RU2146806C1 - Gear to measure vibration displacement - Google Patents
Gear to measure vibration displacement Download PDFInfo
- Publication number
- RU2146806C1 RU2146806C1 RU99110849A RU99110849A RU2146806C1 RU 2146806 C1 RU2146806 C1 RU 2146806C1 RU 99110849 A RU99110849 A RU 99110849A RU 99110849 A RU99110849 A RU 99110849A RU 2146806 C1 RU2146806 C1 RU 2146806C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- pass filter
- amplifier
- output
- vibration
- integrator
- Prior art date
Links
Landscapes
- Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к виброизмерительной технике и может быть использовано для измерения вибрации, контроля и диагностики роторного оборудования. The invention relates to a vibration measuring technique and can be used to measure vibration, control and diagnosis of rotary equipment.
Известно устройство для измерения параметров вибрации, а именно для измерения виброперемещений, содержащее два измерительных преобразователя, например вихретокового типа, установленных вблизи ротора соосно и диаметрально противоположно, выходы преобразователей соединены с входами сумматора, выход которого соединен с формирователем зоны нечувствительности, на второй и третий входы которого подается опорное напряжение. Устройство также содержит аналоговый ключ, управляющий вход которого соединен с выходом формирователя зоны нечувствительности, а информационный вход - с выходом первого преобразователя, выход аналогового ключа через блок выборки-хранения соединен со входом регистратора (Авторское свидетельство СССР N 1631309, кл. G 01 H 1/00, 1991). A device for measuring vibration parameters, namely for measuring vibrations, containing two measuring transducers, for example, eddy current type, installed near the rotor coaxially and diametrically opposite, the outputs of the transducers are connected to the inputs of the adder, the output of which is connected to the shaper of the dead band, to the second and third inputs which is supplied with a reference voltage. The device also contains an analog key, the control input of which is connected to the output of the deadband former, and the information input is connected to the output of the first converter, the analog key output is connected to the recorder input through the sampling and storage unit (USSR Author's Certificate N 1631309, class G 01 H 1 / 00, 1991).
Недостатком известного устройства является то, что оно имеет ограниченное применение, так как для установки преобразователей требуются неподвижные опоры, расположенные близко от вращающегося ротора. A disadvantage of the known device is that it has limited application, since the installation of the transducers requires fixed bearings located close to the rotating rotor.
Известно устройство для измерения параметров вибрации, а именно для вибродиагностики технического состояния механизма, содержащее последовательно соединенные вибропреобразователь, усилитель, блок полосовых фильтров, блок детекторов, блок интеграторов, многоканальный магнитофон, АЦП, арифметический блок, пороговый блок, логический блок и блок отображения, а также блок коммутации, первые и вторые входы которого соединены с выходами арифметического блока и логического блока, а выходы соединены с входами блока отображения (Патент РФ N 2049320, кл. G 01 M 7/00, 1995). A device for measuring vibration parameters, namely for vibration diagnostics of the technical condition of the mechanism, comprising a series-connected vibration transducer, amplifier, bandpass filter unit, detector unit, integrator unit, multi-channel tape recorder, ADC, arithmetic unit, threshold unit, logical unit and display unit, and also a switching unit, the first and second inputs of which are connected to the outputs of the arithmetic unit and the logical unit, and the outputs are connected to the inputs of the display unit (RF Patent N 204932 0, CL G 01 M 7/00, 1995).
Недостатком известного устройства является отсутствие возможности производить измерения низкочастотных виброперемещений низкого уровня при наличии ударных воздействий вследствие относительно малого динамического диапазона устройства. A disadvantage of the known device is the inability to measure low-frequency low level vibratory displacements in the presence of shock due to the relatively small dynamic range of the device.
Известно устройство для измерения виброперемещений, содержащее вибропреобразователь, фильтр нижних частот, первый и второй интеграторы, первый и второй усилители, первый фильтр верхних частот, детектор среднеквадратичного сигнала, первый аналого-цифровой преобразователь и блок индикации (Патент РФ N 2098777, кл. G 011 H 1/00, 1997). A device for measuring vibrations containing a vibration transducer, a low-pass filter, first and second integrators, first and second amplifiers, a first high-pass filter, a rms signal detector, a first analog-to-digital converter and an indication unit (RF Patent N 2098777, class G 011 H 1/00, 1997).
