FI107356B - Pickup for measurement of vibrations - Google Patents
Pickup for measurement of vibrations Download PDFInfo
- Publication number
- FI107356B FI107356B FI954151A FI954151A FI107356B FI 107356 B FI107356 B FI 107356B FI 954151 A FI954151 A FI 954151A FI 954151 A FI954151 A FI 954151A FI 107356 B FI107356 B FI 107356B
- Authority
- FI
- Finland
- Prior art keywords
- sensor
- och
- mass
- acceleration
- linear region
- Prior art date
Links
Landscapes
- Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)
- Vibration Prevention Devices (AREA)
Description
107356107356
ANTURI VÄRÄHTELYJEN MITTAAMISEEN - GIVARE FÖR MÄTNING AV VIBRATIONERSENSOR FOR MEASUREMENT OF VIBRATIONS - GIVARE FÖR MÄTNING AV VIBRATIONER
Tämän keksinnön kohteena on anturi värähtelyjen mittaamiseen, joka pohjautuu kiihty-5 vyysanturiin ja siitä saadaan ulostulona siirtymän yleistetyn aikaderivaatan (murtoderi- vaatan) signaalia, jonka asteluku on suurempi kuin kaksi. Keksinnössä hyödynnetään kiihtyvyysanturin epälineaarista aluetta (6) ja derivointi suoritetaan anturin sisällä olevan (Fig. 1) massan, vaimennuksen ja jousen avulla.The present invention relates to a sensor for measuring oscillations based on an acceleration sensor and outputting a signal of a generalized time derivative (fractional derivative) of the displacement greater than two. The invention utilizes the non-linear region (6) of the acceleration sensor and derives it by means of mass, damping and spring within the sensor (Fig. 1).
10 Perinteisesti koneiden värähtelyjen mittaamisessa on käytetty siirtymä-, nopeus- ja kiihty-vyysantureita [1]. Patenttihakemuksista [2] ja [3] käy ilmi, että kiihtyvyyttä korkeampiasteisista siirtymän aikaderivaatoista ja siirtymän yleistetyistä aikaderivaatoista on hyötyä, kun pyritään koneiden vikojen entistä varhaisempaan toteamiseen ja mittaustulosten tulkinnan yksinkertaistamiseen. Tällöin ongelmaksi muodostuu se, että siirtymä-, nopeus-15 tai kiihtyvyysantureilta tulevaa signaalia joudutaan tunnettuja ratkaisuja käytettäessä derivoimaan joko erillisillä analogiapiireillä tai suorittamalla laskelmia, jolloin myös tulosten tarkkuus huononee. Laskentatyö kuluttaa lisäksi aikaa ja laskentakapasiteettia, jolla on erityistä merkitystä silloin, kun kunnonvalvontasysteemi sisältää kymmeniä tai satoja antureita. Kyseisen ongelman uudelle ratkaisulle on tunnusomaista se, mitä ilmenee patent-··· 20 tivaatimuksentunnusmerkkiosasta.10 Traditionally, displacement, speed and acceleration sensors have been used to measure machine vibrations [1]. Patent applications [2] and [3] show that advanced acceleration time derivatives and generalized time derivative derivatives of the accelerator are useful for early detection of machine failures and for simplifying the interpretation of measurement results. The problem with this is that the signal from the displacement, velocity 15 or acceleration sensors, when using known solutions, has to be derivatized either by separate analog circuits or by performing calculations, whereby the accuracy of the results also diminishes. In addition, computational work consumes time and computational capacity, which is of particular importance when a condition monitoring system contains dozens or hundreds of sensors. The new solution to this problem is characterized by what appears in the patent claims section.
