RO128318A2 - Metodă de măsurare a senzorilor cu coardă vibrantă prin excitarea cu trepte de semnal sinusoidal de frecvenţă variabilă - Google Patents

Abstract

Invenţia se referă la o metodă şi la un dispozitiv pentru măsurarea traductoarelor de tip coardă vibrantă. Metoda de măsurare, conform invenţiei, constă din aplicarea succesivă a unor trenuri scurte de semnal de excitaţie sinusoidal, cu frecvenţă crescătoare în trepte, pe toată gama de funcţionare a traductorului, urmate de detectarea apariţiei unei oscilaţii proprii a corzii vibrante a traductorului, ştiind că, în cazul în care traductorul răspunde cu un semnal, frecvenţa semnalului de excitaţie este apropiată de frecvenţa proprie de oscilaţie mecanică a corzii, iar semnalul măsurat este un semnal sinusoidal, amortizat cu o frecvenţă egală cu frecvenţa de oscilaţie proprie a corzii. Dispozitivul conform invenţiei este alcătuit dintr-un automat programabil (), care asigură coordonarea funcţionării dispozitivului şi măsurarea frecvenţelor unui traductor, dintr-un generator () de semnal de excitaţie, care asigură semnalele sinusoidale cu frecvenţă controlată, dintr-un amplificator () audio cu control automat al amplificării, ce asigură amplificarea controlată a semnalelor provenite de la traductor, şi dintr-un circuit () de comutare excitare-amplificare, ce asigură trecerea dispozitivului din regim de excitare în regim de măsurare-amplificare.

Description

Metoda de măsurare a senzorilor cu coarda vibranta prin excitarea cu trepte de semnal sinusoidal de frecventa variabila

Descriere:

Invenția de fata se refera la o metoda si un dispozitiv electronic pentru masurarea traductoarelor de tip coarda vibranta VW (vibrating wire) cu o singura bobina, in regim de măsurare cu semnal de răspuns amortizat.

Treaductorii cu coarda vibranta VW (vibrating wire) sunt utilizați pentru masurarea tortelor si presiunilor in corpul construcțiilor. Un sensor cu coarda vibranta se compune din:

• coarda de otel pretensionata (de tip coarda de ghitara sau pian) orientata pe direcția tortei ce urmeaza a fi masurata si cu capetele încastrate in obiectul in care se dorește determinarea tortei.

• doua bobine amplasate in apropierea coardei folosite :

- una pentru excitarea electromagnetica, cu un flux magnetic alternativ sinusoidal a corzii vibrante, numita bobina de “întreținere”;

- alta pe pentru citirea tensiunii electromagnetice induse de vibrația transversala a corzii vibrante, numita bobina de “Ascultare.

Fig 1. Schema de principiu senzor coarda vibranta

In cazul funcționarii normale a senzorului VW, cele doua bobine sunt conectate intr-un circuit electronic oscilant, care in regim stabilizat oscilează la o frecventa egala cu frecventa mecanica proprie (de rezonanta) a corzii vibrante. Aceasta frecventa depinde de lungimea, diametrul, constanta de elasticitate a materialului corzii vibrante si este proporționala cu pătratul tensiunii mecanice aplicate la capetele corzii. Prin urmare marimea fizica masurata are formula

F= K (f2-fo²) unde : F este marimea fizica masurata (torta , presiune, tensiune mecanica)

K este constanta senzorului f este frecventa de rezonanta a corzii masurata fo este frecventa de zero masurata in condițiile inițiale de montaj a traductorului.

Ca urmare a stabilitatii pe timp îndelungat a senzorilor ce tip VW acestea sunt adesea utilizate in aplicații de urmărire a comportării construcțiilor, fiind înglobate in structura construcției urmărite.

In urma folosirii îndelungate se intampla adesea ca una din bobinele senzorilor VW sa se deterioreze. In acest caz masurarea frecventei proprii de rezonanta a corzii se realizează prin ^-2 0 1 1 - 0 0 7 3 1 -- !_!s

5 -07- 2011 excitarea (punerea in oscilație mecanica) a corzii prin singura bobina ramasa urmata de masurarea frecventei tensiunii induse amortizate măsurate la terminalele aceleiași bobine.

Metodele de excitare folosite pana in prezent au fost:

- aplicarea unui impuls Dirac de mare amplitudine (in jur de 100V) pe bobina funcționala;

- aplicarea unui semnal sinusoidal cu frecventa alunecătoare pe toata gama de funcționare a senzorului, care produce excitarea corzii in momentul de rezonanta a frecventei de excitare cu frecventa proprie a corzii.

