RU2189566C2 - Device for measurement of instantaneous mechanical vibration power - Google Patents
Device for measurement of instantaneous mechanical vibration power Download PDFInfo
- Publication number
- RU2189566C2 RU2189566C2 RU2000119330A RU2000119330A RU2189566C2 RU 2189566 C2 RU2189566 C2 RU 2189566C2 RU 2000119330 A RU2000119330 A RU 2000119330A RU 2000119330 A RU2000119330 A RU 2000119330A RU 2189566 C2 RU2189566 C2 RU 2189566C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- multiplier
- amplifier
- output
- power
- measurement
- Prior art date
Links
Landscapes
- Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к виброакустической диагностике, а именно к конструкции устройств для измерения мгновенной колебательной мощности. The invention relates to vibro-acoustic diagnostics, and in particular to the design of devices for measuring instantaneous vibrational power.
В вибрационных исследованиях большое значение имеет измерение колебательной мощности, что определяет необходимость развивать точные методы измерения мгновенной колебательной мощности в выбранных точках объекта диагностирования. Эти методы позволяют дать простую и наглядную оценку мощности излучаемой системой; помогают определить утечку колебательной энергии в опоры, т. е. демпфирующие свойства опор; уточнить критерии виброзащиты. На практике колебательную мощность в отдельной точке определяют через приложенную силу и виброскорость в этой точке. In vibrational studies, measurement of vibrational power is of great importance, which determines the need to develop accurate methods for measuring instantaneous vibrational power at selected points of the diagnostic object. These methods allow you to give a simple and clear assessment of the power emitted by the system; help determine the leakage of vibrational energy into the supports, i.e., the damping properties of the supports; clarify vibration protection criteria. In practice, the vibrational power at a single point is determined through the applied force and vibration velocity at this point.
Известно устройство измерения колебательной мощности [1, стр. 185]. В этом устройстве используются датчики силы и скорости, а измеритель имеет соответственно два канала. В канал силы сигнал может поступать с одного или двух датчиков силы. В устройстве с двумя датчиками используется фазовращатель на 180o и суммирующее устройство. В канал скорости сигнал возможно подавать с датчика ускорения, при этом используется интегратор с целью преобразования сигнала ускорения в сигнал скорости. Далее сигналы силы и скорости через предварительные усилители поступают на двухканальный анализатор типа 2032/34 фирмы "Брюль и Къер" либо на ЭВМ, где перемножаются и определяется колебательная мощность.A device for measuring vibrational power [1, p. 185]. This device uses force and speed sensors, and the meter has two channels, respectively. The signal can come to the force channel from one or two force sensors. The device with two sensors uses a 180 o phase shifter and a summing device. It is possible to send a signal to the speed channel from the acceleration sensor, while an integrator is used to convert the acceleration signal to a speed signal. Further, the signals of force and speed through the preamplifiers are fed to a two-channel analyzer type 2032/34 from Bruhl and Kjъr or to a computer, where the vibrational power is multiplied and determined.
Наиболее близким к заявляемому является устройство для измерения мгновенной мощности, основанное на применении двух датчиков в каждом направлении: датчика ускорения и датчика силы [2, стр. 327]. В схеме измерения присутствуют предусилители, синхронные фильтры, интегрирующий усилитель (интегрирует ускорение до скорости), измерители напряжения и умножитель. Closest to the claimed is a device for measuring instantaneous power, based on the use of two sensors in each direction: an acceleration sensor and a force sensor [2, p. 327]. The measurement circuit contains preamplifiers, synchronous filters, an integrating amplifier (integrates acceleration to speed), voltage meters and a multiplier.
