Устройство для измерения параметров вибрации Советский патент 1993 года по МПК G01H17/00 

Шиг.1

2

Изобретение относится к вибрационным исследованиям и предназначено для определения параметров вибрации,

Цель изобретения - повышение точности определения значения собственной резонансной частоты и величины динамической податливости.

В предлагаемом устройстве введение дополнительных канальных масштабных усилителей позволяет при тарировке измерительных каналов подстраивать коэффициент передачи каждого из каналов с целью корректировки чувствительности датчиков.

Еще одним отличием предлагаемого устройства является введение в устройство фазового канала и подключение его к входу измерителя периода и фазового сдвига.

В заявляемом устройстве предлагается ввести дешифратор режима измерения периода или фазового сдвига в измеритель периода и фазового сдвига и подключить выход блока управления на вход дешифратора режима.

На фиг. 1 приведена функциональная, схема устройства; на фиг. 2 - функциональная схема измерителя периода и фазового сдвига; на фиг. 3 - положения валов деба- лансрв механического вибровозбудителя и направления воздействия усилий, развиваемых вибровозбудителем; на фиг. 4 - временные диаграммы работы вибровозбудителя, .сигналы, формируемые опорным датчиком фазы, и сигналы с выхода усилителя-формирователя; на фиг. 5 - блок-схема алгоритма работы устройства.

Устройство содержит возбудитель 1 механических колебаний,закрепленный в кон- тролируемых точках исследуемой конструкции 2, которые после монтажа турбоагрегата будут являться основными источниками вибрации.

Вибропреобразователи 3.1-3.N, устанавливаются на продольных ригелях, колоннах и нижней плите фундамента под турбоагрегат, Выходы вибропреобразоватё- лей подключены ко входам пассивных интеграторов 4.1-4.N, в качестве которых использованы пассивные С фильтры нижних частот с частотй среза 1 Гц, для получения информации о перемещении фундамента при воздействии вибрации.

Выходы интеграторов 4.1-4..N подключены к входам канальных масштабных усилителей 5.1-5.N, выходами подключенных к соответствующим входам коммутатора аналоговых сигналов 6, (N + 1) вход которого соединен с первым выходом блока управления 7, выходом коммутатора аналоговых сигналов соединен с входом масштабного усилителя.8. Выход масштабного усилителя

0

5

0

5

0

5

0

5

0

5

8 соединен с первым входом схемы выделения максимального значения 9, второй вход которого подключен ко второму выходу блока управления 7.

Выход схемы выделения максимального значения 9 соединен со входом преобразователя аналог-код 10, выход которого . подключен к первому входу блока управления 7, на второй вход которого, подключен выход измерителя периода и фазового сдвига 11, а третий выход блока управления 7 подключен к третьему входу измерителя периода и фазового сдвига 11, на первый вход которого подключен частотный канал, содержащий датчик частоты 12,устанавливаемый на валу вибровозбудителя 1, фильтр 13 и усилитель-формирователь 14, выходом подключённый к первому входу измерителя периода и фазового сдвига 11, на второй вход которого подключен фазовый канал, включающий датчик опорного фазового сигнала 15, установленный на валу вибровозбудителя 1, выход которого соединен с входом усилителя-формирователя 16, выходом соединенный с первым входом фазового детектора 17, на второй вход которого подключен измерительный фазовый канал, который содержит коммутатор аналоговых сигналов 18, п входов которого соединены с выходами вибропреобразователя 3.1-3N, (п + 1) вход коммутатора аналоговых сигналов 18 соединен с четвертым выходом блока управления 7.

Выход коммутатора аналоговых сигналов соединен со входом усилителя-форми- . рователя 19, выход которого соединен с вторым входом фазового детектора 18., Выход генератора эталонной частоты 20 соединен с четвертым входом измерителя 11 периода и фазового сдвига, Пятый выход блока управления 7 соединен с входом регистрирующих устройств 21.

