УСТРОЙСТВО ДИАГНОСТИЧЕСКОЕ ВИБРОИЗМЕРИТЕЛЬНОЕ

Полезная модель относится к виброизмерительной технике и может быть использована для измерения вибрации, контроля и диагностики роторного оборудования.
Известно устройство для измерения виброперемещений [1], содержащее последовательно соединенные вибропреобразователь, усилитель, фильтр нижних частот (ФНЧ), фильтр верхних частот (ФВЧ), интегратор, усилитель, ФВЧ, интегратор, ФВЧ и усилитель. К выходу последнего подключены, во-первых, последовательно соединенные детектор среднеквадратичного сигнала, аналого-цифровой преобразователь (АЦП) и блок индикации, а во-вторых, последовательно соединенные АЦП, анализатор спектра и блок отображения.
Основными особенностями устройства являются введение третьего усилителя, второго и третьего ФВЧ, второго АЦП, анализатора спектра и блока отображения, причем выход вибропреобразователя через последовательно соединенные третий усилитель, ФНЧ, второй ФВЧ, первый интегратор, первый усилитель, третий ФВЧ, второй интегратор и первый ФВЧ соединен со входом второго усилителя, выход которого соединен с входом детектора среднеквадратичного сигнала, выход которого через первый АЦП соединен с входом блока индикации, выход второго усилителя через второй АЦП соединен также с входом анализатора спектра, выход которого соединен с входом блока отображения.
Устройство отличается большим набором аналоговых модулей, усложняющих электрическую принципиальную схему устройства, что неизбежно приводит к уменьшению надежности и повышению стоимости изделия.
Известен микропроцессорный виброметр [2], содержащий последовательно соединенные вибропреобразователь, первый коммутатор, блок нормировки сигнала, первый интегратор, ФНЧ, первый усилитель, второй интегратор, второй усилитель, второй коммутатор, детектор среднеквадратичного значения (далее С.К.З.) сигнала, третий коммутатор, аналого-цифровой преобразователь, микропроцессорный блок управления и блок индикации, блок 15 калибровки, ФВЧ, пиковый детектор, блок настройки пикового детектора.
Особенностью изобретения является то, что в микропроцессорном виброметре осуществляется автокалибровка, в блоке нормироания сигнала производится измерение вибросмещения, виброскорости или виброускорения, измерение высокочастотных ударных импульсов. В блоке управления виброметра определяется диагностический параметр состояния механизма, как соотношение пикового значения вибросигнала к его среднеквадратичному значению (далее пик-фактор).
В рассматриваемом виброметре не производится автоматическая электронная балансировка нуля устройства, что накладывает весьма жесткие требования на комплектующие элементы и схемное решение входных узлов прибора для обеспечения требуемого уровня напряжения смещения. Автокалибровка проходит не во всем диапазоне работы устройства, что приводит к ее не достаточной эффективности. Устройство также отличается большим набором аналоговых модулей, усложняющих электрическую принципиальную схему устройства, что неизбежно приводит к уменьшению надежности и повышению стоимости изделия.
Целью заявленного технического решения является расширение эксплуатационных возможностей прибора, а также повышение эксплуатационных показателей устройства.
Техническим результатом настоящей полезной модели является расширение функциональных возможностей диагностических виброизмерительных устройств, повышение надежности работы, экономичности.
Устройство диагностическое виброизмерительное (Фиг.1) содержит последовательно соединенные датчик вибрации 1, входной аналоговый 4-х входовый коммутатор 2, усилитель заряда 3, нормирующий усилитель 4, регулируемый ФНЧ 5, регулируемый ФВЧ 6, интегратор 7, аналоговый коммутатор интегратора 8, ФНЧ с фиксированной частотой среза 9, АЦП 10, центральный процессор 11, включающий в себя блок автоматической балансировки нуля устройства 15. К центральному процессору подключены блок цифро-аналогового преобразователя (ЦАП) 12 с блоком акустического контроля 13, а также блок с жидкокристаллическим дисплеем и клавиатурой 14.
Технический результат достигается тем, что введены блоки цифро-аналогового преобразования, блок автоматической балансировки нуля устройства, применен способ согласования вибропреобразователей - источников напряжения с усилителем заряда.
Блок цифро-аналогового преобразования при взаимодействии с центральным процессором позволяет проводить автокалибровку устройства различными тестовыми сигналами из рабочего диапазона частот в отличие от прототипа где блок автокалибровки построен на аналоговых элементах выдающих фиксированный тестовый сигнал. Смена частот и амплитуд тестовых сигналов программно осуществляется центральным процессором 11. Точная автокалибровка во всем рабочем диапазоне частот позволяет повысить достоверность измерений устройства, а использование вычислительных мощностей центрального процессора вместе с блоком цифро-аналогового преобразования приводит к упрощению схемы устройства, следовательно к увеличению надежности и экономичности.
Блок автоматической балансировки нуля устройства позволяет добиться быстрой корректировки напряжения смещения. При этом нет необходимости использовать высокоточные дорогостоящие электрорадиоэлементы в схеме устройства для обеспечения малого напряжения смещения, так как оно может быть легко скорректировано блоком автоматической балансировки нуля устройства, что удешевляет стоимость устройства, при сохранении заданной точности работы.
Способ согласования вибропреобразователей источников напряжения с усилителем заряда заключается в том, что подавая сигнал с подобных источников через конденсатор вибропреобразователь источник напряжения превращается в вибропреобразователь с зарядом вычисляемым по следующей формуле:
Q=U∗C,
где U - амплитуда сигнала от источника напряжения;
С - емкость разделительного конденсатора.