Известные устройства в любом случае предполагают в схеме измерения наличие двух датчиков, которые составляют основу стоимости канала измерения. Датчики необходимо совместно калибровать и проводить их синхронизацию. Измерения проводятся только в направлении крепежа, что не всегда возможно на реальном объекте. Наличие двух датчиков не позволяет измерять мощность в одной точке, этим обусловлена низкая достоверность измерений. Все эти недостатки приводят к тому, что измерения колебательной мощности реально не используются в вибродиагностике или используется среднее интегральное значение мощности. In any case, the known devices assume in the measurement scheme the presence of two sensors, which form the basis of the cost of the measurement channel. The sensors must be calibrated together and synchronized. Measurements are carried out only in the direction of the fastener, which is not always possible on a real object. The presence of two sensors does not allow measuring the power at one point, this is due to the low reliability of the measurements. All these shortcomings lead to the fact that vibrational power measurements are not actually used in vibration diagnostics or the average integral power value is used.
Целью предлагаемого изобретения является точный замер мгновенной колебательной мощности в необходимых точках диагностируемого объекта в различных направлениях с уменьшением числа каналов измерения и количества датчиков. The aim of the invention is the accurate measurement of instantaneous oscillatory power at the required points of the diagnosed object in various directions with a decrease in the number of measurement channels and the number of sensors.
Указанная цель достигается тем, что устройство для измерения мгновенной мощности механических колебаний, содержащее по каждому заданному направлению последовательно соединенные предварительный усилитель, интегратор, умножитель, выход которого подключен к одному из входов вычислителя, согласно изобретению по каждому выбранному направлению снабжено датчиком виброускорения и масштабным усилителем, выход датчика виброускорения подключен ко входу предварительного усилителя, к выходу предварительного усилителя подключен масштабный усилитель, выход которого подключен ко второму входу умножителя, а к остальным входам вычислителя подключены выходы умножителей по остальным направлениям. This goal is achieved by the fact that the device for measuring the instantaneous power of mechanical vibrations, containing in each given direction a series-connected pre-amplifier, integrator, multiplier, the output of which is connected to one of the inputs of the calculator, according to the invention, for each selected direction is equipped with a vibration acceleration sensor and a scale amplifier, the output of the vibration acceleration sensor is connected to the input of the pre-amplifier, a large-scale ilitel whose output is connected to the second input of the multiplier, and to the remaining inputs of the calculator are connected outputs of the multipliers in the other directions.
Также указанная цель может достигаться тем, что устройство для измерения мгновенной мощности механических колебаний, содержащее по каждому заданному направлению последовательно соединенные датчик виброскорости и предварительный усилитель, а также умножитель, выход которого подключен к одному из входов вычислителя, согласно изобретению снабжено по каждому направлению масштабным усилителем и дифференцирующим звеном, включенным между выходом предварительного усилителя и первым входом умножителя, к выходу предварительного усилителя подключен также масштабный усилитель, выход которого подключен ко второму входу умножителя, а на остальные входы вычислителя подключены выходы умножителей по остальным направлениям. Also, this goal can be achieved by the fact that the device for measuring the instantaneous power of mechanical vibrations, containing in each given direction a serially connected vibration velocity sensor and a preliminary amplifier, as well as a multiplier, the output of which is connected to one of the inputs of the calculator, according to the invention is equipped with a scale amplifier in each direction and a differentiating element connected between the output of the pre-amplifier and the first input of the multiplier, to the output of the pre-amplifier a large-scale amplifier is also connected, the output of which is connected to the second input of the multiplier, and the outputs of the multipliers in other directions are connected to the remaining inputs of the calculator.
Исключение датчика силы, сигнал с которого подавался на вход умножителя, и подача сигнала с предварительного усилителя обеспечивает возможность более точного измерения мгновенной мощности механических колебаний в точке и более точное определение ее величины в заданном направлении. The exception of the force sensor, the signal from which was fed to the input of the multiplier, and the signal from the preamplifier provides the ability to more accurately measure the instantaneous power of mechanical vibrations at a point and more accurately determine its value in a given direction.
