RU2202105C2 - Facility for vibration-acoustic diagnostics of machines - Google Patents
Facility for vibration-acoustic diagnostics of machines Download PDFInfo
- Publication number
- RU2202105C2 RU2202105C2 RU2001112222/28A RU2001112222A RU2202105C2 RU 2202105 C2 RU2202105 C2 RU 2202105C2 RU 2001112222/28 A RU2001112222/28 A RU 2001112222/28A RU 2001112222 A RU2001112222 A RU 2001112222A RU 2202105 C2 RU2202105 C2 RU 2202105C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- pulses
- envelope
- output
- pulse
- input
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)
- Testing Of Devices, Machine Parts, Or Other Structures Thereof (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для виброакустического контроля текущего технического состояния и прогнозирования остаточного ресурса работы действующего роторного технологического оборудования. The invention relates to measuring technique and can be used for vibro-acoustic monitoring of the current technical condition and predicting the residual life of the existing rotary technological equipment.
Известен способ выделения огибающей виброакустического сигнала, согласно которому с вибросигналом производят высокочастотную фильтрацию, а низкочастотную фильтрацию выполняют после его детектирования. Устройство для реализации способа включает первичный измерительный преобразователь акустических сигналов в электрические - датчик вибросигнала, устанавливаемый на диагностируемом узле машины, согласующее устройство выходных параметров датчика вибросигнала с линией связи и входом измерительного блока, содержащего высокочастотный фильтр, детектор огибающей и низкочастотный фильтр гармонических составляющих от импульсов огибающих, выполняющий функцию гармонического спектроанализатора. Способ выделения огибающей с представлением результатов в виде спектров, получаемых от спектрального анализа огибающих, используется для выявления неисправностей в подшипниках качения, механизмах с зубчатыми зацеплениями и в других, в которых при их неисправностях возникают удары (А.С. N1237915, кл. G 01 Н 11/00, 1986 г.). A known method of separating the envelope of a vibroacoustic signal, according to which a high-pass filtering is performed with a vibro-signal, and low-pass filtering is performed after its detection. A device for implementing the method includes a primary measuring transducer of acoustic signals into electrical ones - a vibration signal sensor installed on the machine’s diagnosed node, a matching device for the output parameters of the vibration signal sensor with a communication line and the input of a measuring unit containing a high-pass filter, an envelope detector and a low-pass filter of harmonic components from envelope pulses performing the function of a harmonic spectrum analyzer. The envelope extraction method with the presentation of the results in the form of spectra obtained from spectral analysis of the envelopes is used to detect malfunctions in rolling bearings, gear mechanisms and others, in which shocks occur when their malfunctions (A.S. N1237915, class G 01 H 11/00, 1986).
Недостатком устройств по данному способу выделения огибающих и с выполнением низкочастотной фильтрации сигнала после его детектирования является отсутствие дифференциального амплитудного селектора импульсов огибающей вибросигнала, что не позволяет выполнять совмещенный анализ функции плотности распределения вероятностей частот следования импульсов ударов по их амплитудам и функции плотности распределения вероятности длительности интервалов следования между смежными равновеликими импульсами ударов, поскольку при выполнении спектрального анализа огибающих вибросигнала спектральные линии одинаковых частот следования импульсов представляются в виде усредненной спектральной линии, тем самым не обеспечиваются прослеживание за изменениями отдельных амплитуд импульсов ударов в процессе работы механизма и наглядное представление об изменениях, происходящих в контролируемом узле машины, что требует для этих целей привлечения дополнительных специальных средств контроля. The disadvantage of the devices according to this method for extracting envelopes and performing low-frequency filtering of a signal after its detection is the absence of a differential amplitude selector of pulses of the envelope of the vibration signal, which does not allow a combined analysis of the probability density function of the repetition frequencies of shock pulses by their amplitudes and the probability density function of the duration of the repetition intervals between adjacent equal impact pulses, since when performing with For the spectral analysis of envelopes of a vibrosignal, the spectral lines of the same pulse repetition frequencies are represented as an averaged spectral line, thereby not tracking the changes in the individual amplitudes of the shock pulses during the operation of the mechanism and providing a visual representation of the changes occurring in the controlled machine node, which requires attracting for these purposes additional special means of control.
Наиболее близким из известных технических решений является устройство для виброакустической диагностики, содержащее входные цепи, включающие датчик вибросигнала и согласующее устройство, соединенные посредством линии связи с измерительным блоком, содержащим масштабный усилитель, соединенный с подготовительным преобразователем формы вибросигнала с выделением его огибающей, фильтрами и детектором, соединенным с блоком измерительного преобразователя и индикатором регистрации результатов измерения на диаграмме, где при этом его подготовительный преобразователь снабжен двухуровневым дифференциальным амплитудным селектором импульсов огибающей вибросигнала, первый сигнальный вход которого соединен с выходом детектора огибающей, а его второй вход (задания предельных уровней напряжений селекции) с выходом автоматического устройства, что обеспечивает построение на диаграмме графика функции плотности распределения вероятностей амплитуд импульсов ударов, возбуждаемых дефектами машины, по частотам их следования (Патент РФ N2125716, кл. G 01 H 17/00, 1999 г.). The closest known technical solution is a device for vibro-acoustic diagnostics, containing input circuits including a vibration signal sensor and matching device, connected via a communication line to a measuring unit containing a scale amplifier connected to a preparatory form converter of the vibration signal with its envelope, filters and detector, connected to the unit of the measuring transducer and the indicator of registration of the measurement results on the diagram, whereby under The transducer is equipped with a two-level differential amplitude pulse selector of the envelope of the vibrating signal, the first signal input of which is connected to the output of the envelope detector, and its second input (setting the limit levels of the selection voltage) with the output of the automatic device, which ensures the construction of the probability density function of the shock pulse amplitudes excited by defects of the machine, according to their frequencies (Patent RF N2125716, cl. G 01 H 17/00, 1999).