По общности решаемой задачи и структурных признаков устройство для измерения виброперемещений по патенту N 2098777 выбрано в качестве ближайшего аналога (прототипа). By the generality of the problem being solved and structural features, the device for measuring vibration displacements according to patent N 2098777 is selected as the closest analogue (prototype).
Однако известное устройство имеет недостаточную чувствительность при измерении виброперемещений в низкочастотной области спектра, так как не осуществляется подавление собственных низкочастотных шумов устройства, которые значительно увеличиваются из-за наличия коммутатора на входе устройства. However, the known device has insufficient sensitivity when measuring vibrations in the low-frequency region of the spectrum, since it does not suppress the natural low-frequency noise of the device, which is significantly increased due to the presence of a switch at the input of the device.
Кроме того, устройство имеет ограниченные функциональные возможности вследствие отсутствия спектрального анализа измеренных виброперемещений. In addition, the device has limited functionality due to the lack of spectral analysis of the measured vibrations.
Техническим результатом является создание устройства для измерения виброперемещений, работоспособного при воздействии случайных ударов и обеспечивающего измерение контактным методом низкочастотных виброперемещений малого уровня. The technical result is the creation of a device for measuring vibration displacements, operable when exposed to random shocks and providing a contact method for measuring low-frequency low-level vibro displacements.
Кроме того, устройство обеспечивает возможность проведения спектрального анализа измеренных виброперемещений, что повышает достоверность контроля и диагностики, например, роторного оборудования. In addition, the device provides the possibility of spectral analysis of the measured vibration displacements, which increases the reliability of monitoring and diagnostics, for example, rotary equipment.
Сущность изобретения заключается в том, что усовершенствуется устройство для измерения виброперемещений, содержащее вибропреобразователь, фильтр нижних частот (ФНЧ), два интегратора, два усилителя, фильтр верхних частот (ФВЧ), детектор среднеквадратичного сигнала, аналого-цифровой преобразователь (АЦП) и блок индикации. The essence of the invention lies in the fact that the improved device for measuring vibrations, containing a vibration transducer, a low-pass filter (low-pass filter), two integrators, two amplifiers, a high-pass filter (high-pass), a rms signal detector, analog-to-digital converter (ADC) and an indication unit .
Отличительными признаками устройства являются введение третьего усилителя, второго и третьего ФВЧ, второго АЦП, анализатора спектра и блока отображения, причем выход вибропреобразователя через последовательно соединенные третий усилитель, ФНЧ, второй ФВЧ, первый интегратор, первый усилитель, третий ФВЧ, второй интегратор и первый ФВЧ соединен со входом второго усилителя, выход которого соединен с входом детектора среднеквадратичного сигнала, выход которого через первый АЦП соединен с входом блока индикации, выход второго усилителя через второй АЦП соединен также с входом анализатора спектра, выход которого соединен с входом блока отображения. Distinctive features of the device are the introduction of a third amplifier, a second and third high-pass filter, a second ADC, a spectrum analyzer and a display unit, and the output of the vibration transducer through a third amplifier, low-pass filter, a second high-pass filter, a first integrator, a first amplifier, a third high-pass filter, a second integrator and a first high-pass filter connected to the input of the second amplifier, the output of which is connected to the input of the rms signal detector, the output of which through the first ADC is connected to the input of the display unit, the output of the second amplifier is ithout second ADC is also connected to the input of the spectrum analyzer whose output is connected to the input of the display unit.
Вибропреобразователь выполнен в виде акселерометра, выбранного из условия, что его амплитудная характеристика имеет линейный участок, превышающий максимальные амплитуды случайных ударных воздействий, а его амплитудно-частотная характеристика имеет равномерный участок, который превышает третью гармонику частоты ударных воздействий. The vibration transducer is made in the form of an accelerometer selected from the condition that its amplitude characteristic has a linear section that exceeds the maximum amplitudes of random impacts, and its amplitude-frequency characteristic has a uniform section that exceeds the third harmonic of the frequency of impacts.
Второй и третий ФВЧ на входах соответственно первого и второго интеграторов выполнены с линейной фазово-частотной характеристикой, а первый ФВЧ на выходе второго интегратора выполнен с максимальным коэффициентом затухания в полосе задержания. The second and third high-pass filters at the inputs of the first and second integrators, respectively, are made with a linear phase-frequency characteristic, and the first high-pass filter at the output of the second integrator is made with a maximum attenuation coefficient in the delay band.
