ИЗМЕРИТЕЛЬ ПРОСТРАНСТВЕННЫХ ВИБРАЦИЙ
SPATIAL VIBRATION MEASURING DEVICE

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения вибрации электроприводов различных приборов, в частности гироскопов, в процессе их сборки, регулировки, испытаний.
Известно устройство для измерения вибраций, содержащее корпус чувствительного элемента с размещенным в нем постоянным магнитом и катушкой с обмотками, и электронный преобразовательный блок. В корпусе чувствительного элемента установлен датчик виброперемещений, объединенный с постоянным магнитом и закрепленный в корпусе чувствительного элемента на центрирующих пружинах с возможностью перемещения относительно оси неподвижной катушки. Датчик виброперемещений выполнен в виде двух обмоток, одна из которых закреплена на постоянном магните между его полюсами и замкнута накоротко, а другая расположена на неподвижной катушке и выполнена в виде двух симметрично расположенных секций, выходы которых введены в электронный преобразователь и включены на вход входного преобразователя, выполняющего преобразование отношения индуктивных сопротивлений секций обмотки в биполярный сигнал напряжения постоянного тока. Его выход соединен с выходом электронного преобразовательного блока и с расположенным в нем резистивным мостом, снабженным терморезистором, конструктивно совмещенным с нагревателем, одна диагональ резистивного моста соединена с выходом входного преобразователя, а другая соединена с входом операционного усилителя. Выход операционного усилителя через сумматор и усилитель тока соединен по цепи главной обратной связи с обмотками катушки. Кроме того, на выход входного преобразователя включена цепь управления резистивным мостом, содержащая усилитель с передаточной функцией апериодического звена, где его выход соединен с входом звена задания зоны нечувствительности. Выход данного звена местной обратной связью соединен с нагревателем терморезистора резистивного моста, образующего динамическое звено регулирования тока и действия электродинамических сил обмоток катушки на компенсацию сил упругости центрирующих пружин подвеса постоянного магнита и обеспечивающего смещение собственной резонансной частоты в рабочем диапазоне чувствительного элемента в область низких частот. Для подготовки и коррекции переходных процессов регулирования выход входного преобразователя параллельно соединен через интегрирующее звено и дифференцирующее звено с входами сумматора.
(См. патент РФ №2207522, кл. С01Н 11/02, 2003 г.)
В результате анализа известного устройства необходимо отметить, что оно обеспечивает измерение вибраций только в двух координатах, что снижает точность измерений и ограничивает область применений устройства. Существенным недостатком конструкции является также невозможность разделения угловых и линейных колебаний испытуемого объекта. Кроме того, ручная одноканальная регистрация вибросигналов не позволяет выявлять кратковременные изменения сигналов, что не позволяет выявлять малые дефекты на ранних стадиях.
Техническим результатом настоящего изобретения является разработка измерителя пространственных вибраций для контроля качества сборки широкой гаммы изделий, обеспечивающего высокую точность измерения вибраций, простого и удобного при настройке (перенастройке) на измерение вибраций изделий, имеющих различные габариты.
Указанный технический результат обеспечивается за счет того, что в измерителе пространственных вибраций, содержащем основание, подвесную систему, вибропреобразователи, связанные с электронным преобразовательным блоком, и подвес для установки подлежащего измерениям изделия, новым является то, что подвесная система смонтирована на опорах, установленных на основании и состоит из упругих элементов, выполненных в виде установленных на опоре горизонтально и параллельно друг другу стержней круглого сечения и упругого элемента, выполненного виде плоской пружины с прорезями, прикрепленной к концам стержней, при этом на упругом элементе размещены подвес, на котором размещены вибропреобразователи, при этом измеритель оснащен индукционными датчиками, установленными в двух взаимно перпендикулярных плоскостях на опорах и связанными с электронным преобразовательным блоком, при этом опоры могут иметь возможность перемещения по основанию и фиксации в заданном положении, а подвесная система может быть закрыта герметичным колпаком.
Сущность изобретения поясняется графическими материалами, на которых:
на фиг.1 - комплектация измерителя пространственных вибраций;
на фиг.2 - механическая часть измерителя (без вакуумного колпака);
на фиг.3 - подвесная система измерителя;
на фиг.4 - механическая часть измерителя с вакуумным колпаком;
на фиг.5 - система координат измерителя;
на фиг.6 - блок-схема измерителя.
Измеритель пространственных вибраций, комплектация которого представлена на фиг 1, состоит из электронной части, в состав которой входят блок измерения вибраций (электронный блок), аналого-цифровой преобразователь, персональный компьютер, комплект соединительных кабелей, переходная коробка, сетевой фильтр, и механической части, в состав которой входят блок преобразования вибраций, подвесная система, датчики вибрации.
Механическая часть измерителя (фиг.2) выполнена в виде основания 1, на котором смонтированы левая 2 и правая 3 опоры. Опоры имеют идентичную конструкцию.
На опорах 2 и 3 размещены подвесные системы (они имеют идентичное исполнение), индукционные датчики 4 (по четыре датчика на каждой опоре) и арретиры 5 (по одному на каждой опоре).
Опоры установлены на основании с возможностью перемещения и фиксации в заданном положении. Это позволяет обеспечить измерение вибраций объектов различных размеров. Для обеспечения перемещений опоры могут быть установлены в пазах основания и иметь возможность перемещения в них. Фиксация опор в заданном положении осуществляется винтами 6.
Для откачки/закачки газа в полость устройства, образованную герметичным колпаком, на основании предусмотрены штуцера 7, имеющие возможность соединения с вакуумной системой или системой подачи газа (не входят в комплект измерителя). Для предотвращения утечек и герметизации пространства, образованного основанием и колпаком, по основанию проложена прокладка 8 (фиг.2).