Измеритель периода и фазового сдвига 11 содержит счетчик-блок 22, блок 23 - элемент задержки, блок 24 - формирователь, блок 25 - элемент выбора режима, блок 26, 27 - элементы НЕ, блок 28 - буферный регистр, блок 29 -схема согласования уровней,

На первый вход блока 22 подключен выход блока 20, на второй вход блока 22 - выход блока 23, выходом блок 22 подключен к первому входу блока 28, на второй вход которого подключен выход блока 27. Входы блоков 23 и 24 подключены к выходу блока 17, выход блока 24 - к первому входу блока 25, второй вход которого подключен к выходу блцка 20. Третий вход блока 25 и входв блока 26 подключены к первому выходу блока 7, а выход блока 26 соединен с четвертым

входом блока 25, выход которого соединен с первым входом блока 27. Второй вход блока 27 соединен с вторым входом блока 7, Выход блока 28 соединен с входом блока 29, выход которого подключен к входу блока 7.

Устройство работает следующим образом.

Возбудитель 1 механических колебаний возбуждает колебания в исследуемом объекте 2. Вибропреобразователи 3.1-3.N (акселерометры) регистрируют виброскорость в исследуемом объекте 2, сигналы с выходов интеграторов4.1-4.Ы выдают виброперемещение исследуемого объекта. Канальные масштабные усилители 5.1-5.N предназначены для корректировки чувствительности датчиков. Коэффициент передачи каждого из усилителей определяется при тарировке измерительных каналов. Коммутатор аналоговых сигналов 6 в амплитудном канале последовательно подключает вибропреобразователи на вход масштабного усилителя 8. Сигнал Сброс с блока 7 управления на вход амплитудного канала подключается первый датчик. Сигнал Следующий датчик с блока управления 7 производит переключение вибропреобразователей. Масштабный усилитель 8 определяет коэффициент передачи амплитудного канала и зависит от величины усилия развиваемого вибровозбудителём. Схема 9 выделения максимального значения производит фиксирование максимального значения амплитуды сигнала, затем это значение блоком 10 преобразуется в цифровой код и поступает в блок 7, где хранится в массиве данных. Сигналом блока управления 7 схема выделения максимального значения 9 обнуляется после измерения амплитуды сигнала каждого из датчиков.

В частотном канале формируется цифровой код, пропорциональный частоте колебаний исследуемого объекта, с выхода частотного датчика 12 синусоидальный сигнал поступает на фильтр 13, где происходит подавление высокочастотных помех линии связи. Затем на усилителе-формирователе 14 сигнал преобразуется в прямоугольную форму с уровнем сигнала, совместимым с уровнями ТТЛ, далее сигнал поступает на измеритель периода и фазового сдвига 11.

Сигналом управления Измеритель периода блока 7 управления измеритель периоду и фазового сдвига 11 переводится в режим измерение периода. Счетчик 22 производит подсчет числа тактовых импульсов, поступающих с генератора эталонной частоты 20. Запуск счетчика производится передним фронтом сигнала поступающего с выхода блока 14. Элемент 23 схема задержки обеспечивает задержку сброса счетчика в исходное состояние на время переписи информации со счетчика в буферный регистр 28 и состэрпяет 120 не. 5Сброс счетчика 22 в исходное состояние производится задним фронтом сигнала, поступающего с выхода блока 14. Элемент 24 предназначен для формирования сигнала Строб переписи. Этот сигнал через элемент

0 25 осуществляющий переключение режима работы измерителя поступает на вход элемента 27, предназначенный для блокировки сигнала Строб переписи на время ввода значения кода буферного регистра 28 в блок

5 7. Элемент 29 необходим для преобразования кода периода в дополнительный код.

В фазовом канале опорный датчик фазы 15, установленный на валу вибровозбудите- ля формирует импульс в момент перехода

0 значения усилия вибратора через нулевое значение. На фиг. За-г приведено расположение валов дебаланса вибровозбудителя и значения усилия развиваемого вибровозбудителя при различных положениях дебалан5 сов, стрелками указано направление вращения валов дебалансов. На фиг. 4а,б приведены временные диаграммы усилия развиваемого вибровозбудителем момент ti соответ. рис. 36, t2 - Зв, , t 4 - За и

0 сигнала формируемого опорным датчиком фазы. Сигнал опорного датчика фазы формируется в момент ц.

Сигнал опорного датчика фазы поступает на усилитель-формирователь 16, в

5 котором преобразуется в импульс прямоугольной формы фиг. 4в.