Недостатком данного устройства является то, что при анализе плотности распределения вероятностей амплитуд импульсов ударов по частотам их следования не учитываются нарушения равномерности их поступлений во времени, поскольку вычисляется только их средняя частота следования как отношение числа импульсов к единице времени проведения измерений, т.е. не учитываются изменения величин интервалов времени, с которыми поступают импульсы ударов в зависимости от их амплитуд, что особо важно при диагностировании работы узлов, содержащих подшипники качения. The disadvantage of this device is that when analyzing the probability density distribution of the amplitudes of the shock pulses by their repetition frequencies, violations of the uniformity of their receipts in time are not taken into account, since only their average repetition rate is calculated as the ratio of the number of pulses to the unit of measurement time, i.e. changes in the values of time intervals with which shock pulses are received depending on their amplitudes are not taken into account, which is especially important when diagnosing the operation of units containing rolling bearings.
Известные устройства не обеспечивают технический уровень и потребность в графическом изображении функции плотности распределения вероятности длительности интервалов следования между смежными равновеликими импульсами ударов, что не достигается спектральным анализом и способом построения графиков функций распределения плотности вероятностей амплитуд импульсов ударов по частотам их следования, поскольку в подшипниках качения с динамической нагрузкой дефекты, возникающие на беговых дорожках в виде трещин и раковин, возбуждают импульсы ударов с переменными амплитудами и с неравномерным распределением интервалов во времени между ними. The known devices do not provide the technical level and the need for a graphical representation of the probability density function of the duration of the repetition intervals between adjacent equal impact pulses, which is not achieved by spectral analysis and the method of constructing graphs of the probability density distribution of shock impulse amplitudes over their repetition frequencies, since in rolling bearings with dynamic load defects that occur on treadmills in the form of cracks and shells, excite impu sy strokes with variable amplitudes and time intervals of unequal distribution between the two.
Важнейшей задачей устройства виброакустической диагностики технического состояния машин является создание новой системы определения функции плотности распределения вероятностей частот следования импульсов ударов по их амплитудам и функции плотности распределения вероятности длительности интервалов следования между смежными равновеликими импульсами ударов, измеряемых в точках координатной плоскости распределения усредненных частот их следования по амплитудам, необходимых для раннего распознавания видов возникающих в них дефектов и наблюдения за их развитием во время работы машины, что достигается путем параллельного включения на выход дифференциального амплитудного селектора импульсов огибающей вибросигнала регистратора чисел равновеликих импульсов ударов в каждом заданном интервале двух уровней селекции и регистратора интервалов времени следования между поступлениями двух смежных равновеликих импульсов ударов, снабженных соответственно устройством памяти чисел импульсов по их уровням за время такта измерения и устройством памяти величин интервалов времени между двумя смежными равновеликими импульсами ударов за время такта измерений, выходы которых соединяются с устройством математической обработки, что обеспечивает параллельное вычисление функций плотности распределения вероятностей частот следования импульсов ударов по их амплитудам и функции плотности распределения вероятности длительности интервалов следования между смежными равновеликими импульсами ударов, измеряемых в точках координатной плоскости распределения усредненных частот их следования по амплитудам, и тем самым обеспечивается распознавание причин возникновения ударов в контролируемом узле, на основе чего осуществляется оперативный контроль за текущим техническим состоянием действующего технологического оборудования путем сравнительного анализа получаемых графиков функций в различные моменты времени работы машин. The most important task of the device for vibro-acoustic diagnostics of the technical condition of machines is the creation of a new system for determining the probability density function of the frequencies of shock impulses following their amplitudes and the probability density function of the duration of follow-up intervals between adjacent equal impact pulses measured at points on the coordinate plane of the distribution of the average frequencies of their follow along the amplitudes necessary for early recognition of the types of def and monitoring their development during machine operation, which is achieved by parallel switching on the output of the differential amplitude pulse selector of the envelope of the vibration signal of the recorder of the numbers of equal pulse pulses in each given interval of two levels of selection and the recorder of the time intervals between the arrivals of two adjacent equal pulse pulses equipped with accordingly, the memory device of the number of pulses by their levels during the measurement cycle and the memory device of the values of the interval the time between two adjacent isometric shock pulses during the measurement cycle, the outputs of which are connected to the mathematical processing device, which provides parallel calculation of the probability density functions of the repetition frequency of the shock pulses by their amplitudes and the probability density function of the duration of the repetition intervals between adjacent equal large shock pulses measured at the points of the coordinate plane of the distribution of the averaged frequencies of their following amplitudes, and those This provides recognition causes bumps in the test node, based on which the operational control of the current technical state of the current manufacturing equipment obtained by comparative analysis of graphs of functions at different times of the machines.
Техническим результатом заявленного устройства для виброакустической диагностики машин является создание единой структурной цепи в комплексном диагностическом устройстве, в котором выполняется анализ импульсов ударов с разложением их по уровням амплитуд и по интервалам их следования, необходимых для наблюдения за возникновением и развитием дефекта, с предоставлением результата в графическом изображении функции плотности распределения вероятностей частот следования импульсов ударов по их амплитудам и функции плотности распределения вероятностей длительности интервалов следования между смежными равновеликими импульсами ударов, измеряемых в точках координатной плоскости распределения усредненных частот их следования по амплитудам, что обеспечивает наглядность и легкость распознавания получаемой информации и на ее основе - возможность наблюдения за интенсивностью развития в контролируемом узле дефекта во время работы под воздействием динамической нагрузки, а также - планирование сроков ремонтов и своевременное предупреждение от возникновения аварийных ситуаций в работе оборудования. Поскольку некоторые элементы устройства могут быть построены программным способом с использованием типовых ЭВМ, решающих и другие задачи виброакустической диагностики, то это обеспечивает простоту тиражирования устройства и широкие возможности для его применения на промышленных предприятиях в целях автоматизации контроля за техническим состоянием действующего оборудования. The technical result of the claimed device for vibro-acoustic diagnostics of machines is the creation of a single structural circuit in a comprehensive diagnostic device, in which an analysis of shock pulses is performed with their decomposition into amplitude levels and at intervals following them, necessary to monitor the occurrence and development of a defect, providing the result in graphic image of the probability density function of the probability frequencies of the impact pulses according to their amplitudes and the density function of the distribution the probabilities of the duration of repetition intervals between adjacent equal impact pulses measured at points of the coordinate plane of the distribution of the average repetition rate over the amplitudes, which provides visualization and ease of recognition of the information received and, on its basis, the ability to observe the development rate in the controlled node of the defect during operation under dynamic load, as well as - planning of the timing of repairs and timely warning from the occurrence of emergency systems uatsy of equipment. Since some elements of the device can be constructed by software using standard computers that solve other problems of vibro-acoustic diagnostics, this ensures the simplicity of the device’s replication and wide possibilities for its use in industrial enterprises in order to automate monitoring of the technical condition of existing equipment.
