RU2044286C1

RU2044286C1 - Vibrational detector

Info

Publication number: RU2044286C1
Authority: RU
Inventors: В.В. Ефанов; В.И. Винокуров; С.М. Мужичек; В.С. Коряковцев
Original assignee: Ставропольское высшее авиационное инженерное училище ПВО им.маршала авиации В.А.Судца
Priority date: 1990-08-27
Filing date: 1990-08-27
Publication date: 1995-09-20

Abstract

FIELD: measurement technology. SUBSTANCE: device has vibrational overload transducer, which has non-ferrous case provided with a cap. Inertial element is disposed inside the case; the element is made in form of electro-conducting ball. Top electric contact is made in form of hollow truncated cone and fixed to the cap. Lower electric contact is insulated from top one and made in form of hollow cone. The lower contact is attached to the case and turned with its base to the base of truncated cone. Calculator 7 has the first group of inputs and the second input connected with the first group of outputs and the second output of vibrational overload transducer. The first group of outputs is connected with group of inputs of overload direction indicator 8. The second output is connected with input of overload indicator 9. Overload transducer has central and annular electric contacts 10 and 11, which are insulated one form the other, contacts io and ii are located at top part of electric contact 6 and insulated from it either. Moreover, at initial position, central and annular electric contacts 10 and 11 are circuited together through electro-conducting ball 4. Top electric contact is made in form of sectors being insulated one from others. The sector have individual electric outputs, which have to be the first group of outputs of overload vibrational transducer. The second output of the detector is connected with annular electrode 11. Central and lower electric contacts 10 and 6 correspondingly are connected with positive bus of power supply 12. EFFECT: widened operational capabilities. 2 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в системах автоматики и сигнализации, а также для защиты машин от механических перегрузок. The invention relates to measuring equipment and can be used in automation and alarm systems, as well as to protect machines from mechanical overloads.

Известно устройство для контроля наличия вибраций, содержащее полый конус, на наклонном дне которого размещено инерционное тело в виде металлического шарика, взаимодействующего в его начальном положении равновесия с вертикальным участком боковой стенки внутренней полости корпуса и установленный в корпусе бесконтактный датчик [1]
Недостатком данного устройства является сужение эксплуатационных возможностей за счет определения только порога срабатывания и невозможности определения направления воздействия вибрации.A device for monitoring the presence of vibrations, containing a hollow cone, on the inclined bottom of which is placed an inertial body in the form of a metal ball interacting in its initial equilibrium position with a vertical section of the side wall of the inner cavity of the housing and a non-contact sensor installed in the housing [1]
The disadvantage of this device is the narrowing of operational capabilities by determining only the threshold and the inability to determine the direction of vibration.

Наиболее близким к изобретению является вибрационный пороговый датчик, содержащий немагнитный корпус с крышкой, размещенный в нем инерционный элемент в виде электропроводного шарика и два изолированных один от другого электроконтакта, один из которых выполнен в виде усеченного полого конуса и закреплен на крышке, другой электроконтакт, закрепленный на корпусе, выполнен в виде полого конуса и обращен основанием к основанию усеченного конуса [2]
Недостатком данного датчика является сужение эксплуатационных возможностей из-за определения только порога перегрузки и невозможности определения величины и направления перегрузки.Closest to the invention is a vibration threshold sensor containing a non-magnetic housing with a cover, an inertial element in the form of an electrically conductive ball placed in it, and two electrical contacts isolated from one another, one of which is made in the form of a truncated hollow cone and mounted on the cover, the other electrical contact is fixed on the body, made in the form of a hollow cone and facing the base to the base of the truncated cone [2]
The disadvantage of this sensor is the narrowing of operational capabilities due to the determination of only the overload threshold and the inability to determine the magnitude and direction of the overload.

Цель изобретения расширение эксплуатационных возможностей путем обеспечения определения наряду с пороговым значением перегрузки и ее текущей величины и направления. The purpose of the invention is the expansion of operational capabilities by providing definition along with the threshold value of the overload and its current value and direction.