Вследствие введения описанных блоков и способа согласования удалось добиться повышения эксплуатационных показателей устройства, надежности работы, экономичности и достоверности измерений.
Использование в предлагаемом техническом решении описанных блоков и способа согласования привело к увеличению числа входов первого коммутатора [2] с двух до четырех, не усложняя при этом общей структуры устройства.
Следующей отличительной особенностью устройства является то, что ФНЧ 5 и ФВЧ 6 выполнены с электронной регулировкой частоты среза. Перестраиваемые по частоте фильтры позволяют расширить функциональные возможности и использовать устройство для вибрационного контроля машин и агрегатов роторного типа различающихся по частоте вращения. Частоты среза устанавливаются в соответствии с «ГОСТ ИСО 10816-1-97 - Вибрация. Контроль состояния машин по результатам измерений вибрации на невращающихся частях. Часть 1. Общие требования». Для подшипников качения частоты среза устанавливаются по «ГОСТ Р 52545.1-2006 Подшипники качения. Методы измерения вибрации. Часть 1. Основные положения»
Повышение надежности работы устройства достигается тем, что сокращается количество аналоговых модулей из структурной схемы прототипа за счет перемещения некоторых модулей из аналоговой части устройства в цифровую, а именно в центральный процессор 11. В частности функции детектора среднеквадратичного сигнала, пикового детектора и второго интегратора известного устройства [2] выполняет в цифровом виде центральный процессор 11.
Устройство диагностическое виброизмерительное работает следующим образом. Вибросигнал с вибропреобразователя 1 поступает на входной аналоговый 4-х входовый коммутатор 2. В зависимости от типа вибропреобразователя выход коммутатора соединяется с одним из входов: а) с первым входом при использовании пьезоэлектрического вибропреобразователя, являющегося источником заряда; б) со вторым входом при использовании вибропреобразователя являющегося источником напряжения с малым выходным сопротивлением (например, вибропреобразователь с встроенным усилителем). На третий вход коммутатора подается тестовый сигнал с цифро-аналогового преобразователя (ЦАП) 12 при тестировании аналого-цифрового тракта устройства. Четвертый вход коммутатора подключен к общей шине устройства и используется для балансировки нуля аналого-цифрового тракта в начале каждого измерения. Режимом работы коммутатора управляет центральный процессор (ЦП) 11.
С выхода коммутатора электрический сигнал поступает на усилитель заряда 3. К выходу усилителя заряда подключен широкополосный нормирующий усилитель 4. Пронормированный сигнал далее поступает на первый фильтр нижних частот 5 с регулируемой центральным процессором, в зависимости от режима работы, частотой среза. К выходу ФНЧ 5 подключен фильтр верхних частот 6 с регулируемой центральным процессором, в зависимости от режима работы, частотой среза. Отфильтрованный по верхним и нижним частотам сигнал поступает на вход интегратора 7 и на второй вход второго аналогового коммутатора 8. На первый вход коммутатора 8 поступает проинтегрированый сигнал с интегратора 7. При подключении к устройству вибропреобразователя с выходным сигналом пропорциональным виброускорению интегратор 7 включается в цепь прохождения сигнала для получения из исходного сигнала виброскорости и виброперемещения. В случае виброперемещения второе интегрирование сигнала проводится программным способом в ЦП. Выход аналогового коммутатора интегратора 8 соединен с входом второго ФНЧ 9 работающего на фиксированной частоте среза и необходимого для подавления нежелательных составляющих, генерируемых регулируемым ФНЧ 5. Аналоговый тракт устройства заканчивается соединением второго ФНЧ 9 с аналого-цифровым преобразователем 10.
Оцифрованный сигнал с АЦП 10 поступает на ЦП 11, в котором проводится цифровая обработка сигнала: расчет параметров вибросигналов, таких как, с.к.з., пик-фактор; расчет спектральных составляющих; сравнение рассчитанных параметров вибросигнала с заданными для конкретных объектов диагностирования уставками, при оценки технического состояния. Кроме цифровой обработки сигнала ЦП выполняет функции управления модулями устройства, обеспечивает взаимодействие системы оператор-устройство с помощью модуля ввода/вывода 14, состоящего из ЖК дисплея и клавиатуры. На жидкокристаллическом в режиме измерений отображаются не только рассчитанные параметры вибросигнала, но и выводится либо временной график сигнала, либо спектр, либо гистограмма уровней. Причем временной график сигнала масштабируется пропорционально С.К.З. вибросигнала, а не по логарифмическому закону, что экономит вычислительные ресурсы ЦП, делая возможным измерения и вывод временного графика вибросигнала в режиме реального времени. В режиме тестирования аналого-цифрового тракта ЦП формирует цифровой тестовый сигнал, который ЦАП 12 преобразует в аналоговый сигнал. В режиме акустического контроля, ЦП передает в ЦАП записываемый в память цифровой вибросигнал. С выхода ЦАП в режиме акустического контроля прослушивается обработанный вибросигнал через аудио усилитель 13, к которому возможно подключение по обоим каналам стерео наушников.
Таким образом, заявленное устройство диагностическое виброизмерительное обеспечивает более широкие эксплуатационные и диагностические возможности, большую достоверность процесса измерения по сравнению с прототипом, а также повышенные показатели надежности и экономичности.
Литература:
1. Патент на изобретение RU 2146806 С1
2. Патент на изобретение RU 2098777 С1