Указанный технический результат достигается тем, что устройство для виброакустической диагностики машин содержит входные цепи, включающие датчик вибросигнала, и согласующее устройство, соединенное посредством линии связи с измерительным блоком, содержащим масштабный усилитель, соединенный с формирователем огибающей, включающим подготовительный преобразователь формы вибросигнала к виду, необходимому для выделения огибающей его высокочастотной составляющей, снабженный полосовым фильтром и детектором огибающей, и соединенный выходом со входом дифференциального амплитудного селектора импульсов огибающей вибросигнала, при этом входные цепи устройства снабжены датчиком синхронизации, соединенного по линии связи с измерительным блоком, включающим усилитель импульсов синхронизации, выход которого параллельно с выходом генератора импульсов длительности тактов измерения включен на вход накопителя числа периодов вращения вала за время такта измерения, выход которого параллельно с выходом усилителя импульсов синхронизации и с выходом задающего устройства дискретных уровней контроля амплитуд импульсов огибающей вибросигнала включены на вход вычислительного блока, включающим устройство математической обработки, выход которого соединен последовательно с устройством печати результатов измерений, а выход формирователя огибающей соединен со входом детектора уровня шумов, выход которого соединен с первым входом задающего устройства дискретных уровней контроля амплитуд импульсов огибающей вибросигнала, второй вход которого соединен с выходом распределителя уровней селекции, а другой выход задающего устройства дискретных уровней контроля амплитуд импульсов огибающей вибросигналов соединен со входом дифференциального амплитудного селектора импульсов огибающей вибросигнала, а его выход параллельно соединен со входами регистратора чисел равновеликих импульсов ударов в каждом заданном интервале двух уровней селекции и регистратора интервалов времени следования между поступлениями двух смежных равновеликих импульсов ударов, а другие их входы параллельно соединены с выходом генератора импульса длительности тактов измерений, при этом выходы регистратора чисел равновеликих импульсов ударов в каждом заданном интервале двух уровней селекции и регистратора интервалов времени следования равновеликих импульсов ударов соединены своими выходами соответственно с устройством памяти чисел импульсов по их уровням за время такта измерения и устройством памяти величин интервалов времени между двумя смежными равновеликими импульсами ударов за время такта измерений, а их выходы включены на входы устройства математической обработки. The specified technical result is achieved by the fact that the device for vibro-acoustic diagnostics of machines contains input circuits including a vibration signal sensor and a matching device connected via a communication line to a measuring unit containing a scale amplifier connected to an envelope shaper that includes a preparatory converter of the form of the vibration signal to the form necessary to highlight the envelope of its high-frequency component, equipped with a band-pass filter and an envelope detector, and a connected output ohm with the input of the differential amplitude pulse selector of the envelope of the vibrating signal, while the input circuit of the device is equipped with a synchronization sensor connected via a communication line to a measuring unit including a synchronization pulse amplifier, the output of which is connected to the drive input of the number of shaft rotation periods in parallel with the output of the pulse generator during the measurement cycle, the output of which is parallel to the output of the synchronization pulse amplifier and the output of the master of the first levels of control of the amplitudes of the pulses of the envelope of the vibrating signal are included at the input of the computing unit, including a mathematical processing device, the output of which is connected in series with the device for printing the measurement results, and the output of the envelope generator is connected to the input of the noise level detector, the output of which is connected to the first input of the driver of discrete control levels the amplitudes of the pulses of the envelope of the vibrosignal, the second input of which is connected to the output of the selection level distributor, and I set the other output The device of discrete levels of control of the amplitudes of the pulses of the envelope of the vibrating signals is connected to the input of the differential amplitude selector of pulses of the envelope of the vibrating signal, and its output is connected in parallel with the inputs of the recorder of the numbers of equal pulse pulses in each given interval of two selection levels and the recorder of the time intervals between the arrival of two adjacent equal equal pulse pulses and their other inputs are connected in parallel with the output of the pulse generator while the outputs of the recorder of the numbers of equal impulse beats in each given interval of two levels of selection and the registrar of the time intervals of the follow-up of equal impulse beats are connected by their outputs, respectively, with a memory device for the number of pulses by their levels during the measurement cycle and with a memory device for the values of the time intervals between two adjacent equal impact pulses during the measurement cycle, and their outputs are connected to the inputs of the mathematical processing device.