Это достигается тем, что вибрационный датчик, содержащий немагнитный конусообразный корпус с крышкой, размещенной в вершине корпуса, инерционный элемент, выполненный в виде электропроводного шарика, первый электроконтакт, выполненный в виде усеченного полого конуса, закрепленного на крышке корпуса, второй электроконтакт, выполненный в виде полого конуса, размещенного по боковой поверхности корпуса так, что его основание обращено к нижнему основанию усеченного конуса первого электроконтакта и параллельно ему, дополнительно снабжен вычислителем, индикатором направления перегрузки, индикатором величины перегрузки, изолированными между собой центральным и кольцевым электроконтактами, центральный электроконтакт размещен в вершине конуса второго электроконтакта и изолирован от него, кольцевой электроконтакт по периметру вершины конуса второго электроконтакта и изолирован от него, первый электроконтакт выполнен в виде изолированных друг от друга секторов, выводы которых образуют первую группу выходов датчика, вторым выходом которого является вывод кольцевого электроконтакта, центральный и второй электроконтакты соединены с положительным выводом источника питания, первая группа входов и второй вход вычислителя соединены соответственно с первой группой выходов и вторым выходом датчика, первая группа выходов вычислителя соединена с группой входов индикатора направления перегрузки, второй выход с входом индикатора перегрузки. This is achieved by the fact that the vibration sensor contains a non-magnetic cone-shaped body with a cover located at the top of the body, an inertial element made in the form of an electrically conductive ball, the first electrical contact made in the form of a truncated hollow cone mounted on the housing cover, the second electrical contact made in the form a hollow cone placed on the side surface of the housing so that its base faces the lower base of the truncated cone of the first electrical contact and parallel to it, you are further provided an alternator, an indicator of the direction of the overload, an indicator of the magnitude of the overload, isolated by a central and circular electrical contacts, the central electrical contact is located at the top of the cone of the second electrical contact and isolated from it, the circular electrical contact along the perimeter of the top of the cone of the second electrical contact is isolated from it, the first electrical contact is made in the form of isolated from each other sectors, the conclusions of which form the first group of sensor outputs, the second output of which is the output of the ring electron rock contact, the central and second electrical contacts are connected to the positive output of the power source, the first group of inputs and the second input of the computer are connected respectively to the first group of outputs and the second output of the sensor, the first group of computer outputs is connected to the group of inputs of the overload direction indicator, and the second output to the input of the overload indicator.

Кроме того, вычислитель содержит группу из n триггеров, где n число секторов первого электроконтакта вибрационного датчика, первый, второй и третий элементы И, инвертор, генератор импульсов, дифференцирующую цепь, счетчик импульсов, умножитель, делитель, задатчик постоянной величины и кнопку "Установка 0", причем информационные входы триггеров соединены с соответствующими входами первой группы входов вычислителя, второй вход которого соединен с выходом генератора импульсов, а выход с информационным входом счетчика. Входы обнуления триггеров и счетчика импульсов объединены и через кнопку "Установка 0" соединены с плюсовой шиной источника питания, прямые выходы триггеров являются соответствующими выходами первой группы выходов вычислителя, а инверсные выходы соединены с соответствующими входами группы n входов первого элемента И, выход которого соединен с третьим входом второго элемента И и вторым входом третьего элемента И, первый вход которого соединен с выходом дифференцирующей цепи, а выход с входом обнуления счетчика импульсов, выход которого соединен с первым входом делителя, второй вход которого соединен с выходом задатчика постоянной величины, а выход является вторым выходом вычислителя. In addition, the computer contains a group of n triggers, where n is the number of sectors of the first electrical contact of the vibration sensor, the first, second and third elements of And, inverter, pulse generator, differentiating circuit, pulse counter, multiplier, divider, constant value adjuster and the button "Setting 0 ", wherein the information inputs of the triggers are connected to the corresponding inputs of the first group of inputs of the calculator, the second input of which is connected to the output of the pulse generator, and the output to the information input of the counter. The zeroing inputs of the triggers and the pulse counter are combined and connected through the "Set 0" button to the positive bus of the power supply, the direct outputs of the triggers are the corresponding outputs of the first group of outputs of the calculator, and the inverse outputs are connected to the corresponding inputs of the group n of inputs of the first element And, the output of which is connected to the third input of the second element And and the second input of the third element And, the first input of which is connected to the output of the differentiating circuit, and the output with the input of zeroing the pulse counter, the output of which oedinen divider to the first input, a second input connected to the output setpoint of constant magnitude, and the output is the second output of the calculator.