Таким образом, предлагаемое устройство для измерения колебательной мощности основано на применении одного датчика, а именно датчика виброускорения или виброскорости. В одном направлении используется один датчик вместо двух. Схема измерения дана на чертеже. Устройство содержит установленные в выбранных точках на корпусе 1 исследуемого объекта по одному из заданных направлений датчик 2 виброускорения или виброскорости и далее последовательно соединенные предварительный усилитель 3, интегратор или, соответственно датчику, дифференцирующее звено 4, умножитель 5. Выход умножителя 5 подключен к одному из входов (например, Nx) вычислителя 6. К выходу предварительного усилителя 3 подключен введенный в устройство масштабный усилитель 7, выход которого подключен ко второму входу умножителя 5. На другие входы вычислителя 6 подключены выходы умножителей 5 по остальным направлениям (например, Ny, Nz).Thus, the proposed device for measuring vibrational power is based on the use of a single sensor, namely a sensor of vibration acceleration or vibration velocity. One sensor is used in one direction instead of two. The measurement scheme is given in the drawing. The device contains installed at selected points on the housing 1 of the investigated object in one of the specified directions, the sensor 2 vibration acceleration or velocity and then connected in series pre-amplifier 3, an integrator or, respectively, a sensor, a differentiating element 4, a multiplier 5. The output of the multiplier 5 is connected to one of the inputs (e.g., N x) to the output of the calculator 6. The preamplifier 3 is connected to the device inputted scaling amplifier 7, whose output is connected to the second input of the multiplier 5. at the other inputs of the calculator 6 outputs of the multipliers 5 are connected in the other directions (e.g., N y, N z).
Устройство работает следующим образом: с датчика виброускорения или виброскорости 2 сигнал поступает на предварительный усилитель 3, далее сигнал разделяется, поступает на умножитель 5 двумя путями: через масштабный усилитель 7 (для домножения на приведенную массу) и через интегратор или дифференцирующее звено 4. Сигнал с умножителя поступает на вычислитель 6, где преобразуется в конкретное число. Все описанные операции можно организовать как аппаратно, так и на ЭВМ. The device operates as follows: from the vibration acceleration or velocity sensor 2, the signal is fed to the preamplifier 3, then the signal is separated, fed to the multiplier 5 in two ways: through the scale amplifier 7 (for multiplication by the reduced mass) and through the integrator or differentiating link 4. The signal with the multiplier goes to the calculator 6, where it is converted to a specific number. All the described operations can be organized both hardware and computer.
Широко используемые для анализа вибраций спектральные и фазовые характеристики, вибросмещения, виброскорости и виброускорения, применяемые по отдельности, не дают представления об энергии взаимодействия в исследуемом объекте. Анализ потоков энергии в системе позволит получить распределение этих потоков в пространстве по времени и частоте. Рассмотрение энергетических соотношений в данном случае необходимо вести через мгновенную мощность. Она позволяет дать простую и наглядную оценку виброакустической мощности, излучаемой системой; помогает определить утечку колебательной энергии в опоры, т. е. демпфирующие свойства опор; уточнить критерии виброзащиты. Суммарный поток колебательной энергии, или активную колебательную мощность, Na используют для вычисления эффективных частотных характеристик, которые несмотря на некоторую условность являются наиболее обоснованным результатом усреднения характеристик системы в отдельных точках [2].Widely used for vibration analysis, spectral and phase characteristics, vibration displacements, vibration velocities and vibration accelerations, used separately, do not give an idea of the interaction energy in the studied object. An analysis of the energy flows in the system will allow one to obtain the distribution of these flows in space in time and frequency. The consideration of energy ratios in this case must be carried out through instantaneous power. It allows you to give a simple and clear assessment of the vibro-acoustic power emitted by the system; helps to determine the leakage of vibrational energy into the supports, i.e., the damping properties of the supports; clarify vibration protection criteria. The total flow of vibrational energy, or active vibrational power, N a is used to calculate the effective frequency characteristics, which, despite some conventionality, are the most justified result of averaging the characteristics of the system at individual points [2].
Пусть за элементарный промежуток времени dt по направлению z под действием силы Fz происходит перемещение некоторой массы со скоростью Vz. Мгновенная мощность силы равна N(Fz)=FzVz,
где Fz, Vz - мгновенные значения силы и скорости в момент времени dt.Suppose that for an elementary period of time dt in the z direction, under the action of the force F z , a certain mass moves at a speed V z . The instantaneous power of the force is N (F z ) = F z V z ,
where F z , V z - instantaneous values of force and speed at time dt.