Каждая подвесная система (Фиг.3) измерителя состоит из упругих элементов 9 и 10. Упругие элементы 9 выполнены в виде стержней круглого сечения. Стержни установлены в опорах 2 и 3 горизонтально и параллельно друг другу. Упругий элемент 10 выполнен виде плоской пружины с прорезями и прикреплен к концам стержней 9. На упругом элементе 10 установлен подвес 11. На одной стороне подвеса крепятся четыре вибропреобразователя 12, например, типа АР31.
Индукционные датчики 4 (см. Фиг.2) установлены в двух взаимно перпендикулярных плоскостях на опорах 2 и 3.
На подвесе имеется место для установки подлежащего измерению изделия, которое сверху закрывается хомутом 13 и фиксируется винтом 14.
Для снятия нагрузки с упругих элементов во время установки испытываемого изделия в подвесы и в то время, когда не производятся измерения, в конструкции измерителя предусмотрены арретиры 15, установленные на опорах. Арретиры фиксируются с помощью рейки 16.
На одной из опор установлен блок 17 включения испытываемого изделия.
Механическая часть измерителя накрывается вакуумным колпаком 18 (Фиг.4), что дает возможность проводить испытания в вакууме или любом другом рабочем газе, что позволяет повысить точность испытаний.
Питание блока 17 осуществляется через герметичные разъемы 19. Через разъемы 19 также снимаются сигналы с индукционных датчиков 4 и вибропреобразователей 12.
Наличие индукционных датчиков 4 и вибропреобразователей 12 обеспечивает измерение вибраций по шести координатам (Фиг.5), что дает возможность разделить угловые и линейные колебания испытываемого изделия.
В качестве датчиков вибрации использованы индукционные двухкатушечные датчики (для измерения виброскоростей) и вибропреобразователи типа АР31 (для измерения виброускорений).
Измеритель пространственных вибраций функционирует следующим образом.
Перед проведением измерений опоры 2 и 3 выставляются в соответствии с габаритами испытываемого изделия, например гироскопа, посредством их перемещения по пазу в основании 1 и фиксации с помощью винтов 6. Арретиры 15 фиксируются с помощью рейки 16. Испытываемое изделие устанавливается в правый и левый подвесы, сверху закрывается хомутами 13 и фиксируется с помощью винтов 14. Посредством блока 17 включения испытываемое изделие соединяется с источником питания (в состав измерителя не входит) и включается. Снимается фиксация с арретиров 15.
В случае необходимости подвесные системы закрываются герметичным колпаком и образованная им полость вакуумируется или заполняется газовой средой.
В процессе работы изделия горизонтальные упругие элементы 9 обеспечивают равножесткие линейные перемещения испытываемого изделия в плоскости вращения его ротора. Упругий элемент 10 обеспечивает линейные перемещения вдоль оси вращения и угловые перемещения испытываемого изделия.
Преобразование вибраций в электрическую величину (напряжение) представлено на блок-схеме измерителя вибраций (см. Фиг.6). Вибрация со стороны испытуемого изделия действует на подвесы блока преобразования вибраций. Закрепленные на подвесе датчики вибрации АР31 (на блок-схеме обозначены А1Х, A1.1Y, A1.2Y, A1Z, А2Х, A2.1Y, A2.2Y, A2Z), измеряющие виброускорения, преобразуют вибрацию в электрический сигнал. Далее через усилитель сигнал поступает в переходную коробку, где преобразуется в напряжение, которое подается на усилители блока электроники. В блоке электроники сигнал усиливается и через аналого-цифровой преобразователь передается на персональный компьютер в цифровой форме. Персональный компьютер обрабатывает сигнал и выдает результат.
Индукционные двухкатушечные датчики (на блок-схеме обозначены Д1Х, Д1.1Y, Д1.2Y, Д1Z, Д2Х, Д2.1Y, Д2.2Y, Д2Z), воспринимающие измерительными катушками виброскорости, преобразуют вибрацию в напряжение, которое в свою очередь подается на усилители блока электроники, где усиливается и через аналого-цифровой преобразователь передается на персональный компьютер в виде цифрового сигнала. Персональный компьютер обрабатывает сигнал и выдает результат.
При необходимости воздействия на испытываемое изделие (воздействия на него внешней вибрации) используются силовые катушки датчиков Д. Уровень воздействия на задается оператором посредством персонального компьютера, связанного через цифроаналоговый преобразователь и блок измерения вибраций с силовыми катушками датчика Д.
По окончании процесса измерений изделие снимается с измерителя.
К достоинствам измерителя относится то, что:
- измеритель осуществляет измерение вибраций по шести координатам, что дает возможность разделить измерение угловых и линейных колебаний изделия;
- использование датчиков двух видов, измеряющих виброускорения и виброскорости, обеспечивает высокую точность и информативность измерений;
- использование быстродействующих аналого-цифровых преобразователей и современных средств вычислительной техники повышает точность и быстродействие измерителя пространственных вибраций;
- возможность передвижения левой и правой опоры по пазу в основании существенно упрощает переналадку измерителя для измерения вибраций изделий, имеющих различных габариты;
- выполненные в виде стержней круглого сечения расположенные не в одной плоскости горизонтальные упругие элементы обеспечивают равножесткость линейных перемещений испытуемых изделий;
- упругий элемент опоры, выполненный в виде плоской пружины с прорезями, обеспечивает равножесткость линейных перемещений в плоскости вращения и вдоль оси вращения, а также угловых перемещений испытываемого изделия.