На фиг.1 изображена конструктивная схема вибрационного датчика; на фиг.2 то же, план; на фиг.3 структурная схема электрической части вибрационного датчика. Figure 1 shows a structural diagram of a vibration sensor; figure 2 is the same plan; figure 3 structural diagram of the electrical part of the vibration sensor.

Вибрационный датчик содержит немагнитный конусообразный корпус 1 с крышкой 2, размещенной в вершине корпуса, инерционный элемент 3, выполненный в виде электропроводного шарика, первый электроконтакт 4, выполненный в виде усеченного полого конуса, закрепленного на крышке 2 корпуса, второй электроконтакт 5, выполненный в виде полого конуса, размещенного по боковой поверхности корпуса 1 так, что его основание обращено к нижнему основанию усеченного конуса первого электроконтакта 4 и параллельно ему, вычислитель 6, индикатор 7 направления перегрузки, индикатор 8 величины перегрузки, изолированные между собой центральным 9 и кольцевым 10 электроконтактами, центральный электроконтакт 9 размещен в вершине конуса второго электроконтакта 5 и изолирован от него, кольцевой электроконтакт 10 по периметру вершины конуса второго электроконтакта 5 и изолирован от него. The vibration sensor contains a non-magnetic cone-shaped body 1 with a cover 2 located at the top of the body, an inertial element 3 made in the form of an electrically conductive ball, the first electrical contact 4, made in the form of a truncated hollow cone, mounted on the cover 2 of the housing, the second electrical contact 5, made in the form a hollow cone placed on the side surface of the housing 1 so that its base faces the lower base of the truncated cone of the first electrical contact 4 and parallel to it, calculator 6, indicator 7 direction over narrow, the overload indicator 8 isolated between 9 and a central annular switch contacts 10, the central electric contact 9 is placed at the apex of the cone 5 and the second electric contact is isolated from it, an annular electric contact 10 on the perimeter of the cone apex of the second electric contact 5 and is insulated from it.

Первый электроконтакт 4 выполнен в виде изолированных друг от друга секторов, выводы которых образуют первую группу выходов датчика, вторым выходом которого является вывод кольцевого электроконтакта 10. Центральный 9 и второй 5 электроконтакты соединены с положительным выводом источника 11 питания, первая группа входов и второй вод вычислителя 6 соответственно с первой группой выходов и вторым выходом датчика. Первая группа выходов вычислителя 6 соединена с группой входов индикатора 7 направления перегрузки, второй выход с входом индикатора 8 перегрузки. The first electrical contact 4 is made in the form of sectors isolated from each other, the terminals of which form the first group of sensor outputs, the second output of which is the output of the ring electrical contact 10. The central 9 and second 5 electrical contacts are connected to the positive output of the power source 11, the first group of inputs and the second water of the calculator 6, respectively, with the first group of outputs and the second output of the sensor. The first group of outputs of the calculator 6 is connected to the group of inputs of the indicator 7 of the overload direction, the second output with the input of the indicator 8 overload.