В случае вибрационного взаимодействия при рассмотрении мгновенной мощности для отдельной гармоники можно записать
где Fzм, Vzм - амплитуды силы и скорости вибрации по z для частоты ω.
Итак, мощность силы выразится следующим образом:
N(Fz) = FzVz = FzмVzмcosφ-FzмVzмcos(2ωt-φ).
Здесь первый член - постоянная составляющая мощности (активная мощность), второй - гармоническая составляющая с удвоенной частотой (реактивная мощность). Из вышесказанного следует, что мгновенная мощность положительна при совпадении знаков силы и скорости и отрицательна при разных знаках. При положительной мощности энергия передается по направлению z, а при отрицательной - в обратном направлении.In the case of vibrational interaction, when considering the instantaneous power for a single harmonic, we can write
where F zм , V zм - amplitudes of the force and velocity of vibration along z for frequency ω.
So, the power of force is expressed as follows:
N (F z ) = F z V z = F zm V zm cosφ-F zm V zm cos (2ωt-φ).
Here, the first term is the constant component of power (active power), the second is the harmonic component with double frequency (reactive power). It follows from the foregoing that instantaneous power is positive when the signs of force and speed coincide and negative for different signs. With a positive power, the energy is transmitted in the z direction, and with a negative power - in the opposite direction.
Мгновенная колебательная мощность получается на основе сигналов скорости и ускорения, снятых с корпуса механизма в необходимом направлении: передаваемая мгновенная мощность 
На основании вышесказанного имеется возможность применения одного датчика, а именно датчика ускорения или датчика виброскорости. В этом и заключается сущность предлагаемого устройства. Замеренный для одного направления сигнал с датчика 2 виброускорения или виброскорости поступает на предварительный усилитель 3. Далее двумя путями сигнал поступает на умножитель 5: через масштабный усилитель 7, который домножает сигнал на приведенную массу, и через интегратор 4 (если применяется датчик виброускорения) или дифференцирующее звено 4 (если применяется датчик виброскорости). Умножитель 5 перемножает сигналы, поступающие с интегратора или дифференцирующего звена 4 и с масштабного усилителя 7. Далее вычислитель 6 обрабатывает конечный сигнал, поступивший с умножителя, пропорциональный мгновенной колебательной мощности, и преобразует его в конкретное число. Таким образом, получается величина мгновенной колебательной мощности в одном направлении. Замеряя мощность в различных направлениях, с помощью вычислителя же возможно получать пространственное распределение потоков колебательной мощности. Такие элементы устройства, как интегратор или дифференцирующее звено, масштабный усилитель, умножитель и вычислитель, можно реализовать программно. В этом случае на электронную вычислительную машину (ЭВМ) подается сигнал с предварительного усилителя через аналогово-цифровой преобразователь (АЦП), записывается в память машины и обрабатывается по вышеназванной схеме.Instantaneous oscillatory power is obtained on the basis of speed and acceleration signals taken from the mechanism body in the necessary direction: transmitted instantaneous power
Based on the foregoing, it is possible to use one sensor, namely an acceleration sensor or a vibration velocity sensor. This is the essence of the proposed device. The signal measured for one direction from the vibration acceleration or velocity sensor 2 is fed to the preamplifier 3. Then, in two ways, the signal is sent to the multiplier 5: through a scale amplifier 7, which multiplies the signal by the reduced mass, and through the integrator 4 (if the vibration acceleration sensor is used) or differentiating link 4 (if a vibration velocity sensor is used). The multiplier 5 multiplies the signals coming from the integrator or differentiating element 4 and from the scale amplifier 7. Next, the calculator 6 processes the final signal received from the multiplier, proportional to the instantaneous oscillatory power, and converts it to a specific number. Thus, the instantaneous oscillatory power in one direction is obtained. By measuring power in various directions, it is possible to use the calculator to obtain the spatial distribution of vibrational power flows. Elements of the device, such as an integrator or a differentiating element, a large-scale amplifier, a multiplier, and a computer, can be implemented in software. In this case, the signal from the preamplifier through an analog-to-digital converter (ADC) is supplied to the electronic computer (computer), recorded in the machine's memory and processed according to the above scheme.