На чертеже приведена функционально-структурная схема устройства для измерения виброперемещений. The drawing shows a functional structural diagram of a device for measuring vibration displacements.
Устройство для измерения виброперемещений содержит вибропреобразователь 1, ФНЧ 2, первый и второй интеграторы 3 и 5, первый, второй и третий усилители 4, 7 и 11, первый, второй и третий ФВЧ 6, 12 и 13, детектор 8 среднеквадратичного сигнала, первый и второй АЦП 9 и 14, блок 10 индикации, анализатор 15 спектра и блок 16 отображения. A device for measuring vibrations contains a vibration transducer 1, low-pass filter 2, first and second integrators 3 and 5, first, second and third amplifiers 4, 7 and 11, first, second and third high-pass filters 6, 12 and 13, a detector 8 rms signal, the first and the second ADC 9 and 14, the display unit 10, the spectrum analyzer 15 and the display unit 16.
В устройстве для измерения виброперемещений выход вибропреобразователя 1 через последовательно соединенные третий усилитель 11, ФНЧ 2, второй ФВЧ 12, первый интегратор 3, первый усилитель 4, третий ФВЧ 13, второй интегратор 5 и первый ФВЧ 6 соединен со входом второго усилителя 7. Выход второго усилителя 7 соединен с входом детектора 8 среднеквадратичного сигнала, выход которого через первый АЦП 9 соединен с входом блока 10 индикации. Выход второго усилителя 7 соединен также через второй АЦП 14 с входом анализатора 15 спектра, выход которого соединен с входом блока 16 отображения. In the device for measuring vibration displacement, the output of the vibration transducer 1 through series-connected third amplifier 11, the low-pass filter 2, the second high-pass filter 12, the first integrator 3, the first amplifier 4, the third high-pass filter 13, the second integrator 5 and the first high-pass filter 6 is connected to the input of the second amplifier 7. The output of the second amplifier 7 is connected to the input of the detector 8 of the rms signal, the output of which through the first ADC 9 is connected to the input of the display unit 10. The output of the second amplifier 7 is also connected through the second ADC 14 to the input of the spectrum analyzer 15, the output of which is connected to the input of the display unit 16.
Устройство для измерения виброперемещений работает следующим образом. A device for measuring vibrations works as follows.
Вибропреобразователь 1 устанавливается на контролируемый объект. Сигнал с вибропреобразователя 1, содержащий информацию о воздействующих на объект вибрационных и ударных ускорениях, поступает на усилитель 11, где производится его усиление до требуемого для дальнейшей обработки уровня. Сигнал с выхода усилителя 11 фильтруется в требуемой полосе частот фильтром 2 нижних частот (ФНЧ) и фильтром 12 верхних частот (ФВЧ), а затем преобразуется первым интегратором 3 в сигнал, пропорциональный виброскорости контролируемого объекта. Vibration transducer 1 is installed on a controlled object. The signal from the vibration transducer 1, containing information about the vibration and shock accelerations acting on the object, is fed to the amplifier 11, where it is amplified to the level required for further processing. The signal from the output of the amplifier 11 is filtered in the required frequency band by a low-pass filter 2 (low-pass filter) and a high-pass filter (high-pass filter) 12, and then the first integrator 3 is converted into a signal proportional to the vibration velocity of the controlled object.
Этот сигнал усиливается усилителем 4, фильтруется ФВЧ 13 и поступает на вход второго интегратора 5. Сигнал с выхода интегратора 5, пропорциональный виброперемещению контролируемого объекта, фильтруется ФВЧ 6 и усиливается усилителем 7 до заданного номинального значения. This signal is amplified by the amplifier 4, filtered by the high-pass filter 13 and fed to the input of the second integrator 5. The signal from the output of the integrator 5, proportional to the vibrational displacement of the controlled object, is filtered by the high-pass filter 6 and amplified by the amplifier 7 to the specified nominal value.
Коэффициент усиления усилителя 7 регулируется до требуемой величины по результатам сквозной градуировки устройства, при которой вибропреобразователь 1 подвергается виброперемещениям синусоидальной формы, амплитуда которых известна с высокой точностью. The gain of the amplifier 7 is adjusted to the required value according to the results of the through calibration of the device, in which the vibration transducer 1 undergoes sinusoidal vibrations, the amplitude of which is known with high accuracy.