В измерительном канале сигналы вибропреобразователей 3.1-3.N поступают на соответствующие входы коммутатора ана0 логовых сигналов 18, сброс в исходное состояние которого и последовательное переключение датчиков производится сигналами управления сброс и следующий датчик блока управления 7. Усилителем5 формирователем 19 гармонические сигналы преобразуются в цифровую форму и поступают на второй вход фазового детектора 17, в котором происходит выделение фазового сдвига, возникающего между опорным дат0 чиком фазы и сигналами каждого из измери- тельных датчиков, расположенных на исследуемом объекте 2. Выделенное значение фазового сдвига поступает на второй вход измерителя периода и фазового сдвига

5 11, который сигналом управления измеритель фазового сдвига переводится в режим измерения фазового сдвига. Устройство 11 в режиме измерение фазового сдвига, работает аналогично описанному выше. Сигнал Перепись кода счетчика в буферный

регистр формируется по заднему фронту сигнала Ау.

На резонансных частотах в исследуемом объекте происходит изменение величины фазового сдвига. При переходе через резонанс фаза колебаний меняется от 0 до л: тем быстрее, чем меньше величина логарифмического декремента затухания е. На резонансной частоте независимо от величины Ј фазовый сдвиг между возмущающими колебаниями и колебаниями, возникающими в объекте равен 5 . Поэтому по изменению величины фазового сдвига можно судить о приближении к зонам собственных резонансных частот объекта.

Ф о рм-ул а изобретения Устройство для определения параметров вибрации, содержащее возбудитель механических колебаний, устанавливаемый на объекте, N измерительных датчиков, располагаемых и закрепляемых в контрольных точках объекта, N интеграторов, входы каждого из которых соединены с выходом каждого из N измерительных датчиков, последовательно соединенные М-каналь- ный коммутатор, масштабный усилитель, блок выделения максимума, преобразователь аналог-код, блок управления и регистратор, частотный канал, выполненный в виде последовательно соединенных датчика частоты, фильтра, усилителя-формирователя и измерителя периода, генератор эталонной частоты, выход которого соединен с вторым входом измерителя периода, с

третьим входом которого соединен первый выход блока управления, второй выход которого соединен с управляющим входом N- канального коммутатора, третий выход - с вторым входом блока выделения максимума, второй вход - с выходом измерителя периода, отличающееся тем, что, с целью повышения точности определения значения собственной резонансной частоты и величины динамической податливости,

оно снабжено N масштабными усилителями, входы каждого из которых соединены с выходом каждого из N интеграторов, выход - с соответствующими входами N-канально- го коммутатора, последовательно соединенными датчиком опорного фазового сигнала, первым дополнительным усилителем-формирователем, фазовым детектором коммутатором аналоговых сигналов и вторым дополнительным усилителем-формирователем, выход которого соединен с вторым входом фазового детектора, выход которого соединен с четвертым входом измерителя периода, четвертый выход блока управления соединен с первым входом коммутатора

0 аналоговых сигналов, второй вход которого соединен с выходами N измерительных датчиков.

Использование: изобретение относится к вибрационным исследованиям и предназначено для определения параметров вибрации. Сущность; возбудитель 1 механических колебаний возбуждает колебания в исследуемом объекте в диапазоне рабочих частот турбоагрегата. Измерительные датчики 3.1...3 регистрируют колебания в исследуемом объекте, датчик 12 - датчик частоты регистрирует значение частоты вращения вибровозбудителя, датчик 15 - опорный фазовый датчик формирует импульс в момент прохождения дебалансов через нулевое значение возбуждающей силы вибровозбудителя. Выделенные максимальные значения амплитуды сигнала и фазового сдвига между опорным фазовым датчиком и каждым из измерительных датчиков, а также значение чистоты возбуждаемых колебаний записываются в массивах данных блока 7 управления. Устройством управления производится расчет значений динамической податливости и величины фазового сдвига для каждого из измерительных датчиков значение частоты, на которой возбуждаются колебания, а также осуществляется вывод рассчитанных зависимостей в цифровой и графической форме на регистрирующие устройства 21. 5 ил.

22

23

т

к TL

к7 к7

28

29

J(7

25

27

26

Т

Фиг.2

t)

// (faottt)

г)

С А. Ч А )

6Ј0Ј НСХСЛММ АЛннНЯ

(

tXffCSPi $УЈИ7ЈЛ

VCr/t c(ne vfiTOHfSf имения eut/tfetju- i

JtfffM fr . I

:.ЈЈЈ Aiaut vfiera- ii ,rf;if.- sftiifuea lit-fl (JiSuf-A.

Ыивад яц anf/Hf/; WQ&Maquu в знв- ylt/uu i/acre/it

#Uf, f