Problema care apare la aplicarea impulsului de excitație Dirac de mare energie este ca acest impuls poate determina deprecierea si apoi defectarea bobinei ramase funcționala a traductorului.

In cazul aplicării unui semnal sinusoidal cu frecventa alunecătoare pe toata gama de funcționare a traductorului, intre momentul excitării corzii la frecventa de rezonanta a traductorului si masurarea frecventei semnalului obtinut prin excitație poate trece o perioada de timp prea mare care duce la atenuarea semnificativa a semnalului de răspuns.

Metoda de măsurare propusa de invenție consta aplicarea succesiva a unor trenuri scurte de semnal de excitație sinusoidal cu frecventa crescătoare in treapte pe toata gama de funcționare a traductorului. Aceste secvențe de excitație sunt urmate imediat de detectarea apariției oscilației proprii a corzii vibrante. In cazul in care traductorul răspunde cu un semnal, inseamna ca frecventa trenul de semnal de excitație este in apropierea frecventei proprii de oscilație mecanica a corzii iar semnalul masurat va fi un semnal sinusoidal amortizat cu frecventa egala cu frecventa de oscilație proprie a corzii.

In cazul metodei de excitare propuse prin invenție, avand in vedere ca excitarea corzii vibrante s-a produs foarte aproape de momentul măsurătorii, atat amplitudinea si cat si durata semnalului amortizat masurat sunt mai mari. Aceasta permite masurarea mai exacta a frecventei proprii de oscilație a corzii. De asemenea, metoda propusa asigura evitarea semnalului Dirac de mare energie care poate deteriora bobina senzorului, contribuind la prelungirea duratei de funcționare a senzorului.

Dispozitivul electronic propus prin invenție are in componenta (vezi fig.2.) :

• un automat programabil PLC Siemens S7 1200 care asigura coordonarea funcționarii dispozitivului si masurarea frecventelor traductorului. Automatul asigura, prin programul înscris in memoria sa:

- stabilirea flexibila a ciclurilor si frecventelor de excitație;

comanda trecerii in regim de măsurare;

- masurarea foarte rapida a frecventei semnalului dat de traductor prin citirea duratei a cate 100 cicluri de semnal sinusoidal, permițând mediere a mai multor valori de frecventa intr-un singur ciclu de măsurare avand in vedere ca semnalul amortizat obtinut in urma excitației conține mai mult de 1000 cicluri sinus;

- masurarea foarte exacta a frecventei, cu precizie de cel puțin 0,1 Hz avand ca si coanta de timp pentru durata celor 100 de impulsuri un ceas de 0,2 psec (50000 Hz);

• un generator de semnal de excitație EXC care asigura semnalele sinusoidale de fercventa controlata comandata de PLC cu amplitudinea de 20 V varf-la vârf;

• un amplificator audio cu controlul automat al amplificării AGC, cu funcție de filtru trece banda intre 300 si 3000 Hz si care asigura amplificarea controlata in funcție de \-2011-00731-2 5 -07- 2011

amplitudine a semnalelor provenite de la traductor, asigurând la ieșire un semnal dreptunghiular cu amplitudinea de 24V, necesara pentru intrarea in PLC • si un circuit de comutare excitare-amplificare CEA care asigura trecerea dispozitivului din regim de excitare in regim de masurare-amplificare la comanda data de PLC fara provoca un salt de mod comun in momentul schimbării regimului.

Utilizarea automatului programabil in cadrul dispozitivului electronic de de măsurare a traductoarelor cu coarda vibranta asigura precizie sporita măsurătorilor traductoarelor cu coarda vibranta.

Domeniul de utilizare al invenției este masurarea forțelor si presiunilor din corpul construcțiilor cu ajutorul traductoarelor de tip coarda vibranta înglobate in construcție si deteriorate parțial in timp [ramase cu o singura bobina funcționala). Având in vedere ca aceste traductoare nu pot fi înlocuite, invenția contribuie la continuitatea măsurătorilor pe toata durata de viata a construcției asigurând urmărirea corecta a comportării acesteia in timp.

Rezumat: Invenția se refera la o metoda si un dispozitiv electronic comandat de un automat programabil PLC pentru masurarea traductoarelor de tip coarda vibranta VW (vibrating wire) cu o singura bobina, in regim de masupdre cu semnal de răspuns amortizat.

Metoda de măsurare propusa de inveptie consta aplicarea succesiva a unor trenuri scurte de semnal de excitație sinusoidal curfi^cventa crescătoare in trepte pe toata gama de funcționare a traductorului. Aceste secvprife de excitație sunt urmate imediat de detectarea si masurarea apariției oscilației proprii cpzfxzii.