В выбранных точках корпуса исследуемого объекта 1 в необходимых для измерения направлениях устанавливаются датчики 2 виброускорения или виброскорости. Выходной сигнал с каждого датчика подается на вход предварительного усилителя 3, с выхода предварительного усилителя 3 сигнал подается на вход умножителя 5 двумя путями. Первый через масштабный усилитель 7 (для учета приведенной массы) на первый вход умножителя 5, а второй сначала на вход интегратора или соответственно датчика дифференцирующего звена 4, выход интегратора или дифференцирующего звена подключен ко второму входу умножителя 5. Выход умножителя подключен к входу вычислителя 6. Возможна непосредственная связь предварительного усилителя 3 с аналого-цифровым преобразователем (АЦП) и далее ЭВМ, в этом случае интегратор или дифференцирующее звено, масштабный усилитель, умножитель и вычислитель реализуются программно. АЦП передает в ЭВМ оцифрованный сигнал ускорения или скорости, который подлежит дальнейшей обработке: получение сигнала скорости (интегрирование при применении датчика виброускорения) или ускорения (дифференцирование при применении датчика виброскорости), перемножение скорости и ускорения, домножение на приведенную массу, получение мгновенной мощности по каждому интересующему направлению, получение пространственного распределения мгновенной мощности, путем учета мгновенной мощности, измеренной в различных направлениях. At selected points of the body of the investigated object 1 in the directions necessary for measurement, sensors 2 of vibration acceleration or vibration velocity are installed. The output signal from each sensor is fed to the input of the pre-amplifier 3, from the output of the pre-amplifier 3, the signal is fed to the input of the multiplier 5 in two ways. The first through a large-scale amplifier 7 (for taking the reduced mass into account) to the first input of the multiplier 5, and the second first to the input of the integrator or, respectively, the sensor of the differentiating link 4, the output of the integrator or differentiating link is connected to the second input of the multiplier 5. The output of the multiplier is connected to the input of the calculator 6. It is possible to directly connect the pre-amplifier 3 with an analog-to-digital converter (ADC) and then a computer, in this case an integrator or differentiator, a scale amplifier, a multiplier and a real computer form a program. The ADC transmits to the computer a digitized acceleration or speed signal, which is subject to further processing: receiving a speed signal (integration when using a vibration acceleration sensor) or acceleration (differentiating using a vibration velocity sensor), multiplying speed and acceleration, multiplying by the reduced mass, obtaining instantaneous power for each interest direction, obtaining the spatial distribution of instantaneous power, by taking into account the instantaneous power, measured in different directions.
Устройство может быть применено к измерению колебательной мощности различных механических систем, а также содержащих "слабые" узлы в виде подшипников качения и скольжения на гидродинамической смазке. Использование предлагаемого устройства позволит увеличить точность при измерении колебательной мощности и заменить известные устройства, что обеспечит экономию средств на изготовление системы измерения в 1,7 раза, повышение достоверности измерений на 40-60%. The device can be applied to measuring the vibrational power of various mechanical systems, as well as containing "weak" nodes in the form of rolling and sliding bearings with hydrodynamic lubrication. Using the proposed device will increase the accuracy when measuring vibrational power and replace known devices, which will save money on the manufacture of the measurement system by 1.7 times, increasing the reliability of measurements by 40-60%.
Литература
1. Попков В.И., Мышинский Э.Л., Попков О.И. Виброакустическая диагностика в судостроении. - 2-е изд., перераб. и доп. - Л.: Судостроение, 1989. - 256 с. ил. (качество и надежность).Literature
1. Popkov V.I., Myshinsky E.L., Popkov O.I. Vibroacoustic diagnostics in shipbuilding. - 2nd ed., Revised. and add. - L .: Shipbuilding, 1989 .-- 256 p. silt (quality and reliability).