Сущность предложенного устройства состоит в том, что выход дифференциального амплитудного селектора импульсов огибающей вибросигнала параллельно соединен со входами регистратора чисел равновеликих импульсов ударов в каждом заданном интервале двух уровней селекции и регистратора интервалов времени следования между поступлениями двух смежных равновеликих импульсов ударов, снабженных соответственно устройством памяти чисел импульсов по их уровням за время такта измерения и устройством памяти величин интервалов времени между двумя смежными равновеликими импульсами ударов за время такта измерений, выходы которых включены на входы устройства математической обработки, обеспечивающего построение в устройстве печати графиков функций плотности распределения вероятностей частот следования импульсов ударов по их амплитудам и функции плотности распределения вероятности длительности интервалов следования между смежными равновеликими импульсами ударов, измеряемых в точках координатной плоскости распределения усредненных частот их следования по амплитудам. The essence of the proposed device is that the output of the differential amplitude pulse selector of the envelope of the vibration signal is connected in parallel with the inputs of the recorder of the numbers of equal pulse pulses in each given interval of two levels of selection and the registrar of the time intervals between the arrivals of two adjacent equal pulse pulses, respectively equipped with a memory device for the number of pulses according to their levels during the measurement cycle and the memory device of the values of time intervals between two adjacent equal-sized impact pulses during the measurement cycle, the outputs of which are connected to the inputs of the mathematical processing device, which provides the construction of graphs of the probability density functions of the pulse repetition frequencies of the shock pulses by their amplitudes and the probability density function of the duration of the repetition intervals between adjacent equal-sized impact pulses measured at points of the coordinate plane of the distribution of the averaged frequencies of their repetition along the amplitudes.
Создание нового устройства для виброакустической диагностики машин позволяет расширить функциональные возможности вибродиагностических систем, снабженных дополнительными устройствами диагностики, предназначенными для оперативного и автоматизированного анализа текущего технического состояния действующего технологического оборудования промышленных предприятий. Это дает возможность получать результаты наблюдений величины в реальном масштабе времени плотности распределения вероятностей частот следования импульсов ударов по их амплитудам и плотности распределения вероятности длительности интервалов следования между смежными равновеликими импульсами ударов, измеряемых в точках координатной плоскости распределения усредненных частот их следования по амплитудам, тем самым представляются данные к определению моментов появления дефектов в машинах на более ранней стадии их возникновения и на фоне уже существующих вибросигналов ударного происхождения, а также к более глубокому анализу причин возникновения ударов в контролируемом узле и на их основе осуществлять оперативный контроль за текущим техническим состоянием действующего роторного технологического оборудования. The creation of a new device for vibro-acoustic diagnostics of machines allows expanding the functionality of vibrodiagnostic systems equipped with additional diagnostic devices designed for operational and automated analysis of the current technical condition of operating technological equipment of industrial enterprises. This makes it possible to obtain observations of the real-time probability density distribution of the probability of repetition rates of shock pulses by their amplitudes and the probability density distribution of the duration of the repetition intervals between adjacent equal-sized shock pulses measured at points on the coordinate plane of the distribution of the average frequencies of their succession over the amplitudes, thereby data for determining the moments of occurrence of defects in machines at an earlier stage of their occurrence and at the background of already existing vibration signals of shock origin, as well as to a deeper analysis of the causes of shock in the monitored unit and on their basis to carry out operational control over the current technical condition of the existing rotary technological equipment.
Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентам и научно-техническим источникам информации и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявленного изобретения, позволил установить, что заявителем не обнаружен аналог, характеризующийся признаками, идентичными всем существенным признакам заявленного изобретения, а определение из перечня выявленных аналогов прототипа как наиболее близкого по совокупности признакам аналога позволил выявить совокупность существующих по отношению к усматриваемому заявителем техническому результату отличительных признаков в заявленном объекте, изложенных в формуле изобретения. An analysis of the prior art by the applicant, including a search by patents and scientific and technical sources of information and identification of sources containing information about analogues of the claimed invention, allowed to establish that the applicant did not find an analogue characterized by features identical to all the essential features of the claimed invention, and the definition from the list identified analogues of the prototype as the closest in terms of features analogue revealed the totality of existing in relation to the seen the applicant technical result of the distinguishing features in the claimed object, set forth in the claims.
Следовательно, заявленное изобретение соответствует требованию "новизна" по действующему законодательству. Therefore, the claimed invention meets the requirement of "novelty" under applicable law.
Для проверки соответствия заявленного изобретения заявитель провел дополнительный поиск известных решений с целью выявления признаков, совпадающих с отличительными от прототипа признаками заявленного изобретения, результаты которого показывают, что заявленное изобретение не следует для специалиста явным образом из известного уровня техники. To verify the conformity of the claimed invention, the applicant conducted an additional search for known solutions in order to identify features that match the distinctive features of the claimed invention, the results of which show that the claimed invention does not explicitly follow from the prior art.
Следовательно, заявленное изобретение соответствует требованию "изобретательский уровень". Therefore, the claimed invention meets the requirement of "inventive step".
Устройство изображено на чертежах: на фиг.1 приведена общая структурная схема устройства в целом; на фиг.2 - схема механического контролируемого узла машины с дефектом и действующими на него силами; на фиг.3 - схема следования импульсов, возбуждаемых дефектом, при условии действия на узел динамической нагрузки (центробежной силы); на фиг.4 - график функции плотности распределения вероятностей равновеликих амплитуд импульсов ударов по интервалам следования между ними. The device is shown in the drawings: FIG. 1 shows a general structural diagram of the device as a whole; figure 2 is a diagram of a mechanically controlled machine assembly with a defect and forces acting on it; figure 3 is a sequence diagram of pulses excited by a defect, subject to the action on the node of a dynamic load (centrifugal force); figure 4 is a graph of the probability density function of the probability of equal amplitudes of the impact pulses along the intervals between them.