Dispozitivul , conform inydntiei are in componenta un automat programabil PLC, un generator de semnal de excjMtie EXC , un amplificator audio cu controlul automat al amplificării AGC si un circuit de comjjfare excitare-amplificare CEA.

Metoda si djsfSozitivul electronic sunt utilizate pentru masurarea forțelor si presiunilor din corpul construcțiilor cu ajutorul traductoarelor de tip coarda vibranta înglobate in construcție si deteriorate pani al in timp (ramase cu o singura bobina funcționala).

Claims (2)

1. Metoda de măsurare a traductoarelor cu coarda vibranta cu o singura bobina caracterizata prin:

• aplicarea succesiva a unor trenuri scurte de semnal de excitație sinusoidal cu frecventa crescătoare in trepte pe toata gama de funcționare a traductorului;

^-2 0 1 1 - 0 0 7 3 1 -- /0

2 5 -07- 2011 amplitudine a semnalelor provenite de la traductor, asigurând la ieșire un semnal dreptunghiular cu amplitudinea de 24V, necesara pentru intrarea in PLC • si un circuit de comutare excitare-amplificare CEA care asigura trecerea dispozitivului din regim de excitare in regim de masurare-amplificare la comanda data de PLC fara provoca un salt de mod comun in momentul schimbării regimului.

Utilizarea automatului programabil in cadrul dispozitivului electronic de de măsurare a traductoarelor cu coarda vibranta asigura precizie sporita măsurătorilor traductoarelor cu coarda vibranta.

Domeniul de utilizare al invenției este masurarea forțelor si presiunilor din corpul construcțiilor cu ajutorul traductoarelor de tip coarda vibranta înglobate in construcție si deteriorate parțial in timp (ramase cu o singura bobina funcționala). Avand in vedere ca aceste traductoare nu pot fi înlocuite, invenția contribuie la continuitatea măsurătorilor pe toata durata de viata a construcției asigurând urmărirea corecta a comportării acesteia in timp.

Rezumat: Invenția se refera la o metoda si un dispozitiv electronic comandat de un automat programabil PLC pentru masurarea traductoarelor de tip coarda vibranta VW (vibrating wire) cu o singura bobina, in regim de masurdre cu semnal de răspuns amortizat.

Metoda de măsurare propusa de inveptie consta aplicarea succesiva a unor trenuri scurte de semnal de excitație sinusoidal cu frecventa crescătoare in trepte pe toata gama de funcționare a traductorului. Aceste secvprife de excitație sunt urmate imediat de detectarea si masurarea apariției oscilației proprii ac6rzii.

Dispozitivul , conform iny^ntiei are in componenta un automat programabil PLC, un generator de semnal de excjtdtie EXC , un amplificator audio cu controlul automat al amplificării AGC si un circuit de comvfare excitare-amplificare CEA.

Metoda si djsj5ozitivul electronic sunt utilizate pentru masurarea forțelor si presiunilor din corpul construcfittor cu ajutorul traductoarelor de tip coarda vibranta înglobate in construcție si deteriorate parțial in timp (ramase cu o singura bobina funcționala).

Revendicări:

1. Metoda de măsurare a traductoarelor cu coarda vibranta cu o singura bobina caracterizata prin:

• aplicarea succesiva a unor trenuri scurte de semnal de excitație sinusoidal cu frecventa crescătoare in trepte pe toata gama de funcționare a traductorului;

CV 2 Ο 1 1 - Ο Ο 7 31 - - (,2 5 -07- 2011 / • detectarea apariției oscilației proprii a corzii vibrante in urma fiecărui tren de semnal de excitație;

• determinarea frecventei semnalului sinusoidal amortizat in cazul detectării semnalului de răspuns al traductorului prin masurarea duratei a mai multe (100) cicluri de semnal sinusoidal si medierea duratelor măsurate pana la amortizarea completa a semnalului de răspuns.

Elementul de noutate al metodei consta in modul de excitare a traductorului si modul de determinare a frecventei oscilațiilor rezultate.

2. Dispozitiv electronic caracterizat prin utilizarea metodei in scopul măsurării traductoarelor de tip coarda vibranta cu o singura bobina prin aplicarea metodei revendicate la punctul 1. avand in componenta :

• un automat programabil PLC care asigura coordonarea funcționarii dispozitivului si masurarea frecventelor traductorului;

• un generator de semnal de excitație EXC care asigura semnalele sinusoidale de fercventa controlata;

• un amplificator audio cu controlul automat al amplificării AGC care asigura amplificarea controlata a semnalelor provenite de la traductor;

• si un circuit de comutare excitare-amplificare CEA care asigura trecerea dispozitivului din regim de excitare in regim de masurare-amplificare^_—-