УСТРОЙСТВО КОНТРОЛЯ РАБОТОСПОСОБНОСТИ ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ

Полезная модель относится к области измерительной техники и может быть использована для непрерывного контроля эксплуатационной исправности пьезоэлектрических преобразователей (датчиков) вибрации и/или переменного давления, установленных на объекте измерения.
Нахождение пьезоэлектрических преобразователей в экстремальных условиях или старение чувствительного пьезоэлемента при длительной эксплуатации может привести к утрате их работоспособности.
Известно устройство контроля работоспособности пьезоэлектрического преобразователя («Apparatus for detecting the malfunctioning of a piezoelectric accelerometer comprising», US 5753793, G01P 21/00, 1998-05-19), в котором по заданному алгоритму к пьезоэлектрическому преобразователю через двухпозиционный переключатель попеременно подсоединяется генератор тестового сигнала и анализирующая схема с измерительным блоком и регистратором.
По измеренной величине, возбуждаемой тестовым сигналом резонансной частоты преобразователя, и сравнении этого значения со значением, представленным на калибровочной карте, судят о работоспособности пьезоэлектрического преобразователя.
К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного устройства, относится сложность конструкции и невозможность непрерывного контроля работоспособности пьезоэлектрического преобразователя.
Известно также устройство контроля работоспособности пьезоэлектрического преобразователя («Система контроля пьезоэлектрических датчиков», RU 128321 U1, G01H 17/00, 20.05.2013), которое является наиболее близким аналогом заявляемой полезной модели.
Известное устройство включает датчик (пьезоэлектрический преобразователь) и связанные с ним блок измерения и контроля, двухпозиционный переключатель, генератор тестового сигнала и элемент сравнения, соединенный с источником образцового сигнала и индикатором неисправности датчика.
Известное устройство попеременно (периодически) осуществляет работу в двух режимах - рабочем и контрольном.
В рабочем режиме - в режиме измерения текущих значений параметров объекта, переключатель соединяет пьезоэлектрический преобразователь с входом блока измерения и контроля
При осуществлении контрольного режима переключатель соединяет генератор тестового сигнала с пьезоэлектрическим преобразователем, в котором возникают возбуждаемые тестовыми сигналами механические колебания пьезоэлемента. После отключения тестового сигнала от пьезоэлектрического преобразователя в последнем возникают затухающие механические колебания, включающие и собственную резонансную частоту. Эти колебания вследствие пьезоэффекта вызывают появление электрического сигнала на обкладках пьезоэлемента. Этот сигнал сравнивается в элементе сравнения с заранее заданным образцовым сигналом от источника образцовых сигналов.
В случае несоответствия электрического сигнала на обкладках датчика образцовому сигналу источника образцовых сигналов, элемент сравнения фиксирует неисправность пьезоэлектрического преобразователя, которая индицируется индикатором неисправности.
К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного устройства, относится сложность конструкции и невозможность непрерывного контроля работоспособности пьезоэлектрического преобразователя.
Задачей, на решение которой направлено заявляемая полезная модель, является упрощение конструкции и обеспечение возможности непрерывного контроля работоспособности пьезоэлектрического преобразователя.
Технический результат, получаемый при осуществлении заявляемой полезной модели, заключается в обеспечении возможности одновременного измерения параметров исследуемого объекта и тестирование характеристик пьезоэлектрического преобразователя с помощью ограниченного количества элементов.
Указанный технический результат при осуществлении полезной модели достигается тем, что в заявляемом устройстве контроля работоспособности пьезоэлектрического преобразователя, включающем подключенный к преобразователю генератор тестового сигнала, блок измерения и контроля и индикатор неисправности преобразователя, в отличие от известного устройства, блок измерения и контроля выполнен в виде усилителя суммарного сигнала измерения и контроля, выход которого через первый полосовой фильтр низкой частоты соединен с измерительным выходом устройства, а через второй полосовой фильтр высокой частоты - с индикатором неисправности пьезоэлектрического преобразователя.
Указанный технический результат достигается также тем, что в устройстве индикатор неисправности выполнен в виде светового и/или звукового сигнализатора.
На фиг. представлена структурная схема устройства контроля работоспособности пьезоэлектрического преобразователя.