Seuraavassa keksintöä kuvataan yksityiskohtaisesti viittaamalla kuvioihin, joissaIn the following, the invention will be described in detail with reference to the figures in which
Kuvio 1 esittää tavanomaista pietsosähköistä kiihtyvyysanturia, jossa 1 on massa, 2 on . , 25 pietsosähköinen elementti, 3 on jousi ja 4 on anturin runko-osa.Figure 1 shows a conventional piezoelectric accelerometer with 1 being mass, 2 being. , 25 piezoelectric element, 3 is spring and 4 is sensor body.
1073^6 i 21073 ^ 6 i 2
Kuvio 2 esittää kiihtyvyysanturin vastetta, joka on saatu täristyskokeissa. 5 esittää antu · rin lineaarista aluetta ja 6 esittää anturin epälineaarista aluetta.Figure 2 shows the response of the accelerometer obtained during the vibration tests. 5 represents the linear region of the sensor and 6 shows the non-linear region of the sensor.
Kuvio 3 esittää kiihtyvyysanturin ulostuloa verrattuna anturiin kohdistuvaan kiihtyvyy-5 teen, jonka amplitudi on vakio, kulmanopeuden ω ja vaimentamattoman värä h- telyn ominaiskulmanopeuden con = (k/m)U2, jossa k on jousivakio ja m on massa, osamäärän sekä suhteellisen vaimennuskertoimen ζ funktiona [4], Kä; -rä 7 liittyy suhteellisen vaimennuskertoimen arvoon 0.7.Fig. 3 shows the output of the acceleration sensor relative to the constant acceleration 5 of the accelerator, the ratio of the angular velocity ω and the angular velocity con = (k / m) U2, where k is the spring constant and m is the mass, as a function of [4], Kä; -rä 7 relates to a value of relative damping coefficient of 0.7.
10 Kuviossa 2 on esitetty kiihtyvyysanturin normaalisti käytetty lineaarinen toiminta-alue (5) ja lineaarisen alueen ja anturin resonanssitaajuuden väliin jäävä epälineaarinen alue (6). Tavallisesti kiihtyvyysantureissa käytetään suhteellisen vaimennuskertoimen arvoa, joka on välillä 0.65 ... 0.7 [4], jolloin saadaan mahdollisimman laaja lineaarinen alue, kuten käyrästä (7) käy ilmi. Ongelman ratkaisussa tullaan hyödyntämään tavanomaisen kiihty-15 vyysanturin epälineaarista aluetta (6), joka on normaalisti anturin toiminnan kannalta ei toivottu alue. Esimerkiksi pietsosähköisen kiihtyvyysanturin lineaarisen alueen ylärajata i-juus on suunnilleen 1/3 anturin resonanssitaajuudesta, jolloin lineaarisen alueen (5) ja : e i sonanssitaajuuden väliin jää laaja käyttämätön alue. j i • · ' 20 Kiihtyvyysanturin ulostulo verrattuna anturiin kohdistuvaan kiihtyvyyteen, jonka amplitudi on vakio, voidaan laskea (Fig. 3) kaavasta -,r - ί]2 ω köj J L <°n\ |Figure 2 shows the normally used linear operating range (5) of the acceleration sensor and the non-linear region (6) between the linear region and the resonance frequency of the sensor. Usually, the acceleration sensors use a value of relative damping factor between 0.65 and 0.7 [4] to obtain the widest possible linear range, as shown in the graph (7). In solving the problem, the non-linear region (6) of a conventional acceleration sensor will be utilized, which is normally an undesirable region for sensor operation. For example, the upper limit of the linear region of the piezoelectric acceleration sensor is approximately 1/3 of the resonance frequency of the sensor, leaving a large unused area between the linear region (5) and the sonar frequency. j i • · '20 The output of the acceleration sensor relative to the constant acceleration of the sensor with a constant amplitude can be calculated (Fig. 3) from the formula -, r - ί] 2 ω kjj J L <° n \ |
JJ
_____ j i i 4 3 107356_____ j i i 4 3 107356
Lausekkeesta (1) ja kuviosta 3 käy ilmi, että kiihtyvyysanturin ulostulo riippuu suhteellisesta vaimennuskertoimesta, kun kalibrointitaajuus ja ωη säilyvät samana. Kunnossapidon värähtelymittauksissa sallitaan ± 10 % virhe [5, 6], Seuraavassa esitetään eräitä suhteellisen vaimennuskertoimen arvoja, joiden avulla voidaan konstruoida anturit, jotka 5 mittaavat x,xw ja yleistettyä derivaattaa xi2A) suoraan siten, että virheen itseisarvo on alle 1 %. Laskelmat pohjautuvat kaavaan (1) ja con arvona on käytetty 45000 Hz.It can be seen from the expression (1) and Figure 3 that the acceleration sensor output depends on the relative damping factor when the calibration frequency and ωη remain the same. In the maintenance oscillation measurements, a ± 10% error is allowed [5, 6]. Here are some values of relative damping coefficient that can be used to construct sensors that measure x, xw and generalized derivative xi2A) directly so that the absolute error value is less than 1%. The calculations are based on equation (1) and the con value is 45000 Hz.