2. Вибрации в технике. Справочник. В 6-ти т./Ред. совет: В.Н.Челомей (пред. ). - М.: Машиностроение, 1981, - Т. 5. Измерения и испытания. - Под ред. М.Д.Генкина. 1981. - 496 с., ил. 2. Vibration in technology. Directory. In 6 t. / Ed. Advice: V.N.Chelomei (previous). - M .: Mechanical Engineering, 1981, - T. 5. Measurements and tests. - Ed. M.D. Genkina. 1981.- 496 p., Ill.
Claims (2)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2000119330A RU2189566C2 (en) | 2000-07-19 | 2000-07-19 | Device for measurement of instantaneous mechanical vibration power |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2000119330A RU2189566C2 (en) | 2000-07-19 | 2000-07-19 | Device for measurement of instantaneous mechanical vibration power |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2189566C2 true RU2189566C2 (en) | 2002-09-20 |
| RU2000119330A RU2000119330A (en) | 2002-10-27 |
Family
ID=20238142
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2000119330A RU2189566C2 (en) | 2000-07-19 | 2000-07-19 | Device for measurement of instantaneous mechanical vibration power |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2189566C2 (en) |
-
2000
- 2000-07-19 RU RU2000119330A patent/RU2189566C2/en active
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| Вибрации в технике. Справочник. В 6 т. /Ред. совет: В.Н.Челомей (пред.). - М.: Машиностроение, 1981 - Т. 5. Измерения и испытания /Под ред. М.Д.Генкина. - 1981, с. 327. * |
| ПОПКОВ В.И. и др. Виброакустическая диагностика в судостроении. - Л.: Судостроение, 1988, с. 127 и 128. * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US4162630A (en) | Measurement and reconstruction of three-dimensional fluid flow | |
| Goldman | Vibration spectrum analysis: a practical approach | |
| SU949342A1 (en) | Method and device for detecting flaws in cyclic action objects | |
| CN109902408A (en) | A kind of load recognition method based on numerical operation and improved regularization algorithm | |
| Yan et al. | Improving calibration accuracy of a vibration sensor through a closed loop measurement system | |
| RU2189566C2 (en) | Device for measurement of instantaneous mechanical vibration power | |
| KR101012097B1 (en) | Axial vibration measuring device of diesel engin crank shaft of ship using non-contact type sensor and measuring method of axial vibration using that | |
| Fukuhara et al. | A new instrument for the study of wave-particle interactions in space: One-chip Wave-Particle Interaction Analyzer | |
| JPH09329486A (en) | Continuous sensitivity monitoring of accelerometer for earthquake observation | |
| SU1249362A1 (en) | Device for dynamic testing of elements under strain | |
| JP3101745B2 (en) | Vibration intensity analyzer | |
| RU2154810C2 (en) | Gimballess attitude control system | |
| SU894631A1 (en) | Method of determining acoustic energy flux | |
| RU6894U1 (en) | DEVICE FOR MEASURING VIBRATION OF BEARINGS OF ROTATING ELEMENT | |
| RU89225U1 (en) | DEVICE FOR MEASURING TANGENTIAL VIBRATIONS OF ROTATING PARTS | |
| SU968667A1 (en) | Device for diagnosis of bearings | |
| SU1744561A1 (en) | Device for rolling bearing diagnostics | |
| RU2117300C1 (en) | Device for measuring kinematic movement characteristics | |
| SU1698669A1 (en) | Device for rolling bearings diagnostics | |
| EP2215439A1 (en) | A vibration sensor having a single virtual center of mass | |
| SU382872A1 (en) | DEVICE FOR DETERMINATION OF PLACE AND TIME OF NORYVA PIPELINE | |
| RU2263942C2 (en) | Device for dynamic compensation of influence of check connection of physical dynamic system on its output system | |
| CN106289218A (en) | A kind of gyroscope testing circuit, gyroscope and electronic equipment | |
| Montalvão | Sensors & Signal Processing | |
| SU989342A1 (en) | Device for vibration measuring |