Устройство для измерения вибрации и перемещений Советский патент 1991 года по МПК G01H11/06 G01B7/00 

Фиг.1

Изобретение относится к измерительной технике и является усовершенствованием устройства по авт. св. N 1010470.

Цель изобретения - повышение достоверности и эффективности контроля вибросостояния турбоагрегата при его пуске и эксплуатации, которое достигается луч ем расширения числа измеряемых и регистрируемых параметров виброперемещения: размаха и пиковых значений виброперемещения, относительных статических (линейных) перемещений вала, а также сигнализации о превышении опасного уровня размаха и скачка размаха виброперемещения,

На фиг. 1 изображена структурная схема устройства; на фиг. 2 - структурная схемапреобразователяразмахавиброперемещения; на фиг. 3 - структурная схема частотного детектора; на фиг. 4 - экспериментальные характеристики: кривая 1 - вихретокового преобразователя (датчика), кривые 2-7 - частотного детектора, кривая 8 - выходная характеристика устройства с использованием описанного частотного детектора на выходе сумматора основного устройства.

Все характеристики получены на макетном образце устройства с катушкой индуктивности с наружным диаметром 12 мм.

Устройство для измерения вибрации и перемещений содержит генератор 1, измерительную катушку 2, включенную в колеба- тельный контур генератора 1 и расположенную на установочном зазоре дуст вблизи объекта 3, подключенные к выходу генератора 1 последовательно соединенные первый усилитель-ограничитель 4 и первый частотный детектор 5, подключенный к выходу генератора 1 последовательно соединенные второй усилитель-ограничитель 6, второй частотный детектор 7, согласующий каскад 8 и сумматор 9, вторым входом подключенный к выходу первого частотного детектора 5. Выход сумматора 9 подключен к регистратору 10, к нормирующему блоку 11 сигнала виброперемещения в виде U(5(t)), к преобразователю 12 относительного. истатического перемещения, к преобразователю 13 пиковых значений виброперемещения, к преобразователю 14 размаха виброперемещения и через один из входов коммутатора 15 к блоку 16 цифрового измерения и индикации. При этом один выход преобразователя 12 относительного . статического перемеще-, ния подключен к нормирующему блоку 1 сигнала относительного статического перемещения в виде ± и(дст), а второй его выход и выходы преобразователя 13 пиковых значений виброперемещения и преобразователя 14 размаха виброперемещений подключены к соответствующим входам коммутатора 15. В свою очередь выход

преобразователя 14 размаха виброперемещений подключен одновременно на входы сигнализатора 18 превышения размаха виброперемещения, сигнализатора 19 скачка размаха виброперемещения и

0 нормирующего блока 20 размаха виброперемещения в виде U (Smi + Sm2). где Smi, Sm2 амплитуды полуволн виброперемещений.

Второй (импульсный) выход блока 16

5 цифрового измерения и индикации соединен с вторыми импульсными входами преобразователя 14 размаха виброперемещений и сигнализатора 19 скачка размаха виброперемещения.

0 Преобразователь 14 размаха виброперемещений содержит два однополупериод- ных разнополярных пиковых вольтметра 21 и 22. Своими аналоговыми выходами они подключены к инвертирующему и прямому

5 входам сумматора 23, электронные ключи 24 и 25 подключены параллельно аналоговым выходам пиковых вольтметров 21 и 22, импульсные выходы которых подключены на обнуляющие входы счетчика 26 импуль0 сов и триггера 27. Счетный вход счетчика 26 импульсов является его вторым входом и подключен к импульсному выходу блока 16 цифрового измерения и индикации. Сигнализатор 18 превышения размаха вибропе5 ремещения содержит пороговый блок 28, задатчик 29 уставки допустимого уровня размаха и блок 30 сигнализации. Выход сумматора 23 является выходом преобразователя 14 размаха виброперемещения и

0 подключен (фиг. 3) на вход сигнализатора 19 скачка размаха виброперемещения.

Частотный детектор 5 или 7 устройства содержит последовательно соединенные D-триггер 31, формирователь 32 последо5 вательности импульсов, генератор 33 пилообразного напряжения, пиковый вольтметр 34, а также подключенный к второму входу D-триггера 31 опорный генератор 35.