Mittausalue Erotus Kalibroin- ζ titaajuus 10 x(24) 23000 - 37000 Hz 14000 Hz 15000 Hz 0.38Measurement range Difference Calibration frequency 10 10 (24) 23000 - 37000 Hz 14000 Hz 15000 Hz 0.38
Sf 23601 - 29401 Hz 5800 Hz 17450 Hz 0.1 x(4) 30500 - 35200 Hz 4700 Hz 22875 Hz 0.1Sf 23601 - 29401 Hz 5800 Hz 17450 Hz 0.1 x (4) 30500 - 35200 Hz 4700 Hz 22875 Hz 0.1
Yleistetyn derivaatan käsitettä on tarkasteltu lähemmin patenttihakemuksessa [3] ja ΜΙ 5 teessä [7], Esimerkiksi yleistetyn derivaatan x(24) spektrin komponentti x-2A) saadaan kiihtyvyysspektrin komponentista a, yhtälön *i“’ = (2*/ )°4-2>a, - (:Uf, fAa, (2) • t • · 4 20 avulla, jossa /( on komponenttiin ai liittyvä taajuus.The concept of a generalized derivative is discussed in more detail in patent application [3] and ΜΙ 5 in [7]. For example, the component x-2A of the spectrum of the generalized derivative x (24) is obtained from the component a of the acceleration spectrum. 2> a, - (: Uf, fAa, (2) • t • · 4 20, where / (is the frequency associated with component ai).
Kunnossapidon mittauksissa on kiihtyvyyttä korkeampiaseisista siirtymän aikaderivaatoista erityistä hyötyä korkeilla eli noin 10000 Hz yläpuolella olevilla taajuuksilla [2], : Edellä on osoitettu, että kyseisille taajuusalueille voidaan konstruoida anturit, jotka pys- 25 tyvät mittaamaan suoraan käytännön tarpeita ajatellen hyvin tarkasti esimerkiksi 3c ja ---—........................... .............. I ............Maintenance measurements have particular benefit from accelerated transition time derivatives at higher frequencies, that is, above about 10000 Hz [2],: It has been shown above that sensors can be constructed in these frequency ranges that can directly measure for practical purposes 3c and - -—........................... .............. I ....... ......
10735ί I ! χ(4). Mikäli lähtökohtana olisi ollut tavanomaisesti käytetyt siirtymä-, nopeus- ja kiiht) - vyyssignaalit oltaisiin xw signaalin aikaansaamiseksi jouduttu derivoimaan vastaavasti neljä, kolme tai kaksi kertaa, jolloin tarkkuus olisi selvästi kärsinyt. Yleisenä kokemus-sääntönä kunnossapidon mittauksissa pidetään sitä, että signaalia voidaan derivoida kb: -5 keintaan kaksi kertaa, jos halutaan luotettavia tuloksia.10735ί I! χ (4). Had the starting point been the conventionally used transition, velocity, and acceleration signals, the xw signal would have had to be derivatized four, three, or twice, respectively, and the accuracy would have been clearly impaired. As a general rule of thumb in maintenance measurements, the signal can be derivatised at kb: -5 at most twice if reliable results are desired.
