ВСТРОЕННОЕ УСТРОЙСТВО ФУНКЦИОНАЛЬНОЙ ДИАГНОСТИКИ ВИБРОДАТЧИКА И БЛОКОВ ОБРАБОТКИ СИГНАЛОВ

Полезная модель относится к системам мониторинга и может быть использована для вибродиагностики ответственных узлов и приводов.
Известно пьезочувствительное устройство и метод его самодиагностики, состоящее из пьезоэлектрического ключа, усилителя, мультиплексора и микропроцессора [1]. Принцип самодиагностики основан на использовании емкостного пьезоэлектрического ключа, и заключается в предварительной разрядке емкости, последующей ее зарядки, в течение определенного интервала времени, измерении выходного сигнала пьезоэлемента и оценки состояния пьезодатчика по результатам измерений. Данное техническое решение не позволяет проводить диагностику виброчувствительного элемента и схемы обработки в условиях, близких к реальному применению, т.е. при воздействии вибрации.
Известно вибродиагностическое устройство с функцией самодиагностики пьезоэлектрического элемента, которое является наиболее близким по совокупности существенных признаков к заявляемой полезной модели и выбрано в качестве ближайшего аналога (прототипа) [2]. К недостаткам данного устройства следует отнести тот факт, что самодиагностика проводится путем измерения выходного напряжения пьезоэлектрического ключа и не позволяет сделать вывод о реакции устройства на внешний вибросигнал.
Задачей полезной модели является расширение функциональных возможностей устройства вибродиагностики. Это достигается тем, что устройство позволяет выделить заранее известный синтезированный сигнал заданной частоты на фоне шума и заранее неизвестного полезного сигнала основного датчика.
Заявляемое устройство содержит основной канал измерения параметров вибрации и дополнительный канал самодиагностики. В качестве виброчувствительных элементов используются пьезоэлементы, которые располагаются на исследуемом узле, в непосредственной близости друг от друга. Сигнал с пьезоэлемента основного канала усиливается и преобразовывается в цифровой вид с помощью аналого-цифрового преобразователя. Затем происходит цифровая фильтрация.
Заявляемая полезная модель в отличие от прототипа снабжена дополнительным каналом самодиагностики, содержащим дополнительный пьезоэлемент, генератор сигнала на основе цифроаналогового преобразователя, синтезатор гармонического сигнала. При этом в режиме самодиагностики пьезоэлемент дополнительного канала является источником вибросигнала для пьезоэлемента основного канала.
Заявляемое устройство функциональной диагностики вибродатчика осуществляет самоконтроль и диагностику ошибок датчика и блоков обработки сигналов, а также оценивает достоверность поставляемой информации о вибропараметрах. Заявляемое устройство оснащено дополнительным чувствительным пьезоэлементом, монтируемым непосредственно рядом с основным пьезодатчиком. Дополнительный чувствительный пьезоэлемент представляет собой обычный пьезодатчик с характеристиками, близкими к основному пьезодатчику, включенный в качестве источника вибросигнала для основного канала устройства диагностики.
На фиг. 1 представлена блок-схема предлагаемого устройства функциональной диагностики. Устройство состоит из пьезочувствительного элемента канала диагностики 1, выходного буфера 2, цифро-аналогового преобразователя 3, синтезатора гармонического сигнала 4, микропроцессора 5, полосового фильтра 6, аналого-цифрового преобразователя 7, усилителя 8, пьезочувствительного элемента основного канала 9.
Заявляемая полезная модель работает следующим образом.
Предлагаемое устройство функциональной диагностики вибродатчика оснащено дополнительным синтезатором гармонического сигнала, управляемого встроенным микропроцессором. В процессе измерений микропроцессор активирует синтезатор гармонического сигнала, сигнал которого через цифроаналоговый преобразователь и выходной буфер передается на дополнительный чувствительный пьезоэлемент, который в свою очередь генерирует диагностический вибросигнал основного пьезодатчика. За счет обработки диагностического сигнала устройство принимает решение о функциональной безопасности. Измерения параметров вибрации проводятся в реальном времени, когда оба пьезоэлемента установлены на объект. Задача устройства функциональной диагностики заключается в выделении заранее известного синтезированного сигнала заданной частоты на фоне шума и заранее неизвестного полезного сигнала основного пьезоэлемента. Данное конструктивное исполнение устройства позволяет обеспечить проведение измерений параметров вибрации в реальном времени, когда датчик установлении на исследуемый объект.
Таким образом, в отличие от прототипа, в работе которого используется два режима работы тестовый и нормальный, в заявляемой полезной модели измерения параметров вибрации и функциональная диагностика проводятся в реальном времени.
К преимуществам предлагаемого технического решения относится расширение функциональных возможностей устройства, заключающееся в более совершенной схеме самоконтроля, которая позволяет выделить заранее известный синтезированный сигнал заданной частоты на фоне шума и заранее неизвестного полезного сигнала основного пьезоэлемента.
Источники информации:
1. Патент США US 2015/0260770
2. Патент США US 2014/0320154 - прототип