В устройстве контроля работоспособности пьезоэлектрического преобразователя к входу пьезоэлектрического преобразователя 1 подключен генератор тестового сигнала 2 и к выходу пьезоэлектрического преобразователя 1 - усилитель сигналов измерения и контроля 3, выход которого через полосовой фильтр низкой частоты 4 соединен с измерительным выходом устройства, а через полосовой фильтр высокой частоты 5 - с индикатором неисправности 6 пьезоэлектрического преобразователя 1.
Устройство контроля работоспособности пьезоэлектрического преобразователя, в случае измерения параметров вибрации объекта, работает следующим образом.
Во время эксплуатации пьезоэлектрический преобразователь 1 (фиг.) подвергается одновременно воздействию вибрации объекта измерения (на фиг. не показан) и воздействию электрического напряжения с выхода генератора тестового сигнала 2. Так как частота, задаваемая генератором тестового сигнала 2, устанавливается выше верхнего предела рабочего диапазона частот пьезоэлектрического преобразователя 1 и ниже частоты его резонанса (для вибропреобразователей - установочного), то выходной суммарный сигнал пьезоэлектрического преобразователя 1 содержит информацию о сигнале объекта измерения в более низкочастотном рабочем диапазоне, чем частота сигнала от воздействия электрического напряжения от генератора тестового сигнала 2.
Суммарный сигнал пьезоэлектрического преобразователя 1 поступает на вход усилителя суммарного сигнала измерения и контроля 3, где он усиливается, после чего поступает на входы первого 4 и второго 5 полосовых фильтров.
Полосовой фильтр 4 из суммарного сигнала выделяет его низкочастотную составляющую, обусловленную вибрацией объекта измерения. Выход первого полосового фильтра 4 является измерительным выходом устройства и содержит сведения о действующей на пьезоэлектрический преобразователь 1 вибрации объекта измерения. Диапазон частот, выделяемых полосовым фильтром 4, должен охватывать рабочий диапазон частот измеряемых вибраций.
Суммарный сигнал, с выхода усилителя 3 поступает также на вход второго полосового фильтра 5 высокой частоты, настроенного на частоту генератора тестового сигнала 2. Полосовой фильтр 5 из суммарного сигнала выделяет его высокочастотную составляющую, обусловленную ее колебаниями чувствительного элемента пьезоэлектрического преобразователя 1, возбуждаемого тестовым сигналом генератора 2.
С выхода второго полосового фильтра 5 высокочастотная составляющая суммарного сигнала поступает на индикатор неисправности 6, который фиксирует ее отклонение от предварительно установленных предельных значений и, таким образом, оценивает работоспособность пьезоэлектрического преобразователя 1.
Для установки значения уровня срабатывания индикатора неисправности 6 сразу после установки на место эксплуатации пьезоэлектрический преобразователь 1 подвергают воздействию электрического напряжения с выхода генератора тестового сигнала 2, выходное напряжение которого фиксируют и в дальнейшем поддерживают постоянным по напряжению и частоте. Определяют начальное (номинальное) напряжение и частоту сигнала на выходе усилителя 3, которое фиксируют и устанавливают в индикаторе неисправности 6.
В зависимости от требуемой точности, определяемой условиями эксплуатации объекта, вибрацию которого измеряет пьезоэлектрический преобразователь 1, выбирают допускаемое отклонение высокочастотной составляющей суммарного сигнала на выходе усилителя 3 от его начального (номинального) значения (например, 5 или 10%) и устанавливают пороги срабатывания индикатора неисправности 6. При превышении отклонения уровня высокочастотной составляющей суммарного сигнала с выхода усилителя 3 от значения установленного порога срабатывания сигнализации индикатор неисправности 6 срабатывает и указывает о неработоспособности пьезоэлектрического преобразователя 1 с помощью светового и/или звукового сигнала.
Аналогично контролируют работоспособность пьезоэлектрических преобразователей 1 переменного давления, используя сумму сигналов, вызванных воздействием на пьезоэлектрический преобразователь переменного давления и тестового сигнала от генератора 2.
Таким образом, видно, что приведенные выше сведения подтверждают возможность осуществления полезной модели, достижения указанного технического результата и решения поставленной задачи.