Вычислитель 6 содержит группу из n триггеров 12, где n число секторов первого электроконтакта 4 вибрационного датчика, первый 13, второй 14 и третий 15 элементы И, инвертор 16, генератор 17 импульсов, дифференцирующую цепь 18, счетчик 19 импульсов, умножитель 20, делитель 21, задатчик 22 постоянной величины и кнопку 23 "Установка 0". Причем информационные входы триггеров 12 соединены с соответствующими входами первой группы входов вычислителя 6, второй вход которого через инвертор 16 соединен с входом дифференцирующей цепи 18 и первым входом второго элемента И 14, второй вход которого соединен с выходом генератора 17 импульсов, а выход с информационным входом счетчика 19. Входы обнуления триггеров 12 и счетчика 19 импульсов объединены и через кнопку 23 "Установка 0" соединены с плюсовой шиной источника 11 питания. Прямые выходы триггеров 12 являются соответствующими выходами первой группы выходов вычислителя 6, а инверсные выходы соединены соответствующими входами группы n входов первого элемента И 13, выход которого соединен с третьим входом второго элемента И 14 и вторым входом третьего элемента И 15, первый вход которого соединен с выходом дифференцирующей цепи 18, а выход с входом обнуления счетчика 19 импульсов, выход которого соединен с первым входом делителя 21, второй вход которого соединен с выходом задатчика 22 постоянной величины, а выход является вторым выходом вычислителя 6. The calculator 6 contains a group of n triggers 12, where n is the number of sectors of the first electrical contact 4 of the vibration sensor, the first 13, second 14 and third 15 elements And, inverter 16, pulse generator 17, differentiating circuit 18, pulse counter 19, multiplier 20, divider 21 , the setpoint 22 constant value and the button 23 "Setting 0". Moreover, the information inputs of the triggers 12 are connected to the corresponding inputs of the first group of inputs of the calculator 6, the second input of which through the inverter 16 is connected to the input of the differentiating circuit 18 and the first input of the second element And 14, the second input of which is connected to the output of the pulse generator 17, and the output with the information input counter 19. The inputs of the zeroing of the triggers 12 and the counter 19 pulses are combined and through the button 23 "Set 0" are connected to the plus bus of the power supply 11. The direct outputs of the triggers 12 are the corresponding outputs of the first group of outputs of the calculator 6, and the inverse outputs are connected by the corresponding inputs of the group n of inputs of the first element And 13, the output of which is connected to the third input of the second element And 14 and the second input of the third element And 15, the first input of which is connected to the output of the differentiating circuit 18, and the output with the zeroing input of the pulse counter 19, the output of which is connected to the first input of the divider 21, the second input of which is connected to the output of the setter 22 of a constant value, and the output is Xia the second output of the calculator 6.

Количество секторов первого электроконтакта 4 выбирается в зависимости от необходимой точности определения направления перегрузки. Чем больше количество секторов, тем выше точность. Минимальная величина сектора определяется возможностями технологии изготовления с учетом обеспечения надежного контакта шарика. The number of sectors of the first electrical contact 4 is selected depending on the required accuracy of determining the direction of the overload. The larger the number of sectors, the higher the accuracy. The minimum size of the sector is determined by the capabilities of manufacturing technology, taking into account reliable contact of the ball.

Вибрационный датчик работает следующим образом. The vibration sensor operates as follows.

Вибрационный датчик устанавливают на объект контроля (не показано). A vibration sensor is mounted on a test object (not shown).

До воздействия линейной пеpегрузки инерционный элемент 3 в виде электропроводного шарика замыкает между собой центральный 9 и кольцевой 10 электроконтакты, что приводит к появлению сигнала на входе инвертора 16, в результате этого на входе дифференцирующей цепи 18 и на первом входе второго элемента И 14 сигнал отсутствует. Кнопкой 23 "Установка 0" устанавливают счетчик 19 импульсов и группу из n триггеров 12 в исходное состояние путем подачи сигнала с плюсовой шины 11 на входы обнуления триггеров 12. Prior to linear overload, an inertial element 3 in the form of a conductive ball closes the central 9 and ring 10 electrical contacts between each other, which leads to the appearance of a signal at the input of inverter 16, as a result of which there is no signal at the input of the differentiating circuit 18 and at the first input of the second element And 14. Button 23 "Setting 0" sets the counter 19 pulses and a group of n flip-flops 12 in the initial state by applying a signal from the plus bus 11 to the inputs of zeroing triggers 12.