Сигнал с выхода усилителя 7 поступает на вход детектора 8 среднеквадратичного сигнала, который обеспечивает общую оценку вибрационного нагружения объекта. Сигнал с выхода детектора 8 преобразуется в цифровую форму в АЦП 9 и регистрируется блоком 10 индикации. The signal from the output of the amplifier 7 is fed to the input of the detector 8 rms signal, which provides an overall assessment of the vibrational loading of the object. The signal from the output of the detector 8 is converted to digital form in the ADC 9 and is recorded by the display unit 10.
Сигнал с выхода усилителя 7 через АЦП 14 поступает также на вход анализатора 15 спектра, который обеспечивает определение амплитуды каждой из гармоник колебаний, что позволяет правильно оценить степень влияния различных факторов, вызывающих виброперемещения исследуемого объекта. С выхода анализатора 15 спектра информация передается в блок 16 отображения. The signal from the output of the amplifier 7 through the ADC 14 also enters the input of the spectrum analyzer 15, which provides the determination of the amplitude of each of the harmonic oscillations, which allows you to correctly assess the degree of influence of various factors causing vibration displacement of the investigated object. From the output of the spectrum analyzer 15, information is transmitted to the display unit 16.
Двойная амплитуда виброперемещений Апер [мм] связана с амплитудой виброускорений ауск [g] и частотой f [Гц] соотношением
Aпер = 250 aуск/f2.The double amplitude of vibration displacements A per [mm] is associated with the amplitude of vibration accelerations a accele [g] and frequency f [Hz] by the ratio
A lane = 250 a accele / f 2 .
Возможность измерения низкочастотных виброперемещений при использовании акселерометрического вибропреобразователя ограничена резким уменьшением уровня выходного сигнала при уменьшении частоты. Например, на частоте 1 Гц при опасных для объекта значениях амплитуды виброперемещений на уровне 0,1 мм амплитуда виброускорений не превышает 5•10-4 g, что находится на уровне шумов вибропреобразователя. В то же время сигналы помех (амплитуды виброускорений на высоких частотах от ударных воздействий) могут на несколько порядков превышать измеряемый низкочастотный сигнал.The ability to measure low-frequency vibrations when using an accelerometer vibration transducer is limited by a sharp decrease in the level of the output signal with a decrease in frequency. For example, at a frequency of 1 Hz, when the values of the vibration displacement amplitude are dangerous for the object at a level of 0.1 mm, the amplitude of vibration acceleration does not exceed 5 • 10 -4 g, which is at the noise level of the vibration transducer. At the same time, interference signals (amplitudes of vibration acceleration at high frequencies from impacts) can exceed the measured low-frequency signal by several orders of magnitude.
Для обеспечения достоверного измерения низкоуровневых низкочастотных сигналов на фоне сигналов высокого уровня случайных высокочастотных помех необходимо, чтобы амплитудные характеристики акселерометрического вибропреобразователя 1 и интеграторов 3 и 5 имели бы линейные участки, превышающие максимальные амплитуды случайных ударных воздействий, а их амплитудно-частотные характеристики имели бы равномерные участки, превышающие третью гармонику частоты ударных воздействий. To ensure reliable measurement of low-level low-frequency signals against a background of high-level signals of random high-frequency interference, it is necessary that the amplitude characteristics of the accelerometer vibration transducer 1 and integrators 3 and 5 have linear sections that exceed the maximum amplitudes of random impacts, and their amplitude-frequency characteristics have uniform sections exceeding the third harmonic of the shock frequency.
Кроме того, ФВЧ 12 и ФВЧ 13 на входах соответственно первого и второго интеграторов 3 и 5 выполнены как фильтры Бесселя, обладающими оптимальными переходными характеристиками, что является следствием линейности их фазочастотных характеристик. In addition, the high-pass filter 12 and high-pass filter 13 at the inputs of the first and second integrators 3 and 5, respectively, are made as Bessel filters with optimal transient characteristics, which is a consequence of the linearity of their phase-frequency characteristics.
ФВЧ 6 на выходе второго интегратора 5 выполнен как фильтр Чебышева с максимальным коэффициентом затухания в полосе задержания. The HPF 6 at the output of the second integrator 5 is designed as a Chebyshev filter with a maximum attenuation coefficient in the delay band.