Сущность устройства состоит в том, что при возникновении дефекта, возбуждающего ударные явления с амплитудой импульсов, превышающей уровень шума, определяются функция плотности распределения вероятностей частот следования импульсов ударов по их амплитудам и функция плотности распределения вероятности длительности интервалов следования между смежными равновеликими импульсами ударов, измеряемых в точках координатной плоскости распределения усредненных частот их следования по амплитудам. Устройство для виброакустической диагностики машин содержит входные цепи ВЦ 1 устройства (фиг.1 - 4), включающие датчик вибросигналов ДВ 2, устанавливаемый на корпусе контролируемого узла машины, и согласующее устройство СУ 3, соединенное посредством линии связи ЛС 4 с измерительным блоком ИБ 5. Блок ИБ 5 содержит масштабный усилитель МУ 6, соединенный с формирователем огибающей ФО 7, предназначенный для выделения высокочастотных составляющих вибросигнала и формирования по ним огибающей вибросигнала. Формирователь огибающей ФО 7 своим выходом соединен со входом дифференциального амплитудного селектора ДАС 8 импульсов огибающей вибросигнала, предназначенный для выполнения селекции амплитуд огибающей вибросигнала с распределением их по величинам в дискретных наперед заданных задающим устройством ЗУ 12 дискретных уровнях контроля амплитуд импульсов огибающей вибросигнала, уровнях амплитуд. The essence of the device is that in the event of a defect that causes shock phenomena with an amplitude of pulses exceeding the noise level, the probability density function of the repetition frequency of the impact pulses is determined by their amplitudes and the probability density function of the duration of the repetition intervals between adjacent equal impact pulses measured in points of the coordinate plane of the distribution of the averaged frequencies of their following amplitudes. A device for vibro-acoustic diagnostics of machines contains input circuits of the device’s VT 1 (Figs. 1–4), including a DV 2 vibration signal sensor installed on the body of the machine’s monitored node, and SU 3 matching device, connected via the LS 4 communication line to the measuring unit IB 5. Block IB 5 contains a large-scale amplifier MU 6, connected to the shaper of the envelope FO 7, designed to highlight the high-frequency components of the vibration signal and form the envelope of the vibration signal from them. The envelope shaper ФО 7 is connected by its output to the input of the differential amplitude selector DAS 8 of the envelope of the vibration signal, designed to select the amplitudes of the envelope of the vibrating signal with their distribution in discrete in advance given by the setting memory 12 of the discrete levels of control of the amplitudes of the pulses of the envelope of the vibration signal, amplitude levels.
Дополнительно входные цепи ВЦ 1 снабжены датчиком синхронизации ДС 9, предназначенным для согласования работы диагностического устройства с вращением вала контролируемого узла, путем введения системы отсчета времени в долях периода вращения вала контролируемого узла машины, что получено путем соединения выхода усилителя УС 10 импульсов синхронизации со входом генератора тактовых импульсов ГТИ 14 длительности измерения, поскольку отсчет времени производиться в долях периода вращения вала контролируемого узла. Для работы датчика синхронизации ДС 9 на вал контролируемого узла установлена одна марка, что обеспечивает выдачу по одному импульсу на каждый оборот вала. Выход датчика синхронизации ДС 9 соединен по линии связи ЛС 4 со входом усилителя УС 10 импульсов синхронизации в измерительном блоке ИБ 5, выход которого параллельно с выходом генератора тактовых импульсов ГТИ 14 длительности тактов измерения включен на вход накопителя НЧП 15 числа периодов вращения вала за время такта измерения. Выход накопителя НЧП 15 числа периодов вращения вала за время такта измерения параллельно с выходом усилителя УС 10 импульсов синхронизации и с выходом задающего устройства ЗУ 12 дискретных уровней контроля амплитуд импульсов огибающей вибросигнала включены на вход вычислительного блока ВБ 16, включающим устройство математической обработки МО 17, выход которого соединен последовательно с устройством печати ПЧ 18 результатов измерений. Additionally, the input circuits of the
Выход формирователя огибающей ФО 7, для исключения действия помех, соединен со входом детектора уровня шумов ДУШ 13, выход которого соединен с первым входом задающего устройства ЗУ 12 дискретных уровней контроля амплитуд импульсов огибающей вибросигнала, для чего второй вход задающего устройства ЗУ 12 дискретных уровней контроля амплитуд импульсов огибающей вибросигнала соединен с выходом распределителя уровней селекции РУС 11 для формирования дискретных уровней селекции амплитуд огибающей вибросигнала. А другой выход задающего устройства ЗУ 12 дискретных уровней контроля амплитуд импульсов огибающей вибросигналов соединен со входом дифференциального амплитудного селектора ДАС 8 импульсов огибающей вибросигнала, который фиксирует амплитуды импульсов, попадающих между каждыми двумя смежными уровнями селекции. Выход дифференциального амплитудного селектора ДАС 8 параллельно соединен со входами регистратора Pzi 19 чисел равновеликих импульсов ударов в каждом заданном интервале двух уровней селекции и регистратора Ptk 20 интервалов времени следования равновеликих импульсов ударов, а другие их входы параллельно соединены с выходом генератора ГТИ 14 импульса длительности тактов измерений для задания периодичности и длительностей каждого такта измерений. The output of the envelope shaper ФО 7, to eliminate the effect of interference, is connected to the input of the noise level detector ДУШ 13, the output of which is connected to the first input of the master device 12 of discrete levels of amplitude control of the pulses of the envelope of the vibrating signal, for which the second input of the master of the memory 12 of discrete levels of amplitude control the envelope of the vibrating signal envelope is connected to the output of the distributor of selection levels of the RUS 11 to generate discrete levels of selection of the amplitudes of the envelope of the vibrating signal. And the other output of the master device of the memory unit 12 of discrete levels for controlling the amplitudes of the pulses of the envelope of the vibrating signals is connected to the input of the differential amplitude selector DAS 8 pulses of the envelope of the vibrating signal, which captures the amplitudes of the pulses that fall between each two adjacent levels of selection. The output of the differential amplitude selector DAS 8 is connected in parallel with the inputs of the Pzi logger 19 of the numbers of equal pulse pulses in each given interval of two selection levels and the Ptk logger of 20 intervals of the same pulse pulses, and their other inputs are connected in parallel with the output of the GTI generator 14 pulses of measurement measure duration to set the frequency and duration of each measure step.