В результате этого на счетчике импульсов будут "нулевые" показания, на прямых выходах триггеров 12 сигнал будет отсутствовать, что приведет к отсутствию свечения светодиодов индикатора 7 направления перегрузки. На инверсных выходах триггеров 12 будет единичный сигнал, что приведет к появлению сигнала на третьем входе второго элемента И 14 и втором входе третьего элемента И 15. Таким образом, в исходном состоянии до воздействия линейной перегрузки, свечение светодиодов индикатора 7 направления перегрузки отсутствует, также отсутствует сигнал на входе дифференцирующей цепи 18 и на первом входе второго элемента И 14, а разрешающий сигнал подается на третий вход второго элемента И 14 и на второй вход третьего элемента И 15. As a result of this, there will be "zero" readings on the pulse counter, there will be no signal at the direct outputs of the triggers 12, which will lead to the absence of the glow of the LEDs of the overload direction indicator 7. There will be a single signal at the inverted outputs of the triggers 12, which will lead to the appearance of a signal at the third input of the second element And 14 and the second input of the third element And 15. Thus, in the initial state before the linear overload, the LEDs of the overload direction indicator 7 are absent, also absent the signal at the input of the differentiating circuit 18 and at the first input of the second element And 14, and the enable signal is fed to the third input of the second element And 14 and to the second input of the third element And 15.

Под воздействием перегрузки инерционный элемент 3 в виде электропроводного шарика будет перемещаться в сторону одного из секторов первого электроконтакта 4, что приведет к размыканию центрального 9 и кольцевого 10 электроконтактов и отсутствию сигнала на входе инвертора 16. На выходе инвертора 16 появится сигнал, который одновременно поступает на вход дифференцирующей цепи 18 и на первый вход второго элемента И 14. С выхода дифференцирующей цепи 18 сигнал через третий элемент И 15 поступает на вход обнуления счетчика 13 импульсов, на информационный вход которого поступает сигнал с генератора 17 импульсов через второй элемент И 14. Under the influence of overload, the inertial element 3 in the form of an electrically conductive ball will move towards one of the sectors of the first electrical contact 4, which will lead to the opening of the central 9 and ring 10 electrical contacts and the absence of a signal at the input of the inverter 16. A signal will appear at the output of the inverter 16, which simultaneously arrives at the input of the differentiating circuit 18 and to the first input of the second element And 14. From the output of the differentiating circuit 18, the signal through the third element And 15 is fed to the input of zeroing the counter 13 pulses, information the input of which receives a signal from the generator 17 pulses through the second element And 14.

Сигнал на информационный вход счетчика 19 импульсов перестанет поступать в момент замыкания электропроводным шариком второго 5 и одного из секторов первого 4 электроконтактов. В этот момент времени на первый вход соответствующего триггера 12 поступает сигнал с одного из секторов первого электроконтакта 4, под действием которого на прямом выходе появится сигнал, приводящий к свечению соответствующего светодиода индикатора 7 направления перегрузки, а с инверсного выхода сигнал снимается. Отсутствие сигнала на инверсном выходе соответствующего триггера 12, определяющего сектор первого электроконтакта 4, приведет к снятию сигнала с третьего входа второго элемента И 14. The signal at the information input of the counter 19 pulses will cease to arrive at the moment of closure of the second 5 and one of the sectors of the first 4 electrical contacts by the electrically conductive ball. At this point in time, a signal from one of the sectors of the first electrical contact 4 is received at the first input of the corresponding trigger 12, under the action of which a signal appears on the direct output, which causes the corresponding LED of the overload direction indicator 7 to glow, and the signal is removed from the inverse output. The absence of a signal at the inverse output of the corresponding trigger 12, which determines the sector of the first electrical contact 4, will lead to the removal of the signal from the third input of the second element And 14.