0 Устройство работает следующим образом.

При изменении за счет виброперемещения или перемещения величины первоначального установочного зазора дуст между

5 торцом измерительной катушки 2 и исследуемым объектом (валом) 3 происходит изме- нение индуктивности измерительной катушки 2 и, как следствие этого, изменение частоты колебаний генератора 1, что приводит к изменению выходных сигналов обоих

частотных детекторов 5 и 7, на входы которых поступает сигнал через усилители-ограничители 4 и 6 соответственно.

В частотных детекторах 5 и 7 чзсготно- модулированный сигнал поступает на один из входов D-триггера 31. на второй вход которого поступает сигнал фиксированной частоты FO от опорного генератора 35. На выходе D-триггера 31 получается сигнал разностной частоты, который формировате- лем 32 преобразуется в последовательность импульсов, которыми запускается генератор 33 пилообразного напряжения, величина пиковых значений этхзго сигнала преобразуется пиковым вольтметром 34 в сигнал, пропорциональный изменению пе- оиодз pd3HOCT:;oiTi частоты. В итоге частотными . ,, 5 и 7 преобразуется сигнал амхрсго; озого дзтч/i a в сигнал, пропорциональны /; зел /sv-ie перемещения и виброперемещен/г.

Анзлиз эгслзр, леьтальнь х выходных характеристик ча:титчого детектора (фиг. А, кривее °-7) показыаае г, что выбором частоты FO f рного генератора 35 в диапазоне F0 FJ,,,ь можно существе:,,-,о деформиро- зать его выходную характеристику

Суммированием смгнэлоз частотных детекторов 5 и с соответствующей их настройкой и соответствующим коэффици- ентом передачи согласующего каскада 8 в сумматоре 9 получатся преобразованный сигнал с лиьейной характеристикой на участке 0,5-3,0 мм (кривая 8, фиг, 4), что способствует повышению досгсзерност/i контроля вибросостояния и расширению функциональных возможностей устройства.

Сигнал с выхода сумматооа 9. содержащий постоянную составляюш.ую, пропорциональную установочному зазору и(5уСт) и статическому перемещению ± и(5Ст), а также переменную U(5(t)), пропорциональную виброперемещению, поступает на регистратор 10, Дополнительно зтот сигнал подается через коммутатор 15 на блок 16 цифрового измерения и индикации, а также на преобразователь 14 размаха виброперемещения, на преобразователь 13 пиковых значений виброперемещения, на преобразователь 12 относительных статических пе- ремещений и на нормирующий блок 11 сигнала виброперемещения, обеспечивающий дополнительный нормированный выход по переменному напряжению, пропорциональному переменной составля- ющей сигнала (вибрации), для подключения аппаратуры анализа спектра вибрации или для обработки на ЭВМ.

В преобразователе 14 размаха виброперемещения переменная составляющая

сигнала поступает на пиковые разнополяр- ные вольтметры 21 и 22, которые фиксируют величину пиковых значений (полуразмахов) сигнала каждой волны виброперемещения, и после их суммирования в сумматоре 23 получается сигнал, пропорциональный раз- MSXV виброперещения одной полярности, который выдается на нормирующий блок 20 размаха виброперемещения, имеющий выход для непрерывной регистрации сигнала размаха, например, самопишущего прибора.

При необходимости уровень размаха виброперемещения контролируется блоком 16 цифрового измерения и индикации путем подачи этого сигнала на его вход через ком- мут ятор 15

Дл обеспечения измерения и регистра- ци -1 уровня размаха виброперемещения с заданной точностью и особенно на нижней rpai-лце частотного диапазона устройства. например, начиная с 0,5 Гц, постоянную времени пиковых вольтметров 21 и 22 выбирают такой, чтобы разность между двумя максимумами сигнала виброперемещения с постоянной амплитудой не превышала допустимую погрешность измерения и регистрации. Недостатком такого преобразователя размаха виброперемещения является то, что дня регистрации уменьшения амплитуды требуется очень большой промежуток времзни, т.е. большое запаздывание. Для уменьшения времени запаздывания при регистрации изменения уровня размаха в сторон у уменьшения выходы пиковых вольтметров 21 и 22 шунтируют соответственно эле тронными ключами 24 и 25 по сигналу управления с триггера 27.