Seuraavassa on vielä yksityiskohtaisesti käyty läpi 3c ulostulona antavan anturin konstruoimiseen liittyviä laskelmia kolmen desimaalin tarkkuudella, kun kalibrointitaajuus <j)i 17450 Hz, ωη = 45000 Hz ja suhteellinen vaimennuskerroin ζ on 0.1 .In the following, the calculations related to the construction of the 3c output transducer have been detailed in detail to three decimal places, with a calibration frequency <j) i 17450 Hz, ωη = 45000 Hz and a relative attenuation factor ζ of 0.1.
1010
Taajuus Anturi Tarkka 3c (m/s3) 3c (m/s3) 23601 Hz 1.365 1.352 15 24601 Hz 1.409 1.410Frequency Sensor Accurate 3c (m / s3) 3c (m / s3) 23601 Hz 1.365 1.352 15 24601 Hz 1.409 1.410
25601 Hz 1.458 1.467 I25601 Hz 1.458 1.467 I
f 26601 Hz 1.512 1.524 ! 27601 Hz 1.573 1.582 28601 Hz 1.641 1.639 1 · Γ 20 29401 Hz 1.701 1.685f 26601 Hz 1.512 1.524! 27601 Hz 1.573 1.582 28601 Hz 1.641 1.639 1 · Γ 20 29401 Hz 1.701 1.685
Edellä on käsitelty anturikonstruktiota, jossa lähtökohtana on ollut kiihtyvyysanturin epälineaarinen toiminta-alue. Tässä esitettyä signaalin derivointitekniikkaa voidaan sov iltaa myös muunkin tyyppisten antureiden signaaleihin. Näistä mainittakoon siirtymä-, m -:.: 25 peus- ja paineanturit.The sensor construction, based on the non-linear operating range of the accelerometer, has been discussed above. The signal derivation technique disclosed herein can also be applied to signals of other types of sensors. These include transition, m -:.: 25 side and pressure sensors.
5 1073565, 107356
VIITE JULKAISUJA - ANFÖRDA PUBLIKATIONERREFERENCE PUBLICATIONS - ANFÖRDA PUBLIKATIONER
1. LAHDELMA, S., Värähtelyvalvonnan menetelmät ja mittalaitteet. Helsinki 1988. In-sinöörijäijestöjen Koulutuskeskus, Julkaisu 83-88, Systemaattinen käytön- ja kunnonvalvonta. 7 s.1. LAHDELMA, S., Methods and Instruments for Vibration Control. Helsinki 1988. Center for In-Line Training, Publication 83-88, Systematic Use and Condition Control. 7 sec.
2. Patenttihakemus nro: 922395 luokka G 01H2. Patent Application No. 922395, Class G 01H
3. Patenttihakemus nro: 934137 luokka G 01H3. Patent Application No. 934137, Class G 01H
4. THOMSON, W.T., Theory of Vibration with Applications. Prentice-Hall, Inc., Englewood Cliffs, New Jersey 1972. 467 s.4. THOMSON, W.T., Theory of Vibration with Applications. Prentice-Hall, Inc., Englewood Cliffs, New Jersey 1972. 467 s.
5. VDI2056 Beurteilungnsmaiistäbe fur mechanische Schwingungen von Maschinen. VDI-RICHTLINIEN, Oktober 1964. 12 s.5. VDI2056 Beurteilungns maize fur mechanische Schwingungen von Maschinen. VDI-RICHTLINIEN, October 1964. 12 s.
