Устройство для измерения вибрации

Полезная модель относится к вибродиагностике и может быть использована для измерения вибрации в системах диагностики технического состояния роторного оборудования, например, компрессоров, турбин, двигателей, электромоторов и т.п.
Наиболее близким к предлагаемому является устройство для измерения вибрации, содержащее последовательно соединенные акселерометр и дифференциатор (описание изобретения к авторскому свидетельству СССР №1647281, G01H13/00, опубл. 07.05.91. Бюл.№17).
Основным элементом данного устройства является дифференциатор, построенный на основе операционного усилителя (Фолкенберри Л. Применение операционных усилителей и линейных интегральных ИС: Пер. с англ. – М.: Мир, 1985, С.142), который позволяет выполнить дифференцирование сигнала с выхода акселерометра, т.е. преобразовать ускорение в резкость вибрации.
Данное устройство не нашло широкого применения в вибродиагностике из-за погрешности дифференцирования, приводящей к зашумленности измеряемого сигнала и снижению его информативности. Информативные составляющие в спектре резкости вибрации значительно различаются по амплитуде (в 10 и более раз), что затрудняет их поиск, например, при диагностике дефектов, особенно на ранней стадии их развития.
Технической задачей полезной модели является создание устройства, позволяющего снизить зашумленность измеряемого сигнала.
Техническим результатом полезной модели является повышение информативности измеряемого сигнала за счет использования логарифмического усилителя, подключенного к выходу дифференциатора.
в отличие от известного
Технический результат достигается тем, что устройство для измерения вибрации, содержащее акселерометр и дифференциатор, , снабжено логарифмическим усилителем, вход которого подключен к выходу дифференциатора, а выход является выходом устройства.
Полезная модель поясняется фигурами, на которой изображены:
фиг.1 - схема предлагаемого устройства;
фиг.2 - амплитудно-частотный спектр измеряемого сигнала с акселерометра;
фиг.3 - амплитудно-частотный спектр измеряемого сигнала по прототипу;
фиг.4 - амплитудно-частотный спектр преобразованного сигнала по предлагаемому устройству.
Устройство для измерения вибрации содержит последовательно соединенные пьезоэлектрический акселерометр 1, дифференциатор 2 и логарифмический усилитель 3, выход которого является выходом устройства.
Дифференциатор выполнен, например, на основе операционного усилителя (Фолкенберри Л. Применение операционных усилителей и линейных интегральных ИС: Пер. с англ. – М.: Мир, 1985, С.142). Логарифмический усилитель выполнен, например, по схеме (Фолкенберри Л. Применение операционных усилителей и линейных интегральных ИС: Пер. с англ. – М.: Мир, 1985, С.161).
Устройство работает следующим образом.
В процессе работы диагностируемого роторного оборудования акселерометр 1, преобразует механические колебания в заряд. В результате на дифференциатор 2 поступает сигнал, пропорциональный ускорению вибрации. Дифференциатор 2 создает напряжение, пропорциональное скорости изменения сигнала с акселерометра 1, т.е. пропорциональное производной заряда (производной от ускорения) или резкости вибрации.
При дифференцировании сигнал становится зашумленным, т.к. усиливаются его шумовые компоненты. Кроме того, информативные составляющие в спектре сигнала после выполнения его дифференцирования значительно различаются по амплитуде (на порядок и более).
Далее сигнал логарифмируется по уровню с помощью логарифмического усилителя 3, в результате использования которого отображение сигнала на графике в логарифмическом масштабе по сравнению с линейной шкалой упрощает сравнение отличающихся по уровню информативных составляющих, они становятся хорошо различимы на фоне шумов.
Пример использования предлагаемого устройства.
Устройство было использовано при диагностике технического состояния двигателя. Необходимо было измерить частоту вращения ротора. При отсутствии тахометра или в связи с выходом из его строя, частоту вращения ротора определяют по акселерометру. Однако не всегда это возможно сделать без предварительной обработки вибросигнала.
На фиг.2 показан спектр сигнала с акселерометра, установленного на корпусе двигателя и ориентированного в вертикальном направлении. Сигнал с акселерометра был записан по ускорению на стационарном режиме работы двигателя. На спектре сигнала по ускорению хорошо видны вторая (f2), третья (f3), четвертая (f4), и шестая (f6) гармоники, слабо видна пятая (f5) гармоника и совсем не различима на фоне шумов 1 (f1) гармоника, генерируемая ротором двигателя.
Преобразование сигнала в резкость путем его дифференцирования (с использованием устройства по прототипу) позволило усилить ряд различимых гармоник, но не позволило определить частоту вращения ротора (первую (f1) роторную гармонику). На спектре фиг.3 видно, что первая (f1) гармоника, как и на фиг.2, не различима на фоне шумов.
Логарифмирование измеряемого сигнала по резкости вибрации с использованием предлагаемого устройства (фиг.4) позволило усилить первую (f1) роторную гармонику и сделать ее различимой на фоне шумов, что позволило определить частоту вращения ротора, необходимую для вибродиагностики двигателя.
Предлагаемое устройство позволяет повысить информативность измеряемого сигнала, улучшить соотношение сигнал/шум в анализируемом частотном диапазоне и, как следствие, повысить его качество.