В пиковых вольтметрах 21 и 22 идет непрерывное сравнение предыдущей и последующих амплитуд измеряемого сигнала и в момент перехода максимума (пика) вы- рабатьзззется импульс подзарядки их конденсаторов (не показаны) и импулТГс на обнупл:- щие входы счетчика 26 импульсов и триггера 27, что приводит их в исходное состояние и удерживает электронные ключи 24 и 25 в закрытом состоянии.

При уменьшении амплитуды сигнала виброперемещения - последующей по сравнению с предыдущей (при снижении уровня размаха) - пиковые вольтметры 21 и 22 прекращают вырабатывать импульсы для подзаряда конденсаторов и, следовательно, не будут поступать обнуляющие импульсы на счетчик 26 импульсов и триггер 27. Импульсы частотой f 1 Гц, поступающие с второго (импульсного) выхода блока 16 цифрового измерения и индикации на счетный вход счетчика 26 импульсов, записываются им до заполнения. Если в течение счета N импульсов до заполнения счетчика 26 импульсов не поступит обнуляющий импульс, то будет выдана команда на триггер %1 и по его команде сработают электронные лючи 24 и 25 и организуются цепи ускорен- його разряда конденсаторов пиковых воль- |метров 21 и 22. При уменьшении уровня аряда конденсаторов до величины пиковых Значений сигнала виброперемещения вырабатывается обнуляющий импульс, которым счетчик 26 импульсов и триггер 27 привод- тяся в исходное состояние, а цепи ускоренного разряда конденсаторов размыкаются электронными ключами 24 и 25. При выборе N 2 схема управления ускоренным разрядом конденсаторов обеспечивает регистрацию изменения размаха виброперемещения, начиная с частот выше 0,25 Гц. Если частота измеряемого Сигнала станет меньше 0,25 Гц, то счетчик 26 импульсов заполняется и выдается ко- манда триггером 27 на электронные ключи 24 и 25, которые открываются и образуют цепи разряда конденсаторов пиковых вольтметров 21 и 22, и измерение сигнала размаха виброперемещения прекращается.

При плавном увеличении сигнала размаха виброперемещения на выходе преоб- разователя 14 размаха виброперемещения и достижения допустимого уровня и превышении установленного в задатчике 29 уставки допустимого уровня срабатывает пороговый блок 28, а по его команде и блок 30 сигнализации, а при необходимости может выдаваться команда в устройство защиты.

В случае появления в сигнале размаха виброперемещения скачкообразного увеличения сигнала размаха, этот сигнал оценивается по крутизне фронта, по уровню и по длительности в сигнализаторе 19 скачка размаха виброперемещения, и после этого выдается сигнал о наличии такого скачка размаха в систему сигнализации.

В преобразователе 13 пиковых значений виброперемещения переменная составляющая сигнала преобразуется в постоянное напряжение, пропорциональное пиковому значению виброперемещения объекта вне зависимости от направления перемещения объекта. Для этого в качестве такого преобразователя может быть использован двухполярный пиковый вольтметр. Напряжение с выхода преобразователя 13 пиковых значений через коммутатор 15 подается на блок 16 цифрового измерения и индикации.

В преобразователе 12 относительного статического перемещения из постоянной

составляющей сигнала, пропорциональной зазору д, поступающего с выхода сумматора 9, выделяется со своим знаком величина изменения постоянной составляющей cwнала, пропорциональной статическому перемещению (биению).

Все изменения этого сигнала, пропорциональные статическому перемещению от- носительно установленного нуля,

преобразуются, например двухполупериод- ным выпрямителем, передаются с учетом знака через коммутатор 15 для измерения относительного статического перемещения, кроме того, эти изменения сигнала через

нормирующий блок 17 поступают на нормированный выход сигнала в виде ± и(5Ст), пропорционального относительному статическому перемещению объекта 3, для регистрации, например, самопишущим

прибором.