6. ISO 2372 Mechanical vibration of machines with operating speeds from 10 to 200 rev/s -Basis for specifying evaluation standards. International Standard, Frist edition-1974-1 1-01. 9 s.6. ISO 2372 Mechanical vibration of machines with operating speeds from 10 to 200 rev / s -Basis for specifying evaluation standards. International Standard, Frist edition-1974-1 1-01. 9 sec.
:·; 7. SKRIVASTAVA, H.M. & OWA, S., Univalent functions, fractional calculus, and their applications. Ellis Horwood Limited, Chichester 1989. 404 s.: ·; 7. SKRIVASTAVA, H.M. & OWA, S., Univalent functions, fractional calculus, and their applications. Ellis Horwood Limited, Chichester 1989. 404 s.
• ·• ·
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
FI954151A FI107356B (en) | 1995-09-05 | 1995-09-05 | Pickup for measurement of vibrations |
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
FI954151A FI107356B (en) | 1995-09-05 | 1995-09-05 | Pickup for measurement of vibrations |
FI954151 | 1995-09-05 |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
FI954151A0 FI954151A0 (en) | 1995-09-05 |
FI954151A FI954151A (en) | 1997-03-06 |
FI107356B true FI107356B (en) | 2001-07-13 |
Family
ID=8543954
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
FI954151A FI107356B (en) | 1995-09-05 | 1995-09-05 | Pickup for measurement of vibrations |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
FI (1) | FI107356B (en) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102012109393A1 (en) | 2012-10-02 | 2014-04-03 | Prüftechnik Dieter Busch AG | Apparatus and method for evaluating vibrations |
-
1995
- 1995-09-05 FI FI954151A patent/FI107356B/en not_active IP Right Cessation
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
FI954151A0 (en) | 1995-09-05 |
FI954151A (en) | 1997-03-06 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
KR987001079A (en) | Rotary Augular Velocity Detertion Device | |
JPS6088311A (en) | Accelerometer system | |
JP4952820B2 (en) | Coriolis flow meter | |
JP2002162230A (en) | Inertial velocity sensor provided with improved tuning fork drive and method | |
KR20150033613A (en) | Transducer acceleration compensation using a delay to match phase characteristics | |
JPH05180657A (en) | Method and device for compensating scale coefficient of piezoelectric rate sensor | |
US6230565B1 (en) | Pressure-compensated transducers, pressure-compensated accelerometers, force-sensing methods, and acceleration-sensing methods | |
FI107356B (en) | Pickup for measurement of vibrations | |
US3435656A (en) | Harmonic motion measuring device using laser techniques | |
US5349863A (en) | Shock sensor and devices to which the latter is applied | |
FI107355B (en) | Vibration pickup | |
KR102506151B1 (en) | Gyroscope in-field prognostics | |
JPH0735646A (en) | Apparatus for measuring characteristic of leaf spring | |
ES2255240T3 (en) | PROCEDURE AND COMBINED VIBRATORY MEASUREMENT SYSTEM. | |
JPH04296635A (en) | Temperature correcting method of density sensor in vibratory gas density meter | |
SU1756826A1 (en) | Method of determining dynamic characteristics of accelerometers on a double centrifuge | |
JP3519862B2 (en) | Vibration pickup calibration method and device | |
SU1435968A1 (en) | Pressure transducer | |
JPH02134558A (en) | Measurement of mechanical constant of material | |
US3961535A (en) | Spin rate compensator | |
SU1295254A1 (en) | Method of determining energy dissipation and natural frequency of linear vibratory mechanical system | |
SU1748074A1 (en) | Method of determining a dynamic characteristic of accelerometers with minimal phase parameters | |
SU1635122A1 (en) | Method of vibroacoustic testing | |
SU1486803A1 (en) | Method for measuring incrementof acoustic oscillation propagation velocity | |
SU1013766A1 (en) | Turbine blade oscillation relative frequency determination method |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM | Patent lapsed |