Выходы регистратора Pzi 19 чисел равновеликих импульсов ударов в каждом заданном интервале двух уровней селекции и регистратора Ptk 20 интервалов времени следования равновеликих импульсов ударов соединены своими выходами соответственно с устройством памяти Пzi 21 чисел импульсов по их уровням за время такта измерения и устройством памяти Пtk 22 величин интервалов времени между двумя смежными равновеликими импульсами ударов за то же время такта измерений, а их выходы включены на входы устройства МО 17 математической обработки, при этом обеспечивается регистрация частот следования импульсов ударов по их амплитудам и длительностей интервалов следования между смежными равновеликими импульсами ударов, измеряемых в точках координатной плоскости распределения усредненных частот их следования по амплитудам. The outputs of the Pzi logger 19 of the numbers of equal pulse pulses in each given interval of two selection levels and the Ptk logger of 20 time intervals of the sequence of equal pulse pulses are connected by their outputs, respectively, to the memory device Pzi 21 pulse numbers by their levels during the measurement cycle and the memory device Ptk 22 interval values time between two adjacent equal impulse impact pulses for the same measurement cycle time, and their outputs are connected to the inputs of the mathematical processing device MO 17, while ensuring registration of the pulse repetition rate of impact pulses by their amplitudes and durations of repetition intervals between adjacent equal impact pulses measured at points on the coordinate plane of the distribution of the average pulse repetition frequencies of amplitudes.
При таком построении устройство для виброакустической диагностики машин обеспечивает параллельное вычисление в реальном масштабе времени функций плотности распределения вероятностей поступления чисел равновеликих импульсов ударов по их амплитудам и функции плотности распределения вероятности длительности интервалов следования между смежными равновеликими импульсами ударов, измеряемых в точках координатной плоскости распределения усредненных частот их следования по амплитудам, что позволяет анализировать и выявлять сущность причин возникновения в механизмах ударных явлений и наблюдать за интенсивностью их развития. With this construction, the device for vibro-acoustic diagnostics of machines provides parallel real-time calculation of the probability density functions of the probability of arrival of the numbers of equal pulse pulses by their amplitudes and the probability density function of the probability of the duration of the repetition intervals between adjacent equal large pulse pulses measured at points on the coordinate plane of the distribution of their average frequencies following amplitudes, which allows you to analyze and identify the essence of n The reasons for the occurrence in the mechanisms of shock phenomena and to observe the intensity of their development.
В заявленном устройстве входные цепи ВЦ 1 содержат типовые датчик вибросигнала ДВ 2, датчик синхронизации ДС 9 и согласующее устройство СУ 3. Измерительный блок ИБ 5 с некоторыми отдельными его узлами может быть сформирован в типовой ЭВМ программным способом, согласованных с устройствами линий связи ЛС 4, и, в случае необходимости, с устройствами обеспечения взрывобезопасности. In the claimed device, the input circuits of
Устройство работает следующим образом. The device operates as follows.
Датчик вибросигнала ДВ 2, установленный на объекте наблюдения, воспринимает виброакустические сигналы и преобразует их в электрические, которые поступают через согласующее устройство СУ 3 и линию связи ЛС 4 на вход масштабного усилителя МУ 6. Параллельно с датчиком вибросигналов ДВ 2 работает датчик синхронизации ДС 9, его импульс усиливается и формируется в усилителе УС 10 импульсов синхронизации. На примере контроля подшипникового узла (фиг. 2, 3) при возникновении дефекта (в виде раковины или трещины, например, на поверхности беговой дорожки подшипника качения), вибросигнал несет в себе короткие импульсы ударов, возбуждаемые соударениями тел качения с дефектом, которые в большинстве случаев превышают уровень шумов. При возникновении удара под действием статической силы Fс (фиг.2) и динамической силы Fd, имеющих годограф результирующей силы F, вызывается в металле подшипника резонансный звон в области высоких частот порядка 10-30 кГц в виде широкого спектра затухающих колебаний, а шумы, при том же порядке частот, образуют равномерный во времени постоянный уровень сигнала. Формирователь огибающей ФО 7 выполняет фильтрацию и выделение импульсов ударов из общего более низкочастотного спектра вибросигналов с построением огибающей по их амплитудам. Как показано на фиг. 3, амплитуды импульсов ударов в контролируемом узле распределены по случайному закону распределения во времени их амплитуд и, следовательно, интервалов времени между смежными равновеликими импульсами ударов. Дифференциальный амплитудный селектор ДАС 8 импульсов огибающей вибросигнала получает от задающего устройства ЗУ 12 дискретных уровней контроля амплитуд импульсов огибающей вибросигнала сетку уровней напряжений полос селекции. Детектор уровня шумов ДУШ 13 из поступающих в него от формирователя ФО 7 огибающей вибросигналов выделяет постоянную составляющую уровня шума и выдает ее в задающее устройство ЗУ 12 дискретных уровней контроля амплитуд импульсов огибающей вибросигнала, которое исключает действие импульсов ударов, лежащих ниже уровня шума (фиг.3). Порядковый номер полос селекции i задается в пределах динамического диапазона изменений амплитуд импульсов ударов Ad от минимальной амплитуды Аmin (при i=1) до максиальной Аmах (при i=m, где m количество полос селекции в пределах Ad). В интервалах напряжений полос селекции дифференциальный амплитудный селектор ДАС 8 импульсов огибающей вибросигнала выделяет только те импульсы, амплитуды огибающих которых попадают в полосы этих напряжений. Амплитуды импульсов, выделенные в пределах одной полосы селекции, принимаются как равновеликие по уровню в заданной i-й полосе селекции, регистрируются по их числу "zi" поступлений регистратором Pzi 19 чисел равновеликих импульсов ударов в каждом заданном интервале двух уровней селекции и распределяются в устройстве памяти Пzi 21 чисел импульсов по их уровням за время такта измерения. Интервалы следования смежных равновеликих i-х импульсов по времени регистрируются по их числу "tki" регистратором Ptk 20 интервалов времени следования равновеликих импульсов ударов и распределяются по заранее заданным дискретным временным интервалам с индексами "k" в устройстве памяти Пtk 22 величин интервалов времени между двумя смежными равновеликими импульсами ударов за время такта измерений. The DV 2 vibration signal sensor installed at the object of observation receives vibro-acoustic signals and converts them into electrical signals that pass through the matching device SU 3 and the communication line LS 4 to