Таким образом, устройство позволяет, помимо измерения изменения зазора, измерить и зарегистрировать величину размаха виброперемещения объекта и ее пиковые

значения, по ним оценить величину и симметричность колебаний, выдать команды в систему сигнализации, а также защиты объекта контроля при превышении уровнем размаха допустимого уровня при плавном и

скачкообразном изменении величины виброперемещения, контролировать и регистрировать изменения относительного статического перемещения, например, вала в подшипнике турбоагрегата, и при необходимости анализировать виброперемещения по гармоническому составу в целях вибродиагностики.

Формула изобретения

1. Устройство для измерения вибрации и перемещений по авт. св. № 1010470, о т- личающееся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей за

счет получения информации о величине размаха виброперемещения, его пиковых значениях, биениях, а также их изменении во времени, оно снабжено подключенными к выходу сумматора нормирующим блоком

сигнала виброперемещения, преобразователем относительного статического переме- щения, преобразователем пиковых значений виброперемещения.преобразова- телем размаха виброперемещения и коммутатором, подключенным к выходу преобразователя размаха виброперемещения сигнализатором превышения размаха виброперемещения, сигнализатором скачка размаха виброперемещения и нормирующего блока сигнала виброперемещения,

нормирующим блоком сигнала относительного статического перемещения подключенным к выходу преобразователя относительного статического перемещения, и блоком цифрового измерения и индика- ции, подключенным к выходу коммутатора, второй вход которого подключен к выходу преобразователя размаха еиброперемеще- ния, третий - к выходу преобразователя пиковых значений виброперемещения, а четвертый - к второму выходу преобразователя относительного статического перемещения, выход блока цифрового измерения и индикации подключен к вторым входам преобразователя размаха виброперемещения и сигнализатора скачка размаха виброперемещения.

2. Устройство по п. 1, о т л и ч а ю щ е е- с я тем, что, с целью уменьшения погрешности регистрации размаха вибропереме- щения, преобразователь размаха виброперемещения выполнен в виде двух разнополярчых пиковых вольтметров, обобщенные входы которых являются первым входог преобразователя размаха вибропе- ремещения, сумматора, подключенного

входами соответственно к аналоговым выходам пиковых вольтметров, двух электрон ных ключей, подключенных соответственно к аналоговым выходам пиковых вольтметров, и последовательно соединенных импульсов и триггера, обнуляющие входы которых подключены к обобщенным HNI- пульснь м выходам пиковых вольтметров, выход триггера подключен к упрэвпяющим входам электронных ключей, счетный вход счетчика импульсов являете вторым входом, а выход сумматора - выходом преобразователя размаха виброперемещения, вторые входы электронных ключей предназ- наиены для подключения к общей шине

3 Устройство поп i отличаю щее- с я тем, что, с целью увеличения диапазона измеояемых перемещений, частотные детекторы выполнены в виде последовательно соединенных опорного генератора, D-триг- гера формирователя последовательности импульсов генератора пилообразного на- пряхеьия и пикового вольтметра, второй вход D-триггера является входом частотного детектора, выход пикового вольтметра является выходом частотного детектора

Изобретение относится к измерительной технике и является усовершенствованием известного устройства по а.с. N1010470. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей - достигается путем получения информации о величине размаха виброперемещения, его пиковых значений, биений, а также изменения их во времени. При изменении за счет виброперемещения между торцом измерительной катушки 2 и исследуемым объектом 3 происходит изменение индуктивности измерительной катушки 2 и, как следствие этого, изменение частоты колебаний генератора 1, что приводит к изменению выходных сигналов обоих частотных детекторов 5 и 7. Суммированием их сигналов в сумматоре 9 получают преобразованный сигнал с линейной характеристикой на участке 0,5 - 3,0 мм. При плавном увеличении сигнала размаха виброперемещения срабатывает пороговый блок, а по его команде - блок сигнализации. В случае появления в сигнале виброперемещения скачкообразного увеличения сигнала размаха этот сигнал оценивается по крутизне фронта, уровню и лительности в сигнализаторе 19 скачка размаха виброперемещения. В преобразователе 13 пиковых значений виброперемещения переменная составляющая сигнала преобразуется в постоянное напряжение вне зависимости от направления перемещения объекта. 2 з.п.ф-лы, 4 ил.

Фиё.2

/

1(5)

Фиг.З

U, В РГ1МГц

15

10

10,75

2,0

15

1,0

О

М00

5 6 §,мм