Предложенное устройство для измерения виброперемещений обеспечивает измерение контактным методом низкочастотных (0,8 - 200 Гц) виброперемещений малого (0,01 - 0,1 мм) уровня, работоспособного при воздействии случайных ударов, а также позволяет измерять как интегральную интенсивность вибрационного нагружения объекта, так и проведение спектрального анализа измеренных виброперемещений, что обуславливает его большую практическую значимость. The proposed device for measuring vibration displacements provides a contact method for measuring low-frequency (0.8 - 200 Hz) vibration displacements of a small (0.01 - 0.1 mm) level that is operable under the influence of random shocks, and also allows measuring both the integral intensity of the object’s vibration loading, and spectral analysis of the measured vibration displacements, which leads to its great practical significance.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU99110849A RU2146806C1 (en) | 1999-05-21 | 1999-05-21 | Gear to measure vibration displacement |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU99110849A RU2146806C1 (en) | 1999-05-21 | 1999-05-21 | Gear to measure vibration displacement |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2146806C1 true RU2146806C1 (en) | 2000-03-20 |
Family
ID=20220264
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU99110849A RU2146806C1 (en) | 1999-05-21 | 1999-05-21 | Gear to measure vibration displacement |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2146806C1 (en) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2536097C1 (en) * | 2013-06-04 | 2014-12-20 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" | Vibration meter |
| RU2724965C1 (en) * | 2020-01-22 | 2020-06-29 | Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственная фирма "ВИБРОН" | Absolute vibration displacement sensor |
| RU2754243C1 (en) * | 2020-12-09 | 2021-08-30 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом") | Vibration meter |
| US11660049B2 (en) | 2015-12-22 | 2023-05-30 | The University Of Sheffield | Apparatus and methods for determining force applied to the tip of a probe |
-
1999
- 1999-05-21 RU RU99110849A patent/RU2146806C1/en active
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2536097C1 (en) * | 2013-06-04 | 2014-12-20 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" | Vibration meter |
| US11660049B2 (en) | 2015-12-22 | 2023-05-30 | The University Of Sheffield | Apparatus and methods for determining force applied to the tip of a probe |
| RU2724965C1 (en) * | 2020-01-22 | 2020-06-29 | Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственная фирма "ВИБРОН" | Absolute vibration displacement sensor |
| RU2754243C1 (en) * | 2020-12-09 | 2021-08-30 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом") | Vibration meter |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2562911C1 (en) | Device and method of registration of conducting particles in liquid | |
| US6684700B1 (en) | Stress wave sensor | |
| Katalin | Studying noise measurement and analysis | |
| RU2146806C1 (en) | Gear to measure vibration displacement | |
| US5432442A (en) | Speed sensor including output signal proportional to air gap size | |
| RU130705U1 (en) | DEVICE FOR MEASURING ABSOLUTE VIBRATIONS | |
| US3355933A (en) | Resonance vibration testing apparatus | |
| Szary et al. | Signal conditioning perspectives on pyroshock measurement systems | |
| SU1065789A1 (en) | Electrical machine air gap eccentricity indirect determination method | |
| Fralich | Experimental Investigation of Effects of Random Loading on the Fatigue Life of Notched Cantilever-Beam Specimens of 7075-T6 Aluminum Alloy | |
| Ball et al. | The effect of noise when deriving signals from accelerometers | |
| RU137977U1 (en) | DEVICE FOR ACOUND NOISE SIGNALS CONTROL | |
| JPH0472182B2 (en) | ||
| SU1552044A1 (en) | Method of diagnosis of condition of friction pair | |
| Dibble et al. | Frequency response characterization of current meters | |
| SU1485172A1 (en) | Method and apparatus for acoustic logging | |
| EP1390736A1 (en) | Multi-function stress wave sensor | |
| SU943549A1 (en) | Method and device for checking rolling bearing condition | |
| Rasmussen | Measurement of impulsive noise | |
| SU1767377A1 (en) | Device for roller bearing diagnostics | |
| SU905649A1 (en) | Device for automatic measuring of damping factor and natural frequency of flow rate and flow density vibration frequency converters | |
| RU2526508C1 (en) | Method to assess dynamic characteristics of angular speed sensors | |
| SU794455A1 (en) | Method and device for magnetic noise structuroscopy | |
| SU925717A1 (en) | Device for measuring parameters of braking process of wheeled vehicle | |
| Randall | Vibration measurement instrumentation |