the input of the scale amplifier MU 6. In parallel with the sensor of vibration signals DV 2, the synchronization sensor DS 9 its pulse is amplified and formed in the amplifier US 10 pulses of synchronization. On the example of the control of the bearing assembly (Fig. 2, 3) in the event of a defect (in the form of a shell or crack, for example, on the surface of the treadmill of the rolling bearing), the vibration signal carries short shock pulses, excited by the collisions of the rolling elements with a defect, which in most cases cases exceed the noise level. When a shock occurs under the action of the static force Fc (Fig. 2) and the dynamic force Fd, having a travel time curve of the resulting force F, resonant ringing in the metal of the bearing is caused in the high frequency region on the order of 10-30 kHz in the form of a wide spectrum of damped oscillations, and noise, when in the same order of frequencies, they form a constant signal level uniform in time. The envelope shaper ФО 7 performs filtering and selection of impact pulses from the general lower-frequency spectrum of vibration signals with the construction of the envelope according to their amplitudes. As shown in FIG. 3, the amplitudes of the shock pulses in the monitored node are randomly distributed over the time of their amplitudes and, consequently, the time intervals between adjacent equally large shock pulses. The differential amplitude selector DAS of 8 pulses of the envelope of the vibration signal receives from the master device 12 of the discrete levels of control of the amplitudes of the pulses of the envelope of the vibration signal a grid of voltage levels of the selection bands. The noise level detector SHOWER 13 from the vibrating envelope envelope received from the shaper ФО 7 emits a constant component of the noise level and outputs it to the memory unit 12 of the discrete levels for controlling the amplitudes of the vibrations of the envelope of the vibrating signal, which excludes the impact of shock pulses lying below the noise level (Fig. 3 ) The serial number of the selection bands i is set within the dynamic range of changes in the amplitudes of the impact pulses Ad from the minimum amplitude Amin (for i = 1) to the maximum amplitude Amax (for i = m, where m is the number of selection bands within Ad). In the intervals of the voltage of the selection bands, the differential amplitude selector DAS of 8 pulses of the envelope of the vibration signal selects only those pulses whose amplitude of the envelopes fall into the bands of these voltages. The pulse amplitudes allocated within the same selection band are accepted as equal in level in a given i-th selection band, recorded by their number "zi" of receipts by the Pzi logger 19 of the numbers of equal pulse pulses in each given interval of two selection levels and distributed in the memory device Пzi 21 numbers of pulses by their levels during the measurement cycle. The intervals of succession of adjacent equal-sized i-th pulses in time are recorded by their number "tki" by the recorder Ptk 20 time intervals of the succession of equal-sized pulse pulses and distributed over predefined discrete time intervals with indices "k" in the memory device Пtk 22 values of time intervals between two adjacent equal impact pulses during the measurement cycle.
Генератор импульсов ГТИ 14 длительности тактов измерения формирует периодическое поступление импульсов длительностью, соответствующей наперед заданному времени Ти на один такт измерения, которые параллельно с импульсами синхронизации от усилителя импульсов синхронизации УС 10 поступают на входы накопителя НЧП 15 числа периодов вращения вала за время такта измерения Ти проведения измерений. В ряде случаев время Ти может быть введено через наперед заданное число оборотов вала. По истечении времени такта Ти все данные от усилителя УС 10 импульсов синхронизации, задающего устройства ЗУ 12 дискретных уровней контроля амплитуд импульсов огибающей вибросигнала, накопителя НЧП 15 числа периодов вращения вала за время такта измерения, устройства памяти Пzi 21 чисел импульсов по их уровням за время такта измерения и устройства памяти Пtk 22 величин интервалов времени между двумя смежными равновеликими импульсами ударов за время такта измерений поступают параллельно в вычислительный блок ВБ 16 на входы устройства математической обработки МО 17, который после окончания всех операций выдает данные в устройство ПЧ 18 построения графика (фиг.4) требуемой функции плотности распределения вероятностей частот следования равновеликих амплитуд импульсов ударов и функции плотности распределения вероятности длительности интервалов следования между смежными равновеликими импульсами ударов, измеряемых в точках координатной плоскости распределения усредненных частот их следования по амплитудам. В процессе вычислений импульсы синхронизации обеспечивают контроль за длительностью периода Т=1/f от частоты f вращения вала машины и в узле математической обработки МО 17 используются для выполнения вычислительных операций. The GTI pulse generator 14 of the duration of the measurement clocks generates a periodic supply of pulses of a duration corresponding to the predetermined time Ti per one measurement clock, which in parallel with the synchronization pulses from the synchronization pulse amplifier US 10 arrive at the inputs of the low-frequency drive 15 of the number of shaft rotation periods during the measurement clock Ti measurements. In some cases, the time Ti can be entered through a predetermined number of revolutions of the shaft. After the tact time Ti has elapsed, all the data from the US amplifier is 10 synchronization pulses, a memory unit 12 of discrete levels of control of the amplitudes of the pulses of the envelope of the vibration signal, the low-frequency drive 15 the number of periods of rotation of the shaft during the measurement cycle, the memory device Pzi 21 numbers of pulses by their levels during the cycle measurements and Ptk memory devices 22 time intervals between two adjacent equal equal impact pulses during the measurement cycle arrive in parallel to the computing unit WB 16 to the inputs of the mathematical processing MO 17, which after the end of all operations outputs the data to the inverter 18 of the graph (Fig. 4) of the required probability density function of the frequencies of repetition of equal amplitudes of impact pulses and the density function of the probability distribution of the duration of repetition intervals between adjacent equal large impact pulses measured in points of the coordinate plane of the distribution of the averaged frequencies of their following amplitudes. In the process of computing, synchronization pulses provide control over the duration of the period T = 1 / f from the frequency f of the shaft rotation of the machine and in the mathematical processing unit MO 17 are used to perform computational operations.
