду кода длительности превьшения на во зрастаю- щем и убывающем участках огибающей i-ro уровня. При появлении признака готовности и значения длительности на пятом входе блока 13 управления с выходов блоков 10-12 эти значения кода передаются в анализатор 14, который анализирует следующие признаки: какой вид импульсов (длительность превьшзения на возрастающем участке, длительность превьщгения на, убывающем участке или длительность отсутствия); какой номер i-уровня по амплитуде (i l,2,3,,..,m) импульса длительности,

i

После анализа данных признаков с приходом управляющего импульса на четвертый вход анализатора 14 с второго выхода блока 13 управления в такт импульсам угловых меток на третьем входе блока 13 анализатор 14 запрашивает из блока 15 ячейку памяти, соответствующую i-му уровню, значению нормированной длительности данного вида импульса (- i; ,-t-, Т и суммирует 1 к значению, находящемуся в этой ячейке памяти.

Если за время измерительного интервала появляется несколько импульсов с одинаковой длительностью, то в ячейке блока 15 памяти с адресом: i-й уровень, длительностью +i; (или ., ) получают число, равное количеству этих длительностей т.е. закон (функция) распределения длительностей.

Кроме того, анализатор 14 производит нормирование амплитудного уровня анализируемых длительностей и значений максимумов относительно среднего значения сигнала, пропорционального динамическому процессу в механизме. Это осуществляется путем деления значений амплитуды, соответствующим i-му уровню, и значений амплитуд максимумов огибающей на втором входе анализатора на среднее значение сигнала, подаваемого на третий вход анализатора 14.

Таким образом, в блоке 15 памяти за время анализа, равное целому числу периодов вращения приводного вала механизма, накапливается результат анализа, который по сигналу с второго выхода блока 13 управления передается из блока 15 памяти на вход блока 16 индикации для считывания и принятия решения о состоянии механизма.

Формула

обретения

Устройство для выявления дефектов машин и механизмов, содержащее последовательно соединенные преобразователь динамического процесса в электрический сигнал, фильтр, усилитель, преобразователь среднего значения.

ВНИИПИ

Заказ 2113/31

Произв.-полигр. пр-тие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

блок сравнения, выход которого подключен к первому входу блока измерения длительностей отсутствия сигнала на заданных уровнях, счетчик, последовательно соединенные блок памяти и блок индикации, вторые входы которых подключены к второму выходу блока управления, о тлич ающее- с я тем, что, с целью повышения

качества контроля обьектов цикличес-. кого действия, оно снабжено преобразователем частоты вращения, детектором огибающей, измерителем максимума огибающей, двумя блоками нормирования длительностей превышения заданных уровней и анализатором длительностей, выход усилителя соединен с входами преобразователя среднего значения и детектора огибающей, выход которого подключен к входу измерителя макси-. : мума огибающей и к первому входу блока сравнения, второй вход которого соединен с выходом преобразователя среднего значения, первые, вторые и третьи входы обоих блоков нормирования длительностей превышения заданных уровней и блока управления подключены соответственно к первому выходу измерителя максимума огибающей, к выходу блока сравнения и выходу преобразователя частоты вращения, который подключен также к второму входу блока измерения длитель- ности отсутствия сигнала на заданных уровнях и через счетчик - к четвертому входу блока управления, пятый вход которого соединен с объединенными выходами двух блоков нор- мирования длительностей превышения заданных уровней и выходом блока измерения длитель ностей отсутствия сигнала на заданных уровнях, первый выход блока управления соединен с первым входом анализатора длительностей, второй, третий, четвертый входы которого подключены соответственно к второму выходу измерителя максимума огибающей, к выходу пре- образователя среднего значения и второму выходу блока управления, выход анализатора длительностей соединен с первым входом блока памяти.

Тираж 778

Подписное

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для выявления дефектов машин -И механизмов. Цель изобретения - повышение качества контроля объектов циклического действия при значительном изменении частоты вращения приводного вала механизма. Это обеспечивается путем анализа амплитудных характеристик и статических характеристик длительности превышения и длительности отсутствия, нормированных относительно периода вращения вала привода. Для этого в устроййтво введены преобразователь частоты вра- щения, детектор огибающей, измеритель максимума огибающей, два блока нормирования длительностей превышения и анализатор длительностей. Но вым является также включение этих блоков и их конкретное выполнение, Данное техническое решение по сравнению с аналогами позволяет выявить D контролируемом объекте величину и характер дефекта, что в конечном итоге сокращает время и трудовые затраты по определению дефектной детали машины. 1 ил. I- Nd N9 Од