Таким образом, на счетчике 19 импульсов окажется записан временной интервал t, определяющий скорость движения инерционного элемента 3 в виде электропроводного шарика. Данный сигнал, пропорциональный t, поступает на первый и второй входы умножителя 20, с выхода которого сигнал, пропорциональный t², поступает на первый вход делителя 21, на второй вход которого с задатчика 22 постоянной величины поступает сигнал, пропорциональный

С выхода делителя 21 на индикатор 8 перегрузки поступает сигнал перегрузки, пропорциональный величине

.Thus, on the counter 19 pulses will be recorded time interval t, which determines the speed of the inertial element 3 in the form of an electrically conductive ball. This signal, proportional to t, is fed to the first and second inputs of the multiplier 20, from the output of which a signal proportional to t ² is fed to the first input of the divider 21, to the second input of which a proportional signal is supplied from the constant adjuster 22

From the output of the divider 21 to the overload indicator 8 receives an overload signal proportional to

.

При снятии линейной перегрузки инерционный элемент 3 под действием собственного веса возвращается в исходное состояние и после нажатия кнопки "Установка 0" данное устройство будет готово к следующему измерению. Применение предлагаемого устройства позволяет расширить эксплуатационные возможности вибрационного датчика за счет определения наряду с пороговым значением перегрузки и ее величины и направления. When removing the linear overload, the inertial element 3 under the action of its own weight returns to its original state and after pressing the "Set 0" button, this device will be ready for the next measurement. The application of the proposed device allows you to expand the operational capabilities of the vibration sensor by determining along with the threshold value of the overload and its magnitude and direction.

Claims

1. VIBRATION SENSOR, comprising a non-magnetic cone-shaped body with a cover located at the top of the body, an inertial element made in the form of an electrically conductive ball, the first electrical contact made in the form of a truncated hollow cone mounted on the housing cover, the second electrical contact made in the form of a hollow cone placed along the side surface of the housing so that its base faces the lower base of the truncated cone of the first electrical contact and parallel to it, characterized in that, in order to expand the exploitation tation capabilities by providing determination along with the threshold value of the overload and its current value and direction, it is equipped with a calculator, an indicator of the direction of the overload, an indicator of the magnitude of the overload, the central and ring electrical contacts isolated between each other, the central electrical contact is located at the top of the cone of the second electrical contact and is isolated from it, the ring the electrical contact around the perimeter of the top of the cone of the second electrical contact and is isolated from it, the first electrical contact is made in the form of an insulator sectors, the conclusions of which form the first group of outputs of the sensor, the second output of which is the output of the ring electrical contact, the central and second electrical contacts are connected to the positive output of the power source, the first group of inputs and the second input of the calculator are connected respectively to the first group of outputs and the second output of the sensor , the first group of outputs of the calculator is connected to the group of inputs of the indicator of the direction of overload, the second output with the input of the indicator of overload.

2. The sensor according to claim 1, characterized in that the computer contains a group of n triggers, where n is the number of sectors of the first electrical contact of the vibration sensor, the first, second and third elements And, inverter, pulse generator, differentiating circuit, pulse counter, multiplier, divider , a constant value controller and the "Set O" button, moreover, the information inputs of the triggers are connected to the corresponding inputs of the first group of inputs of the calculator, the second input of which through an inverter is connected to the input of the differentiating circuit and the first input of the second element And, the second input of which is connected to the output of the pulse generator, and the output with the information input of the counter, the zeroing inputs of the triggers and the pulse counter are combined and connected to the plus bus of the power source via the "Set O" button, the direct outputs of the triggers are the corresponding outputs of the first group of outputs of the calculator and the inverse outputs are connected to the corresponding inputs of the group of n inputs of the first element And, the input of the second is connected to the third input of the second element And and the second input of the third element And, the first input which is connected to the output of the differentiating circuit, and the output with the zeroing input of the pulse counter, the output of which is connected to the first and second inputs of the multiplier, the output of which is connected to the first input of the divider, the second input of which is connected to the output of the constant-frequency setter, and the output is the second output of the calculator.