Поэтому получаемый результат анализа может быть использован как новый диагностический показатель в области виброакустического контроля текущего технического состояния действующего роторного технологического оборудования. Therefore, the obtained analysis result can be used as a new diagnostic indicator in the field of vibroacoustic monitoring of the current technical condition of the existing rotary technological equipment.
Таким образом, вышеизложенные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании изобретения следующей совокупности условий:
- устройство для виброакустической диагностики машин, воплощающее заявленное изобретение, для контроля текущего технического состояния технологического оборудования относится к устройствам для определения функциональной зависимости плотности распределения вероятностей частот следования импульсов ударов по их амплитудам и функции плотности распределения вероятности длительности интервалов следования между смежными равновеликими импульсами ударов, измеряемых в точках координатной плоскости распределения усредненных частот их следования по амплитудам, что обеспечивает раннее распознавание возникающих дефектов и наблюдение за развитием причин, возбуждающих в механизмах явления ударов, и позволяет создать новую систему аналого-импульсных и компьютерных информационно-измерительных приборов для оперативного и автоматизированного контроля за текущим техническим состоянием технологического оборудования;
- для заявленного изобретения в том виде, как оно охарактеризовано в формуле изобретения, подтверждена возможность его осуществления с помощью вышеуказанных конструктивных решений, способов применения и выполнения расчетов;
- устройство для виброакустической диагностики машин, воплощенное в заявленном изобретении, при его осуществлении способно обеспечить достижение усматриваемого заявителем технического результата.Thus, the above information indicates that when using the invention the following set of conditions:
- a device for vibro-acoustic diagnostics of machines embodying the claimed invention, for monitoring the current technical condition of technological equipment, relates to devices for determining the functional dependence of the probability density distribution of the pulse repetition rate of pulses by their amplitudes and the probability density function of the duration of the repetition intervals between adjacent equal pulse pulses measured at points of the coordinate plane of the distribution of averaged frequencies research in the amplitudes, which ensures early recognition of emerging defects and monitor the development of the reasons that incite strikes in the mechanisms of the phenomenon, and allows you to create a new system of pulse and analog-to-computer data-measuring instrument for rapid and automated control of the current technical condition of the technological equipment;
- for the claimed invention in the form as described in the claims, the possibility of its implementation using the above design solutions, methods of application and execution of calculations is confirmed;
- a device for vibro-acoustic diagnostics of machines embodied in the claimed invention, when implemented, is able to achieve the achievement of the technical result perceived by the applicant.
Следовательно, заявленное изобретение соответствует требованию "Промышленная применяемость". Therefore, the claimed invention meets the requirement of "Industrial applicability".
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2001112222/28A RU2202105C2 (en) | 2001-05-03 | 2001-05-03 | Facility for vibration-acoustic diagnostics of machines |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2001112222/28A RU2202105C2 (en) | 2001-05-03 | 2001-05-03 | Facility for vibration-acoustic diagnostics of machines |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2202105C2 true RU2202105C2 (en) | 2003-04-10 |
| RU2001112222A RU2001112222A (en) | 2003-06-10 |
Family
ID=20249300
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2001112222/28A RU2202105C2 (en) | 2001-05-03 | 2001-05-03 | Facility for vibration-acoustic diagnostics of machines |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2202105C2 (en) |
-
2001
- 2001-05-03 RU RU2001112222/28A patent/RU2202105C2/en not_active IP Right Cessation
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US8285498B2 (en) | Method for detection and automatic identification of damage to rolling bearings | |
| Smith et al. | Optimised Spectral Kurtosis for bearing diagnostics under electromagnetic interference | |
| CA1203883A (en) | Method and apparatus for monitoring cracks of a rotatable body | |
| US3842663A (en) | Demodulated resonance analysis system | |
| EP2031386B1 (en) | Acoustic emission detector and controller | |
| CN107003665B (en) | For assessing the method for being connected to the state of rotating machinery of motor | |
| JP2001304954A (en) | Fault diagnosis method and device | |
| Dube et al. | Vibration based condition assessment of rolling element bearings with localized defects | |
| KR20020054189A (en) | Method for detecting gear state by using frequency demodulation method | |
| CN108195584B (en) | A kind of Fault Diagnosis of Roller Bearings based on accuracy spectrogram | |
| JP6620290B2 (en) | Vibro-acoustic analysis method and apparatus, and apparatus abnormal part estimation method and apparatus | |
| RU2671152C1 (en) | Acoustic emission signal processing method | |
| RU2202105C2 (en) | Facility for vibration-acoustic diagnostics of machines | |
| CN111122085B (en) | Structure assembly quality evaluation method based on power distribution characteristics | |
| RU2125716C1 (en) | Gear for vibroacoustic diagnostics of machines | |
| JP6815489B2 (en) | Vibration detection device and abnormality judgment system | |
| DE102015101157B4 (en) | Systems and methods for determining vibrations of a tire | |
| SU1606910A1 (en) | Method of determining condition of machine units | |
| CN113944600A (en) | Method and system for detecting fan main bearing fault by utilizing stress wave technology | |
| RU2683876C1 (en) | Method for acoustic monitoring of running gear part of vehicle | |
| JPH02130429A (en) | Diagnosis of abnormality of machine | |
| RU2098777C1 (en) | Microprocessor vibration meter | |
| WO2015178820A1 (en) | A method and device for determining properties of a bearing | |
| JP3064196B2 (en) | Impact detection apparatus and method | |
| RU2547504C1 (en) | Method of defects identification in vehicle assemblies and equipment in real time, and device